Журнал НИТ №8 (17) (Ноябрь 2017)

 

Embed or link this publication

Description

Журнал НИТ №8 (17) (Ноябрь 2017)

Popular Pages


p. 1

Дорогие Друзья! Мы рады представить вам наш очередной номер Журнала НИТ. В нём вы найдете много полезной информации об измерительных приборах, методах измерений и особенностях конструкции ручного измерительного инструмента. Рады вам сообщить, что мы всегда ждем вас в наш выставочный зал для проведения измерений на нашем демо оборудовании, более подробную информацию вы можете найти в разделе «Приглашение на демо измерения»! С наилучшими пожеланиями Главный редактор журнала НИТ, коммерческий директор ЗАО НПФ «Уран» Лоскутов А.А. В этом номере вы найдете: Werth автокорректировка. Фильтры. Эффект Комптона………………………..………..…….….....2 Быстрые и точные измерения осесимметричных деталей с MarShaft Scope…………..………..…..8 Контроль качества изображения оптических систем на приборах серии ImageMaster производства Trioptics……………………………………………………………………………....…..14 Новое поколение Micromar. Передовые инновационные решения………………………..…..…....19 Это знают только метрологи (статья от Всезнайки)…………………………………………………..22 Приглашение на демо-измерения…………..……….…...………………….…………….………...….24 ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 1 из 25

[close]

p. 2

Автокорректировка. Фильтры. Эффект Комптона. Для деталей, изготовленных из материала легкого для прохождения рентгеновских лучей, небольших размеров и средними допусками, требуемая точность измерения достигается стандартными средствами томографа. Использование в данных случаях корректировки, основанной на мультисенсторности, нет необходимости. Для специальных же измерительных задач, таких как, например, детали с жесткими допусками (в пределах микрометров) либо деталей из плотного материала, толстыми стенками, сложных для прохождения рентгеновских лучей стандартных средств уже не достаточно. Как будет объяснено далее, прохождение рентгеновских лучей сквозь деталь, приводит к возникновению систематической ошибки измерения, которая проявляется как видимые артефакты (размытие, искажения, изменение формы…). За это ответственны ряд физических эффектов. Величины же этих артефактов зависят от материала измеряемой детали и ее геометрии. Возникающие в данном случае артефакты частично могут быть откорректированы посредством аналитического метода, но, тем не менее, систематическая погрешность измерения останется, которая в свою очередь сильно ограничивает возможность измерения деталей с допусками в диапазоне нескольких микрон. Использование мультисенсорности делает возможным значительно сократить остаточную систематическую погрешность измерения за счет дополнительных измерений, к примеру, контактным датчиком. Данный метод называется «автокорректировка», принцип его работы изложен на картинке приведенной далее. Принцип работы метода «автокорректировка». a – образцовая деталь; b – результаты измерения рентгеновским датчиком (бочкообразность, значения слишком искажены); c – измерение образцовой детали оптическим или контактным датчиком; d - расчет поля корректировки (показано только для одной плоскости); e – сохранение поля корректировки для последующих измерений; f – измерение последующих деталей (СТ); g – совмещение поля корректировки с результатами измерений; h – получение корректного результата. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 2 из 25

[close]

p. 3

Автокорректировка служит для минимизации систематической погрешности измерения. Наличие систематической погрешности может быть обусловлено геометрией и материалом измеряемой детали. Причем, измерение оптическим или контактным датчиком происходит в нескольких доступных точках детали, а пересчет /корректировка происходит всей геометрии детали! Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной при измерении одной и той же величины. На рисунке ниже представлены результаты измерений с использованием функции «автокорректировка» и без нее, а также влияние других методов корректировки результатов. Классическая томография ® Werth TomoScope 1. Томография для исследовательских задач (погрешность ок. 50 мкм): 2. С использованием высокоточной механики и математической корректировкой (5-20 мкм) 3. Благодаря Werth Auto-Korrektur можно проводить измерения с погрешностью 1,5-4,5 мкм ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 3 из 25

[close]

p. 4

Реальным примером использования данного метода измерения может служить контроль геометрии распылительных форсунок дизельного двигателя. Допуск на диаметр топливного канала составляет порядка 5 мкм, чтобы измерения были проведены гарантированно корректно, нужно, чтобы погрешность измерения составляла ок. 0,5 мкм. Предпосылка достижения поставленной цели лежит в хорошей повторяемости результатов измерения. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 4 из 25

[close]

p. 5

Итак на рисунке слева представлено: а) результат измерения СТ-датчика высокая повторяемость измерений, разброс менее 1 мкм (проведено пять повторений); б) усредненные данные результатов измерений томографии (красная линия); калибровочные измерения датчиком WFP (коричневая линия) и откорректированные значения (зеленая линия). Как видно из графиков данные сопоставимы. в) разброс показаний (менее 0,3 мкм) после проведения пяти повторных измерений и применения метода «Автокорректировки» Фильтры. Излучение, возникающие в рентгеновской трубке, не монохромно. Также как и в случае лампы накаливания и ее видимого света, речь идет о непрерывном спектральном излучении определенной частоты. Максимальная энергия и частота в случае с томографом пропорциональна напряжению рентгеновской трубки. Хорошим примером работы данного метода может служить результаты измерения геометрии канала форсунки диаметром 180 мкм, приведенного на данной странице. Рентгеновское излучение, при прохождении сквозь измеряемую деталь, частично поглощается за счёт взаимодействия с атомами детали. В томографах, используемых в коммерческих целях, излучение ослабляется в основном за счет фотоэлектронного эффекта и Комптоновского рассеивания. Этот процесс абсорбции приводит к тому, что фотоны в рентгеновском излучении за счет столкновений с электронами частично либо полностью теряют свою энергию. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 5 из 25

[close]

p. 6

Часть излучаемого спектра с низкой энергией (низкочастотное излучение) поглощается сильнее, чем высокочастотное излучение. Это приводит к тому, что частотный спектр, после прохождения сквозь деталь, смещается в сторону высоких частот и высоких энергий. Говоря простым языком излучение становится более жёстким, этот эффект называется эффектом повышения «жёсткости» излучения. На рисунке ниже действия такого эффекта. показано результат Детектор Деталь Рентгеновское излучение В среднем диапазоне детали (для примера выше) лучи «правильно» проходят сквозь деталь. На толстых участках детали низкочастотные лучи (мягкое излучение) поглощаются больше, практически полностью, а высокочастотная составляющая часть излучения ослабляется лишь частично. В результате излучение становится более жестким. Эффект повышения жесткости излучения не может быть учтен математическими методами, что приводит к появлению артефактов, которые проявляются в виде искажений реальной формы детали. Их величина зависит от материала детали, формы, строения пр… В крайних случая эффект повышения жесткости излучения может привести к тому, что деталь будет едва пригодна к измерению, поскольку точки перехода материал-воздух не возможно будет определить корректно. За счет использования фильтров из разных материалов (цинк, медь, серебро и пр..) и разной толщины, спектр рентгеновского излучения может быть изменен. В зависимости от использованного фильтра, происходит фильтрация низкочастотной составляющей излучения, этот процесс также называется повышением жесткости излучения (но в данном случае полезное). Оставшееся высокочастотное излучение теперь при прохождении сквозь деталь, становится жестче в значительно меньшей степени и, соответственно, артефакты проявляются меньше. Детектор Деталь Фильтр Излучение ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 6 из 25

[close]

p. 7

На рисунке выше показан процесс повышения жесткости излучения за счет использования физического фильтра. Видно, что после фильтрации отсеялась низкочастотная (мягкая) составляющая спектра. Эффект Комптона. Деталь, измеренная с использованием фильтра. В среднем энергетическом диапазоне вероятность возникновения эффекта Комптона наиболее высока. Аналогично, как при фотоэффекте, здесь электрон также выбивается со своей орбиты. Рентгеновский фотон при этом теряет не всю свою энергию и не поглощается полностью. Во время этого эффекта в детали возникает новое рентгеновское излучение (с другой энергией и другим направлением), что приводит к эффекту рассеивания излучения. Рентгеновское излучение тем самым распространяется в различные направления, что также приводит к искажениям. Фильтры, установленные на рентгеновского излучения из трубки. выходе Решением проблемы эффекта Комптона является либо использование фильтров, однако это лишь частично решает проблему, либо использование метода «Автокорректировки», что является наиболее корректным и действенным. Альтернативным методом является корректировка за счет симуляции процесса по CAD модели. Этот метод правда далеко не совершенен и при существующем состоянии техники требует неимоверно больших временных затрат в рамках нескольких часов. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 7 из 25

[close]

p. 8

Быстрые и точные измерения осесимметричных деталей с MarShaft Scope Решение ф. Mahr – система MarShaft Scope 250 Plus Системы MarShaft Scope – это оптические измерительные приборы для деталей типа тел вращения, размещенные в защитной камере для возможности их применения непосредственно в производственных помещениях. Являясь самыми точными приборами для контроля параметров валов на сегодняшний день, системы ф. Mahr максимально удовлетворяют всем требованиям современных производств и лабораторий. Подобные системы обеспечивают максимально быстрый, удобный и надежный контроль практически любых осесимметричных деталей (валов). ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 8 из 25

[close]

p. 9

Системы уверенно заняли свою нишу в автомобильном производстве. К примеру, 42 системы MarShaft SCOPE 600 plus 3D куплены компанией Mercedes Приборы могут дополнительно устанавливаться на специальные вибростолы для полной подготовки к размещению в цеховых условиях, в непосредственной близости со станками. Процесс измерения является бесконтактным, полностью автоматизированным и осуществляется за счет оптики, а в некоторых специальных случаях с помощью контактного щупа (торцевое биение, пазы, углубления и др.). Cистема MarShaft Scope 600 Plus 3D на вибростоле Установка распределительного вала внутри системы ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 9 из 25

[close]

p. 10

Системы MarShaft Scope оснащены матричными камерами, которые в сравнении с линейными обладают рядом преимуществ: - обеспечивается высочайшая точность измерения, за счет принципа обработки информации; - постоянное отображение измеряемой детали, даже во время измерения (не фото, а отображение реальной детали); - оценивается не линейное изображение в каждом сечении по оси Z (сильные погрешности), а реальный профиль детали, что исключает дополнительные погрешности пересчёта и помогает распознать загрязнения на детали! - не требуется дополнительная калибровка камеры перед измерениями - точные измерения скруглений малых диаметров Оптика не может измерить некоторые параметры отклонения от формы, например торцевое биение, а так же различные углубления и пазы. Для того, чтобы это стало возможным, совсем недавно системы ф. Mahr были дооснащены новым контактным 2D щупом. Контактные измерения в пазах и различных углублениях Принцип заключается в измерении на видеоизображении высочайшей точности, т.е. измеряется реальная деталь, а не её фотографии или сканированный профиль Возможности контактного датчика при измерении глухого паза: - прямолинейность - параллельность - круглость - перпендикулярность - ширина паза - длина паза - глубина паза - симметричность заготовки относительно оси ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 10 из 25

[close]

p. 11

Комбинация оптики и контактного датчика позволяет системе измерять: • диаметры • длины • параметры формы и допусков • смещения • соосность • биения (торцевые и радиальные) • симметричность • глубины выемки • впадины • углы (углы поворота) • радиусы • конусы • резьбу: шаг, угол, средний, наружный и внутренний диаметры Деталь устанавливается максимально просто Технические характеристики: Длина (Z), мм 250/350/750/1000 Диаметр (X), мм 80 или 120 Макс. вес детали (кг) 30 Погрешность измерения длины, мкм (2+L/125), L в мм SCOPE 1000: (3+L/125) Погрешность измерения диаметра, мкм (1+L/125), L в мм SCOPE 1000: (2+L/125) Запуск измерительной программы Матричная камера обладает полем зрения в 40 мм с разрешением 1088х2048 пикселей. За счет скорости в 120 кадров в секунду система обеспечивает максимальные скорости измерения (200 мм/с). Функция масштабирования позволяет измерять самые мельчайшие детали, которые невозможно или очень трудно измерить традиционными методами. Сами измерения и процесс установки детали максимально упрощены: - открыть кабину прибора; - зажать измеряемую деталь в центра; - закрыть кабину; - запустить программу измерения, составленную из специальных команд-макросов, не требующих специальных знаний пользователя; - начать подготовку следующей детали! Полностью автоматизированный процесс измерения без участия оператора Демонстрационное видео Вы сможете увидеть, перейдя по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=eFj3qFHYshA ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 11 из 25

[close]

p. 12

Дополнительно эти системы могут быть модернизированы до полностью автоматической станции контроля валов. Компания Mahr предлагает готовые решения MarEngineering с возможностью создания роботизированной линии. Робот-рука самостоятельно распознаёт и устанавливает измеряемые детали в систему и запускается процесс автоматического измерения. После этого деталь заменятся на новую, а измеренная убирается на паллеты проверенной продукции. Компания Mahr предлагает комплексные решения по автоматизации контроля, как на производстве, так и в лабораториях. Полный контроль всех параметров валов с подробным протоколированием результатов измерений ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 12 из 25

[close]

p. 13

Но если на осесимметричных деталях/валах есть труднодоступные места, где оптика не позволяет произвести измерение, можно использовать хорошо себя зарекомендовавшую систему MarShaft MAN. Прибор имеет модульную конструкцию и может быть дополнительно дооснащен различными опциями: ПО, аксессуары, крепежи и др. MarShaft MAN обеспечивает высочайшую точность измерения даже в непосредственной близости с производственными станками, а за счет конструктивных особенностей ошибки и влияния оператора практически сведены к нулю. MarShaft MAN – система для измерения всех типов валов контактным методом Эти системы предназначены для цехового и лабораторного измерения всех типов валов контактным методом и с высочайшей точностью. Максимальная длина измерения 2100 мм, диаметр вала до 120 мм, максимальный вес детали до 60 кг. Погрешность измерения оси Х составляет 0,5+L/100 мкм, а погрешность оси Z составляет 3+L/100 мкм. Специальный инструмент для измерения диаметров Широчайшее применение и решение огромного количества измерительных задач ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 13 из 25

