Координаталық өлшеуіш машина дегеніміз не?

Акоординаттарды өлшейтін машина(CMM) — зондпен объект бетіндегі дискретті нүктелерді сезіну арқылы физикалық объектілердің геометриясын өлшейтін құрылғы.CMM-де әртүрлі типтегі зондтар қолданылады, соның ішінде механикалық, оптикалық, лазерлік және ақ жарық.Құрылғыға байланысты зондтың орналасуын оператор қолмен басқаруы мүмкін немесе оны компьютермен басқаруы мүмкін.CMM әдетте зондтың орнын оның үш өлшемді декарттық координаталар жүйесіндегі (яғни, XYZ осьтері бар) анықтамалық позициядан орын ауыстыруы тұрғысынан көрсетеді.Зондты X, Y және Z осьтері бойымен жылжытудан басқа, көптеген машиналар басқа жағдайда қол жетімсіз болатын беттерді өлшеуге мүмкіндік беру үшін зонд бұрышын басқаруға мүмкіндік береді.

Әдеттегі 3D «көпір» CMM үш өлшемді декарттық координаттар жүйесінде бір-біріне ортогональды X, Y және Z осі бойынша зондтың қозғалысына мүмкіндік береді.Әрбір осьте зондтың сол осьтегі орнын әдетте микрометрлік дәлдікпен бақылайтын сенсоры бар.Зонд объектідегі белгілі бір орынмен байланысқанда (немесе басқа жолмен анықтағанда), машина үш орналасу сенсорын үлгілейді, осылайша нысан бетіндегі бір нүктенің орнын, сондай-ақ алынған өлшемнің 3 өлшемді векторын өлшейді.Бұл процесс қажет болған жағдайда қайталанады, қызығушылық бетінің аумақтарын сипаттайтын «нүктелік бұлтты» жасау үшін зондты әр уақытта жылжытады.

Бөлшекті немесе құрастыруды дизайн мақсатына қарсы сынау үшін CMM-ді жалпы пайдалану өндіріс және құрастыру процестерінде болып табылады.Мұндай қолданбаларда нүктелік бұлттар жасалады, олар мүмкіндіктерді құру үшін регрессия алгоритмдері арқылы талданады.Бұл нүктелер оператор қолмен немесе тікелей компьютерді басқару (DCC) арқылы автоматты түрде орналастыратын зонд арқылы жиналады.DCC CMM құрылғыларын бірдей бөліктерді қайта-қайта өлшеуге бағдарламалауға болады;осылайша автоматтандырылған CMM өнеркәсіптік роботтың мамандандырылған түрі болып табылады.

Бөлшектер

Координаталық өлшеуіш машиналар үш негізгі құрамдас бөліктерден тұрады:

• Үш қозғалыс осін қамтитын негізгі құрылым.Жылжымалы жақтауды құрастыру үшін қолданылатын материал жылдар бойы өзгерді.Ертедегі CMM-де гранит пен болат пайдаланылды.Бүгінгі таңда барлық негізгі CMM өндірушілері алюминий қорытпасынан немесе кейбір туындылардан жақтаулар жасайды, сонымен қатар сканерлеу қолданбалары үшін Z осінің қаттылығын арттыру үшін керамика пайдаланады.Бүгінгі таңда бірнеше CMM құрылысшылары метрология динамикасын жақсартуға арналған нарық талаптарына және сапа зертханасынан тыс CMM орнату үрдісінің артуына байланысты гранитті жақтау CMM шығарады.Әдетте тек төмен көлемді CMM құрастырушылары мен Қытай мен Үндістандағы отандық өндірушілер әлі де төмен технология тәсіліне және CMM жақтауын құрастырушы болуға оңай кіруге байланысты гранитті CMM өндіруде.Сканерлеудің өсу үрдісі CMM Z осінің қатаң болуын талап етеді және керамика және кремний карбиді сияқты жаңа материалдар енгізілді.
• Зондтау жүйесі
• Деректерді жинау және азайту жүйесі — әдетте машина контроллерін, жұмыс үстелі компьютерін және қолданбалы бағдарламалық құралды қамтиды.

Қол жетімділік

Бұл машиналар дербес, қолмен және портативті болуы мүмкін.

Дәлдік

Координаталарды өлшеу машиналарының дәлдігі әдетте қашықтыққа қатысты функция ретінде белгісіздік коэффициенті ретінде беріледі.Сенсорлық зондты пайдаланатын CMM үшін бұл зондтың қайталану мүмкіндігіне және сызықтық масштабтардың дәлдігіне қатысты.Әдеттегі зондтың қайталану мүмкіндігі бүкіл өлшем көлемі бойынша 0,001 мм немесе 0,0005 дюйм (оннан жартысы) шегінде өлшеуге әкелуі мүмкін.3, 3+2 және 5 осьті машиналар үшін зондтар қадағаланатын стандарттарды қолдану арқылы жүйелі түрде калибрленеді және дәлдікті қамтамасыз ету үшін өлшеуіштердің көмегімен машина қозғалысы тексеріледі.

