Mis on koordinaatide mõõtemasin?

AKoordineerimismasin(CMM) on seade, mis mõõdab füüsiliste objektide geomeetriat, tundes sondiga objekti pinnal olevaid diskreetseid punkte. CMMS -is kasutatakse erinevat tüüpi sondid, sealhulgas mehaanilised, optilised, laserid ja valge valguse. Sõltuvalt masinast võib sondi asendit operaator käsitsi juhtida või seda saab arvutiga juhtida. CMM-id täpsustavad sondi positsiooni tavaliselt selle nihkest võrdluspositsioonist kolmemõõtmelises karteesia koordinaatsüsteemis (st XYZ-telgedega). Lisaks sondi liikumisele piki x-, y- ja z -telge võimaldavad paljud masinad ka sondi nurga juhtida, et võimaldada pindade mõõtmist, mis muidu oleks kättesaamatud.

Tüüpiline 3D-silla CMM võimaldab sondi liikumist piki kolme telge, x, y ja z, mis on üksteisele ortogonaalsed kolmemõõtmelises Cartesiuse koordinaatsüsteemis. Igal teljel on andur, mis jälgib sondi asukohta sellel teljel, tavaliselt mikromeetri täpsusega. Kui sond võtab ühendust (või tuvastab) konkreetse asukoha objektil, valib masin kolme asendiga andurit, mõõtes seega ühe punkti asukohta objekti pinnal, samuti tehtud mõõtmise kolmemõõtmelist vektorit. Seda protsessi korratakse vastavalt vajadusele, liigutades sondi iga kord, et saada “punktpilv”, mis kirjeldab huvipakkuvaid pindala.

CMM -ide tavaline kasutus on tootmis- ja montaažprotsessides osa või montaaži testimiseks disaini kavatsusega. Sellistes rakendustes genereeritakse punktpilved, mida analüüsitakse funktsioonide konstrueerimiseks regressioonialgoritmide abil. Neid punkte kogutakse sondi abil, mille operaator käsitsi paigutab või automaatselt arvuti otsekontrolli (DCC) kaudu. DCC CMMS -i saab programmeerida korduvalt identsete osade mõõtmiseks; Seega on automatiseeritud CMM tööstusroboti spetsialiseeritud vorm.

Osad

Koordinaatmõõtmismasinad hõlmavad kolme peamist komponenti:

• Põhikonstruktsioon, mis sisaldab kolme liikumiseteljet. Liikuva raami ehitamiseks kasutatav materjal on aastate jooksul varieerunud. Varases CMM -is kasutati graniiti ja terast. Tänapäeval ehitavad kõik peamised CMM -i tootjad alumiiniumsulamist või mõnest tuletisest raame ning kasutavad ka keraamilist z -telje jäikuse suurendamiseks rakenduste jaoks. Vähesed CMM -i ehitajad toodavad tänapäevalgi graniidist raami CMM -i turuvajaduse tõttu paremaks metroloogia dünaamikaks ja suurenevat suundumust installida CMM väljaspool kvaliteedilaborit. Tavaliselt toodab Hiinas ja Indias ainult madala mahuga CMM -i ehitajad ja kodumaised tootjad Graniidist CMM -i, kuna madal on tehnoloogia lähenemisviis ja hõlpsasti sisenemine CMM -i raami ehitajaks. Suurenev skaneerimise suundumus nõuab ka CMM Z -telge jäigemaks ja on kasutusele võetud uued materjalid, näiteks keraamilised ja räni karbid.
• Sondeerimissüsteem
• Andmete kogumise ja redutseerimise süsteem - tavaliselt sisaldab masina kontrollerit, lauaarvutit ja rakendustarkvara.

Kättesaadavus

Need masinad võivad olla iseseisvad, käeshoitavad ja kaasaskantavad.

Täpsus

Koordinaatide mõõtmismasinate täpsus antakse tavaliselt määramatuse tegurina funktsioonina kaugusel. CMM -i jaoks, mis kasutab puutetundlikku sondi, on see seotud sondi korratavuse ja lineaarsete skaalade täpsusega. Tüüpiline sondi korratavus võib kogu mõõtmismahu jooksul mõõta 0,001 mm või 0,00005 tolli (pool kümnendikku). 3, 3+2 ja 5 telje masina jaoks kalibreeritakse sondid regulaarselt, kasutades jälgitavaid standardeid ja masina liikumist kontrollitakse täpsuse tagamiseks gabariidide abil.

