Што е координативна мерна машина?

АКоординирајте ја машината за мерење(CMM) е уред кој ја мери геометријата на физичките предмети со сензори на дискретни точки на површината на предметот со сонда. Различни видови на сонди се користат во CMM, вклучувајќи механичка, оптичка, ласерска и бела светлина. Во зависност од машината, положбата на сондата може рачно да се контролира од операторот или може да биде контролирана со компјутер. CMMs обично ја наведуваат позицијата на сондата во однос на неговото поместување од референтна позиција во тродимензионален картезиски координатен систем (т.е. со XYZ оски). Покрај преместувањето на сондата по должината на оските X, Y и Z, многу машини исто така овозможуваат да се контролира аголот на сондата за да се овозможи мерење на површините што инаку би биле недостижни.

Типичниот 3Д „мост“ CMM овозможува движење на сондата долж три оски, X, Y и Z, кои се ортогонални едни на други во тродимензионален картезиски координатен систем. Секоја оска има сензор што ја следи положбата на сондата на таа оска, обично со прецизност на микрометар. Кога сондата контактира (или на друг начин открива) одредена локација на предметот, машината ги применува трите сензори на позиција, со што се мери локацијата на една точка на површината на предметот, како и 3-димензионалниот вектор на преземеното мерење. Овој процес се повторува како што е потребно, придвижувајќи ја сондата секој пат, за да се произведе „точки на облак“ што ги опишува површинските области на интерес.

Заедничка употреба на CMM е во процесите на производство и склопување за да се тестира дел или склопување против дизајнерската намера. Во такви апликации, се генерираат точки облаци кои се анализираат преку алгоритми на регресија за изградба на карактеристики. Овие точки се собираат со употреба на сондата што е позиционирана рачно од оператор или автоматски преку директна контрола на компјутер (DCC). DCC CMM може да се програмира постојано да мери идентични делови; Така, автоматизираниот CMM е специјализирана форма на индустриски робот.

Делови

Машините за мерење на координирање вклучуваат три главни компоненти:

• Главната структура која вклучува три оски на движење. Материјалот што се користи за конструирање на подвижната рамка се разликуваше со текот на годините. Гранит и челик се користеле во раните CMM. Денес сите најголеми производители на CMM градат рамки од алуминиумска легура или некои деривати и исто така користат керамика за да ја зголемат вкочанетоста на оската Z за апликации за скенирање. Неколку градители на CMM денес сè уште произведуваат гранитна рамка CMM заради побарувачката на пазарот за подобрена динамика на метрологијата и зголемување на трендот за инсталирање на CMM надвор од лабораторијата за квалитет. Обично, само градителите на CMM со низок волумен и домашните производители во Кина и Индија сè уште произведуваат гранит CMM заради низок технолошки пристап и лесен влез за да станат градежник на рамки за CMM. Зголемениот тренд кон скенирање, исто така, бара оската CMM Z да биде поцврста и воведени се нови материјали, како што се керамички и силиконски карбид.
• Систем за испитување
• Систем за собирање и намалување на податоците - обично вклучува контролер на машина, софтвер за десктоп компјутер и апликација.

Достапност

Овие машини можат да бидат слободни, рачни и преносни.

Точност

Точноста на координативните машини за мерење обично се дава како фактор на неизвесност како функција на растојание. За CMM со употреба на сонда за допир, ова се однесува на повторливоста на сондата и точноста на линеарните скали. Типична повторливост на сондата може да резултира во мерења од 0,001мм или 0,00005 инчи (половина десетина) во текот на целиот волумен на мерење. За 3, 3+2 и 5 машини со оски, сондите рутински се калибрираат со користење на стандарди за трага и машинското движење се верификува со употреба на мерачи за да се обезбеди точност.

Специфични делови

Телото на машината

Првиот CMM беше развиен од компанијата Феранти во Шкотска во 1950 -тите, како резултат на директна потреба за мерење на прецизни компоненти во нивните воени производи, иако оваа машина имаше само 2 оски. Првите модели со 3 оски започнаа да се појавуваат во 1960-тите (ДЕА на Италија) и компјутерската контрола дебитираше во раните 1970-ти, но првиот работен CMM беше развиен и пуштен во продажба од Браун и Шарп во Мелбурн, Англија. (Леиц Германија последователно произведе фиксна структура на машината со табела за движење.

