Изготовление нанокомпозитов на основе эластомеров

3.1 Обработка резанием

«Обратной стороной» аддитивных технологий, является обработка резанием. Физическая сущность обработки резанием заключается в удалении с заготовки поверхностного слоя в виде стружки, для того чтобы получить из заготовки деталь нужной формы, заданных размеров и обеспечить требуемое качество поверхности.

Для осуществления процесса резания необходимы два движения -- главное и вспомогательное, совершаемые инструментом и заготовкой (или одним из них) относительно друг друга. В различных видах обработки резанием эти движения выражаются по-разному. Например, в токарной обработке главным движением (движением резания) является вращение заготовки, а вспомогательным (движением подачи) -- поступательное движение резца; при фрезеровании движение резания -- это вращение фрезы, а подача осуществляется поступательным движением заготовки.

В зависимости от формообразования деталей обработка заго­товок может выполняться на токарных, сверлильных, фрезер­ных, строгальных, долбежных, шлифовальных и других станках.

Точение, или обточка, выполняется резцом на токарном станке. В процессе обработки заготовке сообщается вращательное движение, а резцу -- медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении. Оба движения являются движениями формообразования. С их помощью на обрабатываемом изделии создаются заданной и размеров. При этом движение, производимое с большей скоростью (вращение заготовки), называется главным движением, или движением резания, а более медленное движение, позволяющее охватывать процессом резания новые, еще не обработанные участки заготовки (в данном случае перемещение резца), называется движением подачи.

Скорость главного движения называется скоростью резания.

Сверление производится на сверлильных станках; главное движение (вращательное) и движение подачи в осевом направлении получает сверло.

Фрезерование выполняют на горизонтально-фрезерных станках. Здесь главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении совершает заготовка, закрепленная на столе станка.

Строгание производится на поперечно-строгальных станках резцом; главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) -- заготовка.

Долбление производят на долбежных станках; главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает долбежный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) -- заготовка, закрепленная на столе долбежного станка.

Шлифование цилиндрических поверхностей выполняется на кругло-шлифовальных станках. Здесь режущий инструмент (шлифовальный круг) получает вращательное движение, заготовка -- круговую и продольную подачу (возвратно-поступательное движение), а шлифовальный круг -- поперечную прерывистую подачу. При шлифовании на плоскошлифовальных станках главное (вращательное) движение получает шлифовальный круг продольную подачу (возвратно-поступательное движение) и поперечную прерывистую подачу совершает заготовка, вертикальную прерывистую подачу осуществляет шлифовальный круг.

Рис. 1. Основные виды обработки металлов резанием: а-точение, б--сверление, в-фрезерование, г-строгание, д-долбление, е-круглое шлифование, ж- плоское шлифование, 1- обрабатываемая поверхность, 2-поверхность резания, 3-обработанная поверхность.

Одно из основных на сегодняшний день достижений эволюции систем управления промышленным оборудованием - это многофункциональные станки с ЧПУ. Всего за несколько лет новинка очень прочно обосновалась на современных производственных предприятиях.

Станки с ЧПУ - это машины и аппараты, оснащенные компьютеризированной системой управления приводами технологического оборудования, а также элементами станочной оснастки. Как показала практика, наиболее востребованы фрезерные, гравировально-фрезерные токарные и прессовальные станки с ЧПУ. Управляющим элементом машины является программное обеспечение, которое разрабатывается специалистами при помощи языков программирования. Структуру станка ЧПУ составляет:

-пульт (консоль вывода/ввода), предоставляющий возможность выбирать режим;

-дисплей (операторская панель) для визуального контроля;

-контроллер, решающий задачи формирования траектории движения режущего инструмента;

-ПЗУ для долговременного хранения системных программ;

-ОЗУ для временного хранения управляющих программ.

Станки с ЧПУ способны выполнять самые различные операции технологического процесса. Вследствие того, что цикл работ автоматизирован, точность обработки детали или заготовки существенно увеличивается. Кроме того, станок с ЧПУ освобождает оператора от необходимости проведения необходимых расчетов - программа безошибочно функционирует в соответствии с подсчетами.

