Njëmakinë matëse koordinatash(CMM) është një pajisje që mat gjeometrinë e objekteve fizike duke ndjerë pika diskrete në sipërfaqen e objektit me një sondë. Lloje të ndryshme sondash përdoren në CMM, duke përfshirë dritën mekanike, optike, lazerike dhe të bardhë. Në varësi të makinës, pozicioni i sondës mund të kontrollohet manualisht nga një operator ose mund të kontrollohet nga kompjuteri. CMM-të zakonisht specifikojnë pozicionin e një sonde në terma të zhvendosjes së saj nga një pozicion referimi në një sistem koordinativ kartezian tre-dimensional (domethënë, me boshte XYZ). Përveç lëvizjes së sondës përgjatë boshteve X, Y dhe Z, shumë makina lejojnë gjithashtu që këndi i sondës të kontrollohet për të lejuar matjen e sipërfaqeve që përndryshe do të ishin të paarritshme.
CMM-ja tipike 3D "urë" lejon lëvizjen e sondës përgjatë tre boshteve, X, Y dhe Z, të cilat janë ortogonale me njëra-tjetrën në një sistem koordinativ kartezian tre-dimensional. Çdo bosht ka një sensor që monitoron pozicionin e sondës në atë bosht, zakonisht me saktësi mikrometrike. Kur sonda kontakton (ose zbulon) një vendndodhje të caktuar në objekt, makina merr mostra nga 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 e lëvizur sondën çdo herë, për të prodhuar një "re pikash" që përshkruan sipërfaqet me interes.
Një përdorim i zakonshëm i CMM-ve është në proceset e prodhimit dhe montimit për të testuar një pjesë ose montim kundrejt qëllimit të projektimit. Në aplikime të tilla, gjenerohen re pikash të cilat analizohen nëpërmjet algoritmeve të regresionit për ndërtimin e karakteristikave. Këto pika mblidhen duke përdorur një sondë që pozicionohet manualisht nga një operator ose automatikisht nëpërmjet Kontrollit të Drejtpërdrejtë të Kompjuterit (DCC). CMM-të DCC mund të programohen për të matur në mënyrë të përsëritur pjesë identike; kështu, një CMM i automatizuar është një formë e specializuar e robotit industrial.
Pjesë
Makinat matëse të koordinatave përfshijnë tre komponentë kryesorë:
- Struktura kryesore përfshin tre akse lëvizjeje. Materiali i përdorur për të ndërtuar kornizën lëvizëse ka ndryshuar me kalimin e viteve. Graniti dhe çeliku janë përdorur në CMM-të e hershme. Sot, të gjithë prodhuesit kryesorë të CMM-ve ndërtojnë korniza nga aliazh alumini ose ndonjë derivat dhe gjithashtu përdorin qeramikë për të rritur ngurtësinë e boshtit Z për aplikimet e skanimit. Pak ndërtues të CMM-ve sot ende prodhojnë CMM me kornizë graniti për shkak të kërkesës së tregut për dinamikë të përmirësuar metrologjike dhe tendencës në rritje për të instaluar CMM jashtë laboratorit të cilësisë. Zakonisht vetëm ndërtuesit e CMM me vëllim të ulët dhe prodhuesit vendas në Kinë dhe Indi ende prodhojnë CMM me granit për shkak të qasjes me teknologji të ulët dhe hyrjes së lehtë për t'u bërë një ndërtues i kornizave CMM. Trendi në rritje drejt skanimit kërkon gjithashtu që boshti Z i CMM të jetë më i ngurtë dhe janë futur materiale të reja si qeramika dhe karbidi i silikonit.
- Sistemi i sondimit
- Sistemi i mbledhjes dhe reduktimit të të dhënave — zakonisht përfshin një kontrollues makine, një kompjuter desktop dhe një softuer aplikacioni.
Disponueshmëria
Këto makina mund të jenë të pavarura, të lëvizshme dhe të lëvizshme.
Saktësia
Saktësia e makinave të matjes së koordinatave zakonisht jepet si një faktor pasigurie si një funksion në distancë. Për një CMM që përdor një sondë me prekje, kjo lidhet me përsëritshmërinë e sondës dhe saktësinë e shkallëve lineare. Përsëritshmëria tipike e sondës mund të rezultojë në matje brenda 0,001 mm ose 0,00005 inç (gjysma e një të dhjetës) mbi të gjithë vëllimin e matjes. Për makinat me 3, 3+2 dhe 5 boshte, sondat kalibrohen rregullisht duke përdorur standarde të gjurmueshme dhe lëvizja e makinës verifikohet duke përdorur matësa për të siguruar saktësi.
