Oblast techniky

Zařízení pro diagnostiku geometrie podélníků pomocí laserového profilometru.

Dosavadní stav techniky

Moderní výrobní procesy vyžadují, aby byly splněné požadavky na přesnost geometrie povrchu a jejich kritické tolerance. Při výrobě podélníků, například střešních nosičů, je nutné zajistit jejich přesné oříznutí a ohnutí, aby nedocházelo k nevyžádaným silám mezi střešním nosičem a střechou automobilu, které by mohly omezit jejich funkčnost nebo způsobit jejich poškození.

V současnosti se pro měření podélníků používá několik metod, z nichž nejrozšířenější je dotyková metoda, kdy je diamantový hrot snímače v kontaktu s diagnostikovaným povrchem. Přestože na hrot nepůsobí velká přítlačná síla, u měkkého nebo adhezivního povrchu může dojít k poškození nebo deformaci měřené části. Další nevýhodou je rádius na špičce diamantového hrotu, který zaznamenává pouze kontaktní body mezi špičkou a měřeným povrchem a z toho důvodu není hrot schopen měřit menší nesrovnalosti než je průměr snímacího hrotu.

Dále se pro přesné měření geometrie povrchů podélníků používají přenosné ruční profilometry. Nevýhodou je doba měření, jelikož je nutné provádět pouze dílčí operace. Tento proces a následné vyhodnocení geometrie povrchu prodlužují výsledný čas zpracování až na několik desítek minut.

Zařízení, které provede automatické bezdotykové naskenování objektu je popsáno v US 6157450. Měřený výrobek je uchycen do upínacího pouzdra pohybujícího se ve třech posuvných a dvou rotačních osách, které může zkoumaný objekt posouvat a otáčet všemi směry, přičemž skenování geometrie povrchu zajišťuje nad ním pevně uložený laserový profilometr. Nevýhoda tohoto zařízení je omezený maximální možný posun upínacího pouzdra, kterým je limitována největší možná velikost skenovaného objektu. Z důvodu pevně uloženého laserového profilometru není toto zařízení vhodné pro diagnostiku podélných předmětů, například střešních nosičů.

Cílem vynálezu je vytvoření poloautomatizováného zařízení pro diagnostiku geometrie podélníků, které provede naskenování a porovnání naměřeného podélníků s počítačovým modelem během několika minut.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález se týká měřicí stanice pro diagnostiku geometrie podélníků, jehož podstatou je testovací komora obsahující upínací desku, na níž jsou uložena upínací lůžka pro uložení podélníků spřažená s přestavovacími prostředky a vymezovací desky k vymezení prostoru pro uložení podélníků spřažené s vymezovacími prostředky, přičemž nad upínací deskou je vratně přestavitelně ve směru rovnoběžném s podélnou osou upínací desky laserový profilometr sloužící k naskenování tvaru alespoň jedné k němu přivrácené strany podélníků.

Testovací komora uložená v kovovém rámu je vymezena zespod upínací deskou a po stranách a seshora materiálem, který nepropouští vlnovou délku světla vyzařovanou laserem profilometru. Ve výhodném provedení je alespoň čelní strana z průhledného materiálu.

Na upínací desce jsou symetricky od jejího středu v podélném směru uložena upínací lůžka s přestavovacími prostředky, například pneumatickými válci, přičemž upínací lůžka slouží pro

- 1 CZ 307628 B6 uložení diagnostikovaného podélníku. Přestavovací prostředky ovládají pohyb upínacích lůžek a na nich uložených upínacích prostředků s pružným dorazem pro upevnění vložených podélníků, přičemž kontrolu vložení podélníku do upínacího lůžka obstarává optická závora, která je uložena alespoň v jednom z upínacích lůžek.

Symetricky od středu upínací desky v podélném směru jsou na jejich okrajích umístěné sklopné desky, vymezující prostor podélníku v testovací komoře a které jsou ovládány pomocí vymezovacích prostředků, například pneumatických válců.

Pohon přestavovacích a vymezovacích prostředků může být čistě na bázi lineárního pohybu nebo přenosu rotačního pohybu na lineární. Například mechanický, pneumatický, hydraulický nebo elektromechanický pohyb.

Uvnitř testovací komory se nachází CCD kamera sloužící jako čtečka čárových kódů pro jednoznačnou identifikaci finálního výrobku, jehož záznam je následně archivován.

