Šta je koordinata mjerna mašina?

AKoordinata mjerna mašina(CMM) je uređaj koji mjeri geometriju fizičkih objekata osjetljivim diskretnim točkama na površini objekta sa sondom. U CMMS-u koriste se razne vrste sondi, uključujući mehaničku, optičku, laser i bijelu svjetlost. Ovisno o stroju, položaj sonde može upravljati ručno upravljač ili je možda računar kontroliran. CMMS obično određuju položaj sonde u smislu njegovog pomicanja iz referentnog položaja u trodimenzionalnom kartezijskom koordinatnom sustavu (tj. Sa XYZ osi). Pored premještanja sonde duž osi x, y i z, mnoge mašine omogućavaju kontroliranje uglova sonde da bi se omogućilo mjerenje površina koje bi inače bilo nedostupno.

Tipični 3D "most" cmm omogućava kretanje sonde duž tri osi, x, y i z, koji su pravokutni jedni drugima u trodimenzionalnom kartezijskom koordinatnom sustavu. Svaka osovina ima senzor koji nadgleda položaj sonde na tu osovinu, obično s preciznošću mikrometra. Kada kontakti sonde (ili na drugi način otkrivaju) određenu lokaciju na objektu, uzorke mašine Tromjesni senzori, tako mjere lokaciju jedne tačke na površini objekta, kao i trodimenzionalnog vektora za mjerenje. Ovaj se postupak ponavlja po potrebi, premještajući sondu svaki put, za proizvodnju "bodova" koji opisuje površinska područja interesa.

Zajednička upotreba CMM-a je u proizvodnji i montažnim procesima za testiranje dijela ili sklop u odnosu na namjeru dizajna. U takvim se aplikacijama generiraju tačke oblaka koji se analiziraju putem regresijskih algoritama za izgradnju funkcija. Ove se bodove prikupljaju pomoću sonde koji je ručno postavljen od strane operatera ili automatski putem izravne kontrole računara (DCC). DCC CMMS se može programirati na više puta mjerenje identičnih dijelova; Stoga je automatizirani CMM specijalizirani oblik industrijskog robota.

Dijelovi

Koordinatne mašine za mjerenje uključuju tri glavne komponente:

• Glavna struktura koja uključuje tri osi pokretavanja. Materijal koji se koristi za izgradnju pokretnog okvira varirao je tokom godina. Granit i čelik korišteni su u ranim CMM-u. Danas svi glavni CMM proizvođači grade okvire iz aluminijske legure ili nekih derivata, a takođe koriste keramiku za povećanje krutosti Z-osi z za skeniranje aplikacija. Nekoliko CMM graditelja danas još uvijek proizvodi granitni okvir CMM zbog zahtjeva tržišta za poboljšanu mjeriteljsku dinamiku i povećanje trenda za ugradnju CMM izvan laboratorija za kvalitet. Tipično samo male zapremine CMM graditelji i domaći proizvođači u Kini i Indiji još uvijek proizvode granitni CMM zbog niskog tehnološkog pristupa i jednostavan ulaz za postavljanje graditelja CMM okvira. Povećavajući trend ka skeniranju također zahtijeva da se osi CMM-z zgbiju, a novi materijali su uvedeni, poput keramičkog i silikonskog karbida.
• Sistem sondiranja
• Sistem prikupljanja i smanjenja podataka - obično uključuje strojno regulator, desktop računar i aplikacijski softver.

Raspoloživost

Ove mašine mogu biti slobodno stojeći, ručni i prenosivi.

Tačnost

Točnost koordinatnih mjernih strojeva obično se daje kao faktor nesigurnosti kao funkcija preko udaljenosti. Za cmm pomoću dodirne sonde, to se odnosi na ponovljivost sonde i tačnost linearnih vaga. Tipična ponovljivost sonde može rezultirati mjerenjima unutar .001mm ili .00005 inča (pola desete) preko cijelog zapremine mjerenja. Za 3, 3 + 2 i 5 osi strojeva, sonde se rutinski kalibriraju koristeći pogodne standarde, a pokreta stroja provjerava se pomoću mjerača kako bi se osigurala tačnost.

Specifični dijelovi

Mašinsko tijelo

Prvi CMM je razvila Ferranti kompanija Scotland 1950-ih kao rezultat direktne potrebe za mjerenjem preciznih komponenti u svojim vojnim proizvodima, iako je ova mašina imala samo 2 osovine. Prvi modeli sa 3 os. Počeli su se 1960-ih (DEA iz Italije) i računarskim kontrolom debitovao se početkom 1970-ih, ali prvi radni cmm razvijen je i prodaje se na prodaju Browne & Sharme u Melbournu, Engleskoj. (Leitz Njemačka je nakon toga proizvela fiksnu strukturu stroja sa pokretnim stolom.

U modernim mašinama nadgradnja gantry tipa ima dvije noge i često se naziva most. Ovo se slobodno kreće duž granitne tablice s jednom nogom (često naziva unutrašnjoj nozi) nakon vodećeg šine pričvršćene na jednu stranu granitnog stola. Suprotnu nogu (često vanjska noga) jednostavno se odmara na granitnoj tablici nakon vertikalne površinske konture. Zračni ležajevi su odabrana metoda za osiguranje slobodnog putovanja trenjem. U tim je komprimirani zrak prisiljen kroz niz vrlo malih rupa u ravnoj površini ležaja da bi se omogućio glatki, ali kontrolirani zračni jastuk na kojem se CMM može kretati na nekom mjestu trenja, koji se može nadoknaditi putem softvera. Kretanje mosta ili gantry po granitnom stolu tvori jednu osovinu ravnine XY. Most gantry sadrži prijevoz koji prelazi između unutarnje i vanjske noge i tvori drugu x ili y horizontalnu osovinu. Treća os pokreta (z os) pruža se dodavanjem vertikalnog quilla ili vretena koji se pomiče gore-dolje kroz sredinu kočije. Tematska sonda formira osjetljiv uređaj na kraju kvilja. Kretanje osi x, y i z u potpunosti opisuje mjernu kovertu. Opcionalne rotacijske tablice mogu se koristiti za poboljšanje pristupačnosti mjerne sonde kompliciranim radnim komadima. Rotaciona tablica kao četvrta pogonska osovina ne poboljšava dimenzije mjerenja, što ostaju 3D, ali pruža stupanj fleksibilnosti. Neke su temeljne sonde sami su uključene rotacione uređaje sa vrhom sonde koji mogu okrenuti vertikalno kroz više od 180 stepeni i kroz punu rotaciju od 360 stupnjeva.

CMMS su sada dostupni i u raznim drugim oblicima. Oni uključuju CMM ruke koje koriste kutna mjerenja snimljena na zglobovima ruke za izračun položaja olovke i može se objediniti sondama za lasersko skeniranje i optičko snimanje. Takve ruke se često koriste tamo gdje je njihova prenosivost prednost u odnosu na tradicionalni fiksni krevet CMMS - pohranjenim mjerivim lokacijama, programski softver također omogućava pomicanje samog mjernog oružja, a njegova mjerna glasnoća, oko dijela koja se mjeri tijekom mjerne rutine. Jer CMM ruke oponaju fleksibilnost ljudske ruke, često su u mogućnosti da dosegnu unutrašnjosti složenih dijelova koji se ne mogu ispitivati ​​pomoću standardne tri osi.

Mehanička sonda

U ranim danima koordinate mjerenja (cmm), mehaničke sonde ugrađene su u poseban držač na kraju kvilja. Vrlo uobičajena sonda napravljena je lemljenjem tvrdog kuglica do kraja osovine. Ovo je bilo idealno za mjerenje čitavog raspona ravnog lica, cilindričnih ili sfernih površina. Ostale sonde su bile zemlje za određene oblike, na primjer kvadrant, kako bi se omogućilo mjerenje posebnih funkcija. Te sonde su fizički zadržane protiv radnog dijela sa pozicijom u prostoru koji se čitaju iz 3-os-digitalnog očitavanja (DRO) ili, u naprednijim sustavima, zabilježenim u računar pomoću nožnog uređaja ili sličnog uređaja. Mjerenja koja su poduzeta ovom kontaktnom metodom bila su često nepouzdana jer su mašine premještene ručno, a svaki operater mašine primijenio različite količine pritiska na sondu ili usvojene različite tehnike za mjerenje.

Daljnji razvoj bio je dodavanje motora za vožnju svake osi. Operatori više nisu morali fizički dodirnuti stroj, ali mogu voziti svaku osovinu koristeći ručni sanduk s džojstikama na isti način kao i kod modernih automobila na daljinskim upravljanim automobilima. Preciznost merenja i preciznost dramatično su se poboljšali izumom sonde za pokretanje elektronskog dodira. Pionir ovog novog uređaja za sonde bio je David McMurtry koji je nakon toga formirao ono što je sada Renishaw PLC. Iako je još uvijek kontaktni uređaj, sonda je imala čeličnu kuglu u oprugu (kasnije rubin kuglica) Stylus. Kako je sonda dodirnula površinu komponente, stylus je odbio i istovremeno poslao X, Y, Z, Z koordinate na računalo. Pogreške mjerenja koje su izazvane pojedinim operaterima postale su manje i pozornica je postavljena za uvođenje CNC operacija i stil CMM-a.

Optičke sonde su sočiva-CCD-sustavi koji su premješteni poput mehaničkih, a usmjereni su na točku interesa, umjesto da dodiruju materijal. Zarobljena slika površine bit će priložena u granicama mjernog prozora, sve dok ostatak nije adekvatan za kontrast između crnih i bijelih zona. Krivulja razdjela može se izračunati na točku, koja je tražena mjerna tačka u prostoru. Horizontalne informacije na CCD-u su 2D (xy), a vertikalni položaj je položaj kompletnog sistema sondiranja na štandu Z-pogon (ili druge komponente uređaja).

Skenirajuće sonde sistemi

Postoje noviji modeli koji imaju sonde koje povlače po površini dijela koji uzimaju bodove u određenim intervalima, poznatim kao sonde za skeniranje. Ova metoda inspekcije CMM-a često je tačnija od konvencionalne metode osjet na dodir i većina je brže.

Sljedeća generacija skeniranja, poznata kao nekomraktička skeniranja, koja uključuje lasersko jednokatno trokuta, lasersko skeniranje i skeniranje bijelog svjetla, vrlo brzo napreduje. Ova metoda koristi ili laserske grede ili bijelo svjetlo koje se projiciraju na površini dijela. Mnogo hiljada bodova mogu se zatim uzeti i koristiti ne samo da provjere veličinu i položaj, već i stvoriti 3D sliku dijela. Ovaj "Podaci o oblaku" mogu se tada prenijeti u CAD softver za kreiranje radnog 3D modela dijela. Ovi optički skeneri često se koriste na mekim ili osjetljivim dijelovima ili za olakšavanje obrnutog inženjerstva.

Mikrometrologija sonde

Sistemi ispitivanja za aplikacije za mjeriteljstvo mikroscale još su jedno područje u nastajanju. Postoji nekoliko komercijalno dostupnih koordinatnih mjernih mašina (CMM) koje imaju mikroproba integrirani u sistem, nekoliko specijalnih sistema na vladinim laboratorijama, te bilo koji broj univerzitetskih metroloških platformi za mitrooškog metrologiju. Iako su ove mašine dobre i u mnogim slučajevima odlične mjeriteljske platforme sa nanometrijskim vagama, njihovo primarno ograničenje pouzdano je, robusna, sposobna mikro / nano sonda.^{[potreban citat]}Izazovi za tehnologije ispitivanja mikrozmetara uključuju potrebu za sondom o omjeru visokog aspekta koji pruža mogućnost pristupa dubokim, uskim značajkama sa niskim kontaktnim silama tako da ne oštećuju površinu i visoku preciznost (nivo nanometra).^{[potreban citat]}Pored toga miksorkalne sonde podložne su uvjetima zaštite okoliša poput vlažnosti i površinskih interakcija poput stikcije (uzrokovane adhezijom, meniskusom i / ili van der Waals između ostalih).^{[potreban citat]}