Станки с ЧПУ предоставляют возможность свести к минимуму роль оператора, а также меньше взаимодействовать с производственными аппаратами, вследствие чего повышается безопасность техпроцесса..

Современные технологии выгодны и ощутимым повышением производительности. Согласно последним подсчетам, высокая скорость и точность обработки деталей и заготовок предоставляет возможность увеличить эффективность производства в несколько раз.

LASERTEC 65, станок фирмы DMG Mori, первый представитель, объединивший аддитивное производство и высокотехнологичный 5 -осевой фрезерный станок. Эта инновационная hybridsolution сочетает в себе гибкость сварки лазерного осаждения с точностью фрезерования в одной машине .

Процесс использует осаждение металла на порошке из сопла, что позволяет производить полную обработку, применяя почти все виды материалов без технологических камеры и до 20 - раз быстрее, чем генерирование в порошковом слое. Кроме того нависающие контуры детали возможно создавать без потребности в геометрии подложки.

Это открывает совершенно новые приложения и геометрии. Особенно отсутствие необходимости в заготовке. Теперь можно подвергать механической обработке экономичным способом. Гибкое изменение между лазером и фрезерованием позволяет напрямую производить финишную обработку секций, которые не доступны в готовой детали.

До сих пор аддитивные технологии были использованы для создания прототипов и мелких деталей. Объединив оба типа изготовления деталей, добавкой производство с помощью сопла порошка и традиционным методом резки в одной машине, открывает совершенно новые возможности.

     Рис. 2. - станок LASERTEC 65.

Станок фирмы, основанной совместно в Германии и Японии. Lasertec поступил в продажу в 2014 году, его цена примерно на уровне более $ 500000 .

Эта цена демонстрирует две вещи. Первое, что производители станкостроительных начинают признавать, что 3D печать будет иметь важное значение на заводах в будущем, а не только для изготовления моделей и прототипов (как это уже происходит), но и готовой продукции. Во-вторых, аддитивные технологи могут дополнять обработку резанием, а также конкурировать с ним.

В этой конкретной машине строит материал с использованием процесса, называемого лазерного осаждения сварки. Она включает в себя систему распыления тонкой струи металлических порошков через сопло и лазерный луч, который плавит металл как порошок. Повторяя этот процесс, создаются слои металла. Компания утверждает, что она может сделать это в 20 раз быстрее, чем это возможно с помощью лазера, чтобы расплавить последовательные слои порошка на плоскую поверхность в процессе, называемом лазерное спекание, которое в настоящее время является наиболее распространенным способом изготовлением металлических предметов с помощью 3D-распечатать.

После того, как недавно построенная структура остынет, она может быть обработана. Это происходит в той же камере, с помощью обычного режущего инструмента. Устройство может автоматически изменить инструменты, чтобы создать нужную поверхность.

Благодаря своей способности добавлять и удалять материалы, которые включают алюминий, латунь, медь, нержавеющаую сталь и многочисленные сплавы, гибридный Lasertec также может быть использован для восстановления элементов, которые носятся, или даже сломаны.

       Рис. 3. Процесс изготовления на станке LASERTEC 65

3.2 Методы и средства прецизионных измерений сложных деталей. Измерение параметров размеров и форм деталей

 В последнее время производстве широко используются контрольно-измерительные машины (КИМ) различного типа. Они применяются для контроля обводообразующих элементов заготовительно-штамповочной оснастки, различных форм болванок, обтяжных пуансонов, эталонов поверхности, реверсивногоинжиниринга (обратного проектирования) и т.д. Использование КИМ позволяет оперативно измерять геометрические параметры простых и сложных прецизионных деталей, включая корпусные, измерение которых традиционными способами требует дорогостоящей специальной оснастки или измерение которых невозможно вообще; сокращать время на наладку обрабатывающих станков, центров и модулей за счет быстрого и достоверного контроля первых обработанных деталей из последующей партии; исключать брак, используя постоянный контроль точности процесса обработки деталей, и своевременно корректировать его.

