Mjerenja i kontrola kvalitete VII.

Page 3:

• Optička se mjerenja razvijaju posljednjih nekoliko stotina godina.

  • Najjednostavnije optičko mjerno sredstvo je povećalo, koje se koristi već više od sedam stoljeća.

  • Mikroskop i sekstant počinju se koristiti u 17. stoljeću.

  • Krajem 19. stoljeća konstruiran je prvi interferometar.

  • Polovinom 20. stoljeća otkrivena je holografija, a ubrzo zatim konstruirana je i prva CCD kamera.

  • Optički laseri uvode se 1960. godine.

  • Dodatni poticaj razvoju ovih metoda mjerenja daje otkriće i razvoj mikroprocesora i digitalnih mikroogledala.

  • Usporedba s mehaničkim sustavima: optičkim metodama se može sakupiti više podataka u kraćem vremenskom intervalu.

  • Druga važna prednost: mogućnost mjerenja bez kontakta s radnim komadom.

Page 4:

• Mjerni uređaji su se razvijali na tri osnovna principa:

  • Geometrijske optike

    • Temelji se na linearnom širenju svjetlosti te njezinom prelamanju i odbijanju.

    • Razvijeni uređaji: mikroskopi, fotogrametri, autokolimatori, profil projektori, x-valni tomografi, itd.

    • Elementi mjernog sustava: lampe, diode, leće, ogledala, prizme, filtri, itd.

Page 5:

• Ogledala se koriste za modifikaciju ili skretanje svjetlosne zrake.

  • Ogledala reflektiraju zraku pod istim kutom pod kojim zraka pada na ogledalo.

  • Funkcija ogledala može se unaprijediti korištenjem prizmi.

  • Ovi jednostavni elementi koriste se i kod suvremenih mjernih uređaja za vođenje zraka svjetlosti.

Page 6:

• Leće su optički elementi koji fokusiraju paralelnu zraku svjetlosti na udaljenost koja se naziva žarišna duljina.

  • Žarišna duljina ovisi o valnoj dužini svjetlosti.

  • Svaka valna duljina se fokusira u vlastitu točku.

Page 7:

• Ako u fokus leće stavimo točkasti izvor svjetlosti dolazi do kolimacije.

• Često se u optičkim mjernim sredstvima koriste leće za povećavanje kako bi se transformirale skale mjerenja.

Page 8:

• Valna duljina vidljive svjetlosti je od 400 do 700 nm.

• Elektromagnetski spektar

Page 9:

• Osnovne prednosti u odnosu na mehanička mjerenja:

  • Manji utjecaj mjeritelja

  • Povećanje mjernih skala, itd.

• Osnovni nedostaci:

  • Distorzija leća

  • Rezolucija ograničena difrakcijom (ogibom)

  • Nelinearnost i geometrijske greške

  • Značajke površina radnih komada

  • Stabilnost mehaničkih komponenata, itd.

• Difrakcija je pojava kad val prođe prepreku ili pukotinu te uđe u geometrijsku sijenu.

• Difrakcija se još naziva i ogib.

• Distorzija leća

Page 10:

• Valna optika

  • Metode koje koriste svojstva valne prirode svjetlosti su izradu polarizatora, difrakcijskih rešetki, holografskih elemenata, itd.

  • Precizna mjerenja imaju visoku linearnost i visoku rezoluciju interferometarskih mjerenja.

  • Metode: interferometri s bijelom svjetlošću, laserski interferometri, holografski interferometri

• Optička interferometrija koristi dva ili više svjetlosna vala u optičkom instrumentu na način da se ostvari interferencija između tih valova.

• Holografska interferometrija omogućava mjerenje pomaka objekta s optički grubom površinom u preciznosti optičke interferometrije.

• Tom metodom mogu se mjeriti naprezanja, deformacije i vibracije kao i vršiti određena ispitivanja materijala bez razaranja.

Page 11:

• Kvantna optika

  • Glavna primjena svjetlosti u dimenzionalnoj metrologiji je pomoću lasera.

  • U laserskom uređaju se stvara monokromatska, koherentna i polarizirana svjetlost koja se koristi u mjerenju.

Page 12:

• Nekoherentna svjetlost je višekromatska svjetlost koju emitira svjetlosni izvor kao što je sijalica.

  • Koherentnu svjetlost emitiraju laseri u neprekinutom valu.

  • Valna dužina svjetlosti određuje boju svjetlosti.

  • Amplituda vala određuje intenzitet svjetlosti.

  • Interferencija je pojava zbrajanja valova pri čemu može doći do pojačanja ili slabljenja novonastalog vala.

Page 13:

• Visoka točnost mjerenja dužina postiže se primjenom optičkih mjernih instrumenata kao što su projektori, mjerni mikroskopi, interferometri itd.

• Optički mjerni uređaji koji se najviše koriste u određivanju geometrijskih karakteristika proizvoda su mjerni mikroskopi, teleskopi i profil projektori.

