Špičková úroveň s dlouhou tradicí: ČVUT Praha na veletrhu v Brně

Pražské ČVUT je nejstarší civilní technickou univerzitou v Evropě, vždyť letos slaví 300 let od svého vzniku. Velmi rychle se rozvíjí, v řadě oborů dosahuje vynikajících úspěchů. Věda a výzkum se nemohou v současném světě úspěšně rozvíjet pouze lokálně. Mimo jiné i proto se ČVUT pravidelně a úspěšně zúčastňuje Mezinárodního strojírenského veletrhu Brno. Fakulta strojní, Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky představil stroj RedCaM. Podobně jako vloni se strojem SlidingStar tak demonstroval snahu a schopnosti výzkumného týmu završovat svoje výzkumy výstupy v podobě funkčních modelů s mezinárodní patentovou přihláškou. REDCAM Funkční model redundantního kalibračního a měřicího stroje pro 6 stupňů volnosti byl postaven ve výzkumném projektu AV ČR s cílem použít a ověřit na funkčním modelu možnosti dosažení podstatně zvýšené přesnosti měření na základě redundantního měření paralelních kinematických struktur. Obráběcí stroje, roboty a měřicí stroje musí být polohovány s velkou přesností i navzdory tomu, že nemohou být vyrobeny principiálně s potřebnou přesností. Přesnost polohování u obráběcích strojů se požaduje kolem 10 ?m, u robotů kolem 100 ?m a u měřicích strojů v řádu ?m. Stroje jsou navrženy s určitými nominálními rozměry, ale vyrobeny jsou se skutečnými rozměry, které se od nominálních liší o výrobní odchylky. Tyto odchylky je nutné identifikovat a zadat do počítačového řídicího systému, který umožňuje odchylky během pohybu stroje kompenzovat. Polohování se oproti použití pouze nominálních rozměrů podstatně zpřesňuje. Proces určení skutečných rozměrů stroje oproti nominálním (projektovaným) rozměrům se označuje jako kalibrace stroje. Kalibrace u sériové kinematické struktury je relativně jednoduchá. S přechodem na pětiosé obrábění je postupný rozklad na dílčí rozměry velmi obtížný. U paralelních kinematických struktur je však nemožný a je nutné všechny části kalibrovat současně. Navíc je u nich závislost přesnosti polohování na znalosti skutečných rozměrů stroje daleko větší než u sériových struktur. Dnešní kalibrace se v principu provádí buď měřením v jedné souřadnici (laserový interferometr, ball bar) nebo v několika málo bodech prostoru na měřicích artefaktech. Vznikající chyby měření a kalibrace jsou příliš velké v důsledku sčítání dílčích chyb z rozkladu na dílčí rozměry nebo v důsledku užití sériové kinematické struktury při měření na artefaktech. Kromě toho jsou současné kalibrace omezeny jen na tři kartézské stupně volnosti a jsou omezeny rychlostí provedení. Tak vzniká zadání pro nový kalibrační stroj, který by měřil v šesti stupních volnosti s vyšší přesností, rychleji v souvislém pracovním prostoru. PRINCIP REDUNDANTNÍHO MĚŘENÍ Potřebujeme-li ve fyzikálním měření zvýšit přesnost, provedeme v čase více měření a výsledky statisticky zpracujeme. Mechatronika a dnešní levná elektronika umožňují provést totéž v jediném časovém okamžiku pomocí více současně provedených měření s opětným následným statistickým zpracováním. V případě paralelních kinematických struktur vzniká další efekt omezení výsledné chyby průnikem intervalů nejistoty. Veškeré vyrobené komponenty a veškerá provedená měření jsou vždy postižena výrobními nepřesnostmi, ale jestliže měření jsou předurčená, lze z jejich matematického zpracování