Průmysl 4.0 výrazně mění charakter kontroly. Preferuje 100% kontrolu přímo ve výrobním procesu, a to pomocí automatických kontrolních stanic, začleněných do výrobních linek. Tato sofistikovaná zařízení využívají jak kontaktní, tak i bezkontaktní měřicí metody – kritériem je zejména přesnost, dlouhodobá stabilita, úroveň servisu a cena. Hlavně u zakázkových víceparametrických stanic, měřících s rozlišením i 0,01 μm, a navíc dynamicky (součástka se v měřicím místě otáčí), jsou nezastupitelné kontaktní metody; délkové parametry jsou pak měřeny hlavně indukčnostními snímači. Do nepříznivých provozních podmínek a pro velmi rychlá měření jsou stávající univerzální snímače, koncipované původně do laboratorního a čistého prostředí, již málo vhodné. Nové automatické stanice je nutno vybavovat účelově koncipovanými snímači, ke kterým se přirozeně vyvíjí i speciální příslušenství a různé podpůrné prvky. Problematikou se v ČR dlouhodobě intenzivně zabývá brněnská společnost MESING, která je i předním výrobcem a dodavatelem zakázkových měřicích zařízení včetně automatických měřicích stanic, ale i kontrolně technologických linek. Vývojové práce probíhají mj. v programu MPO – TRIO – FV 10336. Indukčnostní snímače používá průmysl desítky let a za tu dobu byla jejich výroba včetně indukčnostních systémů dotažena do vysoké dokonalosti. V ČR a německy mluvících zemích se používá hlavně diferenciální polomostové zapojení se dvěma cívkami a jádrem. Přesnost, citlivost, linearita, stabilita, celková odolnost proti nepříznivým vlivům, ale i cena indukčnostních systémů jsou nadstandardní. Automatická kontrola dnes hlavně potřebuje úplně nová mechanická provedení snímačů. Bohužel, přední světoví výrobci zaspali dobu a nezachytili, co moderní kontrolní technika do provozních podmínek potřebuje. Proto si někteří výrobci zakázkové měřicí techniky začínají potřebné snímače vyvíjet a vyrábět sami; nejlépe také vědí, co potřebují. KAM SPĚJE VÝVOJ Konečným záměrem je široké spektrum snímačů s velkou variabilitou a modifikovatelností; v budoucnu se dokonce očekávají ve specifických případech zakázkově koncipované snímače jen pro daný metrologický úkon, tvar a velikost součástky. K dispozici musí být široká škála ověřených uzlů s perfektním konstrukčním know-how. Nově vyvíjené snímače musí pracovat s rozlišením 0,01 μm a opakovatelností 0,1 μm a lepší. Dlouhodobá stabilita měření musí být v řádu desetin až jednotek μm/směnu. Velmi sledovaným parametrem bude doba dokmitu, která musí činit několik desítek ms (cyklový čas stanic se stále zkracuje). V řádu 0,01 μm se připouští šumové pozadí od chvění a magnetického pole v těsné blízkosti umístěného elektromotoru (běžně vztahováno na plášť 1kW motoru). Snímače musí být vybaveny pneumatickým odstavováním nebo přistavováním měřicích doteků. Stavitelná nebo nastavitelná musí být měřicí síla (0,01 až 5 N). Koncepce snímačů musí být volena tak, aby výrobce snímačů mohl respektovat požadavky odběratele na vybavenost snímače odměřovacím systémem. Řada odběratelů a uživatelů měřicí techniky předepisuje dodavateli, od které firmy musí použít odměřovací systém (důvod – nastavení elektronických jednotek, servis atd.). V německy mluvících zemích a v ČR převládá standard TESA/HIRT, který nicméně již nabízí řada dalších výrobců snímačů a je standardem i pro MESING. CESTY KE SPLNĚNÍ CÍLŮ Základem je optimálně navržený a vyrobený indukčnostní systém. Cívkové jednotky jsou samonosné s vodiči spojenými horkým vzduchem, na plášť a jádro se používá zakázkově vyrobený permalloy a speciální ferit. Největší změny zaznamenává přirozeně mechanika snímačů, přičemž nové snímače mají úplně jinou koncepci než stávající. Používají se výhradně prvky bez pasivních odporů a bez vůle, např. pružné klouby a také jejich monobloky. Ve velké míře se nasazují rozměrově stabilní materiály – standardem se stávají kompozity včetně uhlíkových. Samozřejmostí je striktní dodržování (pokud je to možné) Abbeho přesnostních principů. Velký důraz je kladen i na technologičnost konstrukce – cena snímače je stále sledovanějším parametrem, výrazně ovlivňujícím celkovou cenu měřicí stanice. Připomínáme, že dnes jsou již běžné stanice i s 50 snímači, proto snaha o cenovou minimalizaci snímačů. ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ Výroba nových snímačů se neobejde bez sofistikovaných zkušebních zařízení. Ta nejsou většinou běžně na trhu a výrobci snímačů si je musí vyvinout. K nejdůležitějším parametrům patří citlivost a linearita, a je přirozené, že MESING vyvíjí potřebné nanokomparátory v úzké spolupráci s pracovišti, jakými jsou ÚPT AV ČR a ČMI. Musel se také vybavit montážními, ale i měřicími a zkušebními zařízeními, třeba na stanovení opakovatelnosti a dlouhodobé stability měření, doby dokmitu, měřicí síly a silového gradientu, odolnosti proti vibracím, magnetickým polím atd. Jako jeden z mála ve střední Evropě vlastní elektronické normály TESA standard. PODPŮRNÉ PRVKY K realizaci měřicího zařízení jsou nutné nejen snímače, ale také různé podpůrné prvky. Jako první je nutno jmenovat měřicí doteky, které se přímo dotýkají kontrolovaného povrchu a mají významný vliv na přesnost, opakovatelnost a dlouhodobou stabilitu měření. Stále více se prosazují dynamické metody měření, které kladou na doteky zvýšené nároky. Kontrola ocelových součástek nepřináší obvykle problémy, ty ale nastávají, pokud je součástka z hliníkových slitin. Dural se rychle „navaří“ na povrch doteku a měření je nevěrohodné. V tomto případě je optimální použít nanodiamant. Pokud postačí pseudodynamické měření (součástkou se v měřicím místě jen mírně vykývne), lze výjimečně použít i levné kompozity (na vývoji spolupracuje MESING s TU v Liberci). Při klasickém dynamickém měření dochází k rychlému opotřebení stykové plochy doteků. Optimalizaci materiálů doteků pro různé měřicí úlohy řeší MESING s VUT FSI Brno. Samostatnou skupinu tvoří nově naklápěcí doteky zejména pro měření kotoučových a trubkových součástek. Opakovatelnost měření je většinou lepší než 0,1 μm. Doteky jsou obvykle uchyceny na snímačích s vakuovým odstavováním, a to je důvod, proč musí být lehké. Podmínkou realizace je taktovací měřicí cyklus. Při měření otvorů je nutno používat centrážní prvky a existuje řada realizačních možností. Novinkou jsou bezvůlové hlavice na bázi dvou svázaných a kruhově uspořádaných planžetových paralelogramů, které jsou úhlově pootočeny o 90° a tvoří monoblok. ZÁVĚR Česká republika patří ke špičce zemí v produkci aut na obyvatele a kontrolní technika pro hromadnou výrobu zde má nejen dlouholetou tradici, ale tradičně i vysokou úroveň. To přirozeně platí i pro snímačovou techniku a různé pomocné prvky. jan.kur@mesing.cz