• Osnova rada ovih uređaja je povećanje slike predmeta koji se mjeri kako bi se uočile ili izmjerile značajke od interesa.

• Univerzalni poluautomatski mjerni mikroskop se koristi u mjerenju mikro senzora u automobilskoj industriji.

Page 14:

• Mikroskopi se koriste za mjerenje dužina, kutova, parametara vanjskih i unutarnjih zavojnica, provjeru tolerancijskih mjerila, ureznika, glodala za izradu navoja, predmeta složene konfiguracije i dr.

• Fizikalni princip mjerenja mikroskopom temelji se na povećanju mjerenog predmeta.

• Univerzalni mjerni mikroskop se koristi za mjerenje razmaka provrta i rubova, mjerenje promjera provrta, provjeru oblika i položaja vanjskih i unutarnjih površina, mjerenje dužina, ispitivanje oblika i profila na glatkim i profilnim cilindričnim mjernim predmetima, konusima, vanjskim zavojnicama i reznim alatima, i dr.

Page 15:

• Osnovni dijelovi mjernog mikroskopa su: izvor svjetlosti, objektiv, okular te dodatna aparatura.

Page 16:

• Teleskopi se koriste za poravnavanje i postavljanje referentnih linija.

• Teleskop za poravnanje može se koristiti za mjerenje kada je na njemu postavljeno optičko mikrometarsko mjerilo.

Page 18:

• Autokolimator je optički senzor koji se koristi za mjerenje malih promjena kutova.

• Autokolimator se koristi za mjerenje okomitosti strojnih alata, vodilica i ravnosti radnih stolova.

• Autokolimator se koristi za precizna poravnanja optičkih/mehaničkih sustava, utvrđivanje odstupanja od kružnosti, vrlo precizna mjerenja kutova i točno određivanje žarišne duljine leće.

Page 22:

• Projektori su optički mjerni uređaji koji projiciraju na posebni zaslon profil provjeravanog predmeta u povećanom omjeru.

• Projektori se koriste za mjerenja predmeta malih dimenzija i složene konture, kao što su zavojnice, elementi zupčanika, šablona, reznih i mjernih alata i dr.

• Stupanj povećanja predstavlja osnovnu značajku instrumenta i iznosi 10, 20, 50 ili 100 puta.

Page 23:

• Na zaslon instrumenta mogu biti projicirane šablone traženog oblika profila te mjerne oznake.

• Pomicanjem i okretanjem uzorka, mogu se njegovi projicirani rubovi dovesti do poklapanja s projiciranim rubovima šablone i na taj način utvrditi razinu poklapanja.

Page 25:

• Optički komparatori su optimetar i ultraoptimetar

• Princip rada optimetra: svjetlost prolazi kroz različite komponente (ogledala, prizme, staklena gravirana ploča, kutne prizme, objektiv) i na kraju se očitava rezultat mjerenja na okularu

• Staklena gravirana ploča se sastoji od skale s podjelom i pokazivača koji se pomiče sukladno pomacima mjernog ticala

Page 26:

• Princip rada ultraoptimetra: svjetlost prolazi kroz sabirnu leću, staklenu graviranu ploču, objektiv i na kraju se očitava rezultat mjerenja na okularu

• Točnost očitanja ultraoptimetra je 0,0002 mm

• Ultraoptimetar se koristi za vrlo precizna mjerenja u mjernim laboratorijima

Page 27:

• 3D fotogrametrija se koristi za snimanje velikog broja točaka mjerenog objekta korištenjem digitalnih kamera

• Na temelju slika se stvara model mjerenog objekta

• Fotogrametrija se primjenjuje u zrakoplovstvu, brodogradnji i izradi industrijskih objekata

Page 28:

• Triangulacijski senzori se koriste u procesnim mjerenjima i koordinatnoj metrologiji, posebno u automobilskoj industriji

• Glavne komponente triangulacijskog senzora su kolimacijski izvor svjetlosti (npr. laserska dioda) i detektorska jedinica (leće i detektor osjetljiv na položaj)

• Triangulacijski senzor projicira svjetlosnu zraku na mjerenu površinu i fokusira reflektiranu zraku

Page 29:

• Da bi se dobila oštra slika, potrebno je pomicanje ili izoštravanje slike na detektorskoj jedinici triangulacijskog senzora

• Položaj slike na detektoru ovisi o razmaku između senzora i uzorka

Page 30:

• CCD kamere koriste fotoelektrične senzore za optička mjerenja

• Princip rada CCD kamere temelji se na fotoelektričnom efektu koji stvara napon pod djelovanjem svjetlosti na graničnom sloju poluvodiča

Page 31:

• Triangulacija je postupak mjerenja koji koristi projektor, CCD kameru i objekt mjerenja