Spetsiifilised osad

Masinakeha

Esimese CMM -i töötas 1950ndatel välja Šotimaa Ferranti ettevõte, kuna otsene vajadus mõõta nende sõjaväelaste täpsuskomponente, ehkki sellel masinal oli ainult 2 telge. Esimesed 3-teljelised mudelid hakkasid ilmuma 1960. aastatel (Itaalia DEA) ja arvuti juhtimine debüteeris 1970. aastate alguses, kuid esimese töötava CMM-i töötas välja ja pani müüki Browne & Sharpe Inglismaal Melbourne'is. (Leitz Saksamaa koostas seejärel liikuva lauaga fikseeritud masinakonstruktsiooni.

Kaasaegsetes masinates on punkri tüüpi pealisehitusel kaks jalga ja seda nimetatakse sageli sillaks. See liigub vabalt mööda ühe jalaga graniidilaua (mida sageli nimetatakse sisemiseks jalaks), järgides graniidilaua ühe külje külje külje külge kinnitatud juhtrööpa. Vastupidine jalg (sageli välimine jalg) toetub lihtsalt vertikaalse pinna kontuuri järel graniidilauale. Õhulaagrid on valitud meetod hõõrdevaba reisimise tagamiseks. Nendes surutakse suruõhk läbi lameda laagri pinna väga väikeste aukude seeria, et saada sujuv, kuid kontrollitud õhupadja, millele CMM saab liikuda peaaegu hõõrdeta viisil, mida saab tarkvara kaudu kompenseerida. Silla või pukkide liikumine piki graniidilaua moodustab ühe telje XY tasapinnast. Vahepuhasti sild sisaldab vedamist, mis läbib seest ja välisküljed ning moodustab teise x või y horisontaaltelje. Kolmanda liikumise telje (Z -telg) on ​​varustatud vertikaalse quill või spindli lisamisega, mis liigub läbi vankri keskpunkti üles ja alla. Puuteond moodustab sensoriseadme quilli otsas. X, Y ja Z telgede liikumine kirjeldab täielikult mõõteümbrikku. Valikulisi pöörlemistabeleid saab kasutada mõõtesondi lähenemisviisi suurendamiseks keerukatele toorikutele. Pöördlaud neljanda ajami teljena ei suurenda mõõtmismõõtmeid, mis jäävad 3D, kuid see annab paindlikkuse. Mõned puutetundlikud sondid on iseenesestmõistetavad pöörlemisseadmed, millel on sondiotsa, mis on võimeline pöörduma vertikaalselt läbi enam kui 180 kraadi ja läbi täieliku 360 -kraadise pöörde.

CMM -id on nüüd saadaval ka paljudes muudes vormides. Nende hulka kuuluvad CMM -i käed, mis kasutavad pliiatsi otsa asukoha arvutamiseks käe liigestes võetud nurgamõõtmisi ning mida saab varustada sondidega laseri skaneerimiseks ja optiliseks pildistamiseks. Selliseid ARM CMMS-i kasutatakse sageli siis, kui nende teisaldatavus on eelis traditsiooniliste fikseeritud voodiga CMMS-i ees- mõõdetud asukohti salvestades, programmeerimistarkvara võimaldab ka mõõtevarre enda liigutada ja selle mõõtmismahtu, mida mõõdetakse mõõtmisrutiini ajal. Kuna CMM -id jäljendavad inimese käe paindlikkust, on nad sageli jõudnud keerukate osade sisekülgedele, mida ei olnud võimalik standardse kolme teljega masina abil sondeerida.

Mehaaniline sond

Koordinaatide mõõtmise algusaegadel (CMM) paigaldati mehaanilised sondid quilli lõpus spetsiaalsesse hoidjasse. Väga levinud sond tehti, jootdes kõva palli võlli lõppu. See oli ideaalne terve lameda näo, silindriliste või sfääriliste pindade mõõtmiseks. Muud sondid jahvatati konkreetsete kujunditega, näiteks kvadrandiga, et võimaldada eripärade mõõtmist. Neid sondisid hoiti füüsiliselt tooriku vastu, kusjuures positsioon kosmoses, mida loetakse 3-teljelise digitaalse näidu (DRO) või arenenumates süsteemides, logisid nad arvutit jalanõude või muu sarnase seadme abil. Selle kontaktmeetodi abil tehtud mõõtmised olid sageli ebausaldusväärsed, kuna masinaid liigutati käsitsi ja iga masinaoperaatoril oli sondile erinev survekogus või võttis mõõtmiseks kasutusele erinevad tehnikad.

