Ce este mașina de măsurare a coordonatelor?

OCoordonarea mașinii de măsurare(CMM) este un dispozitiv care măsoară geometria obiectelor fizice, simțind puncte discrete pe suprafața obiectului cu o sondă. Diverse tipuri de sonde sunt utilizate în CMM, inclusiv lumină mecanică, optică, laser și alb. În funcție de mașină, poziția sondei poate fi controlată manual de către un operator sau poate fi controlată de computer. CMMS specifică de obicei poziția unei sonde în ceea ce privește deplasarea acesteia dintr-o poziție de referință într-un sistem tridimensional de coordonate carteziene (adică, cu axe XYZ). În plus față de mutarea sondei de -a lungul axelor X, Y și Z, multe mașini permit, de asemenea, controlul unghiului sondei pentru a permite măsurarea suprafețelor care altfel ar fi de neatins.

CMM tipic 3D „Bridge” permite mișcarea sondei de-a lungul a trei axe, X, Y și Z, care sunt ortogonale între ele într-un sistem tridimensional de coordonate carteziene. Fiecare axă are un senzor care monitorizează poziția sondei pe acea axă, de obicei cu precizie micrometrică. Când sonda contactează (sau detectează altfel) o anumită locație pe obiect, mașina prelevează cei trei senzori de poziție, măsurând astfel locația unui punct pe suprafața obiectului, precum și vectorul în 3 dimensiuni al măsurării luate. Acest proces este repetat după cum este necesar, mutând sonda de fiecare dată, pentru a produce un „nor de puncte” care descrie suprafețele de interes.

O utilizare comună a CMM -urilor este în procesele de fabricație și asamblare pentru a testa o parte sau un asamblare împotriva intenției de proiectare. În astfel de aplicații, sunt generați nori de puncte care sunt analizate prin algoritmi de regresie pentru construcția caracteristicilor. Aceste puncte sunt colectate folosind o sondă care este poziționată manual de către un operator sau automat prin intermediul controlului direct al computerului (DCC). CMM -urile DCC pot fi programate pentru a măsura în mod repetat părți identice; Astfel, un CMM automat este o formă specializată de robot industrial.

Piese

Mașinile de măsurare a coordonatelor includ trei componente principale:

• Structura principală care include trei axe de mișcare. Materialul utilizat pentru construirea cadrului în mișcare a variat de -a lungul anilor. Granitul și oțelul au fost utilizate în CMM -urile timpurii. Astăzi, toți principalii producători de CMM construiesc cadre din aliaj de aluminiu sau unele derivate și folosesc, de asemenea, ceramică pentru a crește rigiditatea axei Z pentru aplicații de scanare. Puțini constructori CMM astăzi produc încă cadru de granit CMM datorită cerințelor pieței pentru dinamica metrologiei îmbunătățite și a tendinței crescânde de instalare a CMM în afara laboratorului de calitate. De obicei, doar constructorii de CMM cu volum redus și producătorii interni din China și India încă mai fabrică CMM de granit din cauza abordării tehnologice scăzute și a intrării ușoare pentru a deveni un constructor de cadre CMM. Tendința crescândă spre scanare necesită, de asemenea, ca axa CMM Z să fie mai rigidă și au fost introduse materiale noi, cum ar fi carbura ceramică și siliciu.
• Sistem de sondare
• Sistemul de colectare și reducere a datelor - include de obicei un controler de mașini, un computer desktop și un software de aplicație.

Disponibilitate

Aceste mașini pot fi libere, portabile și portabile.

Precizie

Precizia mașinilor de măsurare a coordonatelor este de obicei dată ca factor de incertitudine ca funcție peste distanță. Pentru un CMM folosind o sondă tactilă, aceasta se referă la repetabilitatea sondei și la exactitatea scărilor liniare. Repetabilitatea tipică a sondei poate duce la măsurători în interiorul .001mm sau .00005 inch (jumătate de zecime) pe întregul volum de măsurare. Pentru 3, 3+2 și 5 axe, sondele sunt calibrate în mod obișnuit folosind standarde urmăribile, iar mișcarea mașinii este verificată folosind calibre pentru a asigura precizia.

Părți specifice

Corpul mașinii

Primul CMM a fost dezvoltat de compania Ferranti din Scoția în anii '50, ca urmare a unei necesități directe de a măsura componentele de precizie în produsele lor militare, deși această mașină avea doar 2 axe. Primele modele cu 3 axe au început să apară în anii '60 (DEA of Italy), iar controlul computerului a debutat la începutul anilor '70, dar primul CMM de lucru a fost dezvoltat și scos la vânzare de Browne & Sharpe în Melbourne, Anglia. (Leitz Germania a produs ulterior o structură fixă ​​a mașinii cu masă în mișcare.

