В процессе измерений может быть необходимо менять не только щупы, но и датчики, например, сочетать контактный и бесконтактный методы измерений, либо сочетать триггерный режим и контактное сканирование.
В этой связи возникает вопрос: как держать все необходимые щупы и датчики под рукой, а также как осуществлять их смену? Один из вариантов – держать щупы в индивидуальных кейсах и менять вручную, то есть в процессе измерений оператор останавливает измерения, вынимает один щуп и руками устанавливает его вместо другого. Это применимо, если речь идет о контроле разрозненных деталей, для которых каждый раз программа пишется заново, либо вообще не пишется, и измерения происходят в ручном режиме. Однако, когда есть цель использовать основное преимущество ЧПУ координатных измерительных машин – работу в автоматическом режиме – остановки и смена щупов подобным образом не позволяют этим воспользоваться. Здесь на помощь приходят магазины щупов.
Что такое магазин щупов и зачем он нужен?
Магазин щупов для координатно-измерительной машины (КИМ) — это устройство, предназначенное для хранения и автоматической замены различных щупов, используемых в процессе измерений.Основные преимущества использования магазина щупов:
-
упорядоченное размещение множества щупов так, чтобы они безопасно хранились и были легко доступны для замены;
- возможность автоматической смены щупов в зависимости от требований измерительной задачи без необходимости вмешательства оператора;
Магазин щупов для координатно-измерительной машины обычно включает в себя следующие компоненты:
- ячейки для хранения: специальные отсеки или держатели, в которых размещаются щупы и датчики;
- защитный корпус: обеспечивает защиту щупов от пыли, загрязнений и механических повреждений.
- программное обеспечение, которое управляет процессом смены щупов. Для того, чтобы машина могла корректно осуществлять смену щупов, в программном обеспечении машины должна быть опция, которая называется «probe changer» или «PRC». Чаще всего она входит в базовый комплект ПО, предназначенный для работы с ЧПУ КИМ.
Рис. 1 Ячейка магазина FCR25
Как происходит смена щупов или модулей в магазине?
В рамках измерительной программы, в которой присутствует смена щупов, машине задается траектория подхода датчика к нужной ячейке магазина. Ячеек, как правило, несколько, таким образом, когда машина подъедет к ячейке, она отсоединит один щуп/модуль, оставит его в ячейке, потом по заданной траектории перейдет в другую ячейку и в ней присоединит другой щуп/модуль. Для корректной смены щупов магазин должен быть предварительно откалиброван. Смена щупов и датчиков является такой же частью измерительной программы, как и сами измерения. Имея алгоритм написания измерительной программы и выделив время на ее создание, обученный оператор сможет сделать смену щупов и датчиков полностью автоматической.
Автоматическое снятие датчиков или их частей может происходить только там, где они скреплены магнитным соединением. Если бы человек снимал это руками, то он небольшим усилием просто отсоединил бы датчик либо его часть от места крепления. Машина делает то же самое – при заведении датчика в ячейку физически размыкает магнитное соединение. Для успешной автоматической смены щупы в ячейках магазина должны быть расположены так, чтобы в момент установки они соединились с модулем строго определенным образом. Есть и другие особенности, например, магазин FCR25 позволяет менять и модуль SM25, и держатели щупов SH25, при помощи переходника TM25-20 можно также менять и измерительные модули датчика TP20. Они имеют различающиеся крепления, поэтому для работы с ними используются разные вставки в один и тот же магазин. В магазинах для головки REVO, которая позволяет измерять в 5-осевом режиме, к некоторым ячейкам может подводиться дополнительное питание для подогрева датчиков в них до определенной температуры. Это требуется при высокоточных измерениях, чтобы нивелировать температурную разницу в датчиках, применяемых в текущий момент, и датчиках, хранящихся в ячейках – разница температур может негативно повлиять на точность. Существуют также щупы для датчиков SP600M, SP80, ячейки для них физически больше – так, головка SP80 может нести щуп длиной до 1000 мм и весом до 500 г.