Täiendav areng oli mootorite lisamine iga telje juhtimiseks. Operaatorid ei pidanud enam masinat füüsiliselt puudutama, vaid võisid iga telje juhtkangi abil juhtida samamoodi nagu tänapäevaste kaugjuhtimisega autode puhul. Mõõtmise täpsus ja täpsus paranesid dramaatiliselt elektroonilise puutetundliku päästiku sondi leiutamisega. Selle uue sondiseadme teerajajaks oli David McMurtry, kes moodustas hiljem renishaw plc. Ehkki sondil oli endiselt kontaktseade, oli sondil vedruga teraspall (hiljem Ruby Ball) pliiats. Kui sond puudutas komponendi pinda, siis pliiats kaldus ja samaaegselt saatis X, Y, Z koordineerige teabe arvutisse. Üksikute operaatorite põhjustatud mõõtmisvead muutusid vähem ja CNC toimingute kasutuselevõtu ja CMM -i vanuse saamiseks seati etapp.

Optilised sondid on läätse-CCD-süsteemid, mis on liigutatud nagu mehaanilised ja mis on suunatud huvipunktile, selle asemel, et materjali puudutada. Pinna jäädvustatud pilt suletakse mõõteakna piiridesse, kuni jääk on piisav, et kontrastiks musta ja valgete tsoonide vahel. Jagamiskõverat saab arvutada punkti, mis on kosmose soovitud mõõtepunkt. CCD horisontaalne teave on 2D (XY) ja vertikaalne asend on kogu sondeerimissüsteemi asukoht aluse Z-drive'is (või muu seadme komponendil).

Skaneerimise sondisüsteemid

On uuemaid mudeleid, millel on sondid, mis lohistavad osa osa pinda, võttes punktide järgi punkte, mida tuntakse skaneerivate sondidena. See CMM-i kontrollimismeetod on sageli täpsem kui tavaline puutetundlik meetod ja enamasti kiirem.

Järgmine skaneerimise põlvkond, mida tuntakse kui kontaktideta skaneerimist, mis hõlmab kiiret laseriga ühepunktilist triangulatsiooni, laserjoone skaneerimist ja valge valguse skaneerimist, areneb väga kiiresti. See meetod kasutab kas laserkiirte või valget valgust, mis on projitseeritud osa pinnale. Seejärel saab võtta palju tuhandeid punkte ja kasutada mitte ainult suuruse ja asukoha kontrollimiseks, vaid ka osa 3D -pildi loomiseks. Seejärel saab selle punkti-pilve andmeid CAD-tarkvarale üle kanda, et luua osa töötav 3D-mudel. Neid optilisi skannereid kasutatakse sageli pehmetel või õrnadel osadel või pöördtehnika hõlbustamiseks.

Mikrometoloogia sondid

Mikroskaala metroloogiarakenduste sondeerimissüsteemid on veel üks tekkiv valdkond. Seal on mitu kaubanduslikult koordinaatide mõõtmismasinaid (CMM), millesse on integreeritud mikrorobüük süsteemi, mitu valitsuse laboratooriumi erialasüsteemi ja suvalist arvu ülikoolide ehitatud metroloogiaplatvorme mikroskaala metroloogia jaoks. Kuigi need masinad on head ja paljudel juhtudel on nanomeetriliste skaaladega suurepärased metroloogiaplatvormid, on nende esmane piirang usaldusväärne, vastupidav, võimekas mikro-/nano sond.^{[vajalik tsitaat]}Mikroskaala sondeerimistehnoloogiate väljakutsete hulka kuulub vajadus kõrge kuvasuhte sondi järele, mis annab võimaluse juurde pääseda madalate kontaktjõududega sügavatele, kitsastele omadustele, et mitte kahjustada pinda ja suurt täpsust (nanomeetri tase).^{[vajalik tsitaat]}Lisaks on mikroskaala sondid vastuvõtlikud sellistele keskkonnatingimustele nagu õhuniiskus ja pinna interaktsioonid, näiteks närvi (põhjustatud muu hulgas adhesioonist, meniskist ja/või van der Waalsi vägedest).^{[vajalik tsitaat]}