În mașinile moderne, suprastructura de tip Gantry are două picioare și este adesea numită pod. Acest lucru se deplasează liber de -a lungul mesei de granit cu un picior (adesea denumit piciorul interior), urmând o șină de ghidare atașată pe o parte a mesei de granit. Piciorul opus (adesea piciorul exterior) se sprijină pur și simplu pe tabelul de granit în urma conturului vertical al suprafeței. Rulmenții de aer sunt metoda aleasă pentru a asigura călătoriile fără frecare. În acestea, aerul comprimat este forțat printr -o serie de găuri foarte mici pe o suprafață de rulment plat pentru a oferi o pernă de aer netedă, dar controlată, pe care CMM se poate deplasa într -o manieră aproape fără frecare, care poate fi compensată prin software. Mișcarea podului sau a gantriei de -a lungul mesei de granit formează o axă a planului XY. Podul gantriei conține o trăsură care traversează între picioarele interioare și exterioare și formează cealaltă axă orizontală x sau y. A treia axă a mișcării (axa z) este asigurată prin adăugarea unei quill sau a unui fus vertical care se deplasează în sus și în jos prin centrul trăsurii. Sonda Touch formează dispozitivul de detectare de la capătul quill. Mișcarea axelor X, Y și Z descrie complet plicul de măsurare. Tabelele rotative opționale pot fi utilizate pentru a îmbunătăți abordabilitatea sondei de măsurare la piese de lucru complicate. Tabelul rotativ ca o a patra axă de acționare nu îmbunătățește dimensiunile de măsurare, care rămân 3D, dar oferă un grad de flexibilitate. Unele sonde de atingere sunt ele însele dispozitive rotative alimentate, cu vârful sondei capabil să se învârte vertical prin mai mult de 180 de grade și printr -o rotație completă de 360 ​​de grade.

CMM -urile sunt acum disponibile și într -o varietate de alte forme. Acestea includ brațele CMM care folosesc măsurători unghiulare luate la articulațiile brațului pentru a calcula poziția vârfului stylus și pot fi echipate cu sonde pentru scanarea laserului și imagistica optică. Astfel de CMM-uri de braț sunt adesea utilizate în cazul în care portabilitatea lor este un avantaj față de CMM-urile tradiționale cu pat fix- prin stocarea locațiilor măsurate, software-ul de programare permite, de asemenea, mutarea brațului de măsurare în sine și volumul său de măsurare, în jurul părții care trebuie măsurat în timpul unei rutine de măsurare. Deoarece brațele CMM imită flexibilitatea unui braț uman, ele sunt, de asemenea, adesea capabile să ajungă în interiorul părților complexe care nu au putut fi sondate folosind o mașină standard cu trei axe.

Sonda mecanică

În primele zile de măsurare a coordonatelor (CMM), sondele mecanice au fost montate într -un suport special la capătul quill. O sondă foarte frecventă a fost făcută prin lipirea unei mingi dure până la capătul unui arbore. Acest lucru a fost ideal pentru măsurarea unei game întregi de suprafețe plate, cilindrice sau sferice. Alte sonde au fost la sol la forme specifice, de exemplu, un cadran, pentru a permite măsurarea caracteristicilor speciale. Aceste sonde au fost păstrate fizic împotriva piesei de lucru, cu poziția în spațiu citită dintr-o citire digitală cu 3 axe (DRO) sau, în sisteme mai avansate, au fost conectate într-un computer cu ajutorul unui comutator sau un dispozitiv similar. Măsurătorile luate de această metodă de contact au fost adesea nesigure, deoarece mașinile au fost mutate manual și fiecare operator de mașini a aplicat cantități diferite de presiune pe sondă sau au adoptat tehnici diferite pentru măsurare.

O dezvoltare suplimentară a fost adăugarea de motoare pentru conducerea fiecărei axe. Operatorii nu mai trebuiau să atingă fizic mașina, dar ar putea conduce fiecare axă folosind o cutie de mână cu joystick -uri în același mod ca în cazul mașinilor moderne cu telecomandă. Precizia de măsurare și precizia s -au îmbunătățit dramatic odată cu invenția sondei de declanșare a atingerii electronice. Pionierul acestui nou dispozitiv de sondă a fost David McMurtry, care a format ulterior ceea ce este acum Renishaw Plc. Deși este încă un dispozitiv de contact, sonda avea un stil de bilă de oțel încărcat cu arc (mai târziu Ruby Ball). Pe măsură ce sonda a atins suprafața componentei, stilul a deviat și a trimis simultan informațiile despre coordonate X, Y, Z la computer. Erorile de măsurare cauzate de operatorii individuali au devenit mai puține, iar stadiul a fost stabilit pentru introducerea operațiunilor CNC și venirea vârstei CMM -urilor.

Sondele optice sunt sisteme de lentile-CCD, care sunt mutate ca cele mecanice și sunt vizate la punctul de interes, în loc să atingă materialul. Imaginea capturată a suprafeței va fi închisă în granițele unei ferestre de măsurare, până când reziduul este adecvat pentru a contrasta între zonele alb -negru. Curba de divizare poate fi calculată până la un punct, care este punctul de măsurare dorit în spațiu. Informațiile orizontale de pe CCD sunt 2D (XY), iar poziția verticală este poziția sistemului complet de sondare pe standul Z-Drive (sau alte componente ale dispozitivului).