Рис.2 Отсоединение модуля SM25-3 в ячейке магазина FCR25
Магазины не могут откручивать резьбу, поэтому нельзя автоматически снять датчик TP20, который крепится на резьбу, и заменить его на датчик SP25M. Это возможно сделать, только если TP20 закреплен через переходник «резьба-магнит». Но существует исключение – магазин ACR3, который позволяет не только разомкнуть магнитное соединение, но и отвернуть специальный фиксатор. Такой тип крепления – магнитное соединение с фиксатором – представляет собой небольшой винт, поворачивающийся на 90°. Он используется при замене на головке PH10M датчика SP25M на лазерный сканер и наоборот. То есть, если в процессе работы нужно заменить датчик SP25M на лазерный сканер, например, Wenzel LS50, то обычный магазин, который не может отвернуть фиксатор, не подойдет, нужен ACR3. Он сложнее и дороже – машина в момент смены датчика не только заводит его в нужную ячейку, но и производит движение вдоль направляющей, вправо или влево. В этот момент мини-отвертка на магазине входит в ответную часть на винте и отворачивает его. Данный магазин рассчитан на 4 ячейки.
Рис. 3 Магазин ACR3
Для наиболее популярных типов датчиков могут применяться разные магазины, как специализированные под конкретный датчик, так и универсальные. Так, для датчика TP20 может применяться магазин MCR20, который позволяет менять модули только TP20. Для датчика TP200 может применяться магазин SCR200, который подходит только к этому датчику. Универсальный магазин – это FCR25, который совместим как с SP25M, так и с TP20.
Существует два основных способа установки магазина – на ножку-стойку, либо на направляющие. Магазин MCR20 может стоять на ножке-стойке, либо крепиться на направляющие MRS через специальный переходник. При установке на ножке-стойке магазин может держать не более 6 ячеек. Это полностью автономный магазин, который не требует никаких электрических подключений. FCR25 также может быть автономным, устанавливаться на ножку-стойку и в таком виде держать 3 или 6 ячеек. Либо можно установить его на направляющие MRS и MRS2, состоящие из стоек и поперечных штанг, в таком случае на него можно установить любое количество ячеек, кратное трем – 3, 6, 9, 12 и так далее.
Рис. 4 Одностоечный магазин MCR20 на 6 ячеек Рис. 5 Одностоечный магазин FCR25 на 6 ячеек
Система MRS2 позволяет сооружать многоуровневые конструкции для хранения и смены щупов. Она состоит из стоек и штанг различной длины. Высота стоек может варьироваться от 125 мм до 500 мм, длина штанг – от 400 мм до 1000 мм, что позволяет установить большое количество ячеек для хранения щупов разной длины, а также нести разные магазины под разные типы датчиков.
Как эргономично расположить щупы в магазине?
В случае использования длинных щупов либо удлинителей конструкция магазина должна это учитывать. Для размещения длинных щупов могут использоваться удлиненные стойки. Если используется многоуровневый магазин, то должно быть предусмотрено достаточно пространства, чтобы легко снять/повесить обратно длинный щуп. В момент определения длины штанг MRS, которые будут использоваться в магазине, необходимо сразу учесть количество ячеек – нужно, чтобы все они поместились на штанге. Если на магазине ACR3, который позволяет менять различные датчики, предполагается сочетанная установка, например, датчика SP25M и лазерного сканера, либо датчика SP25M и датчика SP600, нужно понимать, что установленный в одну из ячеек лазерный сканер перекроет собой доступ к соседним. Если используется магазин ACR3, необходимо заложить место не только на сам магазин, но и на его перемещение вправо-влево, необходимое для откручивания фиксатора. Есть также варианты крепления датчиков на магазинах, расположенных не горизонтально, параллельно плоскости плиты, а вертикально – такое может применяться на зубоизмерительных машинах, которые активно используют датчик SP600М.
Магазин щупов на направляющих MRS2 можно как спроектировать самостоятельно, так и воспользоваться готовыми решениями-комплектами. Такой вариант, предлагается, в частности, для головок REVO. В комплект входит система MRS2 с определенным количеством штанг разной длины и соответствующим количеством ячеек различных типов, совместимых с REVO. Существуют как небольшие линейные комплекты с общей длиной штанг 400-600 мм, так и комплекты-гиганты с общей длиной штанг до 3000 мм и возможностью размещать их на разной высоте.