Pjesë specifike
Trupi i makinës
CMM-ja e parë u zhvillua nga Kompania Ferranti e Skocisë në vitet 1950 si rezultat i një nevoje të drejtpërdrejtë për të matur komponentët precizë në produktet e tyre ushtarake, megjithëse kjo makinë kishte vetëm 2 akse. Modelet e para me 3 akse filluan të shfaqen në vitet 1960 (DEA e Italisë) dhe kontrolli kompjuterik debutoi në fillim të viteve 1970, por CMM-ja e parë funksionale u zhvillua dhe u vu në shitje nga Browne & Sharpe në Melbourne, Angli. (Leitz Germany më pas prodhoi një strukturë makine fikse me tavolinë lëvizëse.)
Në makinat moderne, superstruktura e tipit gantri ka dy këmbë dhe shpesh quhet urë. Kjo lëviz lirshëm përgjatë tryezës së granitit me njërën këmbë (shpesh të referuar si këmba e brendshme) duke ndjekur një shinë udhëzuese të bashkangjitur në njërën anë të tryezës së granitit. Këmba e kundërt (shpesh 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 lëvizje pa fërkime. Në këto, ajri i kompresuar detyrohet të kalojë nëpër një seri vrimash shumë të vogla në një sipërfaqe të sheshtë mbajtëse për të siguruar një jastëk ajri të lëmuar, por të kontrolluar, mbi të cilin CMM mund të lëvizë në një mënyrë pothuajse pa fërkim, e cila mund të kompensohet përmes softuerit. Lëvizja e urës ose gantrisë përgjatë tryezës së granitit formon një bosht të planit XY. Ura e gantrisë përmban një karrocë që kalon midis këmbëve të brendshme dhe të jashtme dhe formon boshtin tjetër horizontal X ose Y. Boshti i tretë i lëvizjes (boshti Z) sigurohet nga shtimi i një pene ose boshti vertikal që lëviz lart e poshtë nëpër qendrën e karrocës. Sonda e prekjes formon pajisjen ndjesore në fund të penës. Lëvizja e boshteve X, Y dhe Z përshkruan plotësisht zarfin matës. Tavolinat rrotulluese opsionale mund të përdoren për të përmirësuar qasjen e sondës matëse në pjesët e punës të ndërlikuara. Tavolina rrotulluese si bosht i katërt lëvizës nuk i përmirëson dimensionet matëse, të cilat mbeten 3D, por ofron një shkallë fleksibiliteti. Disa sonda me prekje janë vetë pajisje rrotulluese të fuqizuara me majën e sondës të aftë të rrotullohet vertikalisht më shumë se 180 gradë dhe me një rrotullim të plotë prej 360 gradësh.
CMM-të tani janë të disponueshme edhe në një sërë formash të tjera. Këto përfshijnë krahët CMM që përdorin matje këndore të marra në nyjet e krahut për të llogaritur pozicionin e majës së stilolapsit dhe mund të pajisen me sonda për skanim me lazer dhe imazhe optike. CMM të tilla me krahë përdoren shpesh aty ku lëvizshmëria e tyre është një avantazh ndaj CMM-ve tradicionale me shtrat të fiksuar - duke ruajtur vendndodhjet e matura, softueri i programimit lejon gjithashtu lëvizjen e vetë krahut matës dhe vëllimit të tij të matjes rreth pjesës që do të matet gjatë një rutine matjeje. Meqenëse krahët CMM imitojnë fleksibilitetin e një krahu njerëzor, ato janë gjithashtu shpesh në gjendje të arrijnë brendësinë e pjesëve komplekse që nuk mund të hetohen duke përdorur një makinë standarde me tre akse.
Sonda mekanike
Në ditët e para të matjes së koordinatave (CMM), sondat mekanike vendoseshin në një mbajtëse të posaçme në fund të penës. Një sondë shumë e zakonshme bëhej duke ngjitur një top të fortë në fund të një boshti. Kjo ishte ideale për matjen e një game të tërë sipërfaqesh të sheshta, cilindrike ose sferike. Sonda të tjera bluheshin në forma specifike, për shembull një kuadrant, për të mundësuar matjen e karakteristikave të veçanta. Këto sonda mbaheshin fizikisht kundër copës së punës, me pozicionin në hapësirë që lexohej nga një lexim dixhital 3-akshor (DRO) ose, në sisteme më të përparuara, që regjistrohej në një kompjuter me anë të një çelësi këmbësh ose pajisjeje të ngjashme. Matjet e marra me këtë metodë kontakti shpesh ishin të pasigurta pasi makinat lëviznin me dorë dhe çdo operator makine aplikonte sasi të ndryshme presioni mbi sondën ose përdorte teknika të ndryshme për matjen.
Një zhvillim i mëtejshëm ishte shtimi i motorëve për të vënë në lëvizje secilin bosht. Operatorët nuk kishin më nevojë ta preknin fizikisht makinën, por mund ta drejtonin secilin bosht duke përdorur një kuti dore me levë kontrolli në të njëjtën mënyrë si me makinat moderne me telekomandë. Saktësia dhe preciziteti i matjes u përmirësuan ndjeshëm me shpikjen e sondës elektronike me prekje. Pionieri i kësaj pajisjeje të re me sondë ishte David McMurtry, i cili më pas formoi atë që tani është Renishaw plc. Megjithëse ende një pajisje kontakti, sonda kishte një stilolaps çeliku me sustë (më vonë top rubini). Ndërsa sonda prekte sipërfaqen e komponentit, stilolapsi devijohej dhe njëkohësisht dërgonte informacionin e koordinatave X, Y, Z në kompjuter. Gabimet e matjes të shkaktuara nga operatorët individualë u bënë më të pakta dhe u përgatit skena për futjen e operacioneve CNC dhe ardhjen në moshë të CMM-ve.
Kokë sonde e motorizuar automatike me sondë me shkrehës elektronik me prekje
Sondat optike janë sisteme CCD me lente, të cilat lëvizin njësoj si ato mekanike dhe synojnë pikën e interesit, në vend që të prekin materialin. Imazhi i kapur i sipërfaqes do të mbyllet në kufijtë e një dritareje matëse, derisa mbetja të jetë e mjaftueshme për të krijuar kontrast midis zonave të zeza dhe të bardha. Kurba ndarëse mund të llogaritet deri në një pikë, e cila është pika e dëshiruar e matjes në hapësirë. Informacioni horizontal në CCD është 2D (XY) dhe pozicioni vertikal është pozicioni i të gjithë sistemit të sondimit në stendën Z-drive (ose në një komponent tjetër të pajisjes).
Sistemet e sondave skanuese
Ekzistojnë modele më të reja që kanë sonda që zvarriten përgjatë sipërfaqes së pjesës duke marrë pika në intervale të caktuara, të njohura si sonda skanimi. Kjo metodë e inspektimit CMM është shpesh më e saktë se metoda konvencionale e sondës me prekje dhe shumicën e kohës edhe më e shpejtë.
Gjenerata e ardhshme e skanimit, e njohur si skanim pa kontakt, që përfshin triangulimin me pikë të vetme me lazer me shpejtësi të lartë, skanimin e vijës me lazer dhe skanimin me dritë të bardhë, po përparon shumë shpejt. Kjo metodë përdor ose rreze lazeri ose dritë të bardhë që projektohen në sipërfaqen e pjesës. Mijëra pika mund të merren dhe përdoren jo vetëm për të kontrolluar madhësinë dhe pozicionin, por edhe për të krijuar një imazh 3D të pjesës. Këto "të dhëna të reve të pikave" mund të transferohen më pas në softuerin CAD për të krijuar një model 3D funksional të pjesës. Këta skanerë optikë përdoren shpesh në pjesë të buta ose delikate ose për të lehtësuar inxhinierinë e kundërt.
