KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Co je laserový tracker a jak se s ním měří?

Laserový tracker (sledovač) je vysoce přesný přenosný laserový přístroj pro „velkoobjemová“ měření, tj. měření objektů velkých rozměrů, až do 120 m. Tento přístroj umožňuje efektivně měřit rozměrné díly, u nichž lze jen s obtížemi použít klasické dotykové metody. Laserovým trackerem je přitom možné měřit přímo ve výrobním prostředí.
 
Zařízení se skládá ze stojanu, optické hlavice a řídicí jednotky. Příkladem může být laserový sledovač Tracker3 americké firmy API. Jeho optická hlavice (obr. 1) v sobě sdružuje přesný laserový interferometr (IFM) s plynovým laserem vybaveným dvojitou helium-neonovou trubicí, polovodičový laser pro absolutní měření vzdálenosti (TurboADM), úhlový odměřovací a polohovací systém a kompletní laserovou optiku a elektroniku v jediném kompaktním celku.
 

Princip měření

 
Principem měření je nepřetržité sledování polohy sondy se sféricky montovaným koutovým odražečem SMR (Spherically Mounted Retro-reflector; obr. 2) laserovým paprskem a odečítání jejích polárních prostorových souřadnic (jedna vzdálenost a dva úhly). Vzdálenost sondy od hlavice může být v desítkách metrů a měří se s přesností od 5 μm/m. Souřadnice sondy jsou prostřednictvím řídicí jednotky přenášeny do počítače, kde jsou programem vyhodnocovány a vytvářejí obraz měřené součásti. Řídicí jednotka řídí polohovací systém hlavice tak, že laserový paprsek neustále přesně sleduje koutový odražeč. Díky unikátní patentované technice TurboADM (Absolute Distance Measurement) může být laserový paprsek interferometru v průběhu měření přerušen a po navázání paprsku je možné pokračovat v měření bez ztráty přesnosti. K dispozici je několik typů a verzí koutových odražečů SMR.
 

Kde lze použít laserový tracker?

 
Přesnost i produktivita měření laserovým trackerem jsou mnohonásobně lepší než u klasických metod. Software umožňuje analyzovat a zpracovat výsledky, porovnat je s modely CAD, vytvářet protokoly atd. přímo v místě měření. Laserové trackery najdou uplatnění v automobilovém a leteckém průmyslu, v energetice a těžkém strojírenství (obr. 3), ve stavebnictví i kdekoliv jinde při výrobě rozměrově rozsáhlých celků. Rychlost pořízení dat je při měření velkých dílů klíčová i pro minimalizaci chyb, které jsou způsobeny teplotní roztažností materiálu vlivem kolísání teploty v průběhu dne (zejména při střídání dne a noci).
 
Kromě měření dílů lze laserové trackery využít i k měření nástrojů, forem, pojezdů, dopravních a manipulačních systémů, upevňovacích konstrukcí, jsou vhodné k pořizování korekční mapy velkých výrobních strojů a manipulátorů i při kalibraci prostorových (3D) měřicích strojů. Lze je použít také ke skenování povrchu rozměrných a tvarově náročných součástí obecného tvaru při reverzním inženýrství, dále k měření svařovaných konstrukcí, součástí turbín, částí letadel, vrtulí pro větrnou energetiku, velkých parabolických antén atd.
 

Proč laserový tracker od firmy API?

 
Laserový tracker Tracker3 od firmy API je v současné době jediný naprosto kompaktní laserový tracker na trhu. Celá optická hlavice je umístěna v monolitickém bloku z jediného kusu vyrobeného ze speciální slitiny. Obrobené skříně jsou po výrobě několik let stárnuty, aby se před konečnou instalací zbavily veškerého mechanického pnutí. Tracker3 nepotřebuje k řízení paprsku žádná pohyblivá zrcadla ani deformovatelnou vláknovou optiku, která vždy zvyšuje nejistotu měření. Díky své unikátní konstrukci a propracovanému systému stabilizace teploty nepoužívá žádné aktivní chladicí systémy, ventilátory ani ventilační otvory, kterými by mohl do systému vniknout prach. Jakýkoliv aktivní chladicí systém je vždy zdrojem teplotních chyb a nestability měření. Systém API je po několika minutách od zapnutí a po jednoduché jednobodové kalibraci připraven k práci; dokonale stabilizován je po přibližně dvaceti minutách od zapnutí.
 

Pracovní prostředí

 
Systém je navržen pro práci v těžkém průmyslovém i venkovním prostředí a pracuje s plnou přesností v rozsahu teplot od –10 do +40 °C. Díky své absolutně kompaktní konstrukci může bez problémů trvale pracovat i v prašném prostředí, které se vyskytuje ve slévárnách, svařovnách a zejména při zpracování kompozitních materiálů, kdy vzniká velmi jemný prach. Lze jej provozovat v prostředí s olejovou mlhou i ve výrobních podmínkách se silným elektromagnetickým rušením, jako jsou svařovny, provozy bodového svařování atd.
 

Mobilita

 
Základním požadavkem na přenosné systémy je možnost snadno je přemísťovat a jednoduše a rychle instalovat v místě měření. Celý Tracker3 včetně řídicí jednotky, kompletního příslušenství a kabeláže je umístěn v jednom transportním kufru, kromě stojanu, který jediný je v druhém kufru. Vzhledem k tomu, že rozměrné objekty je zpravidla nutné měřit z několika pohledů, je nezbytné laserový tracker v průběhu měření součásti několikrát přemístit. Tím se i kumuluje výsledná nejistota měření. Nejistotu měření je možné snadno ověřit opětovným změřením prvního útvaru a porovnáním výsledků. Tento zdánlivě prostý test v praxi doloží, jak výrazné jsou rozdíly v technických parametrech systémů různých výrobců, ať už jsou oficiálně udávané tabulkové údaje jakékoliv.
 

Software

 
Se zařízením Tracker3 je standardně dodáván software Spatial Analyser (SA) od americké firmy New River Kinematics. Tento grafický software pro obecnou prostorovou (3D) geometrii, vhodný pro práci s body, je v podstatě světovým standardem pro laserové trackery. Podporuje práci s modely v CAD. Je jediným softwarem tohoto typu, který podporuje souběžnou práci několika měřicích zařízení současně v jediné úloze (např. laserový tracker a měřicí rameno). Unikátní matematická metoda vážené transformace best-fit se významně podílí na výsledné přesnosti měření při přesouvání laserového trackeru v průběhu měření jedné součásti. Software pracuje na běžném notebooku a je plně lokalizován do češtiny.
 
Výhradním zastoupením firmy API v České republice i na Slovensku je společnost Topmes, měřicí stroje, Praha (www.topmes.cz).
Ing. Martin Prokop,
Topmes, měřicí stroje, Praha
 
Obr. 1. Hlavice laserového trackeru API T3
Obr. 2. Odražeč API SRM o průměru 1,5“
Obr. 3. Příklad použití – proměřování lopatek turbíny