CZ33321U1 - Měřicí zařízení pro bezkontaktní nasnímání profilů rotačních objektů a vyhodnocení jejich vnějších rozměrů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládané technické řešení se týká měřicího zařízení pro bezkontaktní měření a kontroly rozměrů a profilů rotačních objektů, například těch vyráběných na programově řízených obráběcích strojích, zejména na CNC soustruzích.

Dosavadní stav techniky

Moderní sériová výroba rotačních objektů (hřídelí, válců, rotorů, poloos, čepů, pouzder, ložisek atd.) je výhradně realizována na programově řízených obráběcích strojích, zejména CNC soustruzích. Přes vynikající vlastnosti těchto špičkových obráběcích strojů se výroba neobejde bez následné kontroly výrobků. Důvodů je mnoho, např. opotřebení nástrojů, nekonzistentnost obráběných materiálů, vliv teploty, běžné opotřebení stroje, únava materiálu a další.

Právě kontrola výrobků je jedna ze zásadních překážek automatizace strojírenské výroby. Náhrada lidských očí a rukou s jemnou motorikou se schopností bezbřehé adaptability patří dosud k nepřekonatelným výzvám. Na druhou stranu, jednotvárnost u sériové výroby u člověka způsobuje, stav snížené aktivace, jenž se projevuje ospalostí, unavitelností, snížením a kolísáním výkonnosti, zhoršením adaptability a reaktivity, což vede k chybám. Jakákoliv automatizace, která snižuje chybovost a zároveň zvyšuje přesnost, rychlost a spolehlivost procesuje vítána.

V případě výroby na běžném soustruhu provádí kontrolu rozměrů obsluha soustruhu (soustružník/ice) průběžně nejčastěji mechanickými nebo ručními kontaktními měřidly. Při výrobě na CNC soustruzích se kontrola rozměrů obvykle provádí až po dokončení soustružení. U hromadné výroby se často kontrola rozměru provádí na vybraných vzorcích speciálními automatizovanými, kontaktními nebo bezkontaktními, měřicími přístroji.

Mezi ruční kontaktní měřidla pro měření průměru patří např. posuvné měřítko a třmenový mikrometr. Mezi ruční kontaktní měření rovněž patří nepřímá měřidla, která slouží k ověření, zda průměr jev požadované výrobní toleranci nebo profil odpovídá šabloně. Pro měření vnějších průměrů se používají třmenové mezní kalibry. Pro ověřování tvarů se používají speciálně vytvořené tvarové kalibry, které se přikládají k profilu, a operátor vizuálně kontroluje odchylky nejčastěji mírou průsvitu světla. Ruční měření je doménou kusové nebo malosériové výroby. Předností je nízká cena a vysoká flexibilita. Nevýhodou je velký vliv lidského faktoru a nízká rychlost měření. Přesnost měření závisí na zkušenostech a přístupu operátora.

U sériové výroby nebo při požadavku na velkou přesnost měření se používají měřicí stroje s automatizovaným nebo plně automatickým způsobem měření. U velkých výrobních sérií jsou tyto stroje jednoúčelové, optimalizovány pro konkrétní typ výrobku a obvykle měří zcela automaticky. Výhodou je rychlé měření všech kontrolovaných rozměrů. Nevýhodou je nízká flexibilita. Oproti tomu, vysokou flexibilitu nabízejí univerzální měřicí stroje, které jsou ale pomalejší a vyžadují odbornou obsluhu. Mezi ně například patří 3D souřadnicové měřicí stroje. Výhodou měřicích strojů je ve velké přesnosti a spolehlivosti měření. Hlavní nevýhody jsou vysoká cena a potřeba manipulace s výrobkem pro jeho uchycení ve stroji.

Při strojovém měření průměrů rotačních součástí jako jsou hřídele, čepy, válce apod., se s výhodou používají optické mikrometry na principu „thru-beam“, tj. např. na principu jednocestné optické závory. Ty vyhodnocují průměr měřené součástí na základě míry zastínění plochého kolimovaného svazku paprsků dopadajícího přímo nebo nepřímo na řádkový CCD nebo CMOS

- 1 CZ 33321 U1 snímač. Mezi zdroj ko limo váného svazku paprsků a řádkový snímač je vložena měřená rotační součást osou rotace kolmo na světelný svazek.

U měřených průměrů, které jsou menší, než je měřicí rozsah optického mikrometru, je měřený objekt vložen do svazku paprsků celý tak, aby z obou stran měřeného průměru svazek paprsků osvětloval CCD nebo CMOS snímač. Polovodičové snímače typu CCD fungují na principu nábojově vázaných prvků, zatímco snímače typu CMOS fungují na principu unipolámích tranzistorů. Velikost vrženého ohraničeného stínu pak odpovídá měřenému průměru. V současnosti lze najít na trhu optické mikrometry typu „thru-beam“ společnosti Keyence (https://www.keyence.com/ss/products/measure/measurement_library/type/optical/) nebo Microepsilon (https://www.micro-epsilon.com/2D_3D/optical-micrometer/micrometer/).

Pro měření větších průměrů se používá dvojice proti sobě orientovaných optických mikrometrů, jejichž řádkové snímače a ploché kolimované svazky paprsků se nacházejí v jedné rovině a jsou od sebe rovnoběžně vzdáleny o přesně známou vzdálenost od sebe. Měřený objekt je vložen uprostřed mezi snímače osou rotace kolmo k rovině světelných svazků tak, aby z části vrhal stín u obou snímačů. Výsledný průměr je dán součtem známé vzdálenosti mezi snímači s velikostmi vržených stínů obou mikrometrů. Tento princip měření je využit v optickém mikrometru společnosti Keyence (https://www.keyence.eu/landing/inner_outer_diameter.jsp).

Pro měření ovality se používají nejméně dva s výhodou více párů snímačů, jejichž kolimované svazky paprsků jsou kolem osy rotace měřeného objektu pootočeny o známý úhel tak aby symetricky měřili průměr objektu ve více osách.

Pro proměření objektu ve více místech se s výhodou používá posouvání optických snímačů nebo měřeného objektu podél osy rotace objektu o známé vzdálenosti. Získá se sada změřených průměrů v různých místech podél měřeného objektu.

Je-li krok posuvu dostatečně přesný a jemný může být profil měřeného objektu částečně nasnímán. Takto lze nasnímat válcové a částečně kuželové plochy měřené součásti. Přesnost nasnímání závisí na přesnosti měření posunu a u kuželových ploch na úhlu kuželové plochy vůči kolimovanému svazku paprsků (cca od 90 do 45°). Jedná se například o zařízení společnosti Riftek (https://riftek.com/eng/products/~show/instruments/special_devices/Automated-systemfor-motor-shafts-measurement) nebo Vicivision (https://www.vicivision.com/optical-measuringmachines-for-turned-parts/).