Большинство деталей современного производства имеют достаточно сложную пространственную форму.  Контроль обводообразующих элементов детали заключается в определении координат отдельных точек поверхности или контура и последующем сравнении полученных значений с заданными.

Точность повторения обводов зависит от количества измеренных точек. Всего несколько лет назад считалось достаточным измерять геометрическую фигуру только по нескольким точкам на поверхности изделия. Как правило, внешний цилиндр измерялся лишь по 4-8 точкам, причем допускались большие интервалы между точками. Это приводило к большому числу погрешностей.

Выборочно найденные четыре точки на внешнем контуре не могут дать верную информацию о размере детали. Детали с отклонением в размере не могут точно соответствовать фактическому шаблону. Определенную точность может гарантировать измерение по принципу контактного сканирования. Полученные данные могут быть обработаны различными методами.

Сегодня технология сканирования позволяет за один раз захватывать 1000 и более точек. Необходимым условием успешного использования технологии сканирования является компетентный оператор, который может определить допуск данных, плотность расположения точек, начальную и конечную точки, оценить графические данные, которые обычно показаны на чертеже.

При многоточечном измерении можно получить более подробную информацию об отклонениях Во многих случаях измерение всех деталей, включая определение отклонения формы, могут производиться автоматически одной координатно-измерительной машиной. Это позволяет уменьшать цены, экономить время и получать лучшие результаты.

Сегодня на смену плазово-шаблонному методу пришел новый метод обеспечения контроля -- бесшаблонный (бесплазовый), при котором частично или полностью отказываются от физических носителей форм и размеров. В этом методе первоисточником является трехмерная электронная модель (макет) объекта, агрегата или узла, выполненная с помощью CALS-технологий.

С внедрением нового бесшаблонного способа увязки встает вопрос о контроле деталей и оснастки, выполненной по трехмерным электронным моделям, т.к. традиционный контроль по шаблонам становится неактуальным. Хотя совершенно отказываться от этих принципов не стоит,

ведь контроль простых плоских необводообразующих деталей, таких как прокладки, накладки, фигурные шайбы, может по прежнему осуществляться с помощью обычных универсальных средств (штангенциркуля, микрометра) или по шаблону.

В последнее время для ускорения выходапродукции на рынок используется принцип параллельного инжиниринга на основе метода трехмерной мастер-модели.

В основе принципа мастер-модели лежит использование трехмерного электронного макета детали, прошедшего увязку в окружении сборки как единого носителя геометрии и топологии конструкции для всех последующих разработок специальной технологической оснастки одновременно.

В результате электронная модель дает возможность параллельного выполнения работ всеми участниками подготовки производства самолета, причем эти участники могут быть разделены тысячами километров.

При использовании трехмерных электронных макетов значительно упрощается контроль изготовленных деталей и элементов оснастки. Как мы уже знаем, макет представляет собой трехмерное изображение математической модели, описанной в пространстве в виде координированных поверхностей, линий, точек. Наличие координат любой точки макета позволяет выполнять вычисление любых заданных размеров и

проверку поверхностей с помощью координатно-измерительных машин.

При изготовлении оснастки на станках с ЧПУ и использовании при этом для измерения координат точек контуров универсальных измерительных средств возникает резкая диспропорция между временем, затрачиваемым на обработку непосредственно на станке, и временем, затрачиваемым на контроль.

Указанным требованиям могут отвечать следующие сравнительно новые и перспективные методы контроля:

- координатно-измерительные системы;

- лазерно-оптические методы;

- голографический метод;

- метод фотограмметрии.

Названные методы контроля будут подробно рассмотрены ниже.

В данном случае методы контроля должны обеспечивать автоматизированный анализ геометрических параметров обработанной детали и позволять вносить коррективы в систему автоматизированного расчета и записи управляющей информации для станков с ЧПУ в целях повышения точности изготовления оснастки.

Точностные требования к методам и средствам контроля оснастки должны соответствовать точности автоматизированного изготовления оснастки на оборудовании с ЧПУ.

