Што такое каардынатная вымяральная машына?

АКаардынаваць вымяральную машыну(CMM) - гэта прылада, якое вымярае геаметрыю фізічных аб'ектаў, адчуваючы дыскрэтныя кропкі на паверхні аб'екта з зондам. У CMMS выкарыстоўваюцца розныя тыпы зондаў, у тым ліку механічныя, аптычныя, лазерныя і белае святло. У залежнасці ад машыны, становішча зонда можа кантраляваць уручную аператарам, альбо ён можа кантраляваць кампутар. Звычайна CMMS паказвае становішча зонда з пункту гледжання яго зрушэння з эталоннай пазіцыі ў трохмернай картэзійскай сістэме каардынат (г.зн. з восямі XYZ). У дадатак да перамяшчэння зонда ўздоўж восяў X, Y і Z, многія машыны таксама дазваляюць кантраляваць кут зонда, каб забяспечыць вымярэнне паверхняў, якія ў адваротным выпадку былі б недаступнымі.

Тыповы 3D-"мост" CMM дазваляе руху зонда па трох восях, X, Y і Z, якія артаганальныя адзін аднаму ў трохмернай картэзійскай сістэме каардынат. Кожная вось мае датчык, які адсочвае становішча зонда на гэтай восі, як правіла, з дакладнасцю мікраметра. Калі зонд кантактуе (альбо іншым чынам выяўляе) пэўнае месца на аб'екце, машына ўзяла ўзоры трох датчыкаў становішча, такім чынам, вымяраючы размяшчэнне адной кропкі на паверхні аб'екта, а таксама 3-мерны вектар вымярэння. Гэты працэс паўтараецца па меры неабходнасці, кожны раз перамяшчаючы зонд, каб стварыць "кропкавае воблака", які апісвае цікавыя плошчы паверхні.

Агульнае выкарыстанне CMMS заключаецца ў працэсах вытворчасці і зборкі для праверкі часткі або зборкі ў дачыненні да дызайнерскіх намераў. У такіх прыкладаннях генеруюцца кропкавыя хмары, якія аналізуюцца з дапамогай алгарытмаў рэгрэсіі для пабудовы функцый. Гэтыя кропкі збіраюцца пры дапамозе зонда, які размяшчаецца ўручную аператарам альбо аўтаматычна з дапамогай прамога кіравання кампутарам (DCC). DCC CMMS можа быць запраграмаваны для неаднаразовага вымярэння аднолькавых частак; Такім чынам, аўтаматызаваны CMM - гэта спецыялізаваная форма прамысловага робата.

Дэталі

Каардынацыйныя машыны-вымярэння ўключаюць тры асноўныя кампаненты:

• Асноўная структура, якая ўключае тры восі руху. Матэрыял, які выкарыстоўваецца для пабудовы рухомай рамы, змяняўся за гэтыя гады. Граніт і сталь выкарыстоўваліся ў ранніх CMM. Сёння ўсе асноўныя вытворцы CMM ствараюць кадры з алюмініевага сплаву альбо нейкай вытворнай, а таксама выкарыстоўваюць кераміку для павелічэння калянасці восі Z для сканавання. Нешматлікія будаўнікі CMM сёння па -ранейшаму вырабляюць гранітную рамку CMM з -за патрэбы ў рынку для паляпшэння дынамікі метралогіі і павелічэння тэндэнцыі ўстаноўкі CMM па -за якаснай лабараторыі. Звычайна толькі нізкага аб'ёму CMM -будаўнікоў і айчынных вытворцаў у Кітаі і Індыі па -ранейшаму вырабляюць граніт CMM з -за нізкага тэхналагічнага падыходу і лёгкага ўезду, каб стаць будаўніком кадраў CMM. Павелічэнне тэндэнцыі да сканавання таксама патрабуе, каб восі CMM Z былі больш жорсткімі, і былі ўведзены новыя матэрыялы, такія як керамічны і крэмнійны карбід.
• Сістэма зондавання
• Сістэма збору і скарачэння дадзеных - звычайна ўключае ў сябе машынны кантролер, настольны кампутар і праграмнае забеспячэнне.

Наяўнасць

Гэтыя машыны могуць быць стаяльнымі, кішэннымі і партатыўнымі.

Акуратнасць

Дакладнасць каардынатных вымяральных машын звычайна даецца ў якасці каэфіцыента нявызначанасці ў якасці функцыі на адлегласці. Для CMM з выкарыстаннем сэнсарнага зонда гэта звязана з паўтаральнасцю зонда і дакладнасці лінейных маштабаў. Тыповая паўтаральнасць зонда можа прывесці да вымярэнняў у межах 0,001 мм або .00005 цалі (паўтара дзясятага) на працягу ўсяго аб'ёму вымярэння. Для 3, 3+2 і 5 машын восі зонды рэгулярна калібруюцца пры дапамозе прасочленых стандартаў, а рух машын правяраецца пры дапамозе датчыкаў для забеспячэння дакладнасці.