získat výrobní nepřesnosti. SAMOKALIBRACE PKM Princip redundantních měření byl již aplikován na paralelní kinematické struktury a stroje (PKM), kde se ukázalo, že pokud měříme v kinematické smyčce více souřadnic kinematických dvojic než je počet stupňů volnosti, pak lze ze souboru takových měření určit všechny rozměry členů této kinematické smyčky. Pokud měříme v kinematické smyčce více souřadnic než je počet stupňů volnosti plus dva a více, tedy např. šest stupňů volnosti plus dva a více, významně roste přesnost určení těchto hledaných rozměrů. RedCaM je založen na paralelní kinematické struktuře s nadbytečným počtem čidel v jejich kloubech. Základny jednotlivých kinematických řetězců RedCaMu jsou dle potřeby rozmístěny a upevněny v pracovním prostoru stroje, platforma je spojena s tělesem výkonného členu stroje, např. upevněna místo nástroje do vřetene kalibrovaného stroje. Ten pak pohybuje platformou RedCaMu v pracovním prostoru a jsou snímány relativní pohyby v měřených kloubech. V prvé fázi se z těchto měření provede samokalibrace vlastního RedCaMu pro zvolené rozmístění v pracovním prostoru stroje a v další fázi již probíhá měření polohy vřetene kalibrovaného stroje v 6 stupních volnosti v prostoru. Pomocí optimalizace kalibrovatelnosti byla optimalizována řada možných variant struktur a řešení RedCaMu. Po intenzivní optimalizaci bylo dosaženo schopnosti určit polohu platformy v 6 stupních volnosti v prostoru užitím 9 čidel s přesností blížící se přesnosti každého jednotlivého čidla. Nedochází tak ke sčítání chyb, jak je to běžné u dnešních struktur měřicích strojů. Tato jedinečná vlastnost přenosu chyb mezi čidly a výslednou polohou v podstatě v poměru 1:1 byla již ověřena i experimentálně pávě na prezentovaném funkčním modelu RedCaMu. MOŽNOSTI VYUŽITÍ RedCaM může být nasazen jako kalibrační stroj pro běžné, netradiční i paralelní obráběcí stroje v 6 stupních volnosti. Podobně ho lze využít pro kalibraci dalších typů výrobních strojů, průmyslových robotů i měřicích strojů. Sám RedCaM může sloužit jako přenosný měřicí stroj. Lze však uvažovat i s jeho trvalým umístěním v zakrytované části obráběcího stroje pro trvalé kalibrování rozměrů obráběcího stroje během obrábění, kdy by mohly být takto určené teplotní deformace ihned kompenzovány řídicím systémem. Lze uvažovat i o průběžném měření polohy vřetene obráběcího stroje pro přímé řízení jeho polohy za účelem vyšší přesnosti obrábění a dosahování vyšší dynamiky a produktivity pohonů. TELESKOPICKÁ JEDNOTKA – ŘEMENOVÉ PROVEDENÍ Výsledná teleskopická jednotka vzniká skladbou těl jednotlivých lineárních jednotek, kdy první je poháněna samostatným pohonem a ostatní pevně spojené se sousedními, si odvozují pohon svým translačním pohybem, kdy se odvaluje valivý prvek po stacionární části lineární jednotky předchozí. Takto se přenáší posuvný pohyb na příslušný počet propojených jednotek. Vzniká tak teleskopické rameno s kontrolovatelným vysouváním a zasouváním, které umožňuje jediný pohon pouhou změnou smyslu otáček. TELESKOPICKÁ JEDNOTKA – ŠROUBOVÉ PROVEDENÍ Teleskopická jednotka vzniká skladbou těl lineárních jednotek, kde rotace pohybového šroubu uděluje posuv jednotlivým jednotkám. Tento posuv je pak převáděn na rotaci matice pevně spojené s ozubeným kolem, přes nepohyblivý šroub. Hnané ozubené kolo pak převádí rotaci na spoluzabírající