Kaj je koordinatni merilni stroj?

AKoordinat merilni stroj(CMM) je naprava, ki meri geometrijo fizičnih predmetov z zaznavanjem diskretnih točk na površini predmeta s sondo. V CMM se uporabljajo različne vrste sonde, vključno z mehansko, optično, lasersko in belo svetlobo. Odvisno od stroja lahko operater ročno nadzira položaj sonde ali pa ga lahko nadzoruje računalniško. CMMS običajno določa položaj sonde glede na premik iz referenčnega položaja v tridimenzionalnem kartezijskem koordinatnem sistemu (tj. Z osi XYZ). Poleg premikanja sonde vzdolž osi X, Y in Z, mnogi stroji omogočajo tudi nadzor kota sonde, da se omogoči merjenje površin, ki bi bile sicer nedosegljive.

Tipičen 3D "most" CMM omogoča gibanje sonde vzdolž treh osi, x, y in z, ki so med seboj pravokotni v tridimenzionalnem kartezijanskem koordinatnem sistemu. Vsaka os ima senzor, ki spremlja položaj sonde na tej osi, običajno z natančnostjo mikrometra. Ko sonda stika (ali kako drugače zazna) določeno lokacijo na predmetu, stroj vzorči tri senzorje položaja in tako meri lokacijo ene točke na površini predmeta, pa tudi tridimenzionalni vektor uporabljene meritve. Ta postopek se po potrebi ponovi in ​​vsakič premika sondo, da ustvari "točkovni oblak", ki opisuje površinske površine, ki jih zanimajo.

Pogosta uporaba CMM -jev je v proizvodnih in montažnih procesih za preizkus dela ali sklopa glede na namero oblikovanja. V takšnih aplikacijah se ustvarijo točkovni oblaki, ki se analizirajo z regresijskimi algoritmi za gradnjo značilnosti. Te točke se zbirajo z uporabo sonde, ki jo ročno postavi operater ali samodejno prek neposrednega računalniškega nadzora (DCC). DCC CMM lahko programiramo tako, da večkrat merimo enake dele; Tako je avtomatizirani CMM specializirana oblika industrijskega robota.

Deli

Stroji za merjenje koordinata vključujejo tri glavne komponente:

• Glavna struktura, ki vključuje tri osi gibanja. Material, ki se uporablja za gradnjo gibljivega okvirja, se je z leti spreminjal. Granit in jeklo sta bila uporabljena v zgodnjih CMM -jih. Danes vsi glavni proizvajalci CMM gradijo okvirje iz aluminijeve zlitine ali nekaj derivata in uporabljajo tudi keramiko za povečanje togosti osi z za skeniranje. Nekaj ​​gradbenikov CMM danes še vedno izdeluje granitni okvir CMM zaradi tržne potrebe po izboljšani dinamiki merovanja in povečanja trenda za namestitev CMM zunaj kakovostnega laboratorija. Običajno le z nizko količino graditelji CMM in domači proizvajalci na Kitajskem in v Indiji še vedno izdelujejo granitni CMM zaradi nizkega tehnološkega pristopa in enostavnega vstopa, da postanete CMM Frame Builder. Povečanje trenda k skeniranju zahteva tudi, da je osi CMM Z bolj trma, uvedeni so bili novi materiali, kot sta keramični in silicijev karbid.
• Sistem za sondiranje
• Sistem za zbiranje in zmanjšanje podatkov - običajno vključuje krmilnik stroja, namizni računalnik in programsko opremo za aplikacijo.

Razpoložljivost

Ti stroji so lahko prostostoječi, ročni in prenosni.

Natančnost

Natančnost koordinatnih merilnih strojev je običajno dana kot faktor negotovosti kot funkcija na razdalji. Za CMM, ki uporablja sondo na dotik, se to nanaša na ponovljivost sonde in natančnost linearnih lestvic. Tipična ponovljivost sonde lahko povzroči meritve znotraj .001 mm ali .00005 palcev (pol desetine) v celotni volumen merjenja. Za 3, 3+2 in 5 osi se sonde rutinsko kalibrirajo s sledljivimi standardi, gibanje stroja pa se preveri z merilniki, da se zagotovi natančnost.