Nevýhodou výše uvedených systémů je skutečnost, že se nabízejí jako samostatné měřicí stroje, nejsou přídavnou nebo integrální součástí programově řízených obráběcích strojů, zejména CNC soustruhů, a použité principy tuto možnost značně komplikují nebo zcela vylučují (např. pevně umístěný optický systém by se poškodil během obrábění).

Další nevýhoda výše uvedených systémů spočívá také v tom, že mezi obráběním a snímáním profilu výrobku je nutné s výrobkem manipulovat a přizpůsobovat jeho polohu měřicímu stroji. Je-li po proměření vyžadováno další obrábění, následuje stejně obtížná manipulace zpět na obráběcí stroj.

Nízká flexibilita těchto systémů se promítne i při výměně výrobních sérií a změnách způsobů obrábění výrobků.

Navíc, uvedené systémy nejsou uzpůsobeny na snímání každého výrobního kusu bez výrazného navýšení výrobních nákladů, jako to je u univerzálních měřicích systémů.

-2CZ 33321 U1

Podstata technického řešení

Cílem tohoto technického řešení je poskytnout měřicí zařízení pro automatické nasnímání a vyhodnocování profilů rotačních objektů včetně měření průměrů a odchylek objektů od zadaného výkresu, a to přímo na programově řízeném obráběcím stroji, zejména na CNC soustruhu, a bez nutnosti manipulace se samotným výrobkem mezi kroky obrábění a nasnímání, nebo případně na samostatném měřicím zařízení.

Výše uvedené nedostatky do jisté míry odstraňuje měřicí zařízení pro bezkontaktní nasnímání profilů rotačních objektů a vyhodnocení jejich vnějších rozměrů, přičemž rotační objekt definovaný svým povrchem a rotační osou je upevněn kolem rotační osy. Na nosném rámu měřicího zařízení je upevněna polohovatelná optická hlava mající alespoň jeden optický mikrometr typu „thru-beam“, který zahrnuje vysílač a přijímač alespoň jednoho kolimovaného svazku paprsků, který spolu s řadou fotocitlivých buněk CCD/CMOS snímače v přijímači tvoří měřicí rovinu. Účelem je snímání povrchu rotačního objektu v alespoň jedné měřicí rovině pod úhlem 90° ±45° vzhledem k povrchu rotačního objektu. Přijímač je pro snímání alespoň jedné hrany přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků na své ploše opatřen řádkovým CCD/CMOS snímačem nebo maticovým CCD/CMOS snímačem, přičemž každá hrana je v měřicí rovině projekcí bodu nebo bodů na povrchu rotačního objektu. Měřicí zařízení dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku, snímače podélného posuvu a snímače příčného posuvu nosného rámu.

Funkce měřicího zařízení je popsána v sedmi základních krocích a dalších s výhodou volitelných aspektů.

V prvním kroku je zařízení s upevněným rotačním objektem opatřeno polohovatelnou optickou hlavou mající alespoň jeden optický mikrometr typu „thru-beam“, který zahrnuje vysílač (zdroj světla, zářič) a přijímač alespoň jednoho kolimovaného svazku paprsků. Optická hlava je polohovatelná ve skenovací rovině v příčném a/nebo podélném směru, přičemž skenovací rovina zahrnuje rotační osu. Pokud je zařízením programově řízený obráběcí stroj, je optická hlava zapojena a upevněna manuálně nebo prostřednictvím automatického procesu výměny nástroje.

V druhém kroku je vybrán počáteční bod snímání nacházející se na rotační ose a stanovena jeho poloha vůči optické hlavě. Tento bod definuje vztažný bod při vyhodnocení tvaru profilu rotačního objektu.

Ve třetím kroku je stanovena alespoň jedna měřicí rovina alespoň jednoho optického mikrometru, a tato rovina je tvořena kolimovaným svazkem paprsků a alespoň jednou řadou fotocitlivých buněk CCD/CMOS snímače v přijímači pod úhlem 90° ±45° vzhledem k povrchu rotačního objektu. Dále je vyhodnocen úhel měřicí roviny vzhledem k rotační ose.

Ve čtvrtém kroku je alespoň jeden bod na povrchu rotačního objektu v měřicí rovině snímán alespoň jedním kolimovaným svazkem paprsků optického mikrometru tak, aby byl přijímač rotačním objektem během snímání částečně zastíněn. Uvedený bod nebo body se promítnou tak do alespoň jedné hrany přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků na přijímači. Každý bod v měřicí rovině je na přijímači reprezentován hranou ve skenovací rovině kolmé na měřicí rovinu. Skenovací rovina je tedy tvořena rovinou přijímače, zatímco měřicí rovina je tvořena kolimovaným svazkem paprsků a řadou fotocitlivých buněk CCD/CMOS snímače v přijímači.

V pátém kroku je jednak vzdálenost R bodu nebo bodů na povrchu rotačního objektu od rotační osy, a jednak poloha bodu nebo bodů na povrchu rotačního objektu vzhledem k počátečnímu bodu snímání na rotační ose vyhodnocena pomocí vyhodnocovací jednotky. Vzdálenost R i poloha bodu nebo bodů na povrchu rotačního objektu vzhledem k počátečnímu bodu snímání je vyhodnocena na základě vzdálenosti hrany na přijímači a relativní polohy počátečního bodu

-3 CZ 33321 U1 přijímače vzhledem k počátečnímu bodu snímání na rotační ose, a navíc na základě údajů o poloze optické hlavy vzhledem k rotační ose, kde tyto údaje zahrnují údaje ze snímače podélného posuvu a snímače příčného posuvu nosného rámu a údaje o úhlu natočení měřicí roviny podle třetího kroku. Optický mikrometr se tedy používá jako dálkoměr a vzdálenost R kolmo k rotační ose představuje poloměr měřeného rotačního objektu. Vyhodnocovací jednotka může zahrnovat různé moduly a obvody pro sledování v reálném čase.

V šestém kroku je optická hlava přesunuta v podélném a/nebo příčném směru vzhledem k povrchu rotačního objektu, je stanovena její poloha vůči počátečnímu bodu snímání a jsou zopakovány třetí, čtvrtý a pátý krok. Optická hlava je polohována v podélném a/nebo příčném směru pomocí podélného posuvu a příčného posuvu nosného rámu, na kterém je optická hlava upevněna. Přesnost měření závisí nejen na přesnosti samotných optických mikrometrů, ale rovněž na přesnosti znalosti polohy a orientace jednotlivých optických mikrometrů, které se můžou po každém uchycení soustavy mírně lišit.

V sedmém kroku je získána množina bodů na povrchu rotačního objektu a následně je vyhodnocen tvar profilu rotačního objektu.