Tehnologije za postizanje ispitivanja mikrozmala uključuju skaliranu verziju klasičnih CMM sondi, optičkih sondi i stojećeg talasnog sonda među ostalim. Međutim, trenutne optičke tehnologije ne mogu se smanjiti dovoljno malo za mjerenje duboke, uske karakteristike, a optička rezolucija ograničena je talasnim dužinama. Rendgenski snimak pruža sliku funkcije, ali nema pohlebilnih informacija o metrologiji.

Fizički principi

Optičke sonde i / ili laserske sonde mogu se koristiti (ako je moguće u kombinaciji), koji mijenjaju cmms u mjerenje mikroskopa ili više-senzora mjernih mašina. Fringe Projekcijski sustavi, Theodolitni sustavi trokuta ili laserski udaljeni i triangulacijski sustavi ne nazivaju se mjernim strojevima, ali mjerni rezultat je isti: prostora. Laserske sonde koriste se za otkrivanje udaljenosti između površine i referentne točke na kraju kinematskog lanca (tj.: Kraj komponente z-pogona). Ovo može koristiti interferometričnu funkciju, varijacije fokusa, olakšica za osvjetljenje ili princip za sjenčanje snopa.

Prijenosne koordinatne mašine za mjerenje

Dok tradicionalni CMMS koriste sondu koji se kreće na tri kartuske osi za mjerenje fizičkih karakteristika objekta, prijenosne CMMS koriste ili zglobne ruke ili, u slučaju optičkih CMM-ova, koji koriste optičke trojmulacije i omogućuju potpunu slobodu kretanja oko objekta.

Prijenosni CMMS sa zglobnim rukama imaju šest ili sedam osi koje su opremljene rotacijskim koderima, umjesto linearnih osi. Prijenosne ruke su lagane (obično manje od 20 kilograma) i mogu se nositi i koristiti gotovo bilo gdje. Međutim, optički CMM se sve više koriste u industriji. Dizajniran sa kompaktnim linearnim ili matričnim kamerama nizova (poput Microsoft Kinect), optički cmms manji su od prenosnih CMM-ova s ​​oružjem, nemaju žice i omogućuju korisnicima da lako zauzimaju 3D mjerenja svih vrsta objekata koji se nalaze gotovo bilo gdje.

Određene nerepiteljske aplikacije kao što su obrnuto inženjering, brzo prototipiranje i veliki pregled dijelova svih veličina idealni su za prijenosne CMM-ove. Prednosti prenosnih CMM-ova su višestruke. Korisnici imaju fleksibilnost u poduzimanju 3D mjerenja svih vrsta dijelova i na najudaljenim / teškim lokacijama. Lako se koriste i ne zahtijevaju kontrolirano okruženje za preciznu mjerenja. Štaviše, prenosivi CMMS imaju tendenciju da koštaju manje od tradicionalnih CMM-ova.

Inherentne kompromise prijenosnih CMM-ova su ručni rad (uvijek zahtijevaju da ih koristi čovjek). Pored toga, njihova ukupna tačnost može biti nešto manje tačna od onog tipa mosta CMM i manje je pogodna za neke aplikacije.

MULTIZENSKO MERUZIRNE STROJEVE

Tradicionalna CMM tehnologija pomoću touch sondi danas se često kombinira s drugom tehnologijom mjerenja. Ovo uključuje laserski, video ili bijelu senzore za svjetlo za pružanje onoga što je poznato kao MULTISENSOR MERUENCIJA.