Določeni deli

Strojno telo

Prvo CMM je v petdesetih letih prejšnjega stoletja razvilo Ferranti Company of Škotska, kar je posledica neposredne potrebe po merjenju natančnih komponent v svojih vojaških izdelkih, čeprav je imel ta stroj le 2 osi. Prvi 3-osni modeli so se začeli pojavljati v šestdesetih letih prejšnjega stoletja (DEA of Italija) in računalniški nadzor je bil predstavljen v začetku sedemdesetih let prejšnjega stoletja, vendar je prvi delovni CMM razvil in prodal v prodaji Browne & Sharpe v Melbournu v Angliji. (Leitz Nemčija je pozneje ustvarila fiksno strukturo stroja s premikajočo se mizo.

V sodobnih strojih ima nadgradnja tipa Gantry dve nogi in se pogosto imenuje most. To se prosto premika po granitni mizi z eno nogo (pogosto imenovano notranja noga) po vodilni tirnici, pritrjeni na eno stran granitne mize. Nasprotna noga (pogosto zunanja noga) preprosto počiva na granitni mizi po navpični površinski konturi. Zračni ležaji so izbrana metoda za zagotavljanje potovanja brez trenja. V teh je stisnjen zrak prisiljen skozi vrsto zelo majhnih lukenj na ravni ravne ležaje, da se zagotovi gladka, a nadzorovana zračna blazina, na katero se lahko CMM premakne na skoraj brez trenja, ki jo je mogoče nadomestiti s programsko opremo. Gibanje mostu ali gantry vzdolž granitne mize tvori eno osi ravnine XY. Most gantry vsebuje voziček, ki prečka med notranjo in zunanjo nogo in tvori drugo vodoravno osi x ali y. Tretja osi gibanja (z osi) je zagotovljena z dodajanjem navpične odeje ali vretena, ki se premika navzgor in navzdol skozi sredino vozička. Sonda na dotik tvori napravo za zaznavanje na koncu odeje. Gibanje osi X, Y in Z v celoti opisuje merilno ovojnico. Izbirne vrtljive tabele se lahko uporabijo za izboljšanje pristopanja merjenja sonde za zapletene obdelovane. Rotacijska tabela kot četrta pogonska os ne poveča merilnih dimenzij, ki ostanejo 3D, vendar zagotavlja določeno stopnjo prožnosti. Nekatere sonde na dotik so same poganjane vrtljive naprave s konico sonde, ki se lahko navpično zasukajo skozi več kot 180 stopinj in skozi celovito 360 stopinj.

CMM so zdaj na voljo tudi v različnih drugih oblikah. Sem spadajo roke CMM, ki uporabljajo kotne meritve, ki so bile izvedene na spojih roke za izračun položaja konice pisala in jih je mogoče opremiti s sondami za lasersko skeniranje in optično slikanje. Takšni CMM-ji ARM se pogosto uporabljajo, če je njihova prenosljivost prednost pred tradicionalnimi CMM-ji s fiksno posteljo s shranjevanjem izmerjenih lokacij, programska oprema za programiranje omogoča tudi premikanje same merilne roke in njeno mersko količino, ki je treba meriti med merilno rutino. Ker roke CMM posnemajo prožnost človeške roke, lahko pogosto dosežejo notranjost zapletenih delov, ki jih ni bilo mogoče preizkusiti s standardnim trem osi strojem.