Hrana přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků je s výhodou snímána pomocí fotocitlivých buněk na ploše přijímače tvořeného řádkovým CCD/CMOS snímačem nebo maticovým CCD/CMOS snímačem. Pod pojmem CCD/CMOS snímač se rozumí snímač na principu zařízení s vázanými náboji (CCD) nebo komplementární snímač na principu vrstev kovu, oxidu a polovodiče (CMOS) nebo jejich kombinace. Vzdálenost R bodu na povrchu rotačního objektu od rotační osy může přitom být vyhodnocena na základě té hrany na přijímači, která je nejblíže k rotační ose. V případě použití řádkového CCD/CMOS snímače se jedná o jednorozměrný optický mikrometr s jednou měřicí rovinou, zatímco u maticového CCD/CMOS snímače je řeč o vícerozměrném optickém mikrometru s více měřicími rovinami. Maticový CCD/CMOS snímač s více měřicími rovinami tedy funguje jako sestava více řádkových CCD/CMOS snímačů, ovšem s nižšími nároky na materiál a součástky.

úhel měřicí roviny optického mikrometru je vzhledem k povrchu rotačního objektu během snímání s výhodou měněn po krocích nebo plynule, nebo může úhel zůstat neměnný. Důležitým aspektem tohoto technického řešení je, že měřicí rovina se natáčí tak, aby svírala úhel co nejblíže kolmici s povrchem rotačního objektu. Osa natáčení optického mikrometru je rovnoběžná s kolimovaným svazkem paprsků a nachází se s výhodou v polovině měřicího rozsahu L/2 optického mikrometru.

Plynulé natáčení optického mikrometru může probíhat mezi dvěma definovanými úhly nebo s trvale konstantními otáčkami. Během každé otáčky se provede opakované měření, čímž se získá sada bodů ovlivněná aktuální polohou optické hlavy a úhlu natočení optického mikrometru. Body získané během otáčení jednorozměrného optického mikrometru se mohou filtrovat na základě vzdálenosti hrany přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků na CCD/CMOS snímač od osy natáčení.

V případě měření délek stupňovitých válcových ploch nebo šířek drážek se může optický mikrometr natočit až rovnoběžně, tj. v úhlu 0° s rotační osou rotačního objektu. Při měření šířky drážek je nutné změnit způsob umístění optického mikrometru a vyhodnocování hran vrženého stínu detekovaných na řádkovém CCD/CMOS snímači tak, aby kolimovaný svazek paprsků byl zastíněn z obou stran a střed drážky byl uprostřed měřicího rozsahu L. Přitom se vyhodnocuje délka osvětlené části uprostřed měřicího rozsahu L, která reprezentuje šířku drážky.

V případě proměnlivého úhlu měřicí roviny může být přijímač s výhodou natáčen kolem osy natáčení optického mikrometru, rovnoběžné s měřicí rovinou, pomocí přesného pohonu se zpětnou vazbou. Navíc, vysílač kolimovaného svazku paprsků může být natáčen kolem osy natáčení optického mikrometru, rovnoběžné s měřicí rovinou, pomocí uvedeného přesného

-4CZ 33321 U1 pohonu nebo pomocí dalšího, nezávislého pohonu. Oba pohony můžou být mechanicky propojeny (tj. na sobě závislé) nebo můžou být na sobě nezávislé. I v případě mechanicky nezávislých pohonů je s výhodou žádoucí jejich synchronizace. Vyhodnocovací jednotka je kvůli pohonům rozšířena o řídicí modul, který na základě polohy nosného rámu, případně znalosti profilu rotačního objektu, natáčí optický mikrometr tak, aby měřicí rovina reprezentovaná kolimovaným svazkem paprsků a řádkovým CCD/CMOS snímačem svírala úhel blízký kolmici ke snímanému povrchu rotačního objektu. Uhel natočení optického mikrometru musí být zpětnovazebně měřen nebo musí být zajištěny spolehlivé fixní polohy přijímače několika variant úhlu natočení.

Kolimovaným svazkem paprsků je s výhodou plošný kolimovaný svazek paprsků dopadající na maticový CCD/CMOS snímač.

Natáčení jednorozměrného optického mikrometru může být s výhodou realizováno pouze na úrovni natáčení řádkového CCD/CMOS snímače, je-li vysílač schopen plošným svazkem paprsků osvětlovat současně plochu, která pokrývá všechny polohy natočení přijímače.

Během snímání je optická hlava s výhodou přesouvána v prvním podélném směru vzhledem k rotační ose (např. vpravo), přičemž pro přesunutí optické hlavy druhým, opačným podélným směrem (např. vlevo) je snímání přerušeno. Poté je optická hlava přesunuta druhým podélným směrem až za počáteční polohu snímání (např. o násobek předpokládané odchylky) a do počáteční polohy snímání je optická hlava následně přesunuta prvním podélným směrem. Tímto je eliminována necitlivost a nepřesnost polohy nosného rámu způsobená odchylkami podélného a příčného posuvu.

Rotační objekt lze s výhodou na zařízení, na kterém je upevněno, např. na programově řízeném obráběcím stroji, během snímání otáčet kolem své rotační osy. U mechanizmu otáčení rotačního objektu je s výhodou implementováno precizní řízení úhlu natočení rotačního objektu s vysokou přesností zpětnovazebního měření.

Způsob a rychlost otáčení rotačního objektu a přesouvání optické hlavy je vhodné řídit tak, aby se měřený rotační objekt v požadované vzdálenosti od počáteční polohy měřeného rotačního objektu proměřil pod všemi požadovanými úhly natočení, respektive byl rotační objekt proměřen po obvodu v požadovaných místech. Z množiny naměřených bodů jedné otáčky je možné zjistit řadu vad měřeného objektu jako je házivost, nerovnoměrné opotřebení, ovalita, poškození apod. U opotřebovaných válců je možné zjistit maximální opotřebení a vyhodnotit potřebnou hloubku úběru materiálu pro renovaci profilu válců novým opracováním při dovoleném zmenšení průměrů válců.

Měřicí rovina optického mikrometru je s výhodou nastavena ve třetím kroku pomocí viditelného laserového paprsku z optického zaměřovacího zařízení upevněného na optické hlavě. Laserový paprsek je orientován rovnoběžně s kolimovaným svazkem paprsků a vizuálně pomáhá operátorovi ručně nastavit počáteční polohu optické hlavy pro proces snímání nebo kalibraci.

Před snímáním rotačního objektu je s výhodou provedena kalibrace polohy optické hlavy a je stanoven počáteční bod snímání. Při kalibraci je alespoň jeden optický mikrometr během snímání přesouván podél profilu kalibru o známých rozměrech a tvaru a s rotační osou rovnoběžnou nebo totožnou s rotační osou rotačního objektu tak, aby byl přijímač profilem kalibru během snímání částečně zastíněn, podobně jako při snímání rotačního objektu. Na přijímači se tak snímá alespoň jedna hrana přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků. Z nasnímaného profilu kalibru je vyhodnocen počáteční bod snímání na rotační ose a poloha optického mikrometru vzhledem k němu. Rozměry kalibru jsou přesně známy a ze získaných odchylek nasnímaného profilu vůči reálným rozměrům kalibru se vyhodnotí úhly, měřítka a vzájemné posunutí optických mikrometrů soustavy. Měřicí rovina může být nastavena na počáteční polohu snímání na povrchu kalibru.

