Możliwość szybkiego i bezbłędnego wykrywania uszkodzeń narzędzi w warsztatach mechanicznych jest sprawą bardzo ważną. Uszkodzone narzędzie może zniszczyć materiał oraz spowodować konieczność wykonania pracy od nowa, a nie wykryte na czas może mieć kosztowne konsekwencje.

Philips Smith, przedstawiciel techniczny kanadyjskiej firmy Renishaw Ltd. z Mississagua w Ontario mówi „konwencjonalne metody kontaktowe wykrywania uszkodzeń narzędzi mają sporo wad i często są trudne do zastosowania w przypadku małych, delikatnych narzędzi”.

Rozwój technologii i pojawienie się kompaktowych laserów w ostatnich latach, umożliwiło opracowanie bezkontaktowych systemów wykrywania uszkodzeń i pozwoliło na kontrolę coraz mniejszych narzędzi. Jednakże system wykrywania uszkodzeń narzędzi bazujący na przerywaniu promienia lasera ma swoje wady. Ponieważ nie rozróżnia on materiału narzędzia od zanieczyszczeń takich, jak na przykład płyn smarowniczy i opiłki, może zdiagnozować pęknięte czy złamane narzędzie jako dobre, co podważa pewność wyników takiego badania.

Systemy kontaktowe są obecnie najpopularniejszym sposobem kontroli narzędzi. Można je podzielić na systemy przyciskowe i te wyposażone w sondę wirującą. System przyciskowy polega na dotknięciu narzędziem do specjalnego przycisku lub kowadełka, co włącza sygnał potwierdzający, że narzędzie jest na miejscu i nie jest złamane. Natomiast systemy z sondą wirującą posiadają napęd, który obraca cienkim drutem lub drutem stykowym, aż ten dotknie narzędzia. Brak kontaktu oznacza że narzędzie jest złamane.

Zwykle systemy bezkontaktowe wykorzystują promień lasera biegnący od nadajnika do odbiornika umieszczonego na stole obrabiarki lub po obu jej stronach tak, żeby promień przechodził przez obszar pracy. Narzędzie zasłania część światła, sprawiając, że mniejsza jego ilość dociera do odbiornika, tym samym dając sygnał do włączenia obrabiarki. Jeżeli odbiornik nie zauważa zmniejszenia ilości światła docierającego, można założyć że narzędzie nie zasłoniło go ponieważ jest złamane.

W metodzie kontaktowej problem stanowi fakt, że kontakt może uszkodzić delikatne narzędzie obrabiarki, dlatego też testować bezpiecznie tą metodą można narzędzia tylko o odpowiednio dużej średnicy. Nawet wtedy jednak, bardziej delikatne narzędzia lub te ze specjalnymi powłokami są zagrożone uszkodzeniem. Dodatkowo metody kontaktowe wpływają negatywnie na prędkość cyklu obróbki, wymuszają obniżenie prędkości ruchu narzędzia, aby uniknąć jego uszkodzenia.

Często też urządzenia kontaktowe muszą być instalowane wewnątrz obszaru pracy, zmniejszając cenną przestrzeń i stwarzając ryzyko kolizji. Te z wirującymi elementami są z kolei narażone na zachlapanie płynem chłodzącym i mogą się zacinać, co obniża ich niezawodność. Jednak, jak wspomniane zostało wcześniej, także użycie zwykłej laserowej metody bezstykowej do wykrywania pęknięć narzędzia ma swoje wady, przypominamy - system nie rozróżnia powierzchni narzędzia do powierzchni zanieczyszczeń, jakie mogły wypełnić pęknięcie.

Przed inżynierami pojawiło się więc zadanie zaprojektowania wiarygodnego systemu, który będzie potrafił rozróżnić dobre narzędzie od uszkodzonego i będzie się sprawdzał nawet w najgorszych warunkach pracy.

System wykrywania uszkodzeń z jedną głowicą został zaprojektowany do niedrogiej, zautomatyzowanej kontroli laserowej różnego rodzaju narzędzi w czasie ich pracy, oferując użytkownikom także niezwykłą prostotę instalacji.

W centrach tokarskich zwykle stosowane są tradycyjne metody identyfikacji uszkodzonych narzędzi oparte na styku narzędzia z czujnikiem. Według Dave-A Bozich-a, kierownika produktu w Renishaw Inc. takie metody są wciąż najbardziej efektywne przy pracach tokarskich, ponieważ tam narzędzie pozostaje nieruchome. Jego firma oferuje trzy różne konfiguracje systemów kontroli narzędzi i praktycznie wszystkie sprzedaje firmom typu OEM (Original Equipment Manufacturer), które instalują je razem z maszynami od razu podczas ich montażu.