ozubené kolo, pevně spojené s dalším pohybovým šroubem, který uděluje posuv další lineární jednotce.Tak se přenáší posuvný pohyb na příslušný počet sériově propojených jednotek. Vzniká tak teleskopické rameno s kontrolovaným vysouváním a zasouváním, které umožňuje jediný pohon změnou otáček hnacího šroubu. Tyto sériově propojené lineární jednotky mohou být vzájemně propojeny paralelně za vzniku teleskopické plošiny s kontrolovaným pohybem, a to opět pouze jediným pohonem. Druhou variantou je kluzné provedení. Tato teleskopická jednotka vzniká skladbou těl lineárních jednotek, jejichž hnací hřídel a další hřídele jsou opatřeny současně šroubovicemi a levým i pravým smyslem stoupání. Rotace pohybového šroubu uděluje posuv převodové jednotce a zároveň roztáčí kluznou matici pevně spojenou s ozubeným kolem. Hnané ozubené kolo pak převádí rotaci na spoluzabírající ozubené kolo, pevně spojené s dalším pohybovým šroubem, který uděluje posuv další lineární jednotce. Teleskopické jednotky se uplatní zejména v oblastech, kde jsou potřebné dlouhé výsuvy oboustranně ovládané, přesné polohování apod. Všechny uvedené teleskopické jednotky jsou podloženy přihláškou vynálezu. Tyto jednotky byly vytvořeny v Ústavu výrobních strojů a mechanismů, Fakulty strojní ČVUT. PLANTOGRAF V05 Ve spolupráci s FTVS UK v Praze, FEL ČVUT v Praze a Rehabilitační kliniky FNKV v Praze vnikl systém pro biomechanické vyšetřování stavu tlaku mezi ploskou nohy a maticově uspořádanými miniaturními snímači tlaku. Jedná se o kompaktní přenosný přístroj, který spolu s připojeným PC zpracovává v reálném čase signály o průběhu tlaků ve statickém a dynamickém režimu zatěžování. Snímač na aktivní ploše 400 x 300 mm obsahuje 7500 čidel a je schopen poskytnout 60 snímků za 200 ms, což ho řadí ke špičkovým světovým výrobkům. Možnosti aplikace jsou v medicíně, v anatomickém modelování, v robotice, v průmyslu, ve sportovním lékařství a metodologii. Obslužný SW poskytovaný s přístrojem umožňuje naměřená data nejen zobrazovat a ukládat, ale umožňuje i jejich základní zpracování. SYSTÉM EASYCONTROL® Univerzální ovládací systém prezentovaný Katedrou kybernetiky Fakultou elektrotechniky již získal řadu ocenění a je neustále zdokonalován tak, aby bylo možno k němu připojit různé periferie a prostřednictvím nich řídit různé typy výstupních zařízení k ovládání PC nebo jiných technických zařízení. Existuje možnost využití různého počtu tlačítek (FingerSwitch) nebo jednoduchého senzoru rozlišujícího pouze otevřené a zavřené oko (BlinkSwitch). Prostřednictvím systému může uživatel ovládat různá technická zařízení (např. PC, jednoduché hračky, speciální komunikační zařízení, TV, rádio…). SYSTÉM 14CONTROL® Systém bezkontaktního ovládání PC očními pohyby, případně pohyby hlavou pochází z téhož pracoviště ČVUT jako předchozí systém. Oko určuje směr pohybu jako joystick a ten je přenášen na počítačový kurzor po dobu výchylky z rovnovážné polohy. Klik a dvojklik je dán mrknutím oka trvajícím určitou časovou konstantu. Využití u speciálních editorů pro rychlejší komunikaci, v medicíně, průmyslu, rehabilitaci apod. ČVUT nabízí spolupráci na komplexním vývoji standardních i netradičních strojů a zařízení i jejich komponent od ideového návrhu přes výpočty až po stavbu prototypů a měření. Spolupracuje se společností INOMECH na kompletních inovačních cyklech. /an/