Mehanska sonda

V zgodnjih dneh merjenja koordinata (CMM) so bile mehanske sonde nameščene v posebno držalo na koncu prepelice. Zelo pogosta sonda je bila narejena s spajkanjem trde kroglice do konca gredi. To je bilo idealno za merjenje celotne palete ravnih obrazov, valjastih ali sferičnih površin. Druge sonde so bile zmlete do specifičnih oblik, na primer kvadrant, da bi omogočile merjenje posebnosti. Te sonde so bile fizično zadržane proti obdelovancu, pri čemer se je položaj v prostoru bral iz 3-oškega digitalnega odčitavanja (DRO) ali v naprednejših sistemih, ki so bile s pomočjo nožnega stikala ali podobne naprave prijavljene v računalnik. Meritve, ki so jih izvedli s to metodo stika, so bile pogosto nezanesljive, saj so bili stroji premikani z roko in vsak upravljavec stroja je uporabil različne količine tlaka na sondo ali sprejel različne tehnike merjenja.

Nadaljnji razvoj je bil dodatek motorjev za vožnjo vsake osi. Operaterjem se ni treba več fizično dotikati stroja, ampak bi lahko vsak osi vozili s pomočjo ročic z krmilnimi palicami na približno enak način kot pri sodobnih avtomobilih z daljinskim upravljanjem. Natančnost in natančnost merjenja sta se drastično izboljšala z izumom elektronske sprožilne sonde. Pionir te nove naprave za sondo je bil David McMurtry, ki je pozneje oblikoval tisto, kar je zdaj Renishaw Plc. Čeprav je še vedno kontaktna naprava, je imela sonda vzmetno jekleno kroglico (kasneje Ruby Ball) pisalo. Ko se je sonda dotaknila površine komponente, je pisalo odklonil in hkrati poslal X, Y, Z koordiniral podatke v računalnik. Napake pri merjenju, ki so jih povzročili posamezni operaterji, so postale manj, stopnja pa je bila postavljena za uvedbo operacij CNC in starost CMM -jev.

Optične sonde so sistemi objektiva-CCD, ki so premikani kot mehanski in so namenjeni zanimivi točki, namesto da se dotaknejo materiala. Zajeta slika površine bo zaprta v mejah merilnega okna, dokler ostanek ni primeren za kontrast med črno -belimi conami. Krivulja delitve lahko izračunamo do točke, ki je želena merilna točka v vesolju. Vodoravni podatki o CCD so 2D (XY), navpični položaj pa je položaj celotnega sondiranega sistema na stojnici z-pogon (ali druge komponente naprave).

Sistemi za skeniranje sonde

Obstajajo novejši modeli, ki imajo sonde, ki se vlečejo po površini dela, ki sprejema točke v določenih intervalih, znane kot skenirajoče sonde. Ta metoda pregleda CMM je pogosto bolj natančna kot običajna metoda na dotik in tudi največkrat hitreje.

Naslednja generacija skeniranja, znana kot nekontaktno skeniranje, ki vključuje hitrih laserske triangulacije z eno točko, lasersko skeniranje in skeniranje bele svetlobe, napreduje zelo hitro. Ta metoda uporablja bodisi laserske žarke ali belo svetlobo, ki se projicirajo na površino dela. Nato je mogoče vzeti več tisoč točk in uporabiti ne le za preverjanje velikosti in položaja, ampak tudi za ustvarjanje 3D slike dela. Ta "podatki o točkovnem oblaku" lahko nato prenesete na programsko opremo CAD, da ustvarite delujoč 3D model dela. Ti optični skenerji se pogosto uporabljajo na mehkih ali občutljivih delih ali za olajšanje obratnega inženiringa.

Mikrometrološke sonde

Sonding Systems za mikroskopske meroslovne aplikacije so drugo nastajajoče področje. Obstaja več komercialno dostopnih koordinatnih merilnih strojev (CMM), ki imajo mikroprobe v sistem, več specialnih sistemov v vladnih laboratorijih in poljubno število metroloških platform za merovanje v mikroskop. Čeprav so ti stroji dobri in v mnogih primerih odlične metrološke platforme z nanometričnimi lestvicami, je njihova primarna omejitev zanesljiva, robustna, sposobna mikro/nano sonda.^{[Potrebna navedba]}Izzivi za mikroskopske tehnologije za sondiranje vključujejo potrebo po sondi z visokim razmerjem stranic, ki omogoča dostop do globokih, ozkih lastnosti z nizkimi kontaktnimi silami, da ne poškodujejo površine in visoke natančnosti (raven nanometra).^{[Potrebna navedba]}Poleg tega so mikroskopne sonde dovzetne za okoljske razmere, kot so vlažnost in površinske interakcije, kot so stik (ki jih povzročajo adhezija, meniskus in/ali sile van der Waals).^{[Potrebna navedba]}