„Przeprojektowywaliśmy i rozwijaliśmy te urządzenia przez lata, ale tak na prawdę są to nadal jedynie ulepszone wersje pierwowzorów” mówi Bozich o czujnikach dotykowych. Poproszony o opisanie tych trzech różnych konfiguracji wyjaśnia: „Może to być ramię wsuwane do maszyny przez operatora, kiedy chce on ustawić narzędzie, albo też może ono być zainstalowane w maszynie na stałe i uruchamiane ręcznie lub mechanicznie.” We wszystkich trzech metodach czujnik i ramię są wysuwane poza obszar roboczy podczas obróbki a wsuwane weń tylko do ustawiania narzędzia lub jego badania.

Do centrów obróbkowych, firma Renishaw oferuje bezkontaktowy system TRS2, zaprojektowany specjalnie do wykrywania uszkodzonych narzędzi. Według Boziach-a, ten jednostronny system może dać poważne oszczędności w porównaniu z tradycyjnymi systemami kontroli narzędzi, czy systemami dwustronnymi. „Zwykłe laserowe systemy dwustronne posiadają nadajnik i odbiornik wymagające utrzymania ich wzajemnej pozycji”, tłumaczy. „TRS2 jest systemem jednostronnym, więc ma mniej części do zainstalowania. Dodatkowo, ponieważ nie mierzy on niczego a tylko sprawdza obecność narzędzia, jego ustawienie i nieruchomość nie są tak ważne.” Urządzenie o wymiarach 3.27x1.5x2.87 cala (8.3x3.8x7.3cm) instaluje się do obudowy maszyny poza obszarem roboczym, przy pomocy zwykłej obejmy. Operator nastawia urządzenie w kierunku narzędzia „na oko”, a kiedy pięciodiodowy wskaźnik poziomu sygnału pokazuje jego optymalny poziom, urządzenie przykręca się na sztywno. Oprogramowanie takiego bezkontaktowego urządzenia wymaga jedynie kilku linijek makra, podczas gdy oprogramowanie lasera pomiarowego zajmie kilkaset linii.

System detekcji narzędzi opiera się na rejestracji światła odbijanego przez narzędzie i może wykrywać narzędzia o wymiarach 0.008 cala (0.2 mm). Światło lasera jest wysyłane z urządzenia w kierunku wirującego narzędzia, a specjalny czujnik umieszczony w tej samej obudowie co źródło lasera, bada powracające refleksy światła. Wewnętrzne mikroprocesory są nastawione na wykrywanie narzędzi o różnych prędkościach (5000, 1000 i 200 obr/min), zależnie od przeprowadzanych operacji i używanych narzędzi. Pan Bozich tłumaczy to następująco: „Dużych wierteł działowych nie używa się z prędkościami 5000 obr/min, czy nawet 1000 obr/min, bo to za szybko, więc dla takich sytuacji ustawiamy system na zakres 200 obr/min. Z drugiej strony, na małej obrabiarce o wysokich obrotach operator nie musi zmniejszać prędkości wrzeciona aż do 1000 obr/min, tylko może dokonać odczytu przy 5000 obr/min.”

System zaprojektowano do badania narzędzi nie zagłębionych w materiale. Operator może włączyć badanie uszkodzeń narzędzia do programu, przed lub po obróbce. Na przykład, jakiś specjalny kształt może wymagać użycia trzech lub czterech różnych narzędzi. Jeżeli pierwsze z nich, na przykład kręte wiertło pilotujące, złamie się podczas pracy, każde następne użyte narzędzie złamie się tam również. W takim przypadku, po zakończeniu pracy, wiertło podczas nawrotu celem jego zmiany na następne narzędzie, przeszłoby przez promień lasera. Jeżeli system zarejestruje narzędzie to wie, że wszystko jest w porządku i może przejść do następnego etapu obróbki. W przeciwnym wypadku może być załadowane narzędzie zastępcze lub też maszyna może zostać zatrzymana automatycznie.

W czasie procesu detekcji, gdy narzędzie wykonuje pełny obrót, TRS2 rejestruje serię obrazów. Obrazy te są generowane przez serię błysków odbić światła będących serią jasnych i ciemnych impulsów. Oprogramowanie systemu szuka w nich regularności. Regularny wzór powtarzających się błysków oznacza dobre narzędzie, a nieregularne błyski narzędzie uszkodzone. Mimo że system potrafi rozróżnić narzędzie od płynu chłodzącego, czy opiłków, podczas pracy zaleca się wyłączenie dopływu chłodziwa na czas pomiaru. Przy czystym, niczym nie zasłoniętym widoku narzędzia, TRS2 może taki powtarzający się wzór świadczący o dobrej kondycji narzędzia, wykryć już w 1 sek.

Taki silnie ukierunkowany system wpisany do programu obróbki, pozwala na szybkie wykrycie uszkodzonych narzędzi w warsztatach, a dzięki możliwości ich weryfikacji nawet podczas pracy, pozwala na zminimalizowanie czasu przestoju i poprawę wydajności.

Artykuł pochodzi z portalu: www.productionmachining.com

Autor: Chris Felix