Proč sonda? Bez moderních systémů měření by průmysl zkolaboval

Čas jsou peníze a v průmyslu to platí obzvlášť. Časové ztráty i v řádu sekund výrazně snižují celkovou denní produkci. S nástupem elektromobility se navíc zvyšují nároky na přesnost opracování, zkracují se inovační cykly výrobků. Měření a řízení výroby pomocí sond si umí s výzvami průmyslu poradit.

Ruční nastavování nástrojů, ustavování obrobků a kontrola dílců jsou časově velmi náročné operace, které jsou náchylné na chyby obsluhy. Proto vznikly sondy, aby pomocí technologií rutinu a lidskou chybovost z výrobního procesu odstranily.

„Snižují náklady na seřizovače nástrojů, drahé upínače a na ruční ustavení obrobku číselníkovými úchylkoměry. Snímání sondami je rychlé a spolehlivé, přičemž odchylky stroje lze automaticky upravit,“ shrnuje Josef Sláma, ředitel tuzemské pobočky společnosti Renishaw, která patří mezi světové lídry v oblasti vývoje měřicích systémů pro strojírenství a lékařství.

Software sondy automaticky kompenzuje délku a průměr nástroje, polohu obrobku a rozměrové chyby. Pomocí srozumitelných softwarových programů se zajišťuje ustavování nástrojů, příprava obrobků a měření, a to včetně CNC strojů. Jednoduchá instalace umožňuje sondy dodatečně namontovat i na již provozované stroje.

Bez sond by moderní průmyslová výroba zkolabovala a stala by se naprosto nekonkurenční. Obráběcí stroje bez sond je totiž možné využívat jen z poloviny: zbytek času představuje čekání na obsluhu, která obrobek ustaví, stroj seřídí či řeší jeho poruchu nebo údržbu. To platí zejména o provozech s vysokou produkční kapacitou, kde by bez sond docházelo k neustálým prodlevám.

Čas je proto lepší investovat do produktivního obrábění, nikoli do manuálního ustavování polohy obrobků a následné kontroly. „Sondy tyto prodlevy minimalizují, jsou doslova vakcínou na ztráty času a materiálu. Sondy zkracují výrobní prostoje strojů a snižují zmetkovitost, která je u ručního ustavování a kontroly kvality vysoká,“ dodává Josef Sláma.

„Snižují náklady na seřizovače nástrojů, drahé upínače a na ruční ustavení obrobku číselníkovými úchylkoměry. Snímání sondami je rychlé a spolehlivé, přičemž odchylky stroje lze automaticky upravit,“ shrnuje Josef Sláma, ředitel tuzemské pobočky společnosti Renishaw.

Sondy šetří čas a snižují zmetkovitost

Manuální ustavování obrobků trvá nejen mnohem delší dobu, ale hlavně je náchylné na zmiňovanou chybovost. I drobná nepřesnost v upnutí v řádu setin milimetru může vést k produkci zmetku. Upínání nástrojů při použití sond je o 90 % rychlejší. Ušetřený čas se věnuje obrábění, tedy zvýšení produkce.

V případě manuálního upínání je nepraktická i závislost na upínacích systémech, které se musí měnit v závislosti na produkovaném výrobku. V praxi to znamená stroj opět přenastavit.

„Manuální upínání má navíc vysoké požadavky na kvalifikaci obsluhy. Většinou je musí dělat zkušený pracovník s mnoha lety praxe. Sondu ale může obsluhovat i méně zkušený pracovník, ustavení obrobku není tak náročné. Vysoce kvalifikovaní pracovníci se tak mohou věnovat úkolům s vyšší přidanou hodnotou,“ vysvětluje Josef Sláma.

Časová úspora se nejvíce projeví v případě ustavování velkých obrobků, které je časově náročné. „Sonda totiž lokalizuje usazení obrobku a jakékoli nesrovnalosti kompenzuje, usazení tak zabere řády minut, a nikoli hodin, jako v případě manuálních systémů,“ vysvětluje Josef Sláma.

„V podstatě ve všech provozech se investice vrátí do jednoho roku, životnost kvalitních sond je přitom často deset a více let,“ říká Josef Sláma.

Návratnost sondy se pohybuje v horizontu několika měsíců

Kdy se vyplatí sondu využít, je možné snadno zjistit pomocí jednoduchého propočtu návratnosti, který zohlední využití stroje, jeho produkci, čas potřebný na ustavení výrobku, seřízení a údržbu a míru produkce zmetků z důvodu chyb v ustavení.

Lze k tomu využít specializovaného kalkulátoru. Z dlouhodobých analýz společnosti Renishaw nicméně vyplývá, že investice do obrobkové sondy se vrátí do devíti měsíců a v případě nástrojové sondy dokonce do pěti měsíců.

