Kas yra koordinačių matavimo mašina?

Akoordinačių matavimo mašina(CMM) – tai prietaisas, matuojantis fizinių objektų geometriją zondu pajutęs atskirus objektus paviršiaus taškus.CMM naudojami įvairių tipų zondai, įskaitant mechaninius, optinius, lazerinius ir baltą šviesą.Priklausomai nuo mašinos, zondo padėtį gali valdyti rankiniu būdu operatorius arba ji gali būti valdoma kompiuteriu.CMM paprastai nurodo zondo padėtį pagal jo poslinkį nuo atskaitos padėties trimatėje Dekarto koordinačių sistemoje (ty su XYZ ašimis).Be to, kad zondas judinamas išilgai X, Y ir Z ašių, daugelis mašinų taip pat leidžia valdyti zondo kampą, kad būtų galima išmatuoti paviršius, kurie kitu atveju būtų nepasiekiami.

Tipiškas 3D „tiltas“ CMM leidžia zondui judėti trimis ašimis – X, Y ir Z, kurios yra statmenos viena kitai trimatėje Dekarto koordinačių sistemoje.Kiekviena ašis turi jutiklį, kuris stebi zondo padėtį toje ašyje, paprastai mikrometro tikslumu.Kai zondas susisiekia (ar kitaip aptinka) tam tikrą objekto vietą, aparatas paima trijų padėties jutiklių pavyzdžius, taip išmatuodamas vieno taško vietą objekto paviršiuje, taip pat atlikto matavimo trimatį vektorių.Šis procesas kartojamas, kai reikia, kiekvieną kartą judinant zondą, kad susidarytų „taškinis debesis“, apibūdinantis dominančias paviršiaus sritis.

CMM dažniausiai naudojamas gamybos ir surinkimo procesuose, siekiant patikrinti dalį ar agregatą pagal projektavimo tikslą.Tokiose programose generuojami taškiniai debesys, kurie analizuojami naudojant regresijos algoritmus, skirtus objektų konstravimui.Šie taškai renkami naudojant zondą, kurį operatorius nustato rankiniu būdu arba automatiškai per tiesioginį kompiuterio valdymą (DCC).DCC CMM galima užprogramuoti pakartotinai matuoti identiškas dalis;taigi automatizuotas CMM yra specializuota pramoninio roboto forma.

Dalys

Koordinačių matavimo mašinas sudaro trys pagrindiniai komponentai:

• Pagrindinė struktūra, kurią sudaro trys judėjimo ašys.Medžiaga, naudojama judančiam rėmui gaminti, bėgant metams keitėsi.Granitas ir plienas buvo naudojami ankstyvosiose CMM.Šiandien visi pagrindiniai CMM gamintojai gamina rėmus iš aliuminio lydinio arba kai kurių darinių, taip pat naudoja keramiką, kad padidintų Z ašies standumą nuskaitymo programoms.Nedaug CMM statytojų šiandien vis dar gamina granitinio rėmo CMM dėl rinkos poreikio pagerinti metrologijos dinamiką ir didėjančios tendencijos montuoti CMM ne kokybės laboratorijoje.Paprastai tik nedidelės apimties CMM gamintojai ir vietiniai gamintojai Kinijoje ir Indijoje vis dar gamina granitinį CMM dėl žemos technologijos metodo ir lengvo įėjimo tapti CMM rėmų gamintoju.Didėjanti skenavimo tendencija taip pat reikalauja, kad CMM Z ašis būtų standesnė ir buvo pristatytos naujos medžiagos, pavyzdžiui, keramika ir silicio karbidas.
• Zondavimo sistema
• Duomenų rinkimo ir mažinimo sistema – paprastai apima mašinos valdiklį, stalinį kompiuterį ir taikomąją programinę įrangą.

Prieinamumas

Šios mašinos gali būti laisvai stovinčios, nešiojamos ir nešiojamos.

Tikslumas

Koordinačių matavimo mašinų tikslumas paprastai pateikiamas kaip neapibrėžties koeficientas kaip funkcija per atstumą.CMM naudojant jutiklinį zondą tai susiję su zondo pakartojamumu ir linijinių skalių tikslumu.Dėl tipinio zondo pakartojamumo matavimai gali būti 0,001 mm arba 0,00005 colio (pusė dešimtosios) per visą matavimo tūrį.3, 3+2 ir 5 ašių mašinose zondai reguliariai kalibruojami naudojant atsekamus standartus, o mašinos judėjimas tikrinamas naudojant matuoklius, kad būtų užtikrintas tikslumas.

