A control system for planning and controlling the production of precision aspherical elements

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F04670361%3A_____%2F22%3AN0000003" target="_blank" >RIV/04670361:_____/22:N0000003 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Řídicí systém pro plánování a kontrolu výroby přesných asférických elementů

Original language description

První činností bylo připravit jádro řídícího systému. Úloha sběru diagnostických dat využitelných v optické výrobě zahrnuje zpracování informací poskytovaných širokým spektrem typů strojů. Z tohoto důvodu je třeba při jejich získávání přistupovat ke každému stroji individuálně, dle konkrétní implementace softwaru. Naopak vzhledem k potřebám plánování výroby musí mít získaná data jednotný formát. Tyto dvě podmínky lze splnit využitím modulární struktury softwaru, jenž zodpovídá za sběr a ukládání diagnostických dat z jednotlivých strojů v optické výrobě. V rámci modulární koncepce softwaru pro sběr diagnostických dat bylo definováno vlastní jádro systému, kterým je serverová aplikace zajišťující centralizované řízení. Ke každému stroji je možné poté připojit klientskou aplikaci, která provádí vlastní získávání dat a dále je posílá serverové aplikaci. Serverová aplikace je tak zodpovědná za správu databáze a ukládání dat získaných z klientských aplikací. Takováto koncepce softwaru umožňuje libovolně měnit počet aktuálně monitorovaných strojů či konkrétní monitorované parametry beze změny funkce zbytku systému. Do jádra bylo nutné zahrnout výrobní stroje – generátory tvaru. Veškeré používané generátory tvarů jsou jednoduché CNC stroje s operačním systémem Windows. Data jsou proto automatizovaně přeposílána do společné databáze na lokálním serveru. Během vývoje byly započaty práce na tvorbě serverového software. Pro tento software byla navržena databáze dle požadavků na sbírané informace. Serverový software přijímá informace od jednotlivých strojů a přístrojů ukládá je do databáze a zároveň databázi spravuje. Serverový software bude zároveň zajišťovat exportování data do vhodných formátů pro další zpracování nebo prezentaci výsledků. Na jednotlivých strojích a přístrojích trvale běží klientský software pro sběr požadovaných dat a jejich odesílání serverové aplikaci. Vzhledem k odlišnostem jednotlivých strojů a přístrojů, byl každý klientský software vytvořen na míru danému stroji či přístroji. Hlavní podstatou sbíraných dat je informace o využití stroje pro plnění jednotlivých projektů. Cílem je docílit sběru těchto dat bez nutnosti interakce obsluhy stroje. Pro tento účel budou využity logy, které generuje většina řídících softwarů. V další etapě byla aplikace a ladění řídícího software. Proběhly práce na dokončení integrace výrobních strojů do řídícího systému, automatickém generování CNC kódu pro iterační leštění asférických povrchů, zahrnutí obráběcích nástrojů a přípravků do řídícího systému, optimalizace parametrů leštění (popsána v sekci Optimalizace procesu leštění) a integrace systému pro tvorbu reportů s výsledky měření. Prvním krokem asférické výroby je broušení, během kterého je připraven co nejpřesnější tvar a co nejnižší drsnost pro následné leštění. Pro každou čočku se v systému zvolí, na jakém stroji a jakým nástrojem bude broušena, do příslušného stroje je poté odeslán CNC kód. CNC kód je generován na základě série parametrů. V optické výrobě je nutné správně zvolit rychlost obrábění, aby došlo k minimalizaci podpovrchového poškození. V našem případě si software umí zvolit rychlost obráběcího nástroje i obrobkového vřetene samostatně. Otáčení čočky a posuv nástroje jsou definovány dle firemního know-how. Dalším parametrem, který se nastaví je tzv. přiblížení, kdy se upraví vybroušení tvar dle odchylky po leštění (leštění je konstantní). Podle dané čočky se pak upraví brousící proces. Operátor stroje může zvolit rozlišení brusné dráhy v jednotkách mm/bod a brusný mód (hrubé broušení, jemné broušení, zkrácení, nebo jednotný cyklus). Rozlišení určuje čas výroby a má velký vliv na přesnost. U výsledné čočky je nutné dodržet jednotnou centrální tloušťku, parametr výsledné tloušťky, nebo relativní hodnota úběru se nastavuje v programu. Dalším nastavitelným parametrem je bezpečná vzdálenost obráběcího stroje vůči obráběné čočce a náběhová a doběhová vzdálenost obráběcího nástroje. Do programu můžeme také ručně zadat počáteční a koncový poloměr dráhy broušení. Systém je schopný simulovat pohyb obráběcího nástroje, určovat rozsahy pohybu os a predikovat kolize. Leštění probíhá ve třech procesech. Všechny tři typy leštících procesů jsou řízeny v rámci projektu integrovaného centrálního systému, který využívá know-how a zkušenosti z předchozích výrobních sérii. Při zavádění nového asférického elementu do výroby jsou automaticky vygenerovány počáteční procesní parametry. Ty