Dotyková a optická měřicí technologie

Požadavky na kvalitu součástí se neustále zvyšují, proto je v dnešní době ve výrobním procesu nezbytná kontrola geometrických rozměrů včetně sledovatelné dokumentace. Před pořízením nového 3D měřicího systému vyvstává zásadní otázka, která technologie je pro příslušnou měřicí úlohu nejvhodnější. Je zapotřebí dotykový 3D měřicí systém, který měřicí sondou zaznamenává všechny relevantní měřicí body? Nebo je vhodnější optický 3D měřicí systém, který digitalizuje celý povrch bezkontaktně? Zde se vysvětlí základní funkce obou metod a na příkladu automobilového průmyslu se ukáží jejich výhody, rozdíly a oblasti použití.

V oblasti rozměrové kontroly součástí jsou souřadnicové měřicí stroje (CMM) nejznámějšími zástupci klasické měřicí techniky. Pracují s dotykovými nebo skenovacími měřicími systémy. Při měření se sonda umístí do požadovaného měřicího bodu. Volitelně lze použít řízený rotační stůl, který otáčí měřenou součást. Připojený měřicí software vypočítá ze zaznamenaných jednotlivých bodů geometrické prvky a z nich odvodí naměřené hodnoty pro kontrolované charakteristiky objektu.

Technologie dotykového měření se vyznačuje především velmi vysokou absolutní přesností, a proto je stále první volbou pro měření vysoce přesných dílů. Stacionární souřadnicový měřicí stroj dokáže měřit body s přesností na tisíciny milimetru. Tak vysoké přesnosti zatím optická 3D měřicí technika nedosahuje.

Optická 3D měřicí technologie je velmi vhodná, pokud jsou požadavky na přesnost v řádu setin milimetru. Jestliže si chcete pořídit nový měřicí systém a váháte mezi dotykovým a optickým, je třeba nejprve ověřit, jakou přesnost potřebujete. Podle základního pravidla by měla být systémová přesnost měřicího zařízení vždy pětkrát až desetkrát vyšší než nejvyšší požadovaná tolerance, kterou je třeba změřit. To znamená: Pokud je tolerance charakteristiky například 0,1 mm, mělo by mít měřicí zařízení přesnost alespoň 0,02 mm.

V automobilovém průmyslu jsou klasickými objekty dotykového měření převodovky, klikové hřídele a bloky motorů: Tolerance a přesnost, které je třeba u těchto dílů dodržet, vyžadují maximální přesnost. Ozubené kolo v automobilovém průmyslu obvykle vyžaduje přesnost 1 µ nebo lepší. Této přesnosti lze v současné době jen stěží dosáhnout pomocí optických měřicích zařízení.

Jedním z argumentů proti technologii dotykového měření je časová náročnost při požadavku na vyšší hustotu dat: Snímání stovek měřicích bodů na jednom obrobku může trvat dlouho, někdy i několik hodin. Kompletní kontrola je tedy během výrobního procesu sotva možná – z uvedených časových důvodů a také proto, že mnoho souřadnicových měřicích strojů často nelze obvykle umístit přímo do výroby. Pro úsporu času lze snížit počet měřicích bodů, ale je to na úkor hustoty dat. Zde je třeba vždy pečlivě zvážit poměr mezi časovou investicí a hustotou dat.

Bez ohledu na to, kolik měřicích bodů je zachyceno s maximální pečlivostí: Není možné změřit celý povrch měřeného objektu. Zde přichází ke slovu optická měřicí technika: Optická měřicí technologie je nejen rychlejší, ale také vytváří digitální obraz celého měřeného objektu, a proto poskytuje podrobnější informace o kvalitě než dotyková měřicí technika.

V současné době přichází na trh stále více měřicích systémů, které kombinují obě metody měření: Pro urychlení měření a měření povrchů citlivých na dotek mohou být souřadnicové měřicí stroje vybaveny optickým senzorem. Optické měřicí systémy lze zase rozšířit o sondu, takže je možné snímat opticky těžko přístupná místa součásti, jako jsou hluboké otvory, kapsy nebo podříznutí. Zde je třeba vzít v úvahu jeden důležitý aspekt: Přesnost systému optických 3D měřicích systémů nelze zvýšit přídavnou sondou – lze pouze zachytit další charakteristiky objektu na složitých strukturách.

Pro optickou 3D rozměrovou kontrolu vyvinula společnost ZEISS řadu průmyslových 3D skenerů ATOS: Optické 3D skenery pracují bezdotykově a rychle poskytují digitální obraz součásti s vysokým rozlišením. Systém ATOS kombinuje nejmodernější hardware s inteligentním softwarem.