3.2.1    Координатно-измерительные машины

Контактные приборы для измерения, которые называются координатно-измерительными машинами (КИМ), измеряют одновременно в трех декартовых координатах, а современные КИМ и в 5 осевом направлении. Традиционная конструкция представляет собой три взаимно ортогональные направляющие ,X, Y и Z.

           Рис. 14. КИМ  с 5 -ти осевым контролем

 Конструкция обеспечивает перемещение по осям измерительной головки с сенсорным управлением, работающей по принципу касания (контактный способ) или по оптическому принципу (бесконтактный способ). Шкала по каждой оси дает цифро вое высокоточное измерение соответствующих позиций (например, 0,1 мкм). Наряду с этими, встречаются координатно-измерительные машины, реализующие другие принципы перемещения рабочей части для измерения (вертикальная, горизонтальная, портальная). Каждая из этих КИМ предназначена для измерения и контроля различных по размерам и внешним обводам деталей.

Помимо этого координатно-измеритель ные машины подразделяются на:

- машины с ручным управлением;

- машины с автоматическим перемещением по осям и джойстиками ручного управления,

- машины с автоматическим перемещением по осям и числовым программным управлением (CNC).

Кроме того, существуют различные комбинированные схемы, применяемые для машин, которые объединяют все вышеуказанные принципы. Высокая точность измерения на КИМ обеспечивается:

- прецизионными направляющими, выполненными из твердокаменных пород, например, из гранита (основание, балка портала,ползун);

- конструкцией портала, выполненного в виде жесткой замкнутой рамы;

- предметным столом, исключающим деформации основания и направляющих

портала, возникающих под действием массы измеряемых тяжёлых деталей;

- жесткими, виброустойчивыми, прецизионными аэростатическими опорами с малым воздушным зазором и минимальным расходом воздуха;

- виброизолирующими опорами, автоматически поддерживающими горизонтальное положение основания КИМ;

- прецизионными фотоэлектрическими системами измерения перемещений узлов КИМ по всем координатам.

Высокую производительность обеспечивают современные электроприводы на базе высокомоментных двигателей с плавным регулированием скоростей перемещения узлов КИМ в широком диапазоне; автоматическое управление процессом измерения производят при помощи персонального компьютера, обеспечивающего обработку результатов измерений и их выдачу в удобной для потребителя форме. Универсальность КИМ достигается развитым программно-математическим обеспечением с большим набором модульных программ для измерения деталей с различными простыми и сложными поверхностями; системой измерительных головок касания с большим набором щупов различной конфигурации. Измерительные головки оснащаются наборами измерительных наконечников, обеспечивающих возможность контроля максимально большого числа геометрических параметров при одном установе детали, а также контроля диаметров отверстий, концентричности, межосевых расстояний и т.п.

Общий принцип действия координатно-измерительных машин состоит в том, что объект измерения сканируется по точкам щупом со сферическим наконечником на конце. Во время каждого контакта смещение на осях X, Y и Z считывается по шкале.