Konkrečios dalys

Mašinos korpusas

Pirmąjį CMM sukūrė Ferranti Company of Scotland šeštajame dešimtmetyje, nes tiesioginis poreikis išmatuoti tikslius jų karinių gaminių komponentus, nors ši mašina turėjo tik 2 ašis.Pirmieji 3 ašių modeliai buvo pradėti rodyti septintajame dešimtmetyje (Italijos DEA), o kompiuterinis valdymas debiutavo aštuntojo dešimtmečio pradžioje, tačiau pirmąjį veikiantį CMM sukūrė ir pardavė Browne & Sharpe Melburne, Anglijoje.(Vėliau Leitz Vokietija pagamino fiksuotą mašinos konstrukciją su judančiu stalu.

Šiuolaikinėse mašinose portalinio tipo antstatas turi dvi kojeles ir dažnai vadinamas tiltu.Jis laisvai juda išilgai granitinio stalo su viena koja (dažnai vadinama vidine koja) po kreipiamuoju bėgiu, pritvirtintu prie vienos granito stalo pusės.Priešinga koja (dažnai išorinė) tiesiog remiasi į granitinį stalą pagal vertikalų paviršiaus kontūrą.Pneumatiniai guoliai yra pasirinktas būdas užtikrinti judėjimą be trinties.Šiuose suslėgtas oras yra priverčiamas per labai mažas skylutes plokščiame guolio paviršiuje, kad būtų sukurta lygi, bet kontroliuojama oro pagalvė, ant kurios CMM gali judėti beveik be trinties, o tai gali būti kompensuojama programine įranga.Tilto arba portalo judėjimas išilgai granito stalo sudaro vieną XY plokštumos ašį.Portalo tiltelyje yra vežimėlis, kuris eina tarp vidinių ir išorinių kojų ir sudaro kitą X arba Y horizontalią ašį.Trečioji judėjimo ašis (Z ašis) suteikiama pridedant vertikalią plunksną arba veleną, kuris juda aukštyn ir žemyn per vežimo centrą.Jutiklinis zondas sudaro jutimo įtaisą plunksnos gale.X, Y ir Z ašių judėjimas visiškai apibūdina matavimo gaubtą.Norint pagerinti matavimo zondo priartėjimą prie sudėtingų ruošinių, galima naudoti pasirenkamus sukamuosius stalus.Sukamasis stalas, kaip ketvirtoji varomoji ašis, nepadidina matavimo matmenų, kurie išlieka 3D, tačiau suteikia tam tikro lankstumo.Kai kurie jutikliniai zondai patys yra varomi sukamieji įtaisai, kurių zondo galas gali pasukti vertikaliai daugiau nei 180 laipsnių ir visiškai pasukti 360 laipsnių kampu.

CMM dabar taip pat yra įvairių formų.Tai apima CMM rankenas, kurios naudoja kampinius matavimus rankos sąnariuose, kad apskaičiuotų rašiklio galiuko padėtį, ir gali būti aprūpintos lazerinio nuskaitymo ir optinio vaizdo zondais.Tokios svirties CMM dažnai naudojamos ten, kur jų nešiojamumas yra pranašesnis už tradicinius stacionarius CMM – išsaugant išmatuotas vietas, programinė programinė įranga taip pat leidžia perkelti pačią matavimo svirtį ir jos matavimo tūrį aplink matuojamą dalį matavimo metu.Kadangi CMM ginklai imituoja žmogaus rankos lankstumą, jie taip pat dažnai gali pasiekti sudėtingų dalių vidų, kurių negalima zonduoti naudojant standartinę trijų ašių mašiną.

