To rysunek „mówi” nam, jakie elementy geometryczne danego wyrobu są elementami bazowymi, a co za tym idzie, w jaki sposób powinniśmy zbudować układ współrzędnych, potrzebny nam do późniejszego pomiaru określonych cech rysunkowych. Aby właściwie zdefiniować te elementy musimy wiedzieć, co „mówią” o tym normy. W tym miejscu bardzo istotna jest świadomość, jakim podejściem kierował się konstruktor podczas „tworzenia” danego rysunku. Odpowiedź na pytanie „co autor miał na myśli?”, które bardzo często wszyscy sobie zadawaliśmy podczas lekcji języka polskiego jest kluczowa w kontekście rysunku maszynowego, pomimo tego, że, przecież wszystkie zapisy powinny być jednoznaczne i klarowne.
Niestety bardzo często przystępując do produkcji, czy pomiaru danego wyrobu nie zwracamy uwagi na te „szczegóły”, co w późniejszym czasie rodzi bardzo wiele sytuacji konfliktowych na linii Dostawca – Klient. Jaki algorytm podczas pomiaru CMM zastosujemy do tworzenia elementów bazowych, czy będziemy tolerować elementy zaobserwowane, czy skojarzone, jaka będzie nasza strategia pomiaru, będzie miało wpływ na wyniki, jakie uzyskamy. Tak naprawdę wszystko to jesteśmy w stanie odczytać z rysunku wyrobu, jeśli go tylko właściwie zinterpretujemy. Niezbędnym zatem, przed rozpoczęciem programowania maszyny pomiarowej staje się rozpoznanie wymiarowania i tolerowania geometrycznego, zaznajomienie się z różnicami podejścia europejskiego i amerykańskiego oraz ustalenie, jaka jest strategia pomiarowa Klienta.
Dopiero z tą świadomością możemy być spokojni, że wyrób, który wyprodukujemy i zmierzymy będzie tym, o czym myślał konstruktor i tym, czego oczekiwał Klient.
Rysunek 1. Czynniki wpływające na pomiar na współrzędnościowej maszynie pomiarowej - CMM:
Strategia pomiaru na maszynach CMM obejmuje:
Liczbę punktów pomiarowych
– wymagania metrologiczne definiują określoną minimalną liczbę punktów pomiarowych w zależności od tego, jaki element geometryczny chcemy stworzyć. Bardzo często, ta minimalna liczba punktów nie jest wystarczająca do właściwego zdefiniowania elementu geometrycznego w przestrzeni z uwzględnieniem błędów kształtu. Liczba punktów pomiarowych może w dużym stopniu zdecydować o wiarygodności wyników pomiarów. Najczęstszym kryterium, jeśli chodzi o liczbę punktów pomiarowych jest czas pomiaru. Nie powinien on być jednak jedynym kryterium. Dużo bardziej istotne jest, co my chcemy zweryfikować:
- czy są dla nas istotne błędy kształtu danego elementu, które przy małej liczbie punktów mogą nie zostać wychwycone?
- a może te błędy kształtu z funkcjonalnego punktu widzenia mogą zostać pominięte i wtedy nie koniecznie duża liczba punktów pomiarowych będzie lepszym rozwiązaniem?
Pomiar punktowy czy skaningowy
– w zależności od możliwości, jakimi dysponujemy (własności głowicy pomiarowej), pomiar można wykonać metodą punktową lub skaningową. Skanowanie daje nam możliwość zbierania dużej liczby punktów w krótkim czasie, jednak informacja płynąca z takiej metody, nie zawsze będzie wiarygodna. Z mojej praktyki użytkowania maszyn CMM spotkałem się z sytuacją, gdzie firma zakupiła maszyny CMM z możliwością skanowania i wszystkie programy pomiarowe były pisane z wykorzystaniem tej funkcji. Po miesiącu użytkowania okazało się, że z uwagi na bardzo duży wpływ na pomiar drobnych błędów kształtu i nierówności powierzchni, funkcjonalności mierzonego wyrobu czy nawet jego czystości - większość zadań pomiarowych zostało zmienionych na pomiar punktowy. Jednoznaczne wskazanie, która metoda jest lepsza bywa bardzo trudne.
Rozmieszczenie punktów pomiarowych
– oprócz ilości punktów pomiarowych bardzo istotnym elementem strategii pomiaru jest ich rozmieszczenie. Naturalne jest to, że elementy geometryczne, z których zbudowane są bryły nie są idealne. Każdy element geometryczny posiada błędy kształtu, które w każdym miejscu tego elementu mogą być różne. To jak są zbierane punkty w jakim przekroju walca lub z jakiego obszaru płaszczyzny, może wynikać z konkretnych zapisów na rysunku technicznym. Te zapisy powinny w jak najlepszym stopniu odwzorować funkcjonalność wyrobu. W tym miejscu największą rolą konstruktora jest, aby takie zapisy na rysunku umieścić. Jeżeli takich zapisów na nim nie ma, wówczas ważne jest, by ustalić na linii dostawca-klient jak największą jednoznaczność w tym aspekcie.
Algorytm wyznaczania elementów
– ideą współrzędnościowej techniki pomiarowej jest podawanie zależności między elementami geometrycznymi, które są budowane na podstawie punktów w przestrzeni. Jeżeli już opracowaliśmy właściwą strategię zbierania punktów, pozostaje nam jeszcze wybranie odpowiedniego algorytmu kreowania z tych punktów elementu geometrycznego i poddanie go właściwej ocenie.
W zależności od tego, czy mówimy o elemencie bazowym, czy o elemencie tolerowanym, to inny element będziemy brali pod uwagę.
W podejściu ISO GPS elementem tolerowanym jest to element zaobserwowany, natomiast elementem bazowym jest element skojarzony.
Rysunek 2. Element zaobserwowany i element skojarzony
Algorytmy wyznaczania elementów skojarzonych mogą również być różne:
Rysunek 3. Algorytmy wyznaczania elementów skojarzonych
W zależności, jaki element zbudujemy z punktów pomiarowych oraz poddamy ocenie, taki uzyskamy wynik pomiaru za pomocą CMM.
Z uwagi na bardzo wiele niejednoznaczności, które mogą wystąpić ze względu na algorytm wyznaczania elementów, coraz częściej na rysunkach technicznych możemy spotkać symbole i modyfikatory, których zadaniem jest precyzyjne określenie tych aspektów.
- Inne ważne czynniki, które musimy wziąć pod uwagę przy określaniu strategii pomiaru to na pewno mocowanie, na którym będziemy umieszczać element do pomiaru, długość trzpienia pomiarowego, prędkość pomiaru i promień kulki pomiarowej.
Podsumowując. Pomiary na maszynach CMM charakteryzują się bardzo dużą dokładnością i obecnie mają zastosowanie w zasadzie w każdej branży. Jednak, aby pomiary, które wykonujemy były wiarygodne musimy przyjąć właściwą strategię pomiarową, gdyż jej wpływ na późniejsze wyniki pomiarów jest kluczowy.