Координаты точек, определенных измерительным наконечником затем передаются в компьютер для анализа. Чтобы приступить к работе, необходимо оценить качество щупа; другими словами, определить диаметр щупа и расстояние по X, Y, Z от базовой точки. С этой целью высокоточная схема измеряется щупом не менее чем в пяти точках. Все полученные измерения затем считываются компьютерной программой с тем, чтобы проверить величину компенсации. В работе с высокоточными измерениями обязательно нужно учитывать то, что проверка выполняется с усилием от 0,01 Н до 0,2 Н, чтобы избежать изгиба консольной части и щупа. Перед измерением изделия, установленного на столе КИМ, необходимо определить систему координат изделия, в которой будут производиться все вычисления. Система координат обычно вычисляется на техническом чертеже и строится на основе данных, например, плоскостей, цилиндров, конусов или контрольных точек на поверхности свободной формы. Она представляет собой систему с шестью степенями свободы, обозначенными тремя нулевыми точками на оси и тремя углами. При определении системы координат вычисляются параметры шести степеней свободы и сохраняются в компьютерной программе для необходимых преобразований координат. Эта процедура, называемая «математическое выравнивание», позволяет не использовать механическое выравнивание. По стандартам координатной метрологии существует специальный термин для датчика, который связывает поверхность измеряемого объекта и систему измерения длины координатно-измерительной машины. Этот термин -- «щуп». Контактные щупы имеют общее сходство. Общая черта этих щупов -- это опорная поверхность из трех точек, на которой закреплен измерительный наконечник. В более простых механизмах опорная поверхность представлена электрическими контактами. Как только наконечник касается поверхности, срабатывает электрический контакт. Недостаток этого механизма заключается в том, что сила касания щупа неодинакова. Если при измерении окружности щуп наклоняется влево, измеренная окружность приобретет несколько треугольную форму. Пьезоэлектрические датчики используются в дополнение к механико-электрическим контактам. Это обеспечиваетпостоянную точность во всех измерительных направлениях при помощи низких измерительных сил, которые значительно уменьшают погрешность. Главным компонентом касательных 2-ступенчатых измерений является система замены наконечников при помощи пластины-держателя.

В этом устройстве может использоваться даже длинный (до 200 мм) и относительно тяжелый (до 200 г) наконечник. Пьезоэлектрические датчики позовляют проводить измерения с более высоким уровнем точности. Распознавание данных происходит не только от соприкосновения с поверхностью, но и от силы взаимодействия.

При соприкосновении с поверхностью учитывается сила давления. На основании замеров строятся кривые зависимости силы от смещения щупа. Таким образом, устраняются все погрешности, вызванные отклонениями щупа при различных силах касания при разных типах поверхности.

Индукционные датчики измерения длины определяют отклонение иглы по 3 осям. Их преобразуют в цифровые данные и добавляют к координирующим значениям главных осей. В отличие от касательной, эти системы могут также определить все промежуточные направления. Это такой метод, который позволяет делать продолжительные измерения при любой поверхности и даже проводить сканирование.  Щупы нового поколения спроектированы для достижения повышенной точности, которая достигается путем устранения различных ошибок при помощи электронной системы контроля.

Измерение формы с помощью координатно-измерительной машины дает существенные преимущества пользователю: а) не требуется механическое выравнивание изделия; б) не нужно отдельно определять измерительную систему; в) поскольку измерительные объекты могут оставаться неподвижными, можно измерять очень крупные изделия.

Щупы для измерения формы отличаются:

- малой измерительной погрешностью;

- как правило, очень маленьким диаметром наконечника щупа.

Допуск нужно делать в соответствие с диаметром щупа. Размер диаметра следует устанавливать так, чтобы можно было фиксировать наибольшую высоту вершин.  Координатно-измерительные машины подходят не только для измерения окружности и координат цилиндра, но и для измерения прямолинейности и плоскостности.

Механическое сканирование позволяет весьма точно измерять сложные объекты из непластичных материалов, например, листовые штампованные изделия. Полученные цифровые данные о рельефе поверхности этих изделий могут использоваться в различных приложениях САПР. САПР позволяют произвести зеркальное пространственное отражение относительно любой плоскости, сформировать офсетную поверхность с заданным припуском, произвести масштабирование и градирование, т.е. подгонку по типоразмерному ряду, рассечь на сегменты, добавить конструктивные и технологические элементы. Подготовленные таким образом рельефы можно использовать при контроле размеров и проектировании штампов.

3.2.2    Методы и оборудование для бесконтактного сканирования

На сегодняшний день большое распространение получили объемные сканеры, которые позволяют по реальным объемным моделям создавать их трехмерные аналоги в формате стереолитографии (распыл точек в формате STL). На основе данного формата можно с помощью функций экспорта и импорта создавать 3D-модели в любой из существующих CAD-систем в любом формате, например XMT_XT (ядро PARASOLID в системе Unigraphics).

Их несомненное преимущество:

- простота использование;

- высокая скорость работы и обработки трехмерных моделей;

- современное программное обеспечение.