Канкрэтныя дэталі

Машыннае цела

Першы CMM быў распрацаваны кампаніяй Ferranti Шатландыі ў 1950 -х гадах у выніку прамой неабходнасці вымярэння дакладных кампанентаў у сваіх ваенных прадуктах, хоць у гэтай машыны было толькі 2 сякеры. Першыя 3-восевыя мадэлі пачалі з'яўляцца ў 1960-я гады (DEA Італіі), а камп'ютэрны кантроль дэбютаваў у пачатку 1970-х, але першы працоўны CMM быў распрацаваны і прададзены ў продаж Browne & Sharpe ў Мельбурне, Англія. (Лейт Германія пасля стварыла фіксаваную машыну з рухаючай сталом.

У сучасных машынах надбудова гантры мае дзве ногі і часта называюць мостам. Гэта свабодна рухаецца ўздоўж гранітнага стала адной нагой (часта называецца ўнутранай нагой) пасля накіроўвалай рэйкі, прымацаванай да аднаго боку гранітнага стала. Супрацьлеглая нага (часта знешняя нага) проста абапіраецца на гранітны стол пасля вертыкальнага контуру паверхні. Паветраныя падшыпнікі - гэта выбраны метад забеспячэння без трэння. У іх сціснутае паветра вымушана праз шэраг вельмі маленькіх адтулін у плоскай паверхні падшыпніка, каб забяспечыць гладкую, але кантраляваную паветраную падушку, на якой CMM можа рухацца ў амаль трэнні, што можа быць кампенсавана праз праграмнае забеспячэнне. Рух моста або казла ўздоўж гранітнага стала ўтварае адну восі плоскасці XY. Мост казла змяшчае калыску, якая праходзіць паміж унутранымі і звонку ногі і ўтварае іншыя х або y гарызантальная вось. Трэцяя вось руху (z Axis) забяспечваецца даданнем вертыкальнага квола або шпіндзеля, які рухаецца ўверх і ўніз па цэнтры перавозкі. Зонд сэнсарнага ўтварае прыладу зандзіравання ў канцы Quill. Рух восяў X, Y і Z цалкам апісвае вымяральную канверт. Дадатковыя паваротныя табліцы могуць быць выкарыстаны для павышэння даступнасці вымяральнага зонда да складаных нарыхтоўкаў. Паваротная табліца ў якасці чацвёртай восі прывада не павышае вымяральныя памеры, якія застаюцца 3D, але сапраўды забяспечваюць ступень гнуткасці. Некаторыя сэнсарныя зонды самі паваротныя прылады працуюць з наканечнікам зонда, здольнай паварочваць вертыкальна праз больш чым на 180 градусаў і праз поўнае кручэнне 360 градусаў.

Цяпер CMMS таксама даступныя ў розных іншых формах. Сюды ўваходзяць зброя CMM, якія выкарыстоўваюць вуглавыя вымярэнні, зробленыя ў суставах рукі для вылічэння становішча наканечніка стылуса, і могуць быць абсталяваны зондамі для лазернага сканавання і аптычнай тамаграфіі. Такія ARM CMM часта выкарыстоўваюцца там, дзе іх пераноснасць з'яўляецца перавагай у параўнанні з традыцыйнымі CMMS з фіксаваным ложкам, захоўваючы вымераныя месцы, праграмнае забеспячэнне таксама дазваляе перамяшчаць сам вымяральную руку, а яго аб'ём вымярэння, якая павінна быць вымераная падчас працэдуры вымярэння. Паколькі зброя CMM імітуе гнуткасць чалавечай рукі, яны таксама часта могуць дабрацца да нутро складаных дэталяў, якія нельга было правесці зонд пры дапамозе стандартнай трох апараты.