Mikroskaala sondeerimise saavutamise tehnoloogiad hõlmavad muu hulgas klassikaliste CMM -sondide, optiliste sondide ja alalise laine sondi skaleeritud versiooni. Praeguseid optilisi tehnoloogiaid ei saa aga sügava, kitsa tunnuse mõõtmiseks piisavalt väikeseks muuta ning optilist eraldusvõimet piirab valguse lainepikkus. Röntgenpildistamine annab pildi funktsioonist, kuid puudub jälgitav metroloogiateave.

Füüsilised põhimõtted

Võib kasutada optilisi sondid ja/või lasersondid (võimaluse korral kombinatsioonis), mis muudab CMMS-i mikroskoopide mõõtmiseks või mitme sensori mõõtmismasinate mõõtmiseks. Fringe projektsioonisüsteeme, teodoliidi triangulatsioonisüsteeme või laser kaugeid ja triangulatsioonisüsteeme ei nimetata mõõtemasinad, kuid mõõtetulemus on sama: ruumipunkt. Pinna ja võrdluspunkti vahelise kauguse tuvastamiseks kinemaatilise ahela otsas kasutatakse lasersondisid (st z-drive-komponendi lõpp). See võib kasutada interferomeetrilist funktsiooni, fookuse variatsiooni, valguse läbipainet või tala varjutamise põhimõtet.

Kaasaskantavad koordinaatide mõõtmed

Kui traditsioonilised CMM-id kasutavad objekti füüsiliste omaduste mõõtmiseks kolmel Cartesiuse teljel liikuvat sondi, siis kaasaskantavad CMM-id kasutavad kas liigendatud relvi või optiliste CMM-ide puhul käsivarrevabade skannimissüsteeme, mis kasutavad optilisi triangulatsioonimeetodeid ja võimaldavad täielikku liikumisvabadust objekti ümber.

Liigendvarrega kaasaskantavatel CMM -idel on lineaarsete telgede asemel kuus või seitse telge, mis on varustatud pöörlevate kooderitega. Kaasaskantavad käed on kerged (tavaliselt vähem kui 20 naela) ning neid saab kanda ja kasutada peaaegu kõikjal. Kuid tööstuses kasutatakse üha enam optilisi CMM -e. Kompaktsete lineaarsete või maatriksi massiivi kaameratega (nagu Microsoft Kinect) kujundatud optilised CMM -id on väiksemad kui relvadega kaasaskantavad CMM -id, millel pole juhtmeid ja võimaldavad kasutajatel hõlpsalt võtta igat tüüpi objektide 3D -mõõtmisi, mis asuvad peaaegu kõikjal.

Teatud mittekordistatavad rakendused, näiteks pöördtehnika, kiire prototüüpimine ja igas suuruses osade laiaulatuslik kontroll, sobivad ideaalselt kaasaskantavate CMM-ide jaoks. Kaasaskantavate CMM -ide eelised on mitmesugused. Kasutajatel on paindlikkus igat tüüpi osade 3D -mõõtmiste tegemisel ja kõige kaugemates/raskemates kohtades. Neid on lihtne kasutada ja nad ei vaja täpsete mõõtmiste tegemiseks kontrollitud keskkonda. Lisaks maksavad kaasaskantavad CMM -id vähem kui traditsioonilised CMM -id.

Kaasaskantavate CMM-ide loomulikud kompromissid on käsitsi töö (nende kasutamiseks on vaja alati inimest). Lisaks võib nende üldine täpsus olla mõnevõrra vähem täpne kui silla tüüpi CMM ja see sobib mõne rakenduse jaoks vähem.

Multisensor-mõõdetavad masinad

Traditsiooniline CMM -tehnoloogia, mis kasutab puutetundlikke sondisid, on tänapäeval sageli kombineeritud muu mõõtmistehnoloogiaga. See hõlmab laser-, video- või valgete valguse andureid, et pakkuda seda, mida nimetatakse multisensor -mõõtmiseks.