Координатаны үлчәү машинасы нәрсә ул?

Акоордината үлчәү машинасы(CMM) - объект өслегендәге дискрет нокталарны зонд белән сизеп, физик объектларның геометриясен үлчәүче җайланма. CMMларда төрле зондлар кулланыла, шул исәптән механик, оптик, лазер һәм ак яктылык. Машинага карап, зонд позициясе оператор тарафыннан кул белән яки компьютер белән идарә ителергә мөмкин. CMMлар гадәттә зондның позициясен өч үлчәмле декарт координатлар системасындагы (ягъни XYZ күчәрләре белән) эталон позициясеннән күчерүе буенча билгели. Зондны X, Y һәм Z күчәрләре буенча хәрәкәтләндерүдән тыш, күп кенә машиналар зонд почмагын контрольдә тотарга мөмкинлек бирә, бу башкача барып җитмәслек өслекләрне үлчәү мөмкинлеген бирә.

Гадәти 3D "күпер" CMM зондның өч күчәр, X, Y һәм Z буенча хәрәкәт итүенә мөмкинлек бирә, алар өч үлчәмле декарт координатлар системасында бер-берсенә ортогональ. Һәр күчәрдә зондның шул күчәрдәге урнашуын күзәтүче сенсор бар, гадәттә микрометр төгәллеге белән. Зонд объекттагы билгеле бер урын белән элемтәгә кергәч (яки башкача ачыклагач), машина өч урнашу сенсорыннан үрнәк ала, шулай итеп объект өслегендәге бер ноктаның урнашуын, шулай ук ​​алынган үлчәүнең 3 үлчәмле векторын үлчи. Бу процесс кирәк булганда кабатлана, зондны һәр тапкыр күчереп, кызыксыну уята торган өслек өлкәләрен тасвирлый торган "нокта болыты" барлыкка килә.

CMM-ларның еш кулланылышы - җитештерү һәм җыю процессларында детальне яки җыюны проект нияте буенча тикшерү. Мондый кушымталарда нокта болытлары барлыкка килә, алар функцияләрне төзү өчен регрессия алгоритмнары ярдәмендә анализлана. Бу нокталар оператор тарафыннан кул белән урнаштырылган зонд ярдәмендә яки турыдан-туры компьютер белән идарә итү (DCC) аша автоматик рәвештә җыела. DCC CMM-ларын бер үк детальләрне кат-кат үлчәү өчен программалаштырырга мөмкин; шулай итеп, автоматлаштырылган CMM - сәнәгать роботының махсуслаштырылган формасы.

Детальләр

Координатаны үлчәү машиналары өч төп компоненттан тора:

• Өч хәрәкәт күчәрен үз эченә алган төп структура. Хәрәкәтләнүче рамны төзү өчен кулланылган материал еллар дәвамында үзгәрде. Баштагы CMMларда гранит һәм корыч кулланылды. Бүгенге көндә барлык төп CMM җитештерүчеләре алюминий эретмәсеннән яки ниндидер деривативтан рамнар төзиләр, шулай ук ​​сканерлау өчен Z күчәренең катылыгын арттыру өчен керамика кулланалар. Бүгенге көндә CMM төзүчеләренең аз өлеше генә гранит рамлы CMM җитештерә, чөнки базарда метрология динамикасы яхшыруга ихтыяҗ бар һәм CMMны сыйфат лабораториясеннән тыш урнаштыру тенденциясе арта. Гадәттә, Кытай һәм Һиндстанда аз күләмле CMM төзүчеләр һәм җирле җитештерүчеләр генә түбән технологияле ысул һәм CMM рам төзүчесе булу өчен җиңел керү аркасында гранит CMM җитештерәләр. Сканерлауга омтылыш арту шулай ук ​​CMM Z күчәренең катырак булуын таләп итә һәм керамика һәм кремний карбиды кебек яңа материаллар кертелде.
• Зондлау системасы
• Мәгълүмат җыю һәм киметү системасы — гадәттә машина контроллерын, өстәл компьютерын һәм кушымта программасын үз эченә ала.

Мөмкинлек

Бу машиналар аерым торган, кулда тотыла торган һәм күчереп йөртелә торган була ала.

Төгәллек

Координаталы үлчәү машиналарының төгәллеге гадәттә билгесезлек факторы буларак ераклыкка функция буларак бирелә. Сенсорлы зонд кулланучы CMM өчен бу зондның кабатланучанлыгы һәм сызыклы масштабларның төгәллеге белән бәйле. Гадәти зондның кабатланучанлыгы бөтен үлчәү күләме буенча 0,001 мм яки 0,00005 дюйм (уннан бер өлеш) эчендә үлчәүләргә китерергә мөмкин. 3, 3+2 һәм 5 күчәрле машиналар өчен зондлар даими рәвештә күзәтелә торган стандартлар ярдәмендә калибрлана, һәм төгәллекне тәэмин итү өчен машина хәрәкәте үлчәү җайланмалары ярдәмендә тикшерелә.

Аерым өлешләр

Машина корпусы

Беренче CMM Шотландиянең Ferranti компаниясе тарафыннан 1950 елларда хәрби продуктларындагы төгәл компонентларны үлчәү өчен турыдан-туры ихтыяҗ нәтиҗәсендә эшләнгән, гәрчә бу машинаның нибары 2 күчәре булса да. Беренче 3 күчәрле модельләр 1960 елларда барлыкка килә башлаган (Италиянең DEA) һәм компьютер белән идарә итү 1970 еллар башында барлыкка килгән, ләкин беренче эшли торган CMM Англиянең Мельбурн шәһәрендә Browne & Sharpe тарафыннан эшләнгән һәм сатуга куелган. (Leitz Германиясе соңрак хәрәкәтләнүче өстәлле стационар машина конструкциясен җитештергән).

Хәзерге машиналарда гантри тибындагы өслек корылманың ике аягы бар һәм ул еш кына күпер дип атала. Бу гранит өстәле буйлап бер аягы (еш кына эчке аяк дип атала) белән гранит өстәленең бер ягына беркетелгән юнәлеш бирүче рельс буйлап ирекле хәрәкәт итә. Карама-каршы аяк (еш кына тышкы аяк) вертикаль өслек контуры буенча гранит өстәлендә тора. Һава подшипниклары - ышкылусыз хәрәкәтне тәэмин итү өчен сайланган ысул. Аларда кысылган һава яссы подшипник өслегендәге бик кечкенә тишекләр сериясе аша мәҗбүр ителә, бу CMM диярлек ышкылусыз хәрәкәт итә алырлык шома, ләкин контрольдә тотылган һава мендәре бирә, моны программа тәэминаты аша компенсацияләргә мөмкин. Күпернең яки ​​гантриның гранит өстәле буйлап хәрәкәте XY яссылыгының бер күчәрен тәшкил итә. Гантри күперендә эчке һәм тышкы аяклар арасында үтеп, икенче X яки Y горизонталь күчәрен тәшкил итүче каретка бар. Өченче хәрәкәт күчәре (Z күчәре) каретаның үзәге аша өскә һәм аска хәрәкәт итүче вертикаль перец яки шпиндель өстәү белән тәэмин ителә. Тоту зонд перецның очында сизү җайланмасын формалаштыра. X, Y һәм Z күчәрләренең хәрәкәте үлчәү тышлыгын тулысынча сурәтли. Үлчәү зондының катлаулы эш кисәкләренә якынрак булуын арттыру өчен өстәмә әйләндергеч өстәлләр кулланырга мөмкин. Дүртенче йөртү күчәре буларак әйләндергеч өстәл үлчәү үлчәмнәрен арттырмый, алар 3D булып кала, ләкин билгеле бер дәрәҗәдә сыгылучанлык бирә. Кайбер сенсор зондлар үзләре дә әйләндергеч җайланмалар булып тора, зонд очы 180 градустан артык вертикаль рәвештә һәм тулы 360 градус әйләнү аша әйләнә ала.

CMM'лар хәзер башка төрле формаларда да бар. Алар арасында стилус очының урнашуын исәпләү өчен кулның тоташкан урыннарында алынган почмак үлчәүләрен кулланучы CMM куллары бар, һәм лазер сканерлау һәм оптик сурәтләү өчен зондлар белән җиһазландырылырга мөмкин. Мондый кул CMM'лары еш кына аларның күчереп йөртергә уңайлылыгы гадәти стационар катлы CMM'ларга караганда өстенлекле булган урыннарда кулланыла - үлчәнгән урыннарны саклап калу аркасында, программа тәэминаты үлчәү кулының үзен һәм аның үлчәү күләмен үлчәү процессы вакытында үлчәнәчәк деталь тирәли хәрәкәтләндерергә мөмкинлек бирә. CMM куллары кеше кулының сыгылучанлыгын кабатлаганга күрә, алар еш кына стандарт өч күчәрле машина ярдәмендә тикшереп булмый торган катлаулы детальләрнең эченә дә җитә алалар.

Механик зонд

Координаталар үлчәүләренең (КҮҮ) башлангыч чорында механик зондлар каләм очындагы махсус тоткага урнаштырылган. Бик еш очрый торган зонд каты шарны вал очына ябыштыру юлы белән ясалган. Бу төрле яссы өслекле, цилиндрик яки сферик өслекләрне үлчәү өчен идеаль иде. Башка зондлар махсус үзенчәлекләрне үлчәү өчен билгеле бер формаларга, мәсәлән, квадрантка кадәр уеп ясалган. Бу зондлар физик яктан эш кисәгенә каршы тотылган, киңлектәге позиция 3 күчәрле санлы укудан (DRO) укылган, яки алдынгырак системаларда аяк күчергече яки охшаш җайланма ярдәмендә компьютерга теркәлгән. Бу контакт ысулы белән үткәрелгән үлчәүләр еш кына ышанычсыз булган, чөнки машиналар кул белән күчерелгән һәм һәр машина операторы зондка төрле басым ясаган яки үлчәү өчен төрле ысуллар кулланган.

Тагын бер үсеш - һәр күчәрне хәрәкәтләндерү өчен моторлар өстәү. Операторларга хәзер машинага физик яктан кагылырга кирәк түгел иде, ә һәр күчәрне заманча дистанцион идарә ителә торган машиналардагы кебек үк джойстиклы кул тартмасы ярдәмендә хәрәкәтләндерә алалар иде. Электрон сенсорлы триггер зонд уйлап табылгач, үлчәү төгәллеге һәм төгәллеге сизелерлек яхшырды. Бу яңа зонд җайланмасының пионеры Дэвид МакМертри булды, ул соңрак хәзерге Renishaw plc компаниясен оештырды. Контакт җайланмасы булса да, зондта пружиналы корыч шар (соңрак рубин шар) стилусы бар иде. Зонд компонент өслегенә кагылгач, стилус читкә юнәлде һәм бер үк вакытта X, Y, Z координат мәгълүматын компьютерга җибәрде. Аерым операторлар китергән үлчәү хаталары кимеде һәм CNC операцияләрен кертү һәм CMMларның яшенә җитү өчен нигез салынды.

Оптик зондлар - линза-CCD системалары, алар механик зондлар кебек хәрәкәтләнә һәм материалга кагылу урынына кызыксыну ноктасына юнәлтелгән. Өслекнең төшерелгән сурәте үлчәү тәрәзәсе чикләрендә, калдык кара һәм ак зоналар арасындагы контраст өчен җитәрлек булганчы сакланачак. Бүлү кәкресен ноктага кадәр исәпләп була, ул киңлектәге кирәкле үлчәү ноктасы. CCD'дагы горизонталь мәгълүмат 2D (XY), ә вертикаль позиция - тулы зондлау системасының стенд Z-приводындагы (яки башка җайланма компонентындагы) позициясе.

Сканерлаучы зонд системалары

Деталь өслеге буйлап билгеләнгән вакыт аралыгында нокталарны алып баручы зондлары булган яңа модельләр бар, алар сканерлау зондлары дип атала. CMM тикшерүенең бу ысулы еш кына гадәти сенсорлы зонд ысулына караганда төгәлрәк һәм күпчелек очракта тизрәк.

Контактсыз сканерлау дип аталган киләсе буын сканерлау бик тиз алга бара, ул югары тизлекле лазер бер нокталы триангуляция, лазер сызыклы сканерлау һәм ак яктылык сканерлауны үз эченә ала. Бу ысул лазер нурларын яки деталь өслегенә проекцияләнгән ак яктылыкны куллана. Шуннан соң меңләгән нокталарны алып, аларны зурлыкны һәм урынны тикшерү өчен генә түгел, ә детальнең 3D рәсемен булдыру өчен дә кулланырга мөмкин. Аннары бу "нокта-болыт мәгълүматлары" CAD программа тәэминатына күчерелеп, детальнең эшли торган 3D моделен булдырырга мөмкин. Бу оптик сканерлар еш кына йомшак яки нечкә детальләрдә яки кире инженерияне җиңеләйтү өчен кулланыла.

Микрометрология зондлары

Микромасштаблы метрология кушымталары өчен зондлау системалары - тагын бер яңа өлкә. Системага микрозонд урнаштырылган берничә коммерциячел рәвештә сатыла торган координата үлчәү машиналары (CMM), дәүләт лабораторияләрендә берничә махсуслаштырылган системалар һәм микромасштаблы метрология өчен университет тарафыннан төзелгән метрология платформалары бар. Бу машиналар яхшы һәм күп очракларда нанометрик масштаблы бик яхшы метрология платформалары булса да, аларның төп чикләүләре - ышанычлы, ныклы, сәләтле микро/нанозонд.^{[цитата кирәк]}Микромасштаблы зондлау технологияләре өчен кыенлыклар арасында югары аспектлы зондка ихтыяҗ бар, ул өслеккә зыян китермәслек һәм югары төгәллек (нанометр дәрәҗәсе) белән түбән контакт көчләре белән тирән, тар объектларга керү мөмкинлеген бирә.^{[цитата кирәк]}Моннан тыш, микромасштаблы зондлар дымлылык һәм өслек үзара бәйләнешләре кебек мохит шартларына бирешүчән, мәсәлән, ябышу (адгезия, мениск һәм/яки Ван-дер-Ваальс көчләре аркасында килеп чыга).^{[цитата кирәк]}

Микромасштаблы зондлауга ирешү технологияләренә классик CMM зондларының кечерәйтелгән версиясе, оптик зондлар һәм башкалар белән беррәттән торган дулкын зонд керә. Ләкин хәзерге оптик технологияләр тирән, тар үзенчәлекне үлчәү өчен җитәрлек кечкенә масштабта түгел, һәм оптик чишелеш яктылыкның дулкын озынлыгы белән чикләнгән. Рентген сурәтләү үзенчәлекнең рәсемен бирә, ләкин күзәтеп була торган метрология мәгълүматы юк.

Физик принциплар

Оптик зондлар һәм/яки лазер зондлары (мөмкин булса, бергәләп) кулланылырга мөмкин, алар CMMларны үлчәү микроскопларына яки күп сенсорлы үлчәү машиналарына үзгәртә. Чикле проекция системалары, теодолит триангуляция системалары яки лазер ерак һәм триангуляция системалары үлчәү машиналары дип аталмый, ләкин үлчәү нәтиҗәсе бер үк: киңлек ноктасы. Лазер зондлары кинематик чылбыр очындагы өслек һәм эталон ноктасы арасындагы ераклыкны ачыклау өчен кулланыла (мәсәлән: Z-җитәкләүче компонентның очы). Бу интерферометрик функцияне, фокус үзгәрешен, яктылык тайпылышын яки нур күләгәсе принцибын кулланырга мөмкин.

Күчмә координата үлчәү машиналары

Гадәти CMM'лар объектның физик характеристикаларын үлчәү өчен өч декарт күчәре буенча хәрәкәт итүче зонд куллансалар, портатив CMM'лар я арткы кулларны, яисә оптик CMM'лар очрагында, оптик триангуляция ысулларын кулланучы һәм объект тирәсендә тулы хәрәкәт иреген тәэмин итүче кулсыз сканерлау системаларын кулланалар.

Буынлы куллы күчмә CMMларның сызыклы күчәрләр урынына әйләндергеч энкодерлар белән җиһазландырылган алты яки җиде күчәре бар. Күчмә куллар җиңел (гадәттә 20 фунттан да кимрәк) һәм аларны теләсә кайда йөртергә һәм кулланырга мөмкин. Шулай да, оптик CMMлар сәнәгатьтә барган саен күбрәк кулланыла. Компакт сызыклы яки матрица массив камералары (Microsoft Kinect кебек) белән эшләнгән оптик CMMлар куллы күчмә CMMнарга караганда кечерәк, чыбыкларсыз һәм кулланучыларга теләсә кайда урнашкан барлык төр объектларның 3D үлчәмнәрен җиңел алырга мөмкинлек бирә.

Кире инженерия, тиз прототиплаштыру һәм төрле зурлыктагы детальләрне зур күләмдә тикшерү кебек кабатланмый торган кушымталар портатив CMMнар өчен идеаль рәвештә туры килә. Портатив CMMнарның өстенлекләре күпкырлы. Кулланучылар барлык төр детальләрнең 3D үлчәүләрен һәм иң ерак/авыр урыннарда да ясый ала. Аларны куллану җиңел һәм төгәл үлчәүләр ясау өчен контрольдә тотылган мохит таләп ителми. Моннан тыш, портатив CMMнар, гадәттә, традицион CMMнарга караганда арзанрак.

Күчмә CMM-ларның үзенчәлекле компромисслары - кул белән эшләү (аларны куллану өчен һәрвакыт кеше кирәк). Моннан тыш, аларның гомуми төгәллеге күпер тибындагы CMM-га караганда бераз түбәнрәк булырга мөмкин һәм кайбер кушымталар өчен азрак яраклы.

Күп сенсорлы үлчәү җайланмалары

Сенсорлы зондлар кулланып традицион CMM технологиясе бүгенге көндә еш кына башка үлчәү технологияләре белән берләштерелә. Моңа лазер, видео яки ак яктылык сенсорлары керә, алар мультисенсорлы үлчәү дип атала.