Арнайы бөліктер

Машина корпусы

Алғашқы CMM-ді 1950 жылдары Шотландияның Ferranti компаниясы әзірледі, бұл машинада тек 2 ось болғанымен, олардың әскери өнімдеріндегі дәлдік компоненттерін тікелей өлшеу қажеттілігі нәтижесінде.Алғашқы 3 осьті модельдер 1960 жылдары (Италияның DEA) пайда бола бастады және компьютерлік басқару 1970 жылдардың басында пайда болды, бірақ бірінші жұмыс істейтін CMM-ді Мельбурн, Англияда Browne & Sharpe әзірлеп, сатылымға шығарды.(Кейіннен Leitz Germany жылжымалы үстелі бар бекітілген машина құрылымын шығарды.

Заманауи машиналарда портал типті қондырманың екі аяғы бар және көбінесе көпір деп аталады.Бұл гранит үстелінің бір жағына бекітілген бағыттаушы рельстен кейін бір аяғымен (көбінесе ішкі аяқ деп аталады) гранит үстелінің бойымен еркін қозғалады.Қарама-қарсы аяқ (көбінесе аяқтың сыртында) тік бет контурынан кейін гранит үстеліне тіреледі.Ауа мойынтіректері үйкеліссіз жүруді қамтамасыз ету үшін таңдалған әдіс болып табылады.Оларда қысылған ауа тегіс, бірақ басқарылатын ауа жастықшасын қамтамасыз ету үшін тегіс мойынтірек бетіндегі өте кішкентай саңылаулар тізбегінен өтеді, оның үстінде CMM үйкеліссіз қозғала алады, оны бағдарламалық құрал арқылы өтеуге болады.Гранит үстелі бойымен көпірдің немесе порталдың қозғалысы XY жазықтығының бір осін құрайды.Портальды көпірде ішкі және сыртқы аяқтардың арасында өтетін және басқа X немесе Y көлденең осін құрайтын күйме бар.Қозғалыстың үшінші осі (Z осі) арбаның ортасы арқылы жоғары және төмен жылжитын тік қалам немесе шпиндельді қосу арқылы қамтамасыз етіледі.Сенсорлық зонд қаламның ұшында сенсорлық құрылғыны құрайды.X, Y және Z осьтерінің қозғалысы өлшеу конвертін толық сипаттайды.Өлшеу зондының күрделі дайындамаларға жақындау мүмкіндігін жақсарту үшін қосымша айналмалы үстелдерді пайдалануға болады.Төртінші жетек осі ретінде айналмалы үстел 3D болып қалатын өлшем өлшемдерін жақсартпайды, бірақ ол икемділік дәрежесін қамтамасыз етеді.Кейбір сенсорлық зондтардың өзі токпен жұмыс істейтін айналмалы құрылғылар болып табылады, зонд ұшы тігінен 180 градустан астам және толық 360 градус айналу арқылы айнала алады.

CMM енді әртүрлі басқа пішіндерде де қол жетімді.Оларға қалам ұшының орнын есептеу үшін қолдың буындарында алынған бұрыштық өлшемдерді қолданатын және лазерлік сканерлеуге және оптикалық бейнелеуге арналған зондтармен жабдықталуы мүмкін CMM тұтқалары кіреді.Мұндай тұтқалы CMM-лер жиі пайдаланылады, олардың тасымалдануы дәстүрлі бекітілген төсек CMM-лерден артықшылығы болып табылады - өлшенген орындарды сақтай отырып, бағдарламалау бағдарламалық құралы сонымен қатар өлшеу тізбегін және оның өлшем көлемін өлшеу процедурасы кезінде өлшенетін бөліктің айналасында жылжытуға мүмкіндік береді.CMM қолдары адам қолының икемділігіне еліктейтіндіктен, олар сонымен қатар стандартты үш осьті машинаны пайдаланып зерттелмейтін күрделі бөліктердің ішкі жағына жиі қол жеткізе алады.