[close]

p. 14

Контроль качества изображения оптических систем на приборах серии ImageMaster производства Trioptics Контроль качества изображения оптических систем является завершающим этапом производства многих оптических изделий. На этом этапе контролируемому изделию дают качественную оценку получаемого изображения, анализируя тем самым в совокупности точность изготовления ее отдельных элементов и качество их сборки. Наиболее распространенным критерием оценки изображения при таком анализе является ЧКХ – частотно-контрастная характеристика (или КПМ – коэффициент передачи модуляции), для построения которой Trioptics предлагает решение – приборы серии ImageMaster. Что такое ЧКХ? Частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ) называют зависимость контраста изображения, значение которого меняется от 0 до 1 (или от 0 до 100%) от пространственной частоты, выраженной в линиях на единицу длины (мм). В основе принципа построения графиков ЧКХ лежит свойство оптической системы понижать контраст изображения с увеличением пространственной частоты (или, другими словами, плотности) изображаемого объекта. Наиболее наглядно это видно в случае, если в качестве объекта выступает набор штрихов с различной частотой (см. рис. 1). График ЧКХ представляет собой зависимость амплитуды контраста С1, С2, С3 …Cn от пространственной частоты (плотности штрихов на единицу длины), соответствующей каждой из этих амплитуд (рис.2). Рис. 2. Графики ЧКХ - расчетный (синяя кривая) и построенный при измерении (красная прямая) Классическим способом контроля качества изображения является его визуальный контроль при помощи набора мир с фиксированным расстоянием между штрихам, что в силу субъективных причин (острота зрения, усталость оператора) не является достаточно точным методом. Современные приборы контроля ЧКХ позволяют отказаться от набора мир и использовать один тест-объект (одну щель) для построения ЧКХ для широкого диапазона пространственных частот путем Фурье-преобразования функции рассеяния линии (рис. 3). Рис. 1. Уменьшение контраста изображения после прохождения через оптическую систему. Рис.3. Функция рассеяния линии, на основе которой строится график ЧКХ. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 14 из 25

[close]

p. 15

Модификации приборов и их конструктивные особенности. Для построения графиков ЧКХ в приборах серии ImageMaster используются следующие узлы и комплектующие: - зеркальный или линзовый коллиматор, формирующий световой пучок и имитирующий положение тест-объекта в бесконечности. - источник света, работающий в одном или нескольких спектральных диапазонах; - набор тест-объектов (сеток), расположенных в фокальной плоскости коллиматора и фильтры; - дугообразная направляющая для вращения приемной части, обеспечивающей измерение параметров вне оси; - объективодержатель для установки и центрировки объектива перед измерением, а также для вращения объектива во время измерения; - камера для регистрации изображения тест- объекта, прошедшего через контролируемый объектив. - направляющие, осуществляющие автоматизированное перемещение камеры по фокусу и по полю; направляющие оснащаются высокоточными линейными шкалами, регистрирующими положения объектива и камеры во время измерения. ImageMaster HR имеет вертикальное исполнение и оснащается линзовым коллиматором (с фокусным расстоянием 300 мм) с источниками света, работающими в различных спектральных диапазонах. Объектив устанавливается на вращающемся вокруг оптической оси держателе, а измерение по полю осуществляется за счет вращения автоколлиматора вдоль дугообразной направляющей. Камера, регистрирующая изображение, расположена в основании прибора и надежно защищена кожухом от солнечных лучей и воздушных потоков. Эта модель отличается компактным расположением узлов, обеспечивает устойчивое положение объектива при измерении за счет вертикальной установки, однако подходит для контроля сравнительно небольших оптических систем (апертура не более 45 мм, фокусное расстояние не более 150 мм, масса – не более 2 кг), например, объективов фотоаппаратов. Далее для упрощения изложения будем полагать, что контролируемой оптической системой является объектив (например, для фото- или видеосъемки). При измерении такого объектива необходима конфигурация прибора для измерения оптических систем, работающих из бесконечности. В зависимости от типоразмера контролируемого объектива Trioptics предлагает две модификации приборов серии ImageMaster – HR и Universal. Рис.4. Прибор серии ImageMaster HR. ЗАО НПФ «Уран» http://www.uran-spb.ru Стр. 15 из 25

[close]

Comments

no comments yet