-5 CZ 33321 U1

S ohledem na přesouvání optické hlavy v podélném směru vzhledem k rotační ose je dále s výhodou provedena i kalibrace přesunu optické hlavy v tomto směru. Optická hlava je během snímání při kalibraci přesouvána pouze jedním směrem, obvykle s měřicí rovinou kolmo vůči rotační ose. Zároveň probíhá snímání vhodné části rotačního objektu nebo kalibru a údaje z posuvu se porovnávají s údaji naměřenými na kalibrovaném optickém mikrometru soustavy. Analogicky je provedena i kalibrace přesunu optické hlavy v příčném směru vzhledem k rotační ose.

S ohledem na proměnlivý úhel měřicí roviny vzhledem k povrchu rotačního objektu je dále s výhodou provedena kalibrace přesného pohonu natáčení optického mikrometru. Jedná se o opakované snímání vhodně navrženého kalibru o známých rozměrech s různým úhlem natočení optického mikrometru.

Rotační objekt je s výhodou snímán dvojicí optických mikrometrů ve dvou měřicích rovinách s dvojicí kolimovaných svazků paprsků. Měřicí roviny dvojice kolimovaných svazků paprsků můžou vytvářet tvar V bez překřížení. Dále, hrany přechodu stínu a dopadajících kolimovaných svazků paprsků jsou snímány pomocí dvojice přijímačů tvořených řádkovými CCD/CMOS snímači. Obě měřicí roviny jsou nastaveny pod úhly ±45° vzhledem k rotační ose a tyto měřicí roviny svírají úhel 90°. V první měřicí rovině může být snímán povrch rotačního objektu v prvním podélném směru a ve druhé měřicí rovině může být snímán povrch rotačního objektu v druhém, opačném podélném směru. Tímto 45° nastavením měřicích rovin lze s výhodou snímat kuželové plochy rotačních objektů.

Rotační objekt je s výhodou snímán alespoň dvěma optickými mikrometry v alespoň dvou překřížených měřicích rovinách, přičemž každá měřicí rovina je tvořena ko limo váným svazkem paprsků a řadou fotocitlivých buněk na ploše přijímače tvořeného jedním maticovým CCD/CMOS snímačem. S výhodou můžou být přítomny dvě nebo čtyři měřicí roviny. Dále, hrany přechodu stínu a dopadajících kolimovaných svazků paprsků jsou snímány pomocí jednotlivých řad fotocitlivých buněk měřicích rovin. S těmito řadami se operuje jako s více nezávislými řádkovými CCD/CMOS senzory.

V tomto aspektu technického řešení můžou být dvě měřicí roviny nastaveny pod úhlem 45° vzhledem k rotační ose. Tyto měřicí roviny pak můžou svírat úhel 90°. V případě dvojice překřížených měřicích rovin lze snímat povrch rotačního objektu v obou rovinách současně. Tímto 45° nastavením měřicích rovin lze s výhodou snímat kuželové plochy rotačních objektů.

Při snímání úzkých drážek (zápichů) v tomto nastavení může ovšem nastat problém, kdy je díky většímu měřicímu rozsahu snímače kolimovaný svazek paprsků optického mikrometru úplně, nebo částečně zastíněn také z druhé strany sousední válcovou částí rotačního objektu. Problém lze eliminovat analýzou hran vrženého stínu detekovaných na maticovém CCD/CMOS snímači, kdy je akceptována pouze jedna hrana nejbližší k rotační ose rotačního objektu.

Alternativně, je v tomto aspektu technického řešení nastavena první měřicí rovina pod úhlem 90° (kolmo) vzhledem k rotační ose, zatímco druhá měřicí rovina je nastavena pod úhlem 0° (rovnoběžně) vzhledem k rotační ose rotačního objektu. Tímto rovnoběžně-kolmým nastavením měřicích rovin lze s výhodou snímat úzké drážky (zápichy) v povrchu rotačního objektu.

Alternativně, je v tomto aspektu technického řešení rotační objekt snímán čtveřicí optických mikrometrů ve čtyřech překřížených měřicích rovinách tvořených čtveřicí kolimovaných svazků paprsků a k nim příslušných řad fotocitlivých buněk CCD/CMOS snímače. První měřicí rovina je nastavena pod úhlem 90° (kolmo) vzhledem k rotační ose, druhá měřicí rovina je nastavena pod úhlem 0° (rovnoběžně) vzhledem k rotační ose, a třetí a čtvrtá měřicí rovina jsou nastaveny pod úhlem 45° (šikmo) vzhledem k rotační ose rotačního objektu. Sousedící měřicí roviny přitom můžou svírat úhel 45°. Dále, hrany přechodu stínu a dopadajících kolimovaných svazků paprsků

-6CZ 33321 U1 jsou snímány pomocí čtyř řad fotocitlivých buněk na ploše přijímače tvořeného maticovým CCD/CMOS snímačem.

Provedení s maticovým CCD/CMOS senzorem jsou prostorově nejméně náročné, přičemž umožňují změřit všechny válcové a kuželové povrch rotačního objektu, včetně hloubek drážek, a rovněž umožňují změřit délky povrchů (šířky drážek). Provedení rovněž umožňují současně snímat ve všech optických rovinách zároveň, přičemž se dráha optické hlavy polohuje a optimalizuje vzhledem ke středu křížení optických rovin.

Pro vyhodnocení hrany stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků můžou být s výhodou použity všechny nebo vybrané řady fotocitlivých buněk na ploše maticového CCD/CMOS snímače, které jsou s výhodou uspořádány pod úhlem 90° a/nebo ±45° a/nebo 0° vzhledem k rotační ose. Tyto řady tedy kopírují uspořádaní měřicích rovin v jedenáctém výhodném aspektu tohoto technického řešení. V případě plošného kolimovaného svazku paprsků lze s výhodou využít všechny řady fotocitlivých buněk, tedy celou plochu maticového CCD/CMOS snímače.

Povrch rotačního objektu je s výhodou postupně snímán nejdříve prvním, následně druhým, případně poté každým dalším ze skupiny optických mikrometrů.

Například, v případě optické hlavy s dvojicí samostatných optických mikrometrů se s výhodou objekt snímá ve dvou fázích odděleně pro první a druhý optický mikrometr lišících se směrem podélného posuvu soustavy podél rotační osy rotačního objektu. Aktivním je přitom pouze jeden ze snímačů v daném směru a snímá plochy, se kterými měřicí rovina svírá úhel 90° až ±45°. Plochy rovnoběžné s rotační osou jsou nasnímány oběma snímači a body z těchto ploch slouží ke zpřesnění a spojení obrazů levého a pravého optického mikrometru do celého obrazu profilu rotačního objektu.