Tehnologije za doseganje mikroskopske sondiranja vključujejo spreminjano različico klasičnih CMM sonde, optične sonde in med drugim stoječo valovno sondo. Vendar trenutne optične tehnologije ni mogoče spreminjati dovolj majhne, ​​da bi meril globoko, ozko značilnost, optična ločljivost pa je omejena z valovno dolžino svetlobe. Rentgensko slikanje ponuja sliko funkcije, vendar brez sledljivih informacij o metrologiji.

Fizična načela

Uporabljajo se lahko optične sonde in/ali laserske sonde (če je mogoče v kombinaciji), ki spremenijo CMMS za merjenje mikroskopov ali več-senzorskih merilnih strojev. Sistemi za obrobje, sistemi teodolita triangulacije ali laserski oddaljeni in triagulacijski sistemi ne imenujejo merilni stroji, vendar je merilni rezultat enak: vesoljska točka. Laserske sonde se uporabljajo za zaznavanje razdalje med površino in referenčno točko na koncu kinematične verige (tj. Konec komponente Z-pogona). To lahko uporabi interferometrično funkcijo, variacijo ostrenja, odklon svetlobe ali načelo senčenja žarka.

Prenosni stroji za merjenje koordinat

Medtem ko tradicionalni CMM-ji uporabljajo sondo, ki se premika na treh kartezijanskih osi za merjenje fizičnih značilnosti predmeta, prenosni CMM uporabljajo bodisi zgibne roke bodisi, v primeru optičnih CMM-jev, sistemov za skeniranje brez rok, ki uporabljajo metode optičnega triagulacije in omogočajo popolno svobodo gibanja okoli predmeta.

Prenosni CMMS z artikuliranimi rokami imajo šest ali sedem osi, ki so opremljene z vrtljivimi dajalniki, namesto linearnih osi. Prenosne roke so lahke (običajno manj kot 20 kilogramov) in jih je mogoče nositi in uporabljati skoraj kjer koli. Vendar se optični CMM vse pogosteje uporabljajo v industriji. Zasnovan s kompaktnimi linearnimi ali matričnimi kamerami (kot je Microsoft Kinect), so optični CMM manjši od prenosnih CMM z rokami, brez žic in uporabnikom omogočajo enostavno izvedbo 3D meritve vseh vrst predmetov, ki se nahajajo skoraj kjer koli.

Nekatere nerepetitivne aplikacije, kot so obratni inženiring, hitro prototipiranje in obsežen pregled delov vseh velikosti, so idealno primerne za prenosne CMM. Prednosti prenosnih CMM -jev so večkratne. Uporabniki imajo prilagodljivost pri 3D meritvah vseh vrst delov in na najbolj oddaljenih/težkih lokacijah. Za natančne meritve so enostavne za uporabo in ne potrebujejo nadzorovanega okolja. Poleg tega prenosni CMMS ponavadi stanejo manj kot tradicionalni CMM.

Inherentni kompromisi prenosnih CMM-jev so ročno delovanje (vedno potrebujejo človeka, da jih uporablja). Poleg tega je njihova splošna natančnost lahko nekoliko manj natančna kot pri mostu CMM in je manj primerna za nekatere aplikacije.

Stroji za merjenje večsenzorjev

Tradicionalna tehnologija CMM, ki uporablja sonde na dotik, je danes pogosto v kombinaciji z drugo merilno tehnologijo. To vključuje laserske, video ali bele svetlobe senzorje, da zagotovijo tisto, kar je znano kot večsenzorsko merjenje.