Isfarë është makina matëse koordinuese?

NjëKoordinoni makinën matëse(CMM) është një pajisje që mat gjeometrinë e objekteve fizike duke ndjerë pika diskrete në sipërfaqen e objektit me një sondë. Lloje të ndryshme të sondave përdoren në CMM, duke përfshirë dritën mekanike, optike, lazer dhe të bardhë. Në varësi të makinës, pozicioni i sondës mund të kontrollohet manualisht nga një operator ose mund të kontrollohet me kompjuter. CMMS zakonisht specifikon pozicionin e një sonde për sa i përket zhvendosjes së tij nga një pozicion referimi në një sistem koordinativ tre-dimensional Kartezian (d.m.th., me akse XYZ). Përveç lëvizjes së sondës përgjatë boshteve X, Y dhe Z, shumë makina gjithashtu lejojnë që këndi i sondës të kontrollohet për të lejuar matjen e sipërfaqeve që përndryshe do të ishin të paarritshme.

"Ura" tipike 3D CMM lejon lëvizjen e sondës përgjatë tre akseve, x, y dhe z, të cilat janë ortogonale me njëri-tjetrin në një sistem tre-dimensional të koordinatave Karteziane. Do bosht ka një sensor që monitoron pozicionin e sondës në atë bosht, zakonisht me saktësi mikrometri. Kur sonda kontakton (ose zbulon ndryshe) një vendndodhje të veçantë në objekt, makineria mostron tre sensorët e pozicionit, duke matur kështu vendndodhjen e një pike në sipërfaqen e objektit, si dhe vektorin 3-dimensional të matjes së marrë. Ky proces përsëritet sipas nevojës, duke lëvizur sondën çdo herë, për të prodhuar një "re pikë" e cila përshkruan sipërfaqet e interesit.

Një përdorim i zakonshëm i CMMS është në proceset e prodhimit dhe montimit për të provuar një pjesë ose asamble kundër qëllimit të projektimit. Në aplikacione të tilla, prodhohen retë e pikave të cilat analizohen përmes algoritmeve të regresionit për ndërtimin e veçorive. Këto pika mblidhen duke përdorur një sondë që pozicionohet manualisht nga një operator ose automatikisht përmes kontrollit të drejtpërdrejtë të kompjuterit (DCC). DCC CMMS mund të programohet për të matur vazhdimisht pjesët identike; Kështu që një CMM i automatizuar është një formë e specializuar e robotit industrial.

Pjesë

Makinat për matjen e koordinatave përfshijnë tre përbërës kryesorë:

• Struktura kryesore e cila përfshin tre akse të lëvizjes. Materiali i përdorur për ndërtimin e kornizës lëvizëse ka ndryshuar me kalimin e viteve. Graniti dhe çeliku u përdorën në CMM të hershëm. Sot të gjithë prodhuesit kryesorë të CMM ndërtojnë korniza nga aliazh alumini ose ndonjë derivat dhe gjithashtu përdorin qeramikë për të rritur ngurtësinë e boshtit z për skanimin e aplikacioneve. Pak ndërtues të CMM sot prodhojnë ende kornizë graniti CMM për shkak të kërkesës së tregut për dinamikën e përmirësuar të metrologjisë dhe rritjen e trendit për të instaluar CMM jashtë laboratorit të cilësisë. Në mënyrë tipike, vetëm ndërtuesit e CMM me vëllim të ulët dhe prodhuesit vendas në Kinë dhe Indi janë akoma duke prodhuar granitin CMM për shkak të qasjes së ulët të teknologjisë dhe hyrjes së lehtë për t'u bërë një ndërtues i kornizave CMM. Tendenca në rritje drejt skanimit gjithashtu kërkon që boshti CMM Z të jetë më i fortë dhe janë prezantuar materiale të reja siç janë karbidi qeramik dhe silikoni.
• Sistem provues
• Sistemi i mbledhjes dhe zvogëlimit të të dhënave - Në mënyrë tipike përfshin një kontrollues makinerie, kompjuter desktop dhe softuer aplikimi.

Disponueshmëri

Këto makina mund të jenë me këmbë të lira, të dorës dhe të lëvizshme.

Saktësi

Saktësia e makinave të matjes së koordinatave zakonisht jepet si një faktor pasigurie si një funksion mbi distancën. Për një CMM duke përdorur një sondë prekjeje, kjo ka të bëjë me përsëritshmërinë e sondës dhe saktësinë e peshoreve lineare. Përsëritshmëria tipike e sondës mund të rezultojë në matje të brenda 0,001 mm ose .00005 inç (gjysmë e dhjeta) mbi të gjithë vëllimin e matjes. Për makinat e boshtit 3, 3+2 dhe 5, sondat kalibrohen në mënyrë rutinore duke përdorur standarde të gjurmueshme dhe lëvizja e makinës verifikohet duke përdorur matës për të siguruar saktësinë.