V horní části testovací komory se nad upínací deskou rovnoběžně s podélnou osou upínací desky nachází lineární pojezd, řízený motorem pro přesné poloho vání a odměřování polohy, s uloženým laserovým profilometrem sloužící pro naskenování diagnostikovaného podélníku.

Přední strana testovací komory je opatřena vertikálně otvíranými posuvnými dveřmi, které umožňují přístup do vnitřní oblasti testovací komory. Na obou bočních stranách těchto posuvných dveří je přisazen zdvihací mechanismus, pomocí něhož jsou tyto dveře ovládány a jehož činnost kontroluje další bezpečnostní optická závora, přičemž pohon zdvihacího mechanismu je lineární, podobně jako u přestavovacích a vymezovacích prostředků.

Před testovací komorou se na rámu konstrukce nachází bezdotykové ovládání Leap Motion, reagující na pohyb a gesta ruky, které slouží k vybrání typu podélníku.

Pohyb upínacích lůžek, sklopných desek a lineárního pohonu s laserovým profilometrem je řízen pomocí programovatelného počítače. Diagnostiku podélníku a jeho vyhodnocení provádí automatizovaný software. Po zvolení programu diagnostiky se upínací lůžka a sklopné desky uvedou do pozice vhodné pro vložení vybraného typu podélníku a celý objekt se naskenuje. Z několika naskenovaných profilů je vytvořen 3D obraz a ten je porovnán se stereolitografickým modelem vytvořeným v CADu (Computer-Aided Design, česky počítačem podporované projektování). Díky optimalizaci softwaru pro specifický výrobek je rychlost kontroly jednoho podélníků provedena během přibližně dvou minut. Odchylky mezi diagnostikovaným podélníkem a počítačovým modelem jsou zobrazeny na monitorech umístěných na vrchní straně rámu konstrukce.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení vynálezu je schematicky znázorněno na přiložených výkresech, kde značí

Obr. 1 axonometrický pohled na zařízení s jednotlivými pozicemi a

Obr. 2 upínací desku s pozicemi.

Příklady uskutečnění vynálezu

Měřicí stanice pro diagnostiku geometrie podélníků bude popsána podle schematického zobrazení na Obr. 1 a Obr. 2.

-2CZ 307628 B6

Měřicí stanice obsahuje v rámu 1_ uloženou testovací komoru 2, která je vymezena zespodu upínací deskou 3 a ze stran a seshora materiálem nepropouštějícím vlnovou délku používaného laseru. V zobrazeném provedení je polopropustný materiál kouřové plexisklo a všechny jeho strany jsou průhledné.

Na upínací desce 3 se v podélném směru, symetricky od jejího středu nachází dvě upínací lůžka 31 pro uložení podélníků, která jsou spřažena s přestavovacími prostředky 311 pro změnu polohy upínacích lůžek 31 v závislosti na typu měřeného podélníků. V zobrazeném provedení jsou jako přestavovací prostředky 311 použity pneumatické válce. Upevnění podélníků v upínacím lůžku 31 zajišťuje vněm uložený upínací prostředek 312, který je opatřen pružným dorazem, aby nedocházelo k poškozování povrchu podélníků. V zobrazeném provedení je upínacím prostředkem 312 pneumatický válec s pryžovým dorazem. Kontrolu vložení podélníků do upínacího lůžka 31 zprostředkovává na jednom z upínacích lůžek umístěná optická závora 313.

Na každé straně upínací desky 3 se nachází dvě sklopné vymezovací desky 32, umístěné v podélném směru symetricky od středu upínací desky 3, které slouží k vymezení prostoru pro uložení podélníků v testovací komoře 2. Vymezovací desky 32 jsou spřaženy s vymezovacími prostředky 321, v zobrazeném provedení pneumatickými válci, které slouží k řízení polohy vymezovacích desek 32 v závislosti na vybraném typu podélníků.

V horní části testovací komory 2 je nad upínací deskou 3 krámu 1 zařízení rovnoběžně s podélnou osou upínací desky 3 připevněn lineární pojezd 33, ve kterém je uložen laserový profilometr 331. Na vnitřní zadní stěně testovací komory 2 je připevněná nezobrazená CCD kamera, která slouží jako čtečka čárových kódů pro identifikaci výrobku.

Přední strana testovací komory 2 je opatřena vertikálně otvíranými posuvnými dveřmi 21, které umožňují přístup do vnitřní oblasti testovací komory 2. Jejich činnost ovládají pneumatické válce posuvných dveří 211 a pozici dveří 21 kontroluje optická závora 212.

