Service:
Ring 73 96 96 00
eller ta kontakt
ONLINE >

Nøyaktighets målinger av verktøy maskiner

Måle og dokumentere nøyaktighet ved høy ytelse i en verktøy maskin kan gjøres på mange måter. Felles for mange slike målinger er at de er vanskelig å forstå og at det er vanskelig å sette dem inn i en praktisk sammenheng. I dag har vi krav til dokumentasjon av alle ledd i en produksjons prosess, men det kan kanskje føles vanskelig å dokumentere slike maskiner på en god måte?
Jeg vil her prøve å beskrive noen muligheter for å fremskaffe gode og riktige målinger og dokumentasjon .

En verktøy maskin er geometrisk avansert, hvor avansert øker på med antall innbyrdes bevegelige akser. Tar vi utgangspunkt i maskinen når den er uten bevegelser, er det alt da mange parametere som skal stemme. Disse parametere danner utgangspunktet for hvor nøyaktig maskinen skal kunne arbeide. Innbyrdes vinkelretthet mellom akser og innretninger for feste av arbeidstykke/verktøy er noen parametere, korrekt nivellering er andre parametere. Til sammen danner disse et statisk utgangspunkt som er viktig å ha så korrekt som mulig. Ved bruk av kalibrerte verktøy for oppretting og avretting, sammen med standardiserte skjemaer, er det mulig å gjøre dette på en tilfredstillende måte. En er like fult avhengig av at den som utfører slikt arbeid er trenet og har god erfaring.

Målesystemene for måling av posisjon i maskinen er også en viktig brikke i det totale bilde. Maskinen kan aldri bli bedre enn den nøyaktighet målesystemene kan oppvise. Slik nøyaktighet bør oppgis som maks avvik pr. meter. Moderne styringer kan kompenser for det meste. Når en foretar kompensering av lengde eller vinkelmåling i en maskin akse, er det viktig at det samtidig beregnes og brukes en faktor som uttrykker den samlede feilen målesystemet i maskinen og referanse målesystemet (for beregning av kompenserings verdier) vil kunne gi.

Man er avhengig av å ha de ”statiske” parameterne så gode som mulig for å kunne få det optimale ut av maskinen. Når man setter maskinen i bevegelse får man mange flere parametere og forholde seg til, slik som elastisitet, friksjon, kraftoverføring, last o.s.v.

Dynamikken i en akse er gjerne sammensatt og komplisert, når en så kombinerer flere akser sammen, vil bilde bli enda mer komplisert. Det finnes utstyr som kan gi et godt og noenlunde enkelt bilde av slike forløp.

DBB (”dobbel bal bare” eng.) er et instrument som har vært brukt i lang tid. (fig.1) Instrumentet kan leveres av flere produsenter eks. Heidenhain, Reinishaw. Prinsippet er at man måler aviket i radien i en fast programmert sirkel. Instrumentet er mekanisk koblet til maskinen det brukes i med to kuler som holdes på plass i hver sin magnetiske holder. Kulene (”bal”) sitter i hver sin ende på instrumentet (”bar”) som måler avviket , denne danner da radien i sirkelen. En av magnet holderne setter en på boret, og den andre i spindelen på for eksempel en fresemaskin. Ved å foreta beregninger i dertil egnet software vil en kunne konstruere banen instrumentet har gjort, og sammenligne denne med en ideell bane.

Hva er ulempene med et slikt instrument?
Instrumentet krever mye erfaring for å kunne bli brukt korrekt. Et måleoppsett krever nøyaktig innretting og justering og er med det tidkrevende (fig.2). De grafiske bildene som blir framstilt er konstruerte og baserer seg ikke på absolutte koordinater. Instrumentet er avhengig av at det er mekanisk sammenkoblet riktig. Til sammen skaper disse momentene et avvik som kan bli betydelig.

Fordelene instrumentet gir ved korrekt bruk er store, da det hjelper deg å få et bilde av dynamikken i maskinen og på hvor godt den egentlig arbeider.
KGM (Kreuzgitter-messgerate) er et annet instrument som egner seg meget godt for dynamisk testing av verktøymaskiner(fig.3). Dette instrumentet er kun produsert av Heidenhain, og er egentlig konstruert som målesystem for maskiner som monterer micro-prossessorer eller DVD, CD-rom utstyr. Felles for all slik produksjon er høy grad av nøyaktighet og at målingene foregår i to plan.