„V podstatě ve všech provozech se investice vrátí do jednoho roku, životnost kvalitních sond je přitom často deset a více let. Nevybavit stroj sondou tedy dává smysl snad pouze při malosériové výrobě, anebo v okamžiku přístupu k levné a přitom kvalifikované pracovní síle, což je v dnešní době protimluv,“ dodává Josef Sláma.

Nejmodernější „doteky“ jsou laserové bezkontaktní

Sondy jsou zakončeny takzvanými doteky, které zprostředkovávají kontakt mezi sondou a součástkou či obrobkem. Kontakt je převeden na signál, který umožňuje provedení vlastního měření. Klíčovou vlastností doteku je tuhost doteku a minimální tvarová úchylka kuličky. Některé typy sondy mohou být bezkontaktní.

Laserovými bezkontaktními systémy jsou vybaveny nejnáročnější provozy, kde záleží i na tisícinách milimetru.

„Přesnost obrobku při obrábění závisí na řadě faktorů, jako jsou odchylka rozměrů nástroje, házivost nástroje či jeho zlomení při výrobě. Laserové nástroje umějí řídit tyto proměnné, což dovoluje měření řady nástrojů při výrobním posuvu i v otáčkách. Tím se minimalizuje nebezpečí nadměrného opotřebení nebo poškození nástroje, což je u malých a křehkých nástrojů důležitý předpoklad,“ upozorňuje Josef Sláma.

Mezi absolutní špičku patří systémy využívající k měření modrý laser (blue laser). Ve srovnání se systémy s červeným laserem disponuje technologie modrého laseru kratší vlnovou délkou.

„V důsledku lépe vede světlo, netrpí takzvanou difrakcí a má lepší geometrii laserového paprsku. To umožňuje měření i velmi malých nástrojů. Modrý laser také minimalizuje chyby měření mezi jednotlivými nástroji – což je klíčové hledisko při obrábění pomocí široké škály řezných nástrojů,“ vysvětluje Josef Sláma.

Sondy zajistí dokonalý koncert v CNC strojích

Snímací systémy vybavené sondami nacházejí nejčastěji uplatnění v CNC obráběcích centrech a soustruzích. Tam se dají naplno využít jejich možnosti. Identifikují a ustavují obrobky, kontrolují jejich rozměry v průběhu obrábění, monitorují stav povrchu obrobků a ověřují konečné rozměry hotových dílců před vyjmutím ze stroje. Operátoři nemusí tak často zasahovat do výrobního procesu.

„Lidský faktor vždy zvyšuje riziko chybovosti. Zejména se sníží doba prostojů potřebných k ustavení obrobku. Sondy finální obrobek přeměří s přesností na setiny milimetru, takže ihned odhalí chyby v nastavení. Zabrání se tak produkci zmetků. Zvýší se tím podstatně produkce i flexibilita výroby,“ dodává Josef Sláma.

Při obrábění v CNC strojích sondy mohou dohlížet na celý obráběcí cyklus bez nutnosti intervence obsluhy a vyjmutí výrobku z pracovního prostoru stroje. Obrobkové sondy jsou proto nenahraditelné v bezobslužných provozech.

„Zajišťují automatickou korekci nastavení kontrolním změřením prvního kusu a dále korigují případné odchylky během celého obráběcího cyklu. Umožňují adaptivní obrábění, které zajišťuje zpětnou vazbu procesu a minimalizaci odchylek,“ vysvětluje Josef Sláma.

Použití sond se navíc neomezuje na ustavování obrobku či nastavení nástrojů. Lze je využívat v celém průběhu výroby pro získávání cenných informací, ty pak analyzovat a produkci optimalizovat. „Tajemství konzistentního, automatizovaného a produktivního obrábění je pochopit, kde proměnlivost vzniká, a vypořádat se s ní hned od počátku,“ uzavírá Josef Sláma, ředitel tuzemské pobočky společnosti Renishaw.

• Co je vlastně sonda? Sondy jsou velmi přesné spínače, které při kontaktu s povrchem obrobku generují spínací signál.
• Obrobkové sondy jsou určeny zejména pro CNC obráběcí centra a soustruhy. Slouží k identifikaci a ustavení obrobku, průběžné kontrole jeho rozměrů při obrábění, monitorování stavu povrchu a ověření konečných rozměrů hotového dílce před dokončením.Nástrojové sondy slouží k měření velikosti nástroje před začátkem obrábění a ke kontrole poškození nebo zlomení nástroje během obrábění. Umožňují automatizovat a výrazně zvyšovat produktivitu výroby.
• Sondy jsou vybaveny doteky, které zprostředkovávají kontakt mezi sondou a součástkou či obrobkem. Klíčovou vlastností doteku je tuhost doteku a minimální tvarová úchylka kuličky.