Pjesë specifike

Organ i makinës

CMM i parë u zhvillua nga Kompania Ferranti e Skocisë në vitet 1950 si rezultat i një nevoje të drejtpërdrejtë për të matur përbërësit e precizionit në produktet e tyre ushtarake, megjithëse kjo makinë kishte vetëm 2 akse. Modelet e para me 3 boshte filluan të shfaqeshin në vitet 1960 (DEA të Italisë) dhe kontrollin e kompjuterit të debutuar në fillim të viteve 1970, por CMM i parë i punës u zhvillua dhe u vu në shitje nga Browne & Sharpe në Melburn, Angli. (Leitz Gjermania më pas prodhoi një strukturë fikse të makinës me tabelë lëvizëse.

Në makinat moderne, superstruktura e tipit të garës ka dy këmbë dhe shpesh quhet një urë. Kjo lëviz lirshëm përgjatë tryezës së granitit me një këmbë (shpesh referohet si këmba e brendshme) duke ndjekur një hekurudhë udhëzuese të bashkangjitur në njërën anë të tryezës së granitit. Këmba e kundërt (shpesh nga këmba e jashtme) thjesht mbështetet në tryezën e granitit duke ndjekur konturin vertikal të sipërfaqes. Kushinetat e ajrit janë metoda e zgjedhur për të siguruar udhëtimin pa fërkime. Në këto, ajri i kompresuar detyrohet përmes një seri vrimash shumë të vogla në një sipërfaqe të rrafshët të rrafshët për të siguruar një jastëk të ajrit të lëmuar, por të kontrolluar në të cilin CMM mund të lëvizë në një mënyrë të afërt pa fërkime, e cila mund të kompensohet përmes softuerit. Lëvizja e urës ose e portës përgjatë tabelës së granitit formon një bosht të rrafshit XY. Ura e Gantry përmban një karrocë e cila përshkon midis këmbëve të brendshme dhe të jashtme dhe formon boshtin tjetër x ose y horizontale. Aksi i tretë i lëvizjes (boshti Z) sigurohet me shtimin e një quill vertikale ose gishti i cili lëviz lart e poshtë përmes qendrës së karrocës. Sonda e prekjes formon pajisjen ndjerë në fund të quill. Lëvizja e boshteve X, Y dhe Z përshkruan plotësisht zarfin matës. Tabelat rrotulluese opsionale mund të përdoren për të përmirësuar afrueshmërinë e sondës matëse ndaj pjesëve të ndërlikuara të punës. Tabela rrotulluese si një bosht i katërt i makinës nuk rrit dimensionet matëse, të cilat mbeten 3D, por siguron një shkallë fleksibiliteti. Disa sonda prekëse janë vetë pajisje rrotulluese të mundësuar me majën e sondës në gjendje të kalojnë vertikalisht nëpër më shumë se 180 gradë dhe përmes një rotacion të plotë 360 shkallë.

CMM tani janë gjithashtu të disponueshme në një larmi formash të tjera. Këto përfshijnë krahët CMM që përdorin matjet këndore të marra në nyjet e krahut për të llogaritur pozicionin e majës së stilusit, dhe mund të pajisen me sonda për skanimin lazer dhe imazhin optik. CMM të tilla të krahut shpesh përdoren kur transportueshmëria e tyre është një avantazh ndaj CMMS tradicionale të shtratit fiks- duke ruajtur vendet e matura, programi programues gjithashtu lejon lëvizjen e vetë krahut matës, dhe vëllimin e tij të matjes, rreth pjesës që do të matet gjatë një rutine matëse. Për shkak se krahët CMM imitojnë fleksibilitetin e një krahu njerëzor, ato shpesh janë në gjendje të arrijnë në brendësi të pjesëve komplekse që nuk mund të hetohen duke përdorur një makinë standarde me tre boshte.