Alternativně, povrch rotačního objektu je snímán všemi optickými mikrometry současně. Pro vyhodnocení tvaru profilu rotačního objektu jsou v obou případech získané množiny bodů z jednotlivých optických mikrometrů sloučeny.

Dále lze u speciálních ploch, které nemají tvar rotačního tělesa, například váčky, získat v případě přesného rozlišení úhlu natočení kolem rotační osy měřeného objektu množinu dostatečně přesně změřených bodů po obvodu této plochy reprezentující obvodový sken plochy, který je možné rozměrově a tvarově porovnat s požadovanými rozměry a tvarem plochy.

Optická hlava je s výhodou upevněna na nosném rámu programově řízeného obráběcího stroje, s výhodou zejména CNC soustruhu, a rotační objekt je upevněn na programově řízeném obráběcím stroji pomocí sklíčidla a/nebo koníku. Kalibr je možné s výhodou integrovat do sklíčidla pro upnutí rotačního objektu, do upínacího hrotu nebo do hrotové objímky koníka programově řízeného obráběcího stroje. K otáčení měřeného rotačního objektu může s výhodou být použito vřeteno programově řízeného obráběcího stroje.

Optická hlava může být přitom polohována v příčném a/nebo podélném směru pomocí podélného posuvu a příčného posuvu nosného rámu programově řízeného obráběcího stroje. Optická hlava je na nosném rámu upevněna a její poloha může být vyhodnocena pomocí integrovaných polohových senzorů programově řízeného obráběcího stroje. Samotné poloho vání nosného rámu může být s výhodou provedeno řídicím systémem programově řízeného obráběcího stroje, a tento systém může pomáhat vyhodnocovací jednotce při vyhodnocování polohy optické hlavy. Výhodněji lze optickou hlavu konstruovat jako speciální, automaticky výměnný nástroj programově řízeného obráběcího stroje.

Optická hlava je s výhodou upevněna na nosném rámu, přičemž tvoří samostatné měřicí zařízení.

-7 CZ 33321 U1

Dále, kontrola rozměrů ze získaných skenů profilů rotačního objektu nebo obvodů speciálně tvarovaných ploch, s výhodou prováděna automaticky počítačovým vyhodnocením na základě porovnání získaného skenu profilu objektu s dopředu zadanými parametry rozměrů nebo s výrobním CAD výkresem profilu.

Vyhodnocení může provádět přímo vyhodnocovací jednotka nebo ta může být propojena s počítačem, kterému data předá k vyhodnocení. Počítač může být vybaven speciálním softwarem, který vizualizuje průběh procesu snímání a umožňuje prohlížet výsledky měření včetně změřených odchylek. V případě existence několika druhů měřených rotačních objektů speciální software může zároveň sloužit k aktivaci příslušné specifikace pro konkrétní vložený výrobek. Počítač může s výhodou data vizualizovat operátorovi nebo je předat nadřízenému sytému výrobní linky. Počítač může s výhodou výsledky a nasnímané údaje ukládat do databáze k archivaci či následným analýzám. Počítač nebo vyhodnocovací modul může na základě vyhodnocených dat a definovaných pravidel spouštět další procesy např. alarmy.

Po ukončení snímání povrchu rotačního objektu může být optická hlava odpojena z nosného rámu manuálně nebo prostřednictvím automatického procesu výměny nástroje.

Hlavní výhodou zařízení podle tohoto technického řešení oproti dosavadnímu stavu techniky je schopnost automatického a bezkontaktního nasnímání a proměření vnějších ploch a profilů rotačních objektů, včetně tvarově složitých kuželů nebo speciálně tvarovaných ploch, přímo na výrobním zařízení programově řízeného obráběcího stroje, zejména CNC soustruhu. Optická hlava tedy může být výhodně provedena jako speciální nástroj CNC soustruhu. Alternativně lze zařízení použít i jako samostatné měřicí zařízení, což zvyšuje jeho flexibilitu při různých aplikacích.

Další výhodou je, že snímání může být prováděno průběžně i mezi fázemi výroby bez potřeby manipulace s výrobkem.

Mezi další výhody patří to, že snímání může probíhat zcela automaticky nebo poloautomaticky, kdy operátor zprovozní optické měřicí zařízení a spouští jednotlivé na sebe navazující automatické procesy snímání.

Výhodou je rovněž to, že snímání probíhá bezkontaktním způsobem, který je nezávislý na povrchu měřeného materiálu rotačního objektu.

Další výhodou je, že nasnímání a proměření probíhá rychle a zároveň s vysokou přesností a rozlišením, díky čemuž je možné vyhodnotit rozměry s přesností převyšující ±0,01 mm.

Mezi další výhody se řadí příprava způsobu nasnímání pro nový typ rotačního objektu, spočívající ve vložení nového výkresu, včetně zadání požadovaných tolerancí a naprogramování dráhy posuvu programově řízeného obráběcího stroje, který je z principu pouze kompilací programu potřebného pro výrobu samotného rotačního objektu.

Další výhodou je, že z nasnímaných dat lze vytvořit počítačový model rotačního objektu, který lze následně vizualizovat, analyzovat či jinak zpracovávat. Veškeré výsledky můžou být automaticky ukládány do databáze, což umožňuje kdykoliv provádět analýzy nebo kontrolovat výsledky či je exportovat do jiných programů bez vlivu na způsob nasnímání.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde:

-8CZ 33321 U1

Obr. 1 znázorňuje perspektivní pohled (1A) na optické měřicí zařízení pro nasnímání profilů rotačních objektů na CNC soustruhu, s detailním zobrazením (1B) optické hlavy v prvním provedení s jedním jednorozměrným optickým mikrometrem;

Obr. 2 znázorňuje perspektivní pohled na optickou hlavu v druhém provedení se dvěma jednorozměrnými optickými mikrometry;

Obr. 3 znázorňuje vrchní pohled na optickou hlavu v druhém provedení;

Obr. 4 je schematický vrchní pohled znázorňující způsob nasnímání profilu rotačního objektu optickou hlavou v druhém provedení;

Obr. 5 znázorňuje perspektivní pohled na optickou hlavu ve třetím, čtvrtém, resp. pátém provedení sjedním plynule otočným, resp. po krocích otočným, resp. trvale rotujícím, jednorozměrným optickým mikrometrem;

Obr. 6 je schematický vrchní pohled znázorňující způsob nasnímání profilu rotačního objektu optickou hlavou s plynule otočným optickým mikrometrem ve třetím provedení;

Obr. 7 je schematický vrchní pohled znázorňující způsob nasnímání profilu rotačního objektu optickou hlavou s po krocích otočným optickým mikrometrem ve třetím provedení;

Obr. 8 je schematický vrchní pohled (8A) znázorňující způsob nasnímání profilu rotačního objektu optickou hlavou s trvale rotujícím optickým mikrometrem v pátém provedení, s detailním zobrazením (8B);

Obr. 9 je předozadní pohled v řezu (9A), vrchní pohled (9B) s detailním zobrazením (9C) a perspektivní pohled (9D) s detailním zobrazením (9E) znázorňující optickou hlavu v šestém provedení s jedním optickým mikrometrem se dvěma překříženými měřicími rovinami;

Obr. 10 je předozadní pohled v řezu (10A), vrchní pohled (10B) s detailním zobrazením (10C) a perspektivní pohled (1 OD) s detailním zobrazením (10E) znázorňující optickou hlavu v sedmém provedení s jedním optickým mikrometrem se čtyřmi překříženými měřicími rovinami; a

Obr. lije předozadní pohled v řezu (11A), vrchní pohled (11B) s detailním zobrazením (11C) a perspektivní pohled (11D) s detailním zobrazením (11E) znázorňující optickou hlavu v osmém provedení s jedním optickým mikrometrem s plošným vyhodnocováním.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bude dále objasněno na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. Uvedená uskutečnění znázorňují příkladné varianty provedení technického řešení, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.