Во современите машини, надградбата од типот на гантри има две нозе и честопати се нарекува мост. Ова се движи слободно по должината на гранитната табела со една нога (честопати се нарекува внатрешна нога) по водечка железница прикачена на едната страна од табелата со гранит. Спротивната нога (честопати надвор од ногата) едноставно лежи на табелата со гранит по вертикалната контура на површината. Воздушните лежишта се избраниот метод за обезбедување на патување без триење. Во овие, компресираниот воздух е присилен преку серија на многу мали дупки во рамна површина за лежиште за да се обезбеди мазна, но контролирана перница на воздухот на кој CMM може да се движи на близок начин без триење што може да се компензира преку софтверот. Движењето на мостот или гантри по должината на гранитната табела формира една оска на рамнината XY. Мостот на гантри содржи превоз кој поминува помеѓу внатрешните и надворешните нозе и ја формира другата X или Y хоризонтална оска. Третата оска на движење (z оска) е обезбедена со додавање на вертикална калда или вретено што се движи нагоре и надолу низ центарот на превозот. Сондата на допир го формира уредот за сензори на крајот на Quill. Движењето на оските X, Y и Z целосно го опишува мерниот плик. Факултативни ротациони табели можат да се користат за подобрување на пристапноста на сондата за мерење на комплицирани работни парчиња. Ротационата табела како четврта погонска оска не ги подобрува мерните димензии, кои остануваат 3Д, но обезбедува одреден степен на флексибилност. Некои сонди на допир се самите напојувани ротирачки уреди со врвот на сондата, кои можат да се вртат вертикално преку повеќе од 180 степени и преку целосна ротација од 360 степени.

CMMs сега се исто така достапни во најразлични други форми. Овие вклучуваат CMM раце кои користат аголни мерења земени на зглобовите на раката за да ја пресметаат положбата на врвот на иглата и можат да бидат опремени со сонди за ласерско скенирање и оптичка слика. Таквите CMM на рацете често се користат таму каде што нивната преносливост е предност во однос на традиционалните фиксни кревети CMM- со складирање на измерени локации, програмирање софтвер исто така овозможува движење на самата мерна рака и неговиот волумен на мерење, околу делот што треба да се мери за време на рутината за мерење. Бидејќи рацете на CMM ја имитираат флексибилноста на човечката рака, тие исто така честопати можат да ги достигнат внатрешноста на сложените делови што не може да се испитуваат со употреба на стандардна машина со три оски.

Механичка сонда

Во раните денови на мерењето на координатот (CMM), механичките сонди беа вградени во специјален носител на крајот на Quill. Беше направена многу честа сонда со лемење на тврда топка до крајот на вратилото. Ова беше идеално за мерење на целиот спектар на рамно лице, цилиндрични или сферични површини. Другите сонди беа основи на специфични форми, на пример квадрант, за да се овозможи мерење на специјалните карактеристики. Овие сонди беа физички држени против работното парче со позицијата во вселената што се чита од дигиталното отчитување од 3 оски (DRO) или, во понапредни системи, да се најавуваат на компјутер со помош на стапало или сличен уред. Мерењата преземени со овој метод на контакт честопати беа несигурни бидејќи машините беа преместени со рака и секој машински оператор применуваше различни количини на притисок врз сондата или усвои различни техники за мерење.

Понатамошен развој беше додавање на мотори за возење на секоја оска. Операторите повеќе не мораа физички да ја допираат машината, но можеа да ја возат секоја оска со помош на рачно поле со џојстици на ист начин како и кај современите далечински контролирани автомобили. Точноста на мерењето и прецизноста драматично се подобри со пронајдокот на сондата за активирање на електронскиот допир. Пионер на овој нов уред со истраги беше Дејвид Мекмурт, кој последователно го формираше она што сега е Renishaw Plc. Иако сè уште е контактна уред, сондата имала челична топка со челична топка (подоцна Руби топка). Бидејќи сондата ја допре површината на компонентата, стилот се отклонува и истовремено ги испраќаше информациите за координирање на X, Y, Z до компјутерот. Грешките во мерењето предизвикани од индивидуалните оператори станаа помалку, а сцената беше поставена за воведување на операции на ЦПУ и доаѓање на возраста на КММ.

Оптичките сонди се леќи-CCD-системи, кои се преместуваат како механичките и се насочени кон точката на интерес, наместо да го допираат материјалот. Зафатената слика на површината ќе биде затворена во границите на мерниот прозорец, сè додека остатокот не е соодветен за контраст помеѓу црните и белите зони. Кривата за поделба може да се пресмета до точка, што е саканата точка за мерење во просторот. Хоризонталните информации за CCD се 2D (XY) и вертикалната позиција е положбата на целосниот систем за испитување на Stand Z-погонот (или друга компонента на уредот).

Скенирање на системи за сонда

Постојат понови модели кои имаат сонди кои се влечат по површината на делот, земајќи точки во одредени интервали, познати како сонди за скенирање. Овој метод на CMM инспекција е често поточен од конвенционалниот метод на допир-сонда и најмногу пати побрзо.