Механикалық зонд

Координаталарды өлшеудің (CMM) алғашқы күндерінде механикалық зондтар қаламның ұшындағы арнайы ұстағышқа орнатылды.Қатты шарды білік ұшына дәнекерлеу арқылы өте кең таралған зонд жасалды.Бұл тегіс бетті, цилиндрлік немесе сфералық беттерді өлшеу үшін өте қолайлы болды.Арнайы мүмкіндіктерді өлшеуге мүмкіндік беру үшін басқа зондтар нақты пішіндерге, мысалы, квадрантқа тегістелді.Бұл зондтар 3 осьті сандық көрсеткіштен (DRO) оқылатын кеңістіктегі күйі немесе неғұрлым жетілдірілген жүйелерде аяқ ауыстырғышы немесе ұқсас құрылғы арқылы компьютерге кіру арқылы дайындамаға физикалық түрде ұсталды.Бұл контакт әдісімен алынған өлшемдер жиі сенімсіз болды, өйткені машиналар қолмен қозғалды және әр машина операторы зондқа әртүрлі қысымды қолданды немесе өлшеу үшін әртүрлі әдістерді қабылдады.

Әр осьті басқаруға арналған қозғалтқыштарды қосу одан әрі даму болды.Операторларға бұдан былай машинаға физикалық қол тигізудің қажеті жоқ, бірақ қазіргі заманғы қашықтан басқарылатын автомобильдер сияқты джойстиктері бар қол қорапшасының көмегімен әрбір осьті басқара алады.Өлшеу дәлдігі мен дәлдігі электронды сенсорлық триггердің өнертабысы арқылы күрт жақсарды.Бұл жаңа зонд құрылғысының пионері Дэвид МакМюртри болды, ол кейіннен қазіргі Renishaw plc компаниясын құрды.Әлі де контактілі құрылғы болғанымен, зондта серіппелі болат шар (кейінірек рубин шары) стилус болды.Зонд компоненттің бетіне тиген кезде стилус ауытқып, X,Y,Z координаталық ақпаратты компьютерге жіберді.Жеке операторлар тудыратын өлшеу қателері азайып, CNC операцияларын енгізу және CMM жасының келуі үшін кезең орнатылды.

Оптикалық зондтар - бұл механикалық сияқты қозғалатын және материалға тиюдің орнына қызығушылық нүктесіне бағытталған линза-CCD жүйелері.Беттің түсірілген кескіні қалдық ақ және қара аймақтар арасындағы контрастқа сәйкес келгенше өлшеу терезесінің шекараларында сақталады.Бөлу қисығын кеңістікте қажетті өлшеу нүктесі болып табылатын нүктеге дейін есептеуге болады.CCD-дегі көлденең ақпарат 2D (XY) және тік позиция Z-дискіндегі (немесе басқа құрылғы құрамдас бөлігі) стендтегі толық зондтау жүйесінің орны болып табылады.

Сканерлеуші ​​зонд жүйелері

Сканерлеу зондтары деп аталатын белгілі аралықтарда нүктелерді қабылдайтын бөліктің беті бойымен сүйрейтін зондтары бар жаңа үлгілер бар.Бұл CMM тексеру әдісі әдеттегі сенсорлық зонд әдісіне қарағанда дәлірек және көп есе жылдамырақ.

Жоғары жылдамдықты лазерлік бір нүктелі триангуляцияны, лазерлік сызықты сканерлеуді және ақ жарықты сканерлеуді қамтитын контактісіз сканерлеу деп аталатын сканерлеудің келесі буыны өте жылдам дамып келеді.Бұл әдіс лазер сәулелерін немесе бөліктің бетіне проекцияланатын ақ жарықты пайдаланады.Содан кейін көптеген мыңдаған нүктелерді алып, өлшемі мен орнын тексеру үшін ғана емес, сонымен қатар бөліктің 3D кескінін жасау үшін де пайдалануға болады.Бұл «нүкте-бұлттық деректер» бөліктің жұмыс істейтін 3D үлгісін жасау үшін CAD бағдарламалық құралына тасымалдана алады.Бұл оптикалық сканерлер көбінесе жұмсақ немесе нәзік бөліктерде немесе кері инженерияны жеңілдету үшін қолданылады.

Микрометрологиялық зондтар

Микро масштабты метрологияны қолдану үшін зондтау жүйелері тағы бір дамып келе жатқан сала болып табылады.Жүйеге біріктірілген микрозонд, мемлекеттік зертханалардағы бірнеше арнайы жүйелер және микро масштабты метрология үшін университет құрастырған метрологиялық платформалардың кез келген саны бар бірнеше коммерциялық қолжетімді координаттарды өлшеу машиналары (CMM) бар.Бұл машиналар жақсы және көптеген жағдайларда нанометриялық шкалалары бар тамаша метрологиялық платформалар болғанымен, олардың негізгі шектеуі сенімді, берік, қабілетті микро/нано зонд болып табылады.^{[дәйексөз қажет]}Микромасштабты зондтау технологияларының қиындықтары бетке және жоғары дәлдікке (нанометрлік деңгей) зақым келтірмеу үшін төмен жанасу күштері бар терең, тар мүмкіндіктерге қол жеткізу мүмкіндігін беретін жоғары арақатынасы зондының қажеттілігін қамтиды.^{[дәйексөз қажет]}Сонымен қатар, микро масштабты зондтар ылғалдылық және жабысу (адгезия, мениск және/немесе Ван-дер-Ваальс күштері сияқты басқалар) сияқты беттік өзара әрекеттесу сияқты қоршаған орта жағдайларына сезімтал.^{[дәйексөз қажет]}