Scanarea sistemelor de sonde

Există modele mai noi care au sonde care trag de -a lungul suprafeței piesei care iau puncte la intervale specificate, cunoscute sub numele de sonde de scanare. Această metodă de inspecție a CMM este adesea mai exactă decât metoda convențională de probă tactilă și de cele mai multe ori mai rapid.

Următoarea generație de scanare, cunoscută sub numele de scanare noncontactă, care include triangulația cu un singur punct cu laser de mare viteză, scanarea liniei laser și scanarea luminii albe, avansează foarte repede. Această metodă folosește fie fascicule laser, fie lumină albă care sunt proiectate pe suprafața piesei. Multe mii de puncte pot fi luate și utilizate nu numai pentru a verifica dimensiunea și poziția, ci și pentru a crea o imagine 3D a piesei. Aceste „date punct-cloud” pot fi apoi transferate în software-ul CAD pentru a crea un model 3D care funcționează. Aceste scanere optice sunt adesea utilizate pe părți moi sau delicate sau pentru a facilita inginerie inversă.

Sonde micrometrologie

Sistemele de sondare pentru aplicațiile de metrologie la microscop sunt o altă zonă emergentă. Există mai multe mașini de măsurare a coordonatelor disponibile în comerț (CMM) care au un microprob integrat în sistem, mai multe sisteme de specialitate la laboratoarele guvernamentale și orice număr de platforme de metrologie construite universitare pentru metrologia microscopului. Deși aceste mașini sunt bune și, în multe cazuri, platforme de metrologie excelente cu scale nanometrice, limitarea lor principală este o sondă micro/nano fiabilă, robustă, capabilă.^{[citarea necesară]}Provocările pentru tehnologiile de sondare la microscop includ necesitatea unei sonde de raport de aspect ridicat, oferind capacitatea de a accesa caracteristici profunde, înguste, cu forțe de contact scăzute, astfel încât să nu deterioreze suprafața și precizia ridicată (nivelul nanometrului).^{[citarea necesară]}În plus, sondele la microscop sunt sensibile la condiții de mediu, cum ar fi umiditatea și interacțiunile de suprafață, cum ar fi starea (cauzată de forțele de adeziune, menisc și/sau van der Waals, printre altele).^{[citarea necesară]}

Tehnologiile pentru a obține sondarea la microscop includ versiunea redusă a sondelor CMM clasice, sondelor optice și o sondă de undă permanentă, printre altele. Cu toate acestea, tehnologiile optice curente nu pot fi scalate suficient de mici pentru a măsura caracteristica profundă, îngustă, iar rezoluția optică este limitată de lungimea de undă a luminii. Imagistica cu raze X oferă o imagine a caracteristicii, dar fără informații despre metrologie.

Principiile fizice

Sondele optice și/sau sondele laser pot fi utilizate (dacă este posibil în combinație), care schimbă CMM-urile la măsurarea microscopurilor sau a mașinilor de măsurare cu mai multe senzori. Sistemele de proiecție cu franjuri, sistemele de triangulare a teodolitei sau sistemele laser și de triangulare nu se numesc mașini de măsurare, dar rezultatul de măsurare este același: un punct spațial. Sondele cu laser sunt utilizate pentru a detecta distanța dintre suprafață și punctul de referință de la capătul lanțului cinematic (adică: capătul componentei Z-drive). Aceasta poate utiliza o funcție interferometrică, o variație de focalizare, deviere a luminii sau un principiu de umbră a fasciculului.

Mașini portabile de măsurare a coordonatelor

În timp ce CMM-urile tradiționale folosesc o sondă care se deplasează pe trei axe carteziene pentru a măsura caracteristicile fizice ale unui obiect, CMM-urile portabile folosesc fie brațe articulate, fie, în cazul CMM-urilor optice, sisteme de scanare fără brațe care utilizează metode de triangulare optice și permit libertatea totală a mișcării în jurul obiectului.

CMM -urile portabile cu brațe articulate au șase sau șapte axe care sunt echipate cu codificatoare rotative, în loc de axe liniare. Brațele portabile sunt ușoare (de obicei mai puțin de 20 de kilograme) și pot fi transportate și utilizate aproape oriunde. Cu toate acestea, CMM -urile optice sunt utilizate din ce în ce mai mult în industrie. Proiectate cu camere compacte liniare sau matrice (cum ar fi Microsoft Kinect), CMM -urile optice sunt mai mici decât CMM -urile portabile cu brațe, fără fire și să permită utilizatorilor să ia cu ușurință măsurători 3D ale tuturor tipurilor de obiecte situate aproape oriunde.

Anumite aplicații nerepetitive, cum ar fi inginerie inversă, prototipare rapidă și inspecție pe scară largă a unor părți de toate dimