Што такое каардынатна-вымяральная машына?

Акаардынатна-вымяральная машына(CMM) - гэта прылада, якая вымярае геаметрыю фізічных аб'ектаў шляхам вызначэння дыскрэтных кропак на паверхні аб'екта зондам.У КІМ выкарыстоўваюцца розныя тыпы зондаў, у тым ліку механічныя, аптычныя, лазерныя і белага святла.У залежнасці ад машыны, становішча зонда можа кіравацца аператарам уручную або можа кіравацца кампутарам.КІМ звычайна вызначаюць становішча зонда з пункту гледжання яго зрушэння ад эталоннага становішча ў трохмернай дэкартавай сістэме каардынат (напрыклад, з восямі XYZ).У дадатак да перамяшчэння зонда па восях X, Y і Z, многія машыны таксама дазваляюць кантраляваць вугал зонда, каб дазволіць вымяраць паверхні, якія ў адваротным выпадку былі б недасяжныя.

Тыповы 3D-маставы CMM дазваляе рухацца зонду па трох восях X, Y і Z, якія з'яўляюцца артаганальнымі адна адной у трохмернай дэкартавай сістэме каардынат.Кожная вось мае датчык, які кантралюе становішча зонда на гэтай восі, звычайна з дакладнасцю да мікраметра.Калі зонд датыкаецца (або іншым чынам вызначае) пэўнае месца на аб'екце, машына бярэ выбарку трох датчыкаў становішча, такім чынам вымяраючы месцазнаходжанне адной кропкі на паверхні аб'екта, а таксама трохмерны вектар зробленага вымярэння.Гэты працэс паўтараецца па меры неабходнасці, кожны раз перамяшчаючы зонд, каб стварыць «воблака кропак», якое апісвае цікавыя вобласці паверхні.

Распаўсюджанае выкарыстанне КІМ у працэсах вытворчасці і зборкі для праверкі дэталі або вузла на адпаведнасць задуме праектавання.У такіх праграмах ствараюцца воблакі кропак, якія аналізуюцца з дапамогай алгарытмаў рэгрэсіі для пабудовы функцый.Гэтыя кропкі збіраюцца з дапамогай зонда, які размяшчаецца ўручную аператарам або аўтаматычна з дапамогай прамога камп'ютэрнага кіравання (DCC).КІМ DCC можна запраграмаваць на шматразовае вымярэнне аднолькавых частак;такім чынам, аўтаматызаваная ШМ - гэта спецыялізаваная форма прамысловага робата.

часткі

Каардынатна-вымяральныя машыны складаюцца з трох асноўных кампанентаў:

• Асноўная структура, якая ўключае тры восі руху.Матэрыял, які выкарыстоўваецца для пабудовы рухомай рамы, мяняўся на працягу многіх гадоў.Граніт і сталь выкарыстоўваліся ў ранніх ШМ.Сёння ўсе буйныя вытворцы КІМ ствараюць рамы з алюмініевага сплаву або некаторых яго вытворных, а таксама выкарыстоўваюць кераміку для павышэння калянасці восі Z для прымянення сканавання.Нешматлікія будаўнікі ШМ сёння ўсё яшчэ вырабляюць ШМ з гранітнай рамай з-за патрабаванняў рынку да паляпшэння дынамікі метралогіі і расце тэндэнцыі ўсталёўваць ШМ па-за межамі лабараторыі якасці.Як правіла, толькі невялікія аб'ёмы будаўнікоў ШМ і айчынныя вытворцы ў Кітаі і Індыі па-ранейшаму вырабляюць гранітны ШМ з-за нізкага тэхналагічнага падыходу і лёгкага доступу, каб стаць вытворцам рам ШМ.Рост тэндэнцыі да сканавання таксама патрабуе, каб вось Z КІМ была больш жорсткай, і былі ўведзены новыя матэрыялы, такія як кераміка і карбід крэмнію.
• Сістэма зандзіравання
• Сістэма збору і апрацоўкі даных — звычайна ўключае кантролер машыны, настольны кампутар і прыкладное праграмнае забеспячэнне.

Даступнасць

Гэтыя машыны могуць быць аўтаномнымі, партатыўнымі і партатыўнымі.

Дакладнасць

Дакладнасць машын для вымярэння каардынатаў звычайна даецца як каэфіцыент нявызначанасці ў залежнасці ад адлегласці.Для КІМ з выкарыстаннем сэнсарнага щупа гэта датычыцца паўтаральнасці щупа і дакладнасці лінейных шкал.Звычайная паўтаральнасць зонда можа прывесці да вымярэнняў у межах 0,001 мм або 0,00005 цалі (паловы дзесятай) па ўсім аб'ёме вымярэння.Для машын з 3, 3+2 і 5 восямі зонды звычайна калібруюцца з выкарыстаннем стандартаў, якія можна прасачыць, а рух машыны правяраецца з дапамогай датчыкаў для забеспячэння дакладнасці.

Канкрэтныя часткі

Корпус машыны

Першая КІМ была распрацавана кампаніяй Ferranti з Шатландыі ў 1950-х гадах у выніку прамой неабходнасці вымярэння дакладных кампанентаў у сваёй ваеннай прадукцыі, хаця гэтая машына мела толькі 2 восі.Першыя 3-восевыя мадэлі пачалі з'яўляцца ў 1960-х гадах (DEA Італіі), а камп'ютэрнае кіраванне дэбютавала ў пачатку 1970-х гадоў, але першая рабочая CMM была распрацавана і выпушчана ў продаж кампаніяй Browne & Sharpe у Мельбурне, Англія.(Пасля Leitz Германія вырабіла стацыянарную канструкцыю машыны з рухомым сталом.

У сучасных машынах надбудова партальнага тыпу мае дзве ножкі і часта называецца мастом.Ён свабодна перамяшчаецца ўздоўж гранітнага стала з адной ножкай (часта яе называюць унутранай ножкай) па накіроўвалай рэйцы, прымацаванай да аднаго боку гранітнага стала.Супрацьлеглая нага (часта вонкавая нага) проста абапіраецца на гранітны стол, выконваючы вертыкальны контур паверхні.Пнеўматычныя падшыпнікі - гэта абраны метад для забеспячэння хады без трэння.У іх сціснутае паветра прапускаецца праз шэраг вельмі маленькіх адтулін у плоскай апорнай паверхні, каб стварыць гладкую, але кантраляваную паветраную падушку, па якой КІМ можа рухацца практычна без трэння, што можа быць кампенсавана праграмным забеспячэннем.Рух моста або партала ўздоўж гранітнага стала ўтварае адну вось плоскасці XY.Мост партала змяшчае карэтку, якая праходзіць паміж унутранай і вонкавай нагамі і ўтварае іншую гарызантальную вось X або Y.Трэцяя вось руху (вось Z) забяспечваецца даданнем вертыкальнай піні або шпіндзеля, якія рухаюцца ўверх і ўніз праз цэнтр карэткі.Сэнсарны зонд утварае адчувальную прыладу на канцы пяры.Рух восяў X, Y і Z цалкам апісвае канверт вымярэння.Дадатковыя паваротныя сталы могуць выкарыстоўвацца для паляпшэння даступнасці вымяральнага зонда для складаных дэталяў.Паваротны стол у якасці чацвёртай восі прывада не павялічвае памеры вымярэння, якія застаюцца 3D, але забяспечвае пэўную гнуткасць.Некаторыя сэнсарныя датчыкі самі з'яўляюцца паваротнымі прыладамі з харчаваннем, наканечнік датчыка можа паварочвацца вертыкальна больш чым на 180 градусаў і на поўныя 360 градусаў.

ШМ цяпер таксама даступныя ў розных іншых формах.Сюды ўваходзяць рычагі КІМ, якія выкарыстоўваюць вуглавыя вымярэнні, зробленыя ў суставах рычага, каб вылічыць становішча наканечніка стылуса, і могуць быць аснашчаны зондамі для лазернага сканавання і аптычнага адлюстравання.Такія КІМ з рукой часта выкарыстоўваюцца там, дзе іх партатыўнасць з'яўляецца перавагай перад традыцыйнымі КІМ з фіксаваным ложкам. Захоўваючы вымераныя месцы, праграмнае забеспячэнне для праграмавання таксама дазваляе перамяшчаць саму вымяральную руку і яе вымяральны аб'ём вакол часткі, якая вымяраецца падчас працэдуры вымярэння.Паколькі рычагі ШМ імітуюць гнуткасць чалавечай рукі, яны таксама часта здольныя дасягаць унутраных частак складаных частак, якія немагчыма праверыць з дапамогай стандартнай трохвосевай машыны.

Механічны зонд

У першыя дні каардынатнага вымярэння (CMM) механічныя зонды ўсталёўваліся ў спецыяльны трымальнік на канцы піні.Вельмі распаўсюджаны зонд вырабляўся шляхам прыпайвання цвёрдага шарыка да канца стрыжня.Гэта было ідэальным варыянтам для вымярэння цэлага шэрагу плоскіх, цыліндрычных або сферычных паверхняў.Іншыя зонды былі адшліфаваны ў пэўныя формы, напрыклад, у квадрант, каб можна было вымераць асаблівыя характарыстыкі.Гэтыя зонды фізічна трымаліся на нарыхтоўцы, а становішча ў прасторы счытвалася з 3-восевага лічбавага счытвання (DRO) або, у больш дасканалых сістэмах, уваходзіла ў камп'ютар з дапамогай ножнага пераключальніка або падобнай прылады.Вымярэнні, зробленыя гэтым кантактным метадам, часта былі ненадзейнымі, бо машыны перамяшчаліся ўручную, і кожны аператар машыны аказваў розную колькасць ціску на зонд або прымяняў розныя метады вымярэння.