Рис. 6 Измерения головкой REVO, на заднем плане – двухуровневая конструкция MRS2 со специализированными ячейками под щупы REVO
Магазин щупов должен располагаться внутри измерительного диапазона – чтобы машина смогла сменить датчик или щуп, головка должна физически до него доехать. На длинных машинах разумно располагать магазин, особенно если он многоуровневый, по короткой стороне в дальней от оператора части – он не будет перекрывать вид, и щупы не будут мешать устанавливать деталь. Если магазин не очень длинный, его можно расположить по боковой части, это будет зависеть от деталей и от предполагаемого направления движения головки в момент измерения. На машине могут стоять дополнительные аксессуары, например, поворотный стол, нужно учитывать, будут ли при работе с поворотным столом использоваться какие-либо сенсоры и располагать магазин ближе или дальше к поворотному столу.
На мостовой машине магазин щупов работает точно таким же образом, как и на портальной, но устанавливать его на полу не всегда целесообразно – это неудобно, низко, его можно повредить в процессе загрузки деталей. Для таких случаев используются высокие стойки, которые позволяют поднять конструкцию магазина выше. Расположение магазина также будет зависеть от того, укомплектована ли мостовая машина напольной чугунной плитой, потому что любой магазин должен к чему-то крепиться. Если ничего нет, и машина стоит на бетонном полу, либо есть рельсы, по которым будет заезжать на тележке деталь, то можно закрепить магазин даже на боковой колонне – колонна у классической мостовой машины не двигается, но магазин должен быть закреплен внутри измерительного объема.
Подбор магазина, щупов и сенсоров для мостовой машины – это сложный процесс, который требует индивидуального подхода. Для портальных машин чаще всего используются готовые комплекты – 6 ячеек на стойках MRS высотой 400 мм, универсальный вариант для большинства задач.
На машине одновременно может быть установлено сразу несколько магазинов. Если при первоначальной комплектации получается настолько большой магазин, что он не помещается в измерительный диапазон по оси Z, то можно переукомплектовать его в несколько магазинов, меньших по размеру и высоте.
Если координатно-измерительная машина встроена в систему автоматизации, где детали подаются в зону измерений КИМ роботом или на автоматизированных паллетах, то магазин для нее комплектуется по тем же принципам, что и для обычной ЧПУ КИМ. Единственное отличие – чаще всего на машину в системе автоматизации ставятся дополнительные датчики, которые позволяют определить, что портал машины находится в безопасном положении и для установки детали роботу не мешает ничего, в том числе и магазин щупов.
Основные ошибки при работе с магазином щупов:
- неправильная настройка – машина промахивается мимо щупа, не размыкаются соединения, либо головка подходит к щупу на слишком высокой скорости. Это чревато ударом машины о магазин, поломкой датчика и конструкции магазина.
- путаница с расположением щупов в ячейках. В программу для определенной ячейки занесен один щуп, но по факту в ней находится другой. Из-за этого может произойти удар щупом по детали и его поломка.
Магазин щупов – простое решение для сложных измерений
Магазины щупов для координатно-измерительных машин часто недооценены: пользователи машин не знают о них, не умеют правильно подбирать их под свои задачи, боятся их использовать, не умеют или банально ленятся включать их в измерительные программы. Но пришло время расстаться со своими страхами и предубеждениями. Стоимость базового магазина щупов, который чаще всего включается в комплектацию КИМ поставщиками, составляет меньше 5% стоимости машины, однако выгода от его применения зачастую превосходит самые смелые ожидания. Это и безопасное хранение дорогостоящих щупов и модулей, и возможность полноценно задействовать автоматизацию измерений, и экономия ресурсов, денежных и человеческих.
Никогда не поздно посмотреть на магазин щупов под другим “измерительным углом”, научиться с ним работать, и когда это произойдет, повысится не только уровень измерений, но и общая культура вашего производства.