Следната генерација на скенирање, позната како неконтактна скенирање, која вклучува триагулација на единечна точка со голема брзина, скенирање на ласерска линија и скенирање на бело светло, напредува многу брзо. Овој метод користи или ласерски греди или бела светлина што се проектираат против површината на делот. Потоа, илјадници поени потоа можат да се земат и да се користат не само за да се провери големината и позицијата, туку и да се создаде 3Д слика на делот. Овие „податоци од облак“ потоа можат да се пренесат на CAD софтверот за да се создаде работен 3D модел на делот. Овие оптички скенери често се користат на меки или нежни делови или за да се олесни обратното инженерство.

Сонди за микротрологија

Системите за испитување на апликациите за микро -метрологија се уште една област во развој. Постојат неколку комерцијално достапни машини за мерење на координати (CMM) кои имаат микробербоба интегрирана во системот, неколку специјализирани системи во владините лаборатории и кој било број на универзитетски изработени метролошки платформи за микрокалета метрологија. Иако овие машини се добри и во многу случаи одлични платформи за метрологија со нанометриски размери, нивното примарно ограничување е сигурна, стабилна, способна микро/нано сонда.^{[Потребно е цитат]}Предизвиците за технологии за испитување на микрокалата вклучуваат потреба од сонда за сооднос на висок аспект, давајќи можност за пристап до длабоки, тесни карактеристики со ниски контактни сили за да не се оштетат површината и високата прецизност (ниво на нанометар).^{[Потребно е цитат]}Дополнително, сондите на микрокалата се подложни на услови на животната средина, како што се влажноста и површинските интеракции, како што се степени (предизвикани од адхезија, менискус и/или ван дер Валс, меѓу другите).^{[Потребно е цитат]}

Технологиите за да се постигне испитување на микрокалата вклучуваат намалена верзија на класични CMM сонди, оптички сонди и сонда за постојан бран меѓу другите. Како и да е, тековните оптички технологии не можат да се намалат доволно мали за да се измерат длабока, тесна карактеристика, а оптичката резолуција е ограничена со брановата должина на светлината. Х-зраци со слики даваат слика на функцијата, но нема информации за трага на метрологија.

Физички принципи

Може да се користат оптички сонди и/или ласерски сонди (доколку е можно во комбинација), кои ги менуваат CMM во мерење на микроскопи или машини за мерење на мулти-сензори. Системите за проекција на раб, системите за триагулација на теодолит или системите за ласерски далечни и триагулацијата не се нарекуваат машини за мерење, но мерниот резултат е ист: вселенска точка. Ласерските сонди се користат за откривање на растојанието помеѓу површината и референтната точка на крајот на кинематскиот ланец (т.е.: крај на компонентата Z-погон). Ова може да користи интерферометриска функција, варијација на фокусот, отклонување на светлината или принцип на засенчување на зракот.

Преносни машини за мерење на координати

Со оглед на тоа што традиционалните CMM користат сонда што се движи на три картезиски оски за мерење на физичките карактеристики на објектот, преносни CMMs користат или артикулирани раце или, во случај на оптички CMM, системи за скенирање без рака кои користат методи за оптичка триагулација и овозможуваат тотална слобода на движење околу предметот околу објектот.

Преносни CMM со артикулирани раце имаат шест или седум оски кои се опремени со ротирачки енкодери, наместо линеарни оски. Преносни раце се лесни (обично помалку од 20 килограми) и можат да се носат и користат скоро каде било. Сепак, оптичките CMM се повеќе се користат во индустријата. Дизајнирани со компактни линеарни или матрични низи на камери (како Microsoft Kinect), оптичките CMM се помали од преносни CMM со оружје, немаат жици и им овозможуваат на корисниците лесно да преземат 3Д мерења на сите типови предмети лоцирани скоро каде било.

Одредени непресцитивни апликации, како што се обратно инженерство, брзо прототипирање и голема инспекција на делови од сите големини се идеално прилагодени за преносни CMM. Придобивките од преносни CMM се повеќекратни. Корисниците имаат флексибилност во преземањето на 3Д мерења на сите типови делови и на најоддалечените/најтешките локации. Тие се лесни за употреба и не бараат контролирана околина за да преземат точни мерења. Покрај тоа, преносни CMM имаат тенденција да чинат помалку од традиционалните CMM.

Инхерентните размени на преносни CMM се рачно работење (тие секогаш бараат човекот да ги користи). Покрај тоа, нивната целокупна точност може да биде нешто помалку точна од онаа на CMM од типот на мостот и е помалку погодна за некои апликации.

Машини за мерење на мултисензор

Традиционалната CMM технологија со користење на сонди на допир денес често се комбинира со друга технологија за мерење. Ова вклучува сензори за ласер, видео или бело светло за да се обезбеди она што е познато како мерење на мултисензор.