Sondë mekanike

Në ditët e para të matjes së koordinatave (CMM), sondat mekanike u vendosën në një mbajtës të veçantë në fund të Quill. Një sondë shumë e zakonshme u bë duke bashkuar një top të fortë deri në fund të një boshti. Kjo ishte ideale për të matur një gamë të tërë të sipërfaqeve të sheshtë të fytyrës, cilindrike ose sferike. Sondat e tjera ishin terren në forma specifike, për shembull një kuadrant, për të mundësuar matjen e veçorive të veçanta. Këto sonda u mbajtën fizikisht kundër pjesës së punës me pozicionin në hapësirë ​​duke u lexuar nga një lexim dixhital me 3 boshte (DRO) ose, në sisteme më të përparuara, duke u regjistruar në një kompjuter me anë të një këmbësh ose pajisje të ngjashme. Matjet e marra nga kjo metodë e kontaktit ishin shpesh jo të besueshme pasi makinat u zhvendosën me dorë dhe secili operator i makinerisë aplikoi sasi të ndryshme të presionit në sondë ose të miratuara teknika të ndryshme për matjen.

Një zhvillim i mëtejshëm ishte shtimi i motorëve për drejtimin e çdo boshti. Operatorët nuk kishin më nevojë të prekin fizikisht makinën, por mund të drejtonin çdo bosht duke përdorur një kuti dore me levë në të njëjtën mënyrë si me makinat moderne të kontrolluara nga distanca. Saktësia e matjes dhe saktësia u përmirësuan në mënyrë dramatike me shpikjen e sondës elektronike të prekjes së prekjes. Pionieri i kësaj pajisje të re të sondës ishte David McMurtry i cili më pas formoi atë që tani është Renishaw plc. Edhe pse ishte ende një pajisje kontakti, sonda kishte një majë të çelikut të ngarkuar me pranverë (më vonë Ruby Ball). Ndërsa sonda preku sipërfaqen e përbërësit, stilusi devijoi dhe njëkohësisht dërgoi informacionin e koordinimit x, y, z në kompjuter. Gabimet e matjes të shkaktuara nga operatorët individualë u bënë më pak dhe faza u vendos për prezantimin e operacioneve CNC dhe ardhjen e moshës së CMMS.

Sondat optike janë sistemet e lenteve-CCD, të cilat zhvendosen si ato mekanike, dhe kanë për qëllim pikën e interesit, në vend që të prekin materialin. Imazhi i kapur i sipërfaqes do të mbyllet në kufijtë e një dritare matëse, derisa mbetja të jetë e përshtatshme për të kontrastuar midis zonave të zeza dhe të bardha. Kurba e ndarjes mund të llogaritet në një pikë, e cila është pika matëse e kërkuar në hapësirë. Informacioni horizontal mbi CCD është 2D (XY) dhe pozicioni vertikal është pozicioni i sistemit të plotë të provës në qëndrimin Z-Drive (ose përbërësin tjetër të pajisjes).

Skanimi i sistemeve të sondave

Ka modele më të reja që kanë sonda që zvarriten përgjatë sipërfaqes së pjesës që marrin pika në interval të specifikuar, të njohura si sonda skanimi. Kjo metodë e inspektimit CMM është shpesh më e saktë sesa metoda konvencionale e sondës së prekjes dhe shumica herë më shpejt.

Brezi i ardhshëm i skanimit, i njohur si skanim jo -kontakt, i cili përfshin trekëndëshimin me një pikë të vetme me shpejtësi të lartë, skanimin e linjës lazer dhe skanimin e dritës së bardhë, po përparon shumë shpejt. Kjo metodë përdor ose rreze lazer ose dritë të bardhë që parashikohen kundër sipërfaqes së pjesës. Shumë mijëra pika mund të merren dhe përdoren jo vetëm për të kontrolluar madhësinë dhe pozicionin, por për të krijuar një imazh 3D të pjesës gjithashtu. Këto "të dhëna me pikën-cloud" më pas mund të transferohen në softuerin CAD për të krijuar një model 3D të punës të pjesës. Këto skanerë optikë shpesh përdoren në pjesë të buta ose delikate ose për të lehtësuar inxhinierinë e kundërt.

Sondat e mikrometrologjisë

Sistemet e provës për aplikimet e metrologjisë së mikroskallës janë një zonë tjetër në zhvillim. Ekzistojnë disa makina matëse të koordinatave në dispozicion komercialisht (CMM) që kanë një mikroprob të integruar në sistem, disa sisteme specialiteti në laboratorët qeveritarë dhe çdo numër platformash metrologjike të ndërtuara nga universiteti për metrologjinë e mikroskallës. Edhe pse këto makina janë të mira dhe në shumë raste platforma të shkëlqyera të metrologjisë me shkallë nanometrike, kufizimi i tyre kryesor është një sondë mikro/nano e aftë, e aftë, e aftë.^{[Duhej citimi]}Sfidat për teknologjitë e provimit të mikroskallës përfshijnë nevojën për një sondë të raportit të aspektit të lartë duke dhënë mundësinë për të hyrë në veçori të thella, të ngushta me forca të ulëta kontakti në mënyrë që të mos dëmtojnë sipërfaqen dhe saktësinë e lartë (niveli i nanometrit).^{[Duhej citimi]}Për më tepër, sondat mikroskale janë të ndjeshme ndaj kushteve mjedisore siç janë lagështia dhe ndërveprimet sipërfaqësore siç janë stili (i shkaktuar nga ngjitja, menisku dhe/ose forcat van der Waals ndër të tjera).^{[Duhej citimi]}