Микро масштабты зондтауға қол жеткізу технологиялары классикалық CMM зондтарының кішірейтілген нұсқасын, оптикалық зондтарды және басқалардың арасында тұрақты толқынды зондты қамтиды.Дегенмен, қазіргі оптикалық технологияларды терең, тар мүмкіндікті өлшеу үшін жеткілікті түрде кішірейту мүмкін емес және оптикалық ажыратымдылық жарықтың толқын ұзындығымен шектеледі.Рентгендік бейнелеу функцияның суретін береді, бірақ қадағаланатын метрологиялық ақпарат жоқ.

Физикалық принциптер

Оптикалық зондтарды және/немесе лазерлік зондтарды (мүмкіндігінше комбинацияда) пайдалануға болады, олар CMM-ді өлшеу микроскоптарына немесе көп сенсорлы өлшеу машиналарына ауыстырады.Фрингтік проекциялық жүйелер, теодолиттік триангуляциялық жүйелер немесе лазерлік дистанциялық және триангуляциялық жүйелер өлшеуіш машиналар деп аталмайды, бірақ өлшеу нәтижесі бірдей: кеңістік нүктесі.Лазерлік зондтар кинематикалық тізбектің соңындағы бет пен тірек нүктесі арасындағы қашықтықты анықтау үшін қолданылады (яғни: Z-жетегі құрамдас бөлігінің соңы).Бұл интерферометриялық функцияны, фокустың өзгеруін, жарықтың ауытқуын немесе сәуленің көлеңкелеу принципін пайдалана алады.

Портативті координаттарды өлшейтін машиналар

Дәстүрлі CMM-тер объектінің физикалық сипаттамаларын өлшеу үшін үш декарттық ось бойынша қозғалатын зондты пайдаланса, портативті CMM-тер буынды тұтқаларды немесе оптикалық CMM жағдайында оптикалық триангуляция әдістерін қолданатын және толық қозғалыс еркіндігін қамтамасыз ететін қолсыз сканерлеу жүйелерін пайдаланады. объектінің айналасында.

Артикуляциялық қолдары бар портативті CMM-де сызықтық осьтердің орнына айналмалы кодерлермен жабдықталған алты немесе жеті ось бар.Портативті қолдар жеңіл (әдетте 20 фунттан аз) және оларды кез келген жерде тасымалдауға және қолдануға болады.Дегенмен, оптикалық CMM-лер өнеркәсіпте көбірек қолданылуда.Шағын сызықты немесе матрицалық массив камераларымен (Microsoft Kinect сияқты) жасалған оптикалық CMM-лер қолдары бар портативті CMM-лерден кішірек, сымдары жоқ және пайдаланушыларға дерлік кез келген жерде орналасқан нысандардың барлық түрлерін 3D өлшемдерін оңай алуға мүмкіндік береді.

Кері инженерия, жылдам прототиптеу және барлық өлшемдегі бөліктерді ауқымды тексеру сияқты қайталанбайтын кейбір қолданбалар портативті CMM үшін өте қолайлы.Портативті CMM артықшылықтары көп.Пайдаланушылар бөлшектердің барлық түрлерін және ең шалғай/қиын орындарда 3D өлшемдерін қабылдау икемділігіне ие.Оларды пайдалану оңай және дәл өлшемдерді алу үшін басқарылатын ортаны қажет етпейді.Сонымен қатар, портативті CMM дәстүрлі CMM-ге қарағанда арзанырақ болады.

Тасымалданатын CMM-ге тән айырбастар қолмен жұмыс істеу болып табылады (олар әрқашан адамнан оларды пайдалануды талап етеді).Бұған қоса, олардың жалпы дәлдігі көпір түріндегі CMM дәлдігінен біршама азырақ болуы мүмкін және кейбір қолданбалар үшін қолайлы емес.

Көп сенсорлы-өлшеу машиналары

Сенсорлық зондтарды пайдаланатын дәстүрлі CMM технологиясы бүгінде басқа өлшеу технологиясымен жиі біріктіріледі.Бұған мультисенсорлық өлшеу деп аталатын нәрсені қамтамасыз ету үшін лазерлік, бейне немесе ақ жарық сенсорлары кіреді.