Ve výhodném provedení je na spodní čelní část rámu 1_ konstrukce umístěn pohyblivý rám 11, který je posuvný v horizontálním směru, aby umožňoval přístup k elektrorozvaděči a průmyslovému počítači, které se nacházejí ve spodní části konstrukce. Tento pohyblivý rám lije opatřen mechanickou měrkou pro měření spáry mezi podélníkem a střechou automobilu. Toto doplňkové zařízení slouží k mechanické kontrole laserové testovací komory 2.

Nad pohyblivým rámem 11 je ke středové části rámu 1 konstrukce připevněno bezdotykové ovládání 12 Leapmotion, sloužící pro výběr typu podélníků. Na vrchní části rámu 1 konstrukce jsou umístěny dva monitory 13, jeden sloužící pro sledování celkové produkce a druhý pro zvolení programu a následné zobrazení výsledků diagnostiky zvoleného programu. Celou konstrukci osvětlují LED svítidla 14.

Po zapnutí stroje se zařízení uvede do startovního režimu, kdy se otevřou posuvné dveře 21, upínací lůžka 31 a vymezovací desky 32 se přesunou základní pozice a obsluha je vyzvána ke zvolení programu. Po vybrání požadovaného typu podélníků přes bezdotykové ovládání 12 LeapMotion se uzavřou posuvné dveře 21, upínací lůžka 31 a vymezovací desky 32 se přesunou do pozice pro zvolený produkt. Upínací lůžka 31 se posunou dopředu směrem k obsluze pro vložení levého podélníků nebo dozadu pro vložení pravého podélníků. Vymezovací desky 32 se posunou k sobě, směrem ke středu upínací desky 2, pro kratší typ podélníků nebo směrem od středu pro podélník delší. Následně se posuvné dveře 21 otevřou pro vložení podélníků, přičemž uložení podélníků do upínacího lůžka 31 kontroluje optická závora 313 a manuálně potvrdí obsluha. Poté je testovací komora 2 opět uzavřena, podélník je upnut pomocí upínacích prostředků 312 s pružným dorazem a následně je povrch podélníků naskenován laserovým profilometrem 331, který je uložený v motorem poháněném lineárním pojezdu 33 pro jeho přesné poloho vání. Laserový profilometr 331 je spřažen s prostředky pro vytvoření polygonální sítě z množství bodů vzniklých naskenováním podélníků. Prostředky pro vytvoření polygonální sítě

-3CZ 307628 B6 jsou spřaženy s jedním monitorem 13 pro zobrazení polygonální sítě, přičemž druhý monitor 13 je spřažen s prostředky, v nichž jsou uloženy počítačově vytvořené stereolitografické modely podélníků, pro zobrazení příslušného modelu podélníku.

Laserový profilometr 331 nasnímá množství bodů, ze kterého se vytvoří polygonální síť sestavená z jednotlivých reprezentujících plošek. Tyto plochy se porovnají s plochou, která byla získána ze stereolitografického modelu vytvořeného v CADu, přičemž výsledkem porovnání jsou naměřené odchylky mezi měřeným podélníkem a modelem. Na monitorech 13 jsou zobrazeny modely vytvořené z množství nasnímaných bodů laserovým profilometrem 331, stereolitografické modely vytvořené počítačovým modelováním a jejich vzájemné odchylky. Celý proces naskenování a vyhodnocení geometrie podélníku o délce 1800 mm a šířce 40 mm trvá přibližně 120 sekund.

V případě dobrého výsledku se posuvné dveře 21 otevřou a podélník je uvolněn z upínacího lůžka 31. V opačném případě čeká systém před uvolněním podélníku na potvrzení, že se jedná o vadný, tzv. NOK (Not OK) výrobek. Následně je možné testovat podélník se stejnými parametry nebo provést novou volbu produktu a testovat jiný typ podélníku.

Průmyslová využitelnost

Měřicí stanice je využitelná pro diagnostiku geometrie podélníků, například střešních nosičů.

V průběhu opracování výrobku lze výsledky diagnostiky použít k úpravě nastavení výrobních parametrů předchozí obráběcí stanice. Při výstupní kontrole finálního výrobku opatřeného unikátním čárovým kódem lze naměřená data archivovat pro pozdější kontrolu geometrie podélníku během jeho životního cyklu.

PATENTOVÉ NÁROKY