• Jednadžba triangulacije koristi koeficijent optičkog povećanja za izračunavanje 3D koordinata točke na objektu

Page 32:

• Elementi i dijelovi uređaja za optička mjerenja

  • Autofokusni senzor

    • Sastoji se od laserske diode (CCD kamere), razdjelnika svjetlosnog vala, fokusirajućih leća i detektora signala

    • Koriste se dvije procedure autofokusa: video autofokus i laserski autofokus

    • Video autofokus mjeri razmak reflektiranjem mjernog objekta na CCD senzor određivanjem stupnja oštrine kontrasta refleksije i dobivanja informacije o mjerenom razmaku

    • Laserska autofokus procedura se koristi u proizvodnji kompaktnih diskova

Page 33:

• Princip autofokusa

  • Fokusirana svjetlost laserske diode projicirana je na površinu mjerenog objekta

  • Odbijena svjetlost usmjerava se prema detektoru fokusa koji mjeri odstupanje od idealnog fokusa s točnošću od nekoliko nanometara

  • Odstupanje od idealnog fokusa stvara pogrešku koja se koristi da bi se pomakle leće objektiva i objekt fokusirao

Page 34:

• Elementi i dijelovi uređaja za optička mjerenja

  • Autofokusni senzor se koristi za određivanje stanja površina radnih komada

  • Mjerni sustav za mjerenje kvalitete površina temeljen na autofokusnom senzoru koristi se i kao senzor koordinatnih mjernih strojeva

Page 35:

• Laserska metrologija

  • LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je uređaj kojim se pojačava svjetlost uz pomoć pobuđenog zračenja atoma

  • Svjetlost koju emitira laser je koherentna, monokromatska i linearno polarizirana

  • Intenzitet svjetlosti laserskog snopa puno je veći u odnosu na druge izvore svjetlosti

Page 36:

• Laserska metrologija

  • Laserski mjerni sustavi koriste se za najtočnija mjerenja dimenzija i pomaka, izradu, pozicioniranje, podešavanje i montažu suvremenih proizvodnih strojeva, upravljanje proizvodnim strojevima, mjerenje hrapavosti i stanja površina, kontrolu mjerne opreme, nadzor kvalitete u procesu, provjeru okomitosti površina, izradu preciznih optičkih skala i difrakcijskih rešetki u optičkoj industriji, i dr.

  • Mjerenja laserskom zrakom mogu se izvoditi u statičkim i dinamičkim uvjetima bezkontaktnim djelovanjem mjernog sustava

Page 37:

• Laserska metrologija

  • Točnost laserskih mjerenja je 10 do 100 puta veća od ostalih mjerenja

  • Laserski interferometri su najtočniji za mjerenje dimenzija pa se koriste i kao etaloni

  • Primjena laserske metrologije može se podijeliti prema postupcima koji se provode, kao što su princip trokuta, procedure mjerenja vremena prolaska zraka do mjerenog objekta i natrag, i procedure autofokusa

  • Na temelju navedenih procedura mogu se izvesti različita mjerenja geometrijskih značajki proizvoda

Page 38:

• Laserska metrologija

  • Procedura se koristi za mjerenje udaljenosti, posebno kada su u pitanju veliki mjerni komadi

  • Mjeri se vrijeme koje je potrebno da laserska zraka dođe do mjerenog komada i da se vrati

  • Na temelju proteklog vremena i poznate brzine svjetlosti može se točno odrediti udaljenost

Page 39: Interferometrija

• Interferencija svjetlosti nastaje pri susretu dvaju valova

  • Rezultirajući val ovisi o amplitudama, fazama i frekvencijama valova

• Interferometrijske procedure koriste koherentne svjetlosne valove koji putuju različitim putovima

• Interferometrija može biti svjetlosna ili laserska, ovisno o izvoru svjetlosti

• Laserski interferometri temelje se na dijeljenju i ponovnom spajanju elektromagnetnih valova

Page 40: Michaelsonov interferometar

• Interferencija zahtijeva signal koji se može ocijeniti kao referentni, konstantne faze, sastavljen od dva parcijalna vala

• "Koherencija dva vala" postiže se kada je razlika puteva parcijalnih zraka manja od dužine zraka koherentne svjetlosti

• Laserski ulazni zrak u interferometar se dijeli, a dobiveni zraci se odbijaju od ogledala i vraćaju u točku interferencije

• Intenzitet valova koji se registriraju ovisi o fazi parcijalnih valova

Page 41: Primjena laserskih interferometara

• Laserski interferometri se koriste za mjerenje dužina, kutova i ravnosti

• Najčešća primjena je u proizvodnji alata za visoko precizne strojeve

• Laserski interferometri se koriste za umjeravanje i ispitivanje točnosti proizvodnih strojeva, koordinatnih mjernih uređaja i robota

• Mogu se mjeriti i druge mehaničke veličine poput kutova zakretanja, valovitosti, paralelnosti i okomitosti