KGM består av et dobbelt lesehode og en plate med reflekterende gitter i to plan 90 på hverandre. Et slikt målesystem kan lese bevegelser i to plan eks, X og Y samtidig.
Systemet baserer seg på interferenssalt måleprinsipp der den reflekterende plata har ”fase gitter” i to plan. Det finnes ingen mekanisk kobling mellom plate og lesehode. Montering, oppretting og justering er enkelt og raskt å utføre. En av de store fordelene med dette systemet er at det finnes svært få muligheter til å feil montere det, blir avvikene for store nekter systemet å fungere(fig.4). Systemet har stor nøyaktighets grad, de målte verdier er absolutt koordinater. Det spiller ingen rolle hvilken kontur en kjøre med systemet. En er ikke her låst til kun å utføre målinger ved sirkulær bevegelse. Dermed blir bilde du får et reelt bilde av de bevegelser som blir utført i maskinen. Feil kildene er få slik at den samlede feil blir med det beskjeden.
Utfordringen ved bruk av slike system er å lese de bildene en får, og trekke riktige konklusjoner ut av dem. For å kunne gjøre det kreves noe tids arbeide med systemene for å få erfaring.

En måling utført med KGM kan si det meste om de dynamiske forholdene i maskinen og gir et klart bile av om maskinen arbeider nøyaktig. En slik måling kan også til en hvis grad si noe om den statiske nøyaktigheten maskinen har. Ved å kombinere målinger kan en si om aksene det er gjort målinger i er vinkelrett på hverandre.

Konklusjon
Begge systemene krever erfaring ved bruk og ved tolking av vanskelige bilder. DBB er et lite fleksibelt og tidkrevende system. Det kan gi betydelige feilmålinger ved ukorrekt bruk. Bildene du får er konstruerte, det ligger beregninger å dermed ikke absolutte målinger bak resultatet.

KGM er et nøyaktig å fleksibelt system. Det er et raskt og vennlig system å bruke. Alle målinger er absolutte koordinater og vil dermed gi et u-forvrengt resultat. Man kan kjøre de konturer man vil og kan med det studere alle bevegelses forløp i maskinen. Ved at man her har absolutte koordinater og forholde seg til, kan man også gjøre respons målinger. Instrumentet er noe dyrere i innkjøp enn ”DBB”.De målte data blir logget og lagret i en ”PC”. Her blir dataene evaluert. Programvaren som brukes til dette heter for Heidenhains del ”Accom”. Accom er utviklet i henhold til ”ISO” standarder som finnes. Med Accom kan man også kombinere målinger gjort med andre instrumenter enn de som er beskrevet her (bl,a for termiske forløp).

At det finnes muligheter for å kunne dokumentere dynamikk og nøyaktighet i verktøy maskiner på en enkel og lett forståelig måte er begge disse systemene et bevis for. Mulighetene som er gitt ved disse systemene er av stor viktighet for alle som driver med produksjon, der verktøy maskiner inngår som del av produksjonssystemet.
Når slike målinger blir utført regelmessig, vil en kunne få fram forandringer over tid. En har med det fått et verktøy som setter en i stand til å planlegge vedlikehold i maskinen på en sikrere og mer effektiv måte. I tillegg får man dokumentasjon som vil være et viktig del av den totale kvalitets sikringen av maskinen. Dokumentasjon kan bestå av grafiske bilder som gir grei og forståelig informasjon (fig.5). Den kan også bestå av standardiserte verdier som beskriver kjente avvik og toleranser (beskrevet i ISO norm). Man kan også få fram rådata for egen behandling hvis man ønsker det.
Dette er muligheter som må interessere alle som bruker verktøymaskiner, at det er god økonomi i å investere i slike målinger og tester er hevet over en hver tvil..

Skrevet av Audun Grimstad, Kaspo Maskin
Publisert: 2008

Tilbake til fagstoff