Mechaninis zondas

Pirmosiomis koordinačių matavimo (CMM) dienomis mechaniniai zondai buvo įtaisyti į specialų laikiklį plunksnos gale.Labai paplitęs zondas buvo pagamintas prilituojant kietą rutulį prie veleno galo.Tai puikiai tiko matuojant daugybę plokščių, cilindrinių ar sferinių paviršių.Kiti zondai buvo sumalti į tam tikras formas, pavyzdžiui, kvadrantą, kad būtų galima išmatuoti specialias savybes.Šie zondai buvo fiziškai laikomi prie ruošinio, o padėtis erdvėje buvo nuskaitoma iš 3 ašių skaitmeninio rodmens (DRO) arba, pažangesnėse sistemose, buvo prisijungiama prie kompiuterio kojiniu jungikliu ar panašiu įrenginiu.Matavimai, atlikti naudojant šį kontaktinį metodą, dažnai buvo nepatikimi, nes mašinos buvo judinamos rankomis, o kiekvienas mašinos operatorius taikė skirtingą slėgį zondui arba naudojo skirtingus matavimo metodus.

Tolesnė plėtra buvo varikliai, skirti kiekvienai ašiai varyti.Operatoriai nebeturėjo fiziškai liesti mašinos, bet galėjo valdyti kiekvieną ašį naudodami rankinę dėžę su vairasvirtėmis taip pat, kaip ir šiuolaikiniuose nuotoliniu būdu valdomuose automobiliuose.Išradus elektroninį jutiklinį zondą, matavimo tikslumas ir tikslumas labai pagerėjo.Šio naujo zondo įrenginio pradininkas buvo Davidas McMurtry, kuris vėliau suformavo dabartinę Renishaw plc.Nors vis dar buvo kontaktinis įtaisas, zondas turėjo spyruoklinį plieninį rutulinį (vėliau rubino rutulio) rašiklį.Kai zondas palietė komponento paviršių, rašiklis nukrypo ir tuo pačiu metu siuntė X, Y, Z koordinačių informaciją į kompiuterį.Atskirų operatorių sukeltų matavimo klaidų sumažėjo ir buvo paruoštas etapas CNC operacijų diegimui bei CMM senatvei.

Optiniai zondai yra objektyvo-CCD sistemos, kurios juda kaip ir mechaninės ir yra nukreiptos į dominančią vietą, o ne liečiant medžiagą.Užfiksuotas paviršiaus vaizdas bus uždarytas matavimo lango ribose, kol likutis bus pakankamas kontrastui tarp juodos ir baltos zonų.Skirstymo kreivė gali būti apskaičiuojama iki taško, kuris yra norimas matavimo taškas erdvėje.Horizontali informacija ant CCD yra 2D (XY), o vertikali padėtis yra visos zondavimo sistemos padėtis ant stovo Z pavaros (ar kito įrenginio komponento).

Nuskaitymo zondų sistemos

Yra naujesnių modelių, kuriuose yra zondai, kurie tam tikrais intervalais traukia išilgai dalies paviršiaus, vadinamų nuskaitymo zondais.Šis CMM tikrinimo metodas dažnai yra tikslesnis nei įprastas jutiklinio zondo metodas ir dažniausiai greitesnis.

Naujos kartos nuskaitymas, žinomas kaip nekontaktinis nuskaitymas, apimantis didelės spartos lazerinį vieno taško trianguliaciją, lazerinį linijų nuskaitymą ir baltos šviesos nuskaitymą, tobulėja labai greitai.Šis metodas naudoja lazerio spindulius arba baltą šviesą, kuri projektuojama į detalės paviršių.Tada galima paimti daugybę tūkstančių taškų ir naudoti ne tik dydžiui ir padėčiai patikrinti, bet ir detalės 3D vaizdui sukurti.Tada šiuos „taškinio debesies duomenis“ galima perkelti į CAD programinę įrangą, kad būtų sukurtas veikiantis 3D detalės modelis.Šie optiniai skaitytuvai dažnai naudojami minkštoms ar subtilioms dalims arba norint palengvinti atvirkštinę inžineriją.

Mikrometrologiniai zondai

Dar viena besiformuojanti sritis yra mikroskopinės metrologijos taikymo zondavimo sistemos.Yra keletas komerciškai prieinamų koordinačių matavimo mašinų (CMM), turinčių į sistemą integruotą mikrozondą, kelias specialias sistemas vyriausybinėse laboratorijose ir daugybę universitete sukurtų metrologijos platformų, skirtų mikroskopinei metrologijai.Nors šios mašinos yra geros ir daugeliu atvejų puikios metrologijos platformos su nanometrinėmis skalėmis, pagrindinis jų apribojimas yra patikimas, tvirtas, galingas mikro/nano zondas.^{[reikalinga citata]}Mikroskalės zondavimo technologijų iššūkiai apima didelio formato santykio zondo poreikį, suteikiantį galimybę pasiekti gilias, siauras ypatybes su mažomis kontaktinėmis jėgomis, kad nebūtų pažeistas paviršius ir didelis tikslumas (nanometro lygis).^{[reikalinga citata]}Be to, mikroskopiniai zondai yra jautrūs aplinkos sąlygoms, tokioms kaip drėgmė ir paviršiaus sąveika, pvz., sukibimas (sukeliamas dėl sukibimo, menisko ir (arba) Van der Waals jėgų, be kita ko).^{[reikalinga citata]}

