Aplikace optických metod při měření tvarově složitých součástí

Abstract

ZELINKA, Jan. Aplikace optických metod při měření tvarově složitých součástí. Ostrava, 2024. Disertační práce. Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra obrábění, montáže a strojírenské metrologie. 107 stran, 62 obrázků, 10 tabulek, 2 přílohy. Školitel: prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.

Předložená disertační práce se zabývá aplikováním optických metod k vyhodnocení ozubených kol pro praktické využití ve Škoda Auto a.s. Pro měření bylo vybráno čelní ozubené kolo (satelit) v diferenciálu, které se nachází téměř v každém autě se spalovacím motorem. Diferenciál může být umístěný jak na hnané nápravě, tak i na hnací nápravě v závislosti na konkrétním uspořádání vozidla. Hlavním cílem disertační práce bylo vytvoření metodiky pro měření tvarově složitých součástí, jako jsou boky ozubených kol, za využití různorodých optických systémů měření. V průběhu řešení práce vznikaly i dílčí cíle, které podávají velmi dobrý obraz a pokročilejší úvod do problematiky měření ozubených kol, tedy analýza současného stavu. Dále došlo k popsaní metodiky hodnocení ozubených kol. Ta vychází z kontaktního způsobu měření a během výzkumu byla aplikována na vyhodnocení parametrů ozubených kol za použití optických metod. Při dané metodice bylo nutné upravit souřadný systém měřeného kola. Další dílčí cíl se věnoval pozornosti nastavení parametrů měření vůči výsledné kvalitě nasnímaných bodů či obrazu. Zvolené parametry při snímaní mohu výrazně ovlivnit kvalitu měření a přesnost vyhodnocení. Pro samotný výzkum byly navoleny vhodné kombinace vybraných klíčových faktorů (Fp, fp, fu, Frsn, Fr), které mají vliv na výsledek měření ozubených kol. Pro experimentální testování bylo využito několika profesionálních zařízení. Jako výchozí zařízení bylo zvoleno CMM od společnosti Zeiss s označením Prismo 7. Dále výzkum probíhal na optickým zařízení Comet, který pracuje na principu proužkové projekce. Třetím zařízením byl liniový laser scanner Shapetracer II. Posledním byl optický mikroskop Alicona G5, který pracuje na principu Focus Variation. Další dílčí cílem, bylo experimentální ověření navrhnutého postupu pro měřenou součást pomocí optických metod. Výsledky z výzkumu byly statisticky zpracovány a graficky znázorněny. Na závěr jsou interpretovány získané výsledky a stanovené přínosy. Výsledky budou aplikovatelné v praxi a zároveň budou dále rozvíjeny a publikovány.

ZELINKA, Jan. The application of optical methods in the measurement of complex-shaped components. Ostrava, 2024, Dissertation’s Thesis. Department of Machining, Assembly and Engineering Metrology, Faculty of Mechanical Engineering, VSB – Technical university of Ostrava. 107 pages, 62 figures, 10 tables, 2 supplements. Tutor: prof. Ing. Robert Čep, Ph.D.

The submitted dissertation thesis deals with the application of optical methods for evaluating gears for practical use at Škoda Auto a.s. For measurement, a spur gear (satellite) in the differential was selected, which is found in almost every combustion engine car. The differential can be located on either the driven axle or the driving axle, depending on the specific vehicle layout. The main objective of the dissertation thesis was to develop a methodology for measuring complex-shaped components, such as gear flanks, using various optical measurement systems. Throughout the research, specific sub-goals were achieved, providing a comprehensive and advanced introduction to the measurement of gears, including an analysis of the current state. Furthermore, a methodology for evaluating gears was described, based on contact measurement methods, and during the research, it was applied to evaluate gear parameters using optical methods. The methodology required the adjustment of the coordinate system of the measured gear. Another sub-goal focused on adjusting measurement parameters to the resulting quality of the captured points or images. The selected parameters during capture can significantly affect the measurement quality and evaluation accuracy. Suitable combinations of selected key factors (Fp, fp, fu, Frsn, Fr) that influence the measurement results of gears were chosen for experimental testing using several professional devices. The initial device chosen was the Zeiss Prismo 7 Coordinate Measuring Machine (CMM). The research also utilized the Comet optical device based on stripe projection, and the Shapetracer II line laser scanner. Lastly, the Alicona G5 optical microscope, based on the Focus Variation principle, was used. Another sub-goal was to experimentally verify the proposed procedure for measuring the component using optical methods. The research results were statistically processed and graphically represented. Finally, the obtained results and benefits were interpreted. The results will be applicable in practice and further developed and published.