Современное программное обеспечение позволяет не только обрабатывать 3D-модель, но и сравнивать ее с базовой моделью, созданной конструктором при помощи CAD, решая, таким образом, проблему контроля качества на производстве.

Направление, связанное с использованием 3D-сканеров, достаточно молодое.

Первые разработки 3D-сканеров появились в 1995 году и позволяли сканировать ограниченные по габаритам и сложности детали. Кроме того, они обладали недостаточной разрешительной способностью. Современные сканеры позволяют полностью оцифровывать достаточно крупные геометрические объекты (автомобиль, самолет) в достаточно сжатые сроки (6-10 часов) с высочайшей точностью (5-10 мкм).

На современном этапе они используются для оцифровки и измерений при контроле точности изготовления для листовых штампованных изделий, литых форм, пластиковых отливок, штампов, матриц, пуансонов и т.д.

Данные 3D-сканеры приходят на смену и успешно заменяют контактные контрольно-измерительные машины, широко распространенные в отечественном производстве.

Принцип работы современных лазерных сканирующих измерительных систем основан на использовании лазерной измерительной головки с круговой триангуляцией. Эта головка представляет собой электронно-оптическое устройство, которое может прикрепляться к рабочей головке станка. Опорный лазерный луч точно проецируется на поверхность сканируемой модели.

Измерительная головка с круговой триангуляцией оснащена кольцевым оптическим сенсором. Отраженный поверхностью свет собирается на поверхности сенсора в виде окружности, радиус которой увеличивается при увеличении расстояния до сканируемой поверхности.

Триангуляционный расчет по усредненному радиусу окружности позволяет определить расстояние до измеряемой точки и, в конечном итоге, оцифровать сканируемую поверхность.

Достоинства круговой триангуляции заключаются в следующем:

- обеспечивается более высокая достоверность измерений;

- уменьшается шум считывания, поскольку при измерениях производится усреднение по большому числу значений, формируемых множеством ячеек сенсора;

- увеличивается диапазон рабочих углов уклона;

- имеется возможность установки дополнительной фокусирующей системы для повышения пространственного разрешения в меньшем рабочем поле.

Достоинства лазерных измерительных систем с круговой триангуляцией, как и у лазерных систем других типов, по сравнениюс механическими системами базируются на самом принципе бесконтактных измерений. Они также обеспечивают более высокую скорость сканирования и не повреждают поверхность сканируемых моделей. В соответствии со своими требованиями, пользователь может выбрать любую из нескольких моделей измерительных головок, отличающихся глубиной рабочего поля, лежащей в пределах от 10 до 50 мм, и рабочим отрезком (расстоянием от головки до поверхности) в пределах от 43 до 140 мм.

Специальное программное обеспечение может быстро просчитать отклонения по всем точкам поверхности. Отклонения точек поверхности визуализируются с помощью трехмерной цветной карты отклонений, либо отображением пиков. Естественно, что оцифровывать сложные поверхности с гравировкой (монеты, ордена и т.д.) является достаточно трудоемкой и редкой задачей, но оцифровать, например, листовое изделие, получаемое штамповкой эластичной средой, и спроектировать под нее оснастку -- задача достаточно распространенная в производстве.

Жесткая конкуренция на рынке машиностроительной продукции предопределяет необходимость постоянного совершенствования и развития производства любого предприятия, являющегося участником рынка. В настоящее время одним из перспективных направлений обеспечения конкурентоспособности предприятия является повышение эффективности технологической подготовки производства (ТПП) выпускаемых изделий. Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.

Необходимость повышения эффективности ТПП изделий объясняется увеличением номенклатуры выпускаемой продукции во всех типах производств и высокой скоростью ее обновления. Применение измерительных систем, которые позволяют сократить сроки ТПП, приведет к ускорению выпуска продукции, сократит временные издержки и несогласованность на разных участках производств и приведет к достаточно высокому экономическому эффекту.

Если рассматривать цикл ТПП с точки зрения применения CALS-технологий в производстве, то применение 3D-сканеров позволит повысить эффективность работы на участках с использованием CAD/CAM-технологий.