Technologijos, leidžiančios atlikti mikroskopinį zondavimą, apima sumažintą klasikinių CMM zondų versiją, optinius zondus ir stovinčios bangos zondą.Tačiau dabartinės optinės technologijos negali būti pakankamai mažos, kad būtų galima išmatuoti gilias, siauras savybes, o optinę skiriamąją gebą riboja šviesos bangos ilgis.Rentgeno spindulių vaizdavimas suteikia funkcijos vaizdą, bet ne atsekamos metrologijos informacijos.

Fiziniai principai

Gali būti naudojami optiniai zondai ir (arba) lazeriniai zondai (jei įmanoma kartu), kurie pakeičia CMM į matavimo mikroskopus arba kelių jutiklių matavimo mašinas.Kraštinės projekcijos sistemos, teodolito trianguliacijos sistemos arba lazerinės distancinės ir trianguliacijos sistemos nėra vadinamos matavimo mašinomis, tačiau matavimo rezultatas yra tas pats: erdvės taškas.Lazeriniai zondai naudojami atstumui tarp paviršiaus ir atskaitos taško kinematinės grandinės gale (ty: Z pavaros komponento galo) nustatyti.Tam gali būti naudojama interferometrinė funkcija, židinio kitimas, šviesos nukreipimas arba spindulio šešėliavimo principas.

Nešiojamos koordinačių matavimo mašinos

Tuo tarpu tradiciniuose CMM naudoja zondą, judantį trimis Dekarto ašimis, kad išmatuotų objekto fizines charakteristikas, o nešiojamieji CMM naudoja arba šarnyrines rankas, arba, optinių CMM atveju, skenavimo sistemas be rankų, kuriose naudojami optinio trianguliavimo metodai ir užtikrinama visiška judėjimo laisvė. aplink objektą.

Nešiojamieji CMM su šarnyrinėmis svirtimis turi šešias arba septynias ašis, kuriose yra sukamieji kodavimo įrenginiai, o ne linijinės ašys.Nešiojami ginklai yra lengvi (paprastai mažiau nei 20 svarų) ir gali būti nešiojami bei naudojami beveik bet kur.Tačiau pramonėje vis dažniau naudojami optiniai CMM.Sukurtos su kompaktiškomis linijinėmis arba matricos masyvo kameromis (pvz., Microsoft Kinect), optiniai CMM yra mažesni nei nešiojamieji CMM su rankenomis, juose nėra laidų ir naudotojai gali lengvai atlikti visų tipų objektų, esančių beveik bet kur, 3D matavimus.

Tam tikros nesikartojančios programos, tokios kaip atvirkštinė inžinerija, greitas prototipų kūrimas ir didelio masto visų dydžių dalių tikrinimas, idealiai tinka nešiojamiesiems CMM.Nešiojamų CMM pranašumai yra daugialypiai.Vartotojai gali lanksčiai atlikti visų tipų dalių 3D matavimus ir pačiose atokiausiose/sunkiausiose vietose.Juos paprasta naudoti ir nereikia kontroliuojamos aplinkos, kad būtų galima atlikti tikslius matavimus.Be to, nešiojami CMM paprastai kainuoja pigiau nei tradiciniai CMM.

Nešiojamiems CMM būdingi kompromisai yra valdymas rankiniu būdu (jomis visada naudojamas žmogus).Be to, bendras jų tikslumas gali būti šiek tiek mažesnis nei tilto tipo CMM ir yra mažiau tinkamas kai kurioms programoms.

Multisensorinės matavimo mašinos

Tradicinė CMM technologija, naudojanti jutiklinius zondus, šiandien dažnai derinama su kitomis matavimo technologijomis.Tai apima lazerinius, vaizdo ar baltos šviesos jutiklius, kad būtų galima atlikti vadinamąjį kelių jutiklių matavimą.