- Sondat e mikrometrologjisë
Sistemet e sondimit për aplikimet e metrologjisë në mikroshkalë janë një tjetër fushë në zhvillim. Ekzistojnë disa makina matëse koordinative (CMM) komercialisht të disponueshme që kanë një mikrosondë të integruar në sistem, disa sisteme specialiteti në laboratorët qeveritarë dhe një numër i madh platformash metrologjike të ndërtuara në universitete për metrologjinë në mikroshkalë. Edhe pse këto makina janë platforma metrologjike të mira dhe në shumë raste të shkëlqyera me shkallë nanometrike, kufizimi i tyre kryesor është një mikro/nanosondë e besueshme, e fuqishme dhe e aftë.[citim i nevojshëm]Sfidat për teknologjitë e sondimit në shkallë mikro përfshijnë nevojën për një sondë me raport të lartë aspekti që jep mundësinë për të aksesuar karakteristika të thella dhe të ngushta me forca të ulëta kontakti në mënyrë që të mos dëmtohet sipërfaqja dhe të ketë saktësi të lartë (niveli i nanometrit).[citim i nevojshëm]Për më tepër, sondat në shkallë mikroskopike janë të ndjeshme ndaj kushteve mjedisore, të tilla si lagështia dhe ndërveprimet sipërfaqësore, të tilla si ngjitja (e shkaktuar nga ngjitja, menisku dhe/ose forcat Van der Waals, ndër të tjera).[citim i nevojshëm]
Teknologjitë për të arritur sondimin në mikroshkalë përfshijnë versionin e zvogëluar të sondave klasike CMM, sondat optike dhe një sondë me valë të qëndrueshme, ndër të tjera. Megjithatë, teknologjitë aktuale optike nuk mund të shkallëzohen aq sa duhet për të matur tiparet e thella dhe të ngushta, dhe rezolucioni optik është i kufizuar nga gjatësia e valës së dritës. Imazheria me rreze X ofron një pamje të tiparit, por jo informacion metrologjik të gjurmueshëm.
- Parimet fizike
Mund të përdoren sonda optike dhe/ose sonda lazer (nëse është e mundur në kombinim), të cilat i shndërrojnë CMM-të në mikroskopë matës ose makina matëse me shumë sensorë. Sistemet e projeksionit në skaje, sistemet e triangulimit me teodolit ose sistemet e triangulimit me lazer në distancë nuk quhen makina matëse, por rezultati i matjes është i njëjtë: një pikë hapësinore. Sondat lazer përdoren për të zbuluar distancën midis sipërfaqes dhe pikës së referencës në fund të zinxhirit kinematik (domethënë: fundi i komponentit Z-drive). Kjo mund të përdorë një funksion interferometrik, ndryshim të fokusit, devijim të dritës ose një parim të hijezimit të rrezes.
Makineri 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 portative përdorin ose krahë të artikuluar ose, në rastin e CMM-ve optike, sisteme skanimi pa krahë që përdorin metoda të triangulimit optik dhe mundësojnë liri të plotë lëvizjeje rreth objektit.
CMM-të portative me krahë të artikuluar kanë gjashtë ose shtatë akse që janë të pajisura me enkoderë rrotullues, në vend të akseve lineare. Krahët portativë janë të lehtë (zakonisht më pak se 20 paund) dhe mund të mbahen dhe përdoren pothuajse kudo. Megjithatë, CMM-të optike po përdoren gjithnjë e më shumë në industri. Të projektuara me kamera lineare ose matricore kompakte (si Microsoft Kinect), CMM-të optike janë më të vogla se CMM-të portative me krahë, nuk kanë tela dhe u mundësojnë përdoruesve të marrin lehtësisht matje 3D të të gjitha llojeve të objekteve të vendosura pothuajse kudo.
Disa aplikime të caktuara jo-përsëritëse, të tilla si inxhinieria e kundërt, prototipimi i shpejtë dhe inspektimi në shkallë të gjerë i pjesëve të të gjitha madhësive, janë ideale për CMM-të portative. Përfitimet e CMM-ve portative janë të shumëfishta. Përdoruesit kanë fleksibilitetin 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 portative kanë tendencë të kushtojnë më pak se CMM-të tradicionale.
Disavantazhi i natyrshëm i CMM-ve portative është funksionimi manual (ato gjithmonë kërkojnë një njeri për t'i përdorur). Përveç kësaj, saktësia e tyre e përgjithshme mund të jetë disi më pak e saktë se ajo e një CMM-je të tipit urë dhe është më pak e përshtatshme për disa aplikime.
Makinat matëse me shumë sensorë
Teknologjia tradicionale CMM që përdor sonda me prekje sot shpesh kombinohet me teknologji të tjera matjeje. Kjo përfshin sensorë lazeri, videoje ose drite të bardhë për të ofruar atë që njihet si matje me shumë sensorë.
Koha e postimit: 29 dhjetor 2021