Далейшым развіццём стала даданне рухавікоў для прывада кожнай восі.Аператарам больш не трэба было фізічна дакранацца да машыны, але яны маглі кіраваць кожнай воссю з дапамогай ручной скрынкі з джойсцікамі прыкладна гэтак жа, як і ў сучасных аўтамабілях з дыстанцыйным кіраваннем.Дакладнасць і дакладнасць вымярэнняў рэзка палепшыліся з вынаходствам электроннага сэнсарнага трыгернага зонда.Піянерам гэтага новага зондавага прыбора быў Дэвід МакМэртры, які пасля заснаваў тое, што цяпер называецца Renishaw plc.Нягледзячы на ​​тое, што зонд па-ранейшаму з'яўляўся кантактнай прыладай, ён меў стылус са сталёвым шарыкам (пазней рубінавым шарыкам) з спружынай.Калі зонд дакранаўся да паверхні кампанента, стылус адхіляўся і адначасова адпраўляў інфармацыю аб каардынатах X, Y, Z на кампутар.Памылак вымярэнняў, выкліканых асобнымі аператарамі, стала менш, і была падрыхтавана глеба для ўкаранення аперацый з ЧПУ і паўналецця КІМ.

Аптычныя зонды - гэта сістэмы лінзаў і ПЗС, якія рухаюцца, як і механічныя, і накіраваны на цікавую кропку, а не дакранаюцца да матэрыялу.Зробленая выява паверхні будзе заключана ў межы вымяральнага акна, пакуль рэшткі не стануць адэкватнымі для кантрасту паміж чорнымі і белымі зонамі.Крывую дзялення можна разлічыць да кропкі, якая з'яўляецца шуканай кропкай вымярэння ў прасторы.Інфармацыя па гарызанталі на ПЗС - гэта 2D (XY), а па вертыкалі - гэта пазіцыя поўнай сістэмы зандзіравання на Z-прывадзе падстаўкі (ці іншым кампаненце прылады).

Сканіруючыя зондавыя сістэмы

Ёсць больш новыя мадэлі, якія маюць зонды, якія цягнуцца ўздоўж паверхні дэталі, прымаючы кропкі праз вызначаныя інтэрвалы, вядомыя як сканіруючыя зонды.Гэты метад праверкі ШМ часта больш дакладны, чым звычайны метад сэнсарнага датчыка, і ў большасці разоў хутчэйшы.

Наступнае пакаленне сканавання, вядомае як бескантактнае сканіраванне, якое ўключае высакахуткасную лазерную аднакропкавую трыангуляцыю, лазернае лінейнае сканіраванне і сканіраванне ў белым святле, развіваецца вельмі хутка.У гэтым метадзе выкарыстоўваюцца альбо лазерныя прамяні, альбо белае святло, якія накіроўваюцца на паверхню дэталі.Многія тысячы пунктаў могуць быць атрыманы і выкарыстаны не толькі для праверкі памеру і становішча, але і для стварэння 3D-малюнка дэталі.Затым гэтыя «воблака кропак» могуць быць перададзены ў праграмнае забеспячэнне САПР для стварэння працоўнай 3D-мадэлі дэталі.Гэтыя аптычныя сканеры часта выкарыстоўваюцца на мяккіх або далікатных частках або для палягчэння зваротнага праектавання.

Мікраметралагічныя зонды

Сістэмы зандзіравання для прымянення мікрамаштабнай метралогіі - яшчэ адна новая вобласць.Ёсць некалькі камерцыйна даступных каардынатна-вымяральных машын (КІМ), якія маюць мікразонд, інтэграваны ў сістэму, некалькі спецыяльных сістэм у дзяржаўных лабараторыях і вялікая колькасць універсітэцкіх метралагічных платформ для мікрамаштабнай метралогіі.Хоць гэтыя машыны з'яўляюцца добрымі і ў многіх выпадках выдатнымі метралагічнымі платформамі з нанаметрычнымі маштабамі, іх галоўным абмежаваннем з'яўляецца надзейны, трывалы, здольны мікра/наназонд.^{[неабходная цытата]}Праблемы для тэхналогій мікрамаштабнага зандзіравання ўключаюць патрэбу ў зондзе з высокім суадносінамі бакоў, які дае магчымасць доступу да глыбокіх, вузкіх элементаў з нізкімі сіламі кантакту, каб не пашкодзіць паверхню, і высокай дакладнасцю (нанаметровы ўзровень).^{[неабходная цытата]}Акрамя таго, мікразонды адчувальныя да ўмоў навакольнага асяроддзя, такіх як вільготнасць і паверхневыя ўзаемадзеяння, такія як прыліпанне (выкліканае адгезіяй, меніскам і/або сіламі Ван-дэр-Ваальса, сярод іншага).^{[неабходная цытата]}