3D-сканеры бывают различных типов:

а) измерительная часть устанавливается на манипулятор (достаточно мобильна) и перемещается вдоль детали;

б) деталь устанавливается внутрь сканера и вращается, измерительная часть стационарна;

 в) сканер вручную устанавливается в необходимом для измерений месте.

Основные требования, предъявляемые к современным промышленным 3D-сканерам, можно сформулировать следующим образом:

а) простота использования (простота непосредственных измерений; дружественный интерфейс ПО; простота обучения).

б) быстрое получение результатов по сравнению с КИМ (быстрое оптическое сканирование; быстрая оцифровка).

в) гибкость (большой диапазон габаритов измеряемых объектов; индифферентность к базированию измеряемых объектов).

г) высокое разрешение (точность массива точек не ниже чем на КИМ; задаваемая точность).

д) мобильность (простота транспортировки; простота настройки и калибровки; отсутствие влияния внешних условий; использование в производственных помещениях).

В качестве примера одной из систем, наиболее полно отвечающих указанным требования, можно привести систему семейства Atos, производимой компанией GOM (Великобритания). Оптические системы трехмерной оцифровки и измерения семейства Atos были опробованы и протестированы в сотнях приложений по всему миру и на данный момент установили во многих крупных и мелких компаниях стандарт трехмерной оцифровки. Системы подтвердили свою гибкость и выносливость в различных условиях проведения оцифровки.

В системе Атос используются две камеры, что позволяет системе одновременно наблюдать как за условиями измерений, так и за окружающими условиями в процессе проведения каждого измерения. Это обеспечивает точность и надежность полученных данных. Система автономна и не нуждается в дополнительном технологическом оборудовании. Данные измерений содержат не только информацию о поверхности произвольной формы, состоящей из сотен тысяч точек, но и определения обычных деталей, таких как отверстия и кромки.

Система Atos состоит из сенсорной головки, стойки, контроллера и компьютера в промышленном исполнении . Сенсорная головка располагается на стойке на расстоянии около 100 см от объекта. Это расстояние не обязательно должно точно выдерживаться. Дополнительное оборудование (такое как механические из мерительные машины, механизмы подачи стола или роботы) также не нужно. В процессе оцифровки на поверхность объекта проецируются интерференционные изображения. Полученые изображения захватываются цифровыми камерами, установленными на каждом конце сенсорной головки. В процессе калибровки определяется положение и угол этих камер. С помощью цифровой обработки изображения и принципа триангуляции, для каждой из 1 300 000 полученных точек изображения вычисляются их трехмерные координаты. Законченное измерение состоит из нескольких отдельных видов. С помощью самоклеющихся точечных маркеров, случайным образом распределенных по объекту, система Atos трансформирует каждый отдельный вид в систему координат объекта, распознавая расположение маркеров. При измерении крупных объектов координаты данных маркеров могут быть предварительно определены с помощью цифровой камеры высокого разрешения и фотограмметрического программного обеспечения Tritop.

Система постоянно следит как за своей калибровкой, так и за влиянием внешних условий, что обеспечивает надежность, точность и быстроту измерений даже в жестких производственных условиях.

3.2.3    Лазерные и оптические средства измерений и контроля

 Не вдаваясь в подробности работы лазеров, следует отметить специфические свойства, предопределившие их широкое применение в лазерно-оптических средствах измерения и контроля

Оптические методы. Основные характеристики: погрешность измерения -- от 0,2 до 1 мм, виды измерений -- линейные и угловые, расстояние визирования -- до 30 м, информация измеряемой величины -- визуальная.

Лазерные методы. Основные характеристики: погрешность измерения -- от 0,01 до 0,1 мм, виды измерений -- линейные и угловые, расстояние визирования -- до 100 м, информация измеряемой величины -- визуальная, стрелочная, цифровая.