jsou určeny z minulých úspěšných procesů, ve kterých byly použity stejné nástroje a leštěný element měl obdobné základní parametry jako jsou materiál, průměr a křivost. Díky přístupu do vnitřní databáze procesů s více než dvacetiletou historií je tak možné nastavit stabilní sériovou výrobu asférického elementu v řádu jednotek hodin. Dalším krokem v přípravě kompletace interního software byla integrace jednoduchého CAD systému do vnitřního řídícího systému. Díky tomu je možné vytvářet výkresy vyráběných čoček rychle a efektivně. Před vytvořením reálného výrobku se vždy tvoří výkres dané čočky, a proto byl do vnitřního řídícího systému implementován jednoduchý CAD systém, který je podle daných matematických rovnic schopen vytvořit výkres dané čočky. Do vnitřního systému se zadají základní parametry, jako je její tvar, vnější rozměry, tolerance, typ skla, možné povrchové vady a povrchové úpravy. Výsledný výkres odpovídá normě ISO 10110. Podle daných parametrů se pak řídí výrobní procesy, neboť uvedené rozměry a tolerance jsou ověřovány v průběhu celého životního cyklu produktu. Do řídícího systému byla dále implementována měřící zařízení. V současné době jsou do řídícího systému zapojena 4 zařízení. Momentálně jsou v systému interferometry, které umožňují měřit tvar sférické nebo rovinné čočky, Luphoscan, což je unikátní optický profilometr pro celoplošné měření asfér, a kontaktní profilometr Mahr Surf. Zařízení jsou schopna ukládat naměřená data přímo ke konkrétní čočce do měřícího systému, nebo je možnost je uložit a nahrát do systému dodatečně. Při nahrávání výsledku se zvolí projekt a čočka, která je právě měřena. Další krok je zvolit, jaká strana čočky se právě měří a jakým zařízením. Po výběru zařízení zvolím měřící přístup (specifikovaný zákazníkem) a potvrdím nahrání dat. Dalším krokem bylo vytvoření integrace systému označování nástrojů a přípravků. Pro autonomní optickou výrobu je vhodné používat pro upnutí čočky v CNC obráběcím stroji vakuové přisávání nebo vložení do kleštiny. Další možností upnutí čočky do sklíčidla stroje je natmelení optického elementu na tmelku. V případě tmelení je třeba v řídícím systému propojit čočku s tmelkou pro následné další opracování ve výrobním procesu, protože v celém průběhu asférické výroby je čočka v páru s konkrétní tmelkou. To ze dvou hlavních důvodů. Pro zaznamenání hodnoty vycentrování a klínovitosti natmelené čočky, tyto hodnoty se následně využijí v automatickém generování CNC kódu pro asférické broušení a leštění. Druhým důvodem je možnost zpětného dohledání například poškozené tmelky, která může být odhalena v rámci výstupní kontroly, nalezením specifických vad na vyrobené čočce. Posledním cílem pro rok 2021 byla integrace systému pro tvorbu reportů s výsledky měření. Měření různých parametrů a zpracování výsledků měření je jeden z nejvýznamnějších kroků v optické výrobě. Tato důležitost se z výroby přenáší také na finální odeslání zákazníkovi, kde tvoří kritickou část přiložených informací. Během celého procesu výroby projde čočka mnoha stanovišti, kde se měří její tvar, iregularita a další parametry. K dalšímu měření dochází na kontrole kvality při výstupní kontrole. Zde se měří mikrodrsnost povrchu čočky, klín, průměr, centrální tloušťka a vady povrchu. Jedná se o škráby a tečky na povrchu kontrolované čočky. Ty se prozatím vyhodnocují vizuálně na základě komparativních standardů a jsou subjektivně hodnoceny kontrolorem. Z toho důvodu není možné efektivně zařadit měření vad povrchu do inteligentního PSM. V rámci projektu FX03030132 se ve firmě asphericon s.r.o. řeší zavedení kontroly povrchových vad pomocí materiálového mikroskopu a vyhodnocení podle ISO normy a zahrnutí výsledků do PMS. Pokud všechna měření vyjdou v rámci tolerance, je k čočce vygenerován protokol o měření přímo z dat uložených v řídícím systému. Zákazník tak v elektronické formě dostane všechny parametry k dodané čočce. Jedná se o celkový počet spuštěných kroků výroby, každá čočka má více výrobních cyklů. V rámci projektu byl integrován řídící systém, který je schopný zajišťovat řešení objednávek, naceňování výrobních procesů a vést statistiku vytížení strojů. Mimo to je díky systému možné evidovat celý výrobní proces čočky, od vybalení jednotlivých surových materiálů, naskladnění, prvotního broušení na sférických generátorech po úpravu na asférické tvary.

Czech name

Řídicí systém pro plánování a kontrolu výroby přesných asférických elementů

Czech description

—

Type

X - Unclassified

CEP classification

—

OECD FORD branch

20205 - Automation and control systems

Project

<a href="/en/project/FX01030046" target="_blank" >FX01030046: Implementation of intelligent PMS for manufacturing of precise aspheric optics</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2022

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.