Тэхналогіі для дасягнення мікрамаштабнага зандзіравання ўключаюць паменшаныя версіі класічных ШМ зондаў, аптычных зондаў і зонд стаячай хвалі сярод іншых.Аднак сучасныя аптычныя тэхналогіі не могуць быць дастаткова малымі для вымярэння глыбокіх, вузкіх функцый, а аптычнае разрозненне абмежавана даўжынёй хвалі святла.Рэнтгенаўскі малюнак дае выяву асаблівасці, але не прасочвае метралагічнай інфармацыі.

Фізічныя прынцыпы

Могуць выкарыстоўвацца аптычныя і/або лазерныя зонды (калі магчыма ў спалучэнні), якія замяняюць КІМ на вымяральныя мікраскопы або вымяральныя машыны з некалькімі датчыкамі.Сістэмы праекцыі з краем, тэадалітныя сістэмы трыангуляцыі або лазерныя сістэмы дыстанцыі і трыангуляцыі не называюцца вымяральнымі машынамі, але вынік вымярэння аднолькавы: прасторавая кропка.Лазерныя зонды выкарыстоўваюцца для вызначэння адлегласці паміж паверхняй і апорнай кропкай на канцы кінематычнага ланцуга (г.зн.: канец кампанента Z-прывада).Гэта можа выкарыстоўваць інтэрфераметрычную функцыю, змяненне фокусу, адхіленне святла або прынцып зацянення прамяня.

Партатыўныя каардынатна-вымяральныя машыны

У той час як у традыцыйных КІМ для вымярэння фізічных характарыстык аб'екта выкарыстоўваецца зонд, які рухаецца па трох дэкартавых восях, у партатыўных КІМ выкарыстоўваюцца шарнірныя рычагі або, у выпадку аптычных КІМ, сістэмы сканавання без рук, якія выкарыстоўваюць метады аптычнай трыангуляцыі і забяспечваюць поўную свабоду перамяшчэння вакол аб'екта.

Партатыўныя КІМ з шарнірнымі рычагамі маюць шэсць ці сем восяў, якія абсталяваны энкодэрамі павароту замест лінейных восяў.Партатыўныя зброі лёгкія (звычайна менш за 20 фунтаў), іх можна насіць і выкарыстоўваць практычна ўсюды.Аднак аптычныя КІМ усё часцей выкарыстоўваюцца ў прамысловасці.Распрацаваныя з кампактнымі лінейнымі або матрычнымі камерамі (напрыклад, Microsoft Kinect), аптычныя КІМ меншыя за партатыўныя КІМ з рычагамі, не маюць правадоў і дазваляюць карыстальнікам лёгка праводзіць 3D-вымярэнні ўсіх тыпаў аб'ектаў, размешчаных практычна ў любым месцы.

Для партатыўных КІМ ідэальна падыходзяць некаторыя непаўторныя прыкладанні, такія як зваротнае праектаванне, хуткае стварэнне прататыпаў і буйнамаштабная праверка дэталяў усіх памераў.Перавагі партатыўных КІМ шматразовыя.Карыстальнікі могуць гібка праводзіць 3D-вымярэнні ўсіх тыпаў дэталяў і ў самых аддаленых/цяжкіх месцах.Яны простыя ў выкарыстанні і не патрабуюць кантраляванага асяроддзя для правядзення дакладных вымярэнняў.Больш за тое, партатыўныя КІМ, як правіла, каштуюць танней, чым традыцыйныя КІМ.

Неад'емным недахопам партатыўных КІМ з'яўляецца ручное кіраванне (для іх выкарыстання заўсёды патрабуецца чалавек).Акрамя таго, іх агульная дакладнасць можа быць некалькі менш дакладнай, чым у КІМ маставога тыпу, і менш падыходзіць для некаторых ужыванняў.

Мультысенсарна-вымяральныя машыны

Традыцыйная тэхналогія ШМ з выкарыстаннем сэнсарных зондаў сёння часта спалучаецца з іншымі тэхналогіямі вымярэння.Сюды ўваходзяць лазерныя датчыкі, датчыкі відэа ці белага святла, якія забяспечваюць так званае мультысенсарнае вымярэнне.