Teknologjitë për të arritur hetimin e mikroskallës përfshijnë versionin e zvogëluar të sondave klasike CMM, sondat optike dhe një sondë valë në këmbë ndër të tjera. Sidoqoftë, teknologjitë aktuale optike nuk mund të shkallëzohen mjaft të vogla për të matur tipare të thella, të ngushta, dhe rezolucioni optik është i kufizuar nga gjatësia e valës së dritës. Imazhet me rreze X ofrojnë një pamje të veçorisë, por nuk ka informacione të gjurmueshme të metrologjisë.

Parimet fizike

Mund të përdoren sondat optike dhe/ose sondat lazer (nëse është e mundur në kombinim), të cilat ndryshojnë CMM në matjen e mikroskopëve ose makinave matëse me shumë sensorë. Sistemet e projeksionit të fringe, sistemet e trekëndëshimit teodolite ose sistemet e largëta dhe trekëndëshit lazer nuk quhen makina matëse, por rezultati matës është i njëjtë: një pikë hapësinore. Sondat lazer përdoren për të zbuluar distancën midis sipërfaqes dhe pikës së referencës në fund të zinxhirit kinematik (d.m.th: fundi i përbërësit Z-Drive). Kjo mund të përdorë një funksion interferometrik, variacionin e përqendrimit, devijimin e dritës ose një parim të hijes së rrezes.

Makina portative për matjen e koordinatave

Ndërsa CMM-të tradicionale përdorin një sondë që lëviz në tre akse Karteziane për të matur karakteristikat fizike të një objekti, CMM-të e lëvizshme përdorin ose krahët e artikuluar ose, në rastin e CMM-ve optike, sisteme skanimi pa krah që përdorin metoda optike të trekëndëshimit dhe mundësojnë lirinë totale të lëvizjes rreth objektit.

CMM të lëvizshëm me krahë të artikuluar kanë gjashtë ose shtatë akse që janë të pajisura me kodues rrotullues, në vend të akseve lineare. Krahët e lëvizshëm janë të lehtë (zakonisht më pak se 20 paund) dhe mund të barten dhe përdoren pothuajse kudo. Sidoqoftë, CMM -të optike po përdoren gjithnjë e më shumë në industri. Projektuar me kamera kompakte lineare ose matricë të grupit (si Microsoft Kinect), CMM optike janë më të vogla se CMM portative me krahë, nuk kanë tela, dhe u mundësojnë përdoruesve të marrin me lehtësi matje 3D të të gjitha llojeve të objekteve të vendosura pothuajse kudo.

Disa aplikacione jo-përsëritje të tilla si inxhinieri e kundërt, prototipim i shpejtë dhe inspektim në shkallë të gjerë të pjesëve të të gjitha madhësive janë të përshtatshme në mënyrë ideale për CMM të lëvizshëm. Përfitimet e CMM -ve të lëvizshme janë të shumëfishta. Përdoruesit kanë fleksibilitet në marrjen e matjeve 3D të të gjitha llojeve të pjesëve dhe në vendet më të largëta/të vështira. Ato janë të lehta për t’u përdorur dhe nuk kërkojnë një mjedis të kontrolluar për të marrë matje të sakta. Për më tepër, CMM -të e lëvizshme kanë tendencë të kushtojnë më pak se CMM -të tradicionale.

Shkëmbimet e qenësishme të CMM-ve të lëvizshme janë operacioni manual (ata gjithmonë kërkojnë një njeri që t'i përdorë ato). Për më tepër, saktësia e tyre e përgjithshme mund të jetë disi më pak e saktë se ajo e një lloji të urës CMM dhe është më pak i përshtatshëm për disa aplikime.

Makina multisensor-matëse

Teknologjia tradicionale CMM duke përdorur sondat me prekje sot shpesh kombinohet me teknologjinë tjetër të matjes. Kjo përfshin sensorë lazer, video ose dritë të bardhë për të siguruar atë që njihet si matje multisensor.