3.2.4    Голографические методы контроля и измерений

Голография -- двухступенчатый процесс записи и восстановления волнового фронта, образовавшегося при отражении от исследуемого объекта (или прохождении через него) волнового поля электромагнитного или акустического диапазона. Голографическая интерферометрия позволяет осуществлять интерференционное сравнение волновых полей двух одинаковых по форме и геометрическим параметрам предметов. Сравнение полей трехмерных объектов производится по одному и тому же оптическому пути, в результате чего отпадает необходимость в использовании прецизионной согласованной оптики.

Голография позволяет получить более полную информацию об объекте, так как представляет собой процесс регистрации на фотопластинке не только амплитуд, но и фаз световых волн, рассеянных объектом. Для этого на фотопластинку одно временно с волной, рассеянной объектом (сигнальная волна), необходимо направить вспомогательную волну, идущую от того же источника света (лазера), с фиксированной амплитудой и фазой (опорная волна). Интерференционная картина (чередование тёмных и светлых полос или пятен), возникающая в результате взаимодействия сигнальной и опорной волн, содержит полную информацию об амплитуде и фазе сигнальной волны, то есть об объекте.

Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина после проявления называется голограммой.  Если рассматривать голограмму в микроскоп, то в простейшем случае видна система чередующихся светлых и тёмных полос. Интерференционный узор реальных объектов весьма сложен. Для того, чтобы увидеть изображение предмета, голограмму необходимо просветить той же опорной волной,  которая использовалась при её получении.

В простейшем случае -- интерференции двух плоских волн (двух параллельных пучков) -- голограмма представляет собой обычную дифракционную решётку.

В голографии базой отсчета является положение эталонного объекта. Голограмма с интерференционной точностью регистрирует любое отклонение формы контролируемого объекта от эталонного. На точность влияет изменение температуры, движение окружающей среды (воздуха) и т.д. Полученая голограмма контролируемой оснастки подвергается оптигеской пространственной фильтрации, то есть сравнению с эталонной голограммой.

Применение вычислительных машин для создания искусственных голограмм позволяет: создавать пространственные фильтры с заданными параметрами; создавать оптический волновой фронт для объектов, которых не существует; использовать бинарную картину распределения прозрачности; осуществлять связь между цифровой и оптической формой информации.

Система голографического метода контроля геометрических параметров оснастки имеет следующие достоинства: большую информационную способность; возможность автоматизации процессов контроля; универсальность (по контролируемым параметрам); простоту согласования и совместимость работы с вычислительными машинами; высокую точность и быстродействие; осуществление бесконтактного контроля трехмерных поверхностей.

Применение голографического метода контроля целесообразно при автоматизированном технологическом процессе изготовления оснастки, в котором в качестве первоисточника изготовления применяется голографическая модель поверхности, синтезированная с помощью ПК, на основе которой получена управляющая информация для оборудования с ЧПУ. Голографический метод является наиболее перспективным, но в связи с отсутствием в настоящее время технической базы (средств, основанных наэтом принципе) рекомендуется использовать другие виды контроля.

Использование контрольно-измерительныхмашин (КИМ) является одной из наиболее важных и неотъемлемых стадий производственного процесса, поскольку позволяет отказаться от огромной номенклатуры шаблонов для контроля оснастки и деталей.

Сокращается время контроля приспособлений, шаблонов для контроля оснастки на 50...80%, сокращается время на подготовительные операции, значительно уменьшается число ошибок при контроле. Для проведения измерений не требуется специальная оснастка, имеется возможность коррекции технологического процесса в целях повышения качества изготовляемой оснастки.

Бесконтактные сканирующие лазерные системы являются наиболее удобными и эффективными при создании электронных моделей путем сканирования готовой оснастки, для снятия геометрии. Лазерно-оптические системы находят широкое применение при монтаже и контроле сборочных единиц, эталонов, макетов поверхности, калибров, при контроле выставления эталонов, макетов поверхности и обеспечивают высокую точность выполнения монтажных и сборочных работ.

Таким образом, знание современных методов и средств автоматизации контроля оснастки и изделий дает возможности их использования на производстве задает достаточно высокий уровень подготовки специалистов, использующих в своей деятельности контрольно-измерительные машины, расширяет их кругозор и подготавливает к работе на современном производстве.