Příklad 1

V prvním provedení tohoto technického řešení dle Obr. 1 je znázorněno optické měřicí zařízení pro bezkontaktní nasnímání profilů rotačních objektů 1 na programově řízeném obráběcím stroji 2, v tomto případě CNC soustruhu. Toto zařízení tvořeno optickou hlavou 3 upevněnou na nosném rámu 4 CNC soustruhu a vyhodnocovací jednotkou 5, která napájí a komunikuje s optickou hlavou 3 a čte snímače 6 polohy podélného posuvu a snímače 7 polohy příčného posuvu nosného rámu 4. Dále je vyhodnocovací jednotka 5 propojena s počítačem 8 se softwarem pro vizualizaci naměřených dat a pro nastavení aktuální specifikace měřeného objektu. V CNC soustruhuje upevněný měřený rotační objekt 1 z jedné strany uchycen ve sklíčidle 9 a z druhé

-9CZ 33321 U1 strany podepřen koníkem 10. Na koníku CNC soustruhu se nachází kalibr 11 pro kalibraci optické hlavy 3.

Optická hlava 3 v prvním provedení zahrnuje jeden jednorozměrný optický mikrometr 12, který je tvořen vysílačem 13 (zdrojem světla) kolimovaného svazku 14 paprsků osvětlujícího přijímač 15 nejčastěji tvořený CCD nebo CMOS řádkovým snímačem 16. Soustava alespoň jednoho optického mikrometru 12 s komunikačním a napájecím rozhraním, ochranným pouzdrem a úchytem tvoří optickou hlavu 3. Optický mikrometr 12 je orientován svisle tak, aby úhel měřicí roviny tvořené plochým, orientovaným, kolimovaným svazkem 14 paprsků se snímačem 16 byl co nejblíže úhlu 90° vzhledem k měřenému povrchu rotačního objektu 1. Během snímání je svazek 14 paprsků vysílače 13 částečně, ze strany rotační osy 19, zastíněn rotačním objektem 1, přičemž se vyhodnocuje hrana 17 přechodu dopadajícího světla a stínu identifikovaného na snímači 16. Tato hrana 17 reprezentuje vzdálenost bodu 18 na povrchu měřeného rotačního objektu 1 od relativního počátku snímače 16. Vzdálenost se přepočte pomocí údajů ze snímačů 6, 7 polohy podélného a příčného posuvu nosného rámu 4 a z předem provedené kalibrace na absolutní polohu bodu 18 vůči počátečnímu bodu 20 snímání. Vzdálenost bodu 18 od rotační osy 19 reprezentuje poloměr R měřeného objektu v daném bodě 18.

Opakovaným snímáním během polohování optické hlavy 3 podél povrchu rotačního objektu 1 tak, aby kolimovaný svazek 14 paprsků měřicího rozsahu L optického mikrometru 12 byl vždy z části zastíněn rotačním objektem 1 ze strany rotační osy 19, vzniká množina 21 bodů 18 - sken reprezentující profil 22 měřeného objektu 1.

Software počítače 8 je prostřednictvím počítačové sítě 23 připojen k databázovému SQL serveru 24, ze kterého čte specifikaci požadovaných rozměrů rotačního objektu 1 a ukládá do něj naměřená data. K SQL serveru 24 jsou rovněž prostřednictvím počítačové sítě 23 připojeny síťové počítače 25 se softwarem pro zadávání požadovaných rozměrů a výkresu profilu objektu 1 a zároveň slouží k analýze nasnímaných dat a změřených výsledků.

Příklad 2

Ve druhém provedení tohoto technického řešení dle Obr. 2 je znázorněna optická hlava 3 se dvěma jednorozměrnými optickými mikrometry 12, která je vhodná pro měření velkých válců 26, které představují měřený rotační objekt L Levý optický mikrometr 27 má vůči rotační ose 19 měřicí rovinu natočenou o 45° a pravý optický mikrometr 28 o -45°. Optická hlava 3 je vybavena optickým zaměřovacím zařízením 29 tvořeným viditelným laserovým paprskem 30. Ten se využívá u automatizovaného procesu snímání a kalibrace, kdy obsluha programově řízeného obráběcího stroje 2, např. CNC soustruhu nejprve přesune posuv do počáteční polohy tak, aby laser osvětloval počáteční značku nebo předepsanou hranu měřeného rotačního objektu 1 nebo kalibru 11.

Nasnímání profilu se provádí ve dvou etapách (viz Obr. 3 a Obr. 4), přičemž se zvlášť snímají dílčí plochy 31, resp. 32 profilu levým 27, resp. pravým optickým mikrometrem 28 podle toho, jaký úhel svírá měřicí rovina optického mikrometru 27, 28 s měřeným povrchem, přičemž úhel nesmí přesáhnout interval ±45° od kolmice. Tomuto způsobu je také upravena dráha posuvu, která je při dráze 33 posuvu doleva orientovaná na levý optický mikrometr 27 a při dráze 34 posuvu doprava na pravý optický mikrometr 28. Oba posuvy 33, 34 odpovídají posunutým křivkám profilu měřených dílčích ploch 31, 32, které odpovídají vzdálenosti 35 vzájemného posunutí středů rozsahů obou přijímačů. Během snímání je z důvodu minimalizace vlivu necitlivosti pojezdu objektu optická hlava 3 posouvaná pouze v jednom směru 33 nebo 34 podle toho, zda snímá levý 27 nebo pravý optický mikrometr 28. Získané části obrazů profilu se na základě údajů z kalibrace spojí v počítači 8 speciálně navrženým programem.