Механічны зонд

У першыя дні вымярэння каардынат (CMM) механічныя зонды былі ўсталяваны ў спецыяльны трымальнік на канцы Quill. Вельмі распаўсюджаны зонд быў зроблены шляхам паяння цвёрдага шара да канца вала. Гэта было ідэальным для вымярэння цэлага дыяпазону плоскага твару, цыліндрычных або сферычных паверхняў. Іншыя зонды былі здранцвены да пэўных формаў, напрыклад, квадрант, каб забяспечыць вымярэнне спецыяльных асаблівасцей. Гэтыя зонды фізічна праводзіліся супраць нарыхтоўкі з становішчам у прасторы, якая чытаецца з 3-восевага лічбавага чытання (DRO) альбо, у больш прасунутых сістэмах, увайшоўшы ў кампутар пры дапамозе перамыкання або падобнага прылады. Вымярэнні, зробленыя гэтым метадам кантакту, часта былі ненадзейнымі, паколькі машыны былі перамяшчаюцца ўручную, і кожны аператар машыны ўжываў розную колькасць ціску на зонд альбо прыняў розныя метады вымярэння.

Далейшай распрацоўкай было даданне рухавікоў для кіравання кожнай вось. Аператарам больш не давялося фізічна дакранацца да машыны, але маглі кіраваць кожнай вось, выкарыстоўваючы ручной скрыні з джойсцікамі практычна гэтак жа, як і ў сучасных дыстанцыйных кіраваных аўтамабілях. Дакладнасць і дакладнасць вымярэнняў рэзка палепшыліся з вынаходствам электроннага дакранання. Піянерам гэтага новага прылады зонду быў Дэвід МакМары, які ў далейшым утварыў тое, што зараз Renishaw Plc. Хоць па-ранейшаму кантактная прылада, зонд меў спружынны сталёвы шар (пазней рубіны) стылус. Па меры таго, як зонд закрануў паверхню кампанента, стылус адхілены і адначасова адпраўляў у кампутар інфармацыю аб каардынацыі X, Y, Z. Памылкі вымярэнняў, выкліканыя асобнымі аператарамі, сталі менш, і этап быў усталяваны для ўвядзення аперацый з ЧПУ і надыходзячага ўзросту CMMS.

Аптычныя зонды-гэта сістэмы аб'ектыва-CCD, якія перамяшчаюцца як механічныя, і накіраваны на інтарэс, а не дакранацца да матэрыялу. Захопленае малюнак паверхні будзе заключаны ў межах вымяральнага акна, пакуль рэшткі не будуць адэкватны для кантрасту паміж чорна -белымі зонамі. Крывая падзелу можна разлічыць да кропкі, якая з'яўляецца вышуканай мернай кропкай у прасторы. Гарызантальная інфармацыя пра CCD складае 2D (XY), а вертыкальнае становішча-гэта становішча поўнай сістэмы зондавання на падстаўцы Z-Drive (ці іншы кампанент прылады).

Сканаванне сістэм зонда

Ёсць новыя мадэлі, якія маюць зонда, якія цягнуць па паверхні часткі, якія прымаюць кропкі з зададзенымі прамежкамі, вядомыя як зонды сканавання. Гэты метад праверкі CMM часта больш дакладны, чым звычайны метад сэнсарнай зоны, і большасць разоў хутчэй.

Наступнае пакаленне сканавання, вядомага як бескантактавае сканаванне, якое ўключае ў сябе хуткасную трохкутную лазерную трохкутную, праходзіць сканаванне лазернай лініі і сканаванне белага святла, прасоўваецца вельмі хутка. Гэты метад выкарыстоўвае альбо лазерныя прамяні, альбо белае святло, якія прагназуюцца на паверхні часткі. Шмат тысяч балаў можна ўзяць і выкарыстоўваць не толькі для праверкі памеру і становішча, але і для стварэння 3D -малюнка часткі. Гэтыя "дадзеныя аб вобласці кропак" могуць быць перададзены ў праграмнае забеспячэнне CAD для стварэння працоўнай 3D-мадэлі часткі. Гэтыя аптычныя сканеры часта выкарыстоўваюцца на мяккіх або далікатных частках альбо для палягчэння зваротнай тэхнікі.

Мікраметралагічныя зонды

Сістэмы зондавання для мікрамасштабных метралагічных прыкладанняў - яшчэ адна новая вобласць. Існуе некалькі даступных камерцыйных каардынатных вымяральных машын (CMM), якія маюць мікрапрабу, інтэграваныя ў сістэму, некалькі спецыялізаваных сістэм у дзяржаўных лабараторыях і любую колькасць платформаў метралогіі, пабудаваных універсітэтам для мікрамасштабнай метралогіі. Хоць гэтыя машыны добрыя і ў многіх выпадках выдатныя метралагічныя платформы з нанаметрычнымі маштабамі, іх асноўнае абмежаванне - гэта надзейнае, надзейнае, здольнае зонд мікра/нана.^{[Спатрэбіцца цытаванне]}Праблемы для тэхналогій праверкі мікрамасштабу ўключаюць неабходнасць зонду высокага прапорцыі, якія даюць магчымасць атрымаць доступ да глыбокіх і вузкіх функцый з нізкімі кантактнымі сіламі, каб не пашкодзіць паверхню і высокую дакладнасць (узровень нанаметра).^{[Спатрэбіцца цытаванне]}Акрамя таго, мікрамасштабныя зонды адчувальныя да ўмоў навакольнага асяроддзя, такіх як вільготнасць і павярхоўныя ўзаемадзеянні, такія як фікентацыя (выкліканыя адгезіяй, меніскам і/або сіламі ван дэр Ваальса сярод іншых).^{[Спатрэбіцца цытаванне]}

Тэхналогіі для дасягнення праверкі мікрамасштабу ўключаюць зменную версію класічных зондаў CMM, аптычных зондаў і зонд пастаяннай хвалі сярод іншых. Аднак сучасныя аптычныя тэхналогіі нельга маштабаваць досыць малымі для вымярэння глыбокай, вузкай функцыі, а аптычнае дазвол абмежаваны даўжынёй хвалі святла. Рэнтгенаўская візуалізацыя дае выяву функцыі, але не прасочваецца інфармацыя пра метралогію.

Фізічныя прынцыпы

Аптычныя зонды і/або лазерныя зонды могуць быць выкарыстаны (па магчымасці ў спалучэнні), якія змяняюць CMMS на вымярэнне мікраскопаў або шматсенсарных вымяральных машын. Сістэмы праекцыі махроў, сістэмы трохвугольніка тэадаліту або лазерныя далёкія і трохкутныя сістэмы называюцца вымяральнымі машынамі, але вынік вымярэння той жа: касмічны пункт. Лазерныя зонды выкарыстоўваюцца для выяўлення адлегласці паміж паверхняй і арыенцірам на канцы кінематычнай ланцуга (г.зн. канца кампанента Z-прывада). Гэта можа выкарыстоўваць інтэрферометрычную функцыю, варыяцыю фокусу, адхіленне святла або прынцып цені прамяня.

Партатыўныя машыны для вымярэння каардынат

У той час як традыцыйныя CMM выкарыстоўваюць зонд, які перамяшчаецца па трох дэкартавых восях для вымярэння фізічных характарыстык аб'екта, партатыўныя CMM выкарыстоўваюць альбо выразнае зброю, альбо, у выпадку аптычных CMM, сістэмы без рук, якія выкарыстоўваюць аптычныя метады трохвугольніка, і забяспечваюць поўную свабоду руху вакол аб'екта.

Партатыўны CMM з артыкуляванай зброяй мае шэсць -сямі восяў, якія абсталяваны паваротнымі кадарамі, а не лінейнымі восямі. Партатыўныя рукі маюць лёгкую вагу (звычайна менш за 20 фунтаў) і іх можна пераносіць і выкарыстоўваць амаль у любым месцы. Аднак аптычныя СММ усё часцей выкарыстоўваюцца ў галіны. Распрацаваны з кампактнымі лінейнымі або матрычнымі камерамі матрыцы (напрыклад, Microsoft Kinect), аптычныя CMMS менш, чым партатыўныя CMMS з зброяй, не маюць правадоў і дазваляюць карыстальнікам лёгка праводзіць 3D -вымярэння ўсіх тыпаў аб'ектаў, размешчаных практычна ў любым месцы.

Некаторыя нерэгістратыўныя прыкладанні, такія як зваротная інжынерыя, хуткае правядзенне прататыпавання і маштабная інспекцыя частак усіх памераў, ідэальна падыходзяць для партатыўнага CMMS. Перавагі партатыўных CMMS шматграць. Карыстальнікі маюць гнуткасць у правядзенні 3D -вымярэнняў усіх тыпаў дэталяў і ў самых аддаленых/складаных месцах. Яны простыя ў выкарыстанні і не патрабуюць кантраляванага асяроддзя, каб правесці дакладныя вымярэнні. Больш за тое, партатыўны CMMS, як правіла, каштуе танней, чым традыцыйныя CMMS.

Уласцівыя кампрамісы партатыўных CMMS-гэта ручная праца (яны заўсёды патрабуюць ад чалавека выкарыстоўваць іх). Акрамя таго, іх агульная дакладнасць можа быць некалькі менш дакладнай, чым у CMM тыпу моста, і менш падыходзіць для некаторых прыкладанняў.

Мультысенсарныя машыны

Традыцыйная тэхналогія CMM з выкарыстаннем сэнсарных зондаў часта спалучаецца з іншымі тэхналогіямі вымярэння. Сюды ўваходзяць датчыкі лазера, відэа ці белага святла, каб забяспечыць тое, што вядома як вымярэнне мультысенсара.