Příklad 3

- 10CZ 33321 U1

Ve třetím provedení tohoto technického řešení dle Obr. 5 je znázorněna optická hlava 3 s jedním, plynule otočným optickým mikrometrem 36, která je vhodná pro měření větších hřídelí 37 nebo objektů tvaru rotačního tělesa 1_. Jak je znázorněno na Obr. 6, optický mikrometr 36, resp. měřicí rovina mikrometru se prostřednictvím přesného pohonu 39 se zpětnou vazbou natáčí kolem osy 40 procházející středem měřicího rozsahu L/2 rovnoběžně s kolimovaným svazkem 14 paprsků v úhlu 0° až 180° vůči rotační ose 19. Vysílač 13 kolimovaného svazku 14 paprsků se natáčí synchronně s přijímačem 15, nebo je zdrojem plošného světla, které tvoří kolimovaný svazek 14 paprsků s mnohoúhelníkovým, kruhovým nebo oválným průřezem (tzv. plošný svazek paprsků), který osvětluje snímač 16 ve všech úhlech natočení. Na základě znalosti ideálního profilu 22 měřeného rotačního objektu 1, např. většího hřídele 37, a aktuální poloze nosného rámu 4, řídicí modul 38 prostřednictvím přesného pohonu 39 optický mikrometr 36 prediktivně natáčí tak, aby měřicí rovina byla orientovaná kolmo ke snímanému profilu 22 povrchu. CNC program polohuje optickou hlavu 3 po křivce tak, aby v aktuálním úhlu natočení hrana 17 vrženého stínu měřené plochy dopadala na přijímač 16 co nejblíže poloviny měřicího rozsahu L/2 optického mikrometru 36.

Příklad 4

Ve čtvrtém provedení tohoto technického řešení dle Obr. 5 je znázorněna optická hlava 3 s jedním, po krocích otočným optickým mikrometrem 36, který se vůči rotační ose 19 natáčí prostřednictvím přesného pohonu 39 se zpětnou vazbou v předepsaných úhlech 0°, ±30°, ±60°, ±90°, jak je znázorněno na Obr. 7. Řídicí systém polohování nosného rámu 4 programově řízeného obráběcího stroje 2, např. CNC soustruhu nepřímo řídí úhel natočení optického mikrometru 36 změnami směru posuvu nosného rámu 4. Snímání probíhá pouze v jednom směru podél rotační osy 19 a je-li směr posuvu změněn, řídicí modul 38 optické hlavy 3 na to reaguje natočením optického mikrometru 36 do nové polohy. Velikost nového úhlu natočení snímače 16 nosný rám 4 sděluje poměrem drah podélného a příčného posuvu. Pro eliminaci necitlivosti se při změně směru dráha vždy mírně přetáhne o pevnou vzdálenost a rovněž záznam měření se aktivuje až poté, co je posun o tuto hodnotu vrácen zpět.

Příklad 5

V pátém provedení tohoto technického řešení dle Obr. 5 je znázorněna optická hlava 3 s jedním, trvale rotujícím optickým mikrometrem 36, který se prostřednictvím přesného pohonu 39 se zpětnou vazbou trvale otáčí kolem osy 40 procházející středem měřicího rozsahu L/2 rovnoběžně s kolimovaným svazkem 14 paprsků. Během jedné otáčky, při přesné synchronizaci úhlu natočení se provede řada opakovaných měření. Z těchto bodů se vyfiltrují pouze body, které jsou nejblíže ose 40 natáčení ve výseči maximálně 10°, jak je znázorněno na Obr. 8. CNC program polohuje nosný rám 4 s optickou hlavu 3 tak, aby osa 40 natáčení optického mikrometru 36 opisovala křivku ideálního profilu 22 rotačního objektu 1, např. většího hřídele 37. Se znalostí polohy osy 40 natáčení a úhlu natočení snímače 16 se vyfiltrované body 41 přepočtou do společného souřadnicového systému, kde pak reprezentují část skenu profilu 22. Ze sady těchto částí se sestaví celý profil 22 rotačního objektu 1. Otáčení optického mikrometru 36 může být nahrazeno oscilací ±180°.

Příklad 6

V šestém provedení tohoto technického řešení dle Obr. 9 je znázorněna optická hlava 3 s jedním optickým mikrometrem 12 se dvěma překříženými měřicími rovinami, která je vhodná pro měření profilu hřídelí 37 nebo jiných rotačních objektů 1 menších rozměrů. Jedna měřicí rovina je kolmá a druhá rovnoběžná s rotační osou 19 měřeného rotačního objektu L V této variantě je přijímačem 15 maticový CCD/CMOS snímač 42, ze kterého se primárně využívají dvě řady 43, 44 CCD/CMOS fotocitlivých buněk křížících se ve středu 45 snímače. Každá z těchto řad se vyhodnocuje samostatně jako dva řádkové CCD/CMOS snímače 16. Obě řady jsou zároveň osvětleny plošným kolimovaným svazkem 46 paprsků jednoho vysílače 13 ve formě plošného

- 11 CZ 33321 U1 zdroje světla 47. CNC program polohuje nosný rám 4 s upevněnou optickou hlavu 3 tak, aby osa rovnoběžná s plošným kolimovaným svazkem 46 paprsků, procházející středem 45 obou řad 43, 44 maticového CCD/CMOS snímače 42, opisovala křivku ideálního profilu 22 měřeného rotačního objektu 1. Ze znalosti ideálního profilu 22, se čte údaj z kolmé řady 43, nebo rovnoběžné řady 44 podle toho, která řada je blíže ke kolmici ke snímanému profilu 22. Optický mikrometr 12 se může rovněž používat jako dva nezávislé optické mikrometry 12, kdy např. jeden měří šířku w a druhý hloubku d drážky.

Příklad 7

V sedmém provedení tohoto technického řešení dle Obr. 10 je znázorněna optická hlava 3 s jedním optickým mikrometrem 12 se čtyřmi překříženými měřicími rovinami, která je vhodná pro měření profilu hřídelí 37 nebo jiných rotačních objektů 1 menších rozměrů. Jedna měřicí rovina je kolmá a druhá rovnoběžná s rotační osou 19 měřeného rotačního objektu L Další dvě jsou úhlopříčně pod úhly ±45°. Toto provedení má jeden přijímač 15 tvořený maticovým CCD/CMOS snímačem 42, ze kterého se primárně využívají dvě přímé řady 43, 44 CCD/CMOS fotocitlivých buněk a dvě úhlopříčně řady 51, 52 CCD/CMOS fotocitlivých buněk křížících se ve středu 45 snímače. Všechny řady jsou zároveň osvětleny kolimovaným svazkem 14 paprsků s mnohoúhelníkovým, kruhovým nebo oválným průřezem (tzv. plošným svazkem paprsků) jednoho vysílače 13 ve formě plošného zdroje světla 47. Každá z těchto řad se vyhodnocuje samostatně jako řádkový CCD/CMOS snímač 16. CNC program polohuje nosný rám 4 s upevněnou optickou hlavu 3 tak, aby osa rovnoběžná s kolimovaným svazkem 14 paprsků, procházející středem 45 řad 43, 44, 51, 52 maticového CCD/CMOS snímače 42, opisovala křivku ideálního profilu 22 měřeného objektu 1, např. většího hřídele 37. Na základě znalosti ideálního profilu 22, se vyhodnocuje údaj z řady 43, 44, 51, 52 podle toho, která řada, resp. její měřicí rovina, je orientovaná blíže ke kolmici ke snímanému povrchu 22. Na základě předem provedené kalibrace a se znalosti polohy nosného rámu 4 se údaje z vybraných řad 43, 44, 51, 52 přepočtou na množinu 21 bodů 18 nacházejících se na profilu 22 rotačního objektu 1. Ze sady těchto bodů 18 se sestaví celý profil 22. Každá z řad se může rovněž používat jako nezávislý optický mikrometr 12, kdy s rotační osou 19 rovnoběžná řada 44 vyhodnocuje šířku w a kolmá řada 43 hloubku d drážky.

Příklad 8

V osmém provedení tohoto technického řešení dle Obr. 11 je znázorněna optická hlava 3 s jedním optickým mikrometrem 12 s plošným vyhodnocováním, kde se oproti šestému nebo sedmému provedení se překříženými měřicími rovinami na maticovém CCD/CMOS snímači 42 využívají všechny nebo vybrané řady 48 v podélném nebo příčném nebo v obou směrech celé matice CCD/CMOS fotocitlivých buněk. Optický mikrometr 12 zahrnuje vysílač 13 ve formě plošného zdroje světla 47. Každá řada 48 je vyhodnocována samostatně jako jeden řádkový CCD/CMOS snímač 16. Z jednotlivých hran 49 vrženého stínu na jednotlivé řady se vyhodnotí množina 50 bodů reprezentující část profilu, a z množiny 50 těchto částí se sestaví celý profil 22 měřeného rotačního objektu 1. CNC program polohuje nosný rám 4 s upevněnou optickou hlavu 3 tak, aby střed 45 plochy maticového CCD/CMOS snímače 42 opisoval křivku ideálního profilu 22 měřeného rotačního objektu 1.

Průmyslová využitelnost

Výše popsané měřicí zařízení pro bezkontaktní nasnímání profilů rotačních objektů a vyhodnocení jejich vnějších rozměrů je možné využít při automatizaci strojírenské výroby na programově řízených obráběcích strojích, zejména CNC soustruzích. Uvedené měřicí zařízení je využitelné u výrobců strojních rotačních součástek s vysokým podílem automatizace výroby, např. hřídelí, rotorů, poloos, pouzder, čepů, automobilových dílů, pohonů, strojních součástí

- 12CZ 33321 U1 apod. Uvedené měřicí zařízení je využitelné u výrobců a při údržbě strojních rotačních součástek velkých rozměrů, zejména hřídelí a válců.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (52)

1. Měřicí zařízení pro bezkontaktní nasnímání profilů rotačních objektů (1,26, 37) a vyhodnocení jejich vnějších rozměrů, přičemž rotační objekt (1,26, 37) definovaný svým povrchem a rotační osou (19) je upevněn otočně kolem rotační osy (19), vyznačující se tím, že na nosném rámu (4) měřicího zařízení je upevněna polohovatelná optická hlava (3) mající alespoň jeden optický mikrometr (12, 36) typu „thru-beam“, který zahrnuje vysílač (13) a přijímač (15) alespoň jednoho kolimovaného svazku (14) paprsků tvořícího spolu s řadou (43, 44, 48, 51, 52) fotocitlivých buněk CCD/CMOS snímače (16, 42) v přijímači (15) měřicí rovinu pro snímání povrchu rotačního objektu (1, 26, 37) v alespoň jedné měřicí rovině pod úhlem 90° ±45° vzhledem k povrchu rotačního objektu (1, 26, 37), přičemž přijímač (15) je pro snímání alespoň jedné hrany (17, 49) přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku (14) paprsků na své ploše opatřen řádkovým CCD/CMOS snímačem (16) nebo maticovým CCD/CMOS snímačem (42), přičemž každá hrana (17, 49) je v měřicí rovině projekcí bodu (18) nebo bodů (18, 50) na povrchu rotačního objektu (1, 26, 37), přičemž měřicí zařízení dále zahrnuje vyhodnocovací jednotku (5) snímače (6) podélného posuvu a snímače (7) příčného posuvu nosného rámu (4).

10 výkresů

- 13 CZ 33321 U1

Seznam vztahových značek

1 Rotační objekt

2 Programově řízený obráběcí stroj

3 Optická hlava

4 Nosný rám

5 Vyhodnocovací j ednotka

6 Snímač podélného posuvu nosného rámu

7 Snímač příčného posuvu nosného rámu

8 Počítač

9 Sklíčidlo

10 Koník

11 Kalibr

12 Optický mikrometr

13 Vysílač

14 Ko limo váný svazek paprsků

15 Přijímač

16 Řádkový CCD/CMOS snímač

17 Hrana přechodu stínu a dopadajícího kolimovaného svazku paprsků

18 Bod na povrchu rotačního objektu

19 Rotační osa

20 Počáteční bod snímání

21 Množina bodů na povrchu rotačního objektu

22 Profil rotačního objektu

23 Počítačová síť

24 SQL server

25 Síťový počítač

26 Válec

27 Levý optický mikrometr

28 Pravý optický mikrometr

29 Optické zaměřovači zařízení

30 Viditelný laserový paprsek

31 Dílčí plocha profilu snímaná levým optickým mikrometrem

32 Dílčí plocha profilu snímaná pravým optickým mikrometrem

33 Dráha posuvu optického mikrometru doleva

34 Dráha posuvu optického mikrometru doprava

35 Vzdálenost vzájemného posunutí středů rozsahů obou přijímačů

36 Otočný optický mikrometr

37 Hřídel

38 Řídicí modul natočení optického mikrometru

39 Přesný pohon natočení optického mikrometru

40 Osa natočení optického mikrometru

41 Vyfiltrované body

42 Maticový CCD/CMOS snímač

43 Přímá řada fotocitlivých buněk maticového CCD/CMOS snímače kolmá na rotační osu

44 Přímá řada fotocitlivých buněk maticového CCD/CMOS snímače rovnoběžná s rotační osou

45 Střed maticového CCD/CMOS snímače

46 Plošný kolimovaný svazek paprsků

47 Plošný zdroj světla

48 Všechny nebo vybrané řady fotocitlivých buněk maticového CCD/CMOS snímače

49 Hrany přechodu stínu a dopadajícího plošného kolimovaného svazku paprsků

50 Množina bodů na povrchu rotačního objektu vyhodnocena z hran plošného kolimovaného svazku paprsků

- 14CZ 33321 U1

51 Úhlopričná řada fotocitlivých buněk maticového CCD/CMOS snímače svírající úhel -45° s rotační osou

52 Úhlopričná řada fotocitlivých buněk maticového CCD/CMOS snímače svírající úhel +45° s rotační osou

L měřicí rozsah optického mikrometru

R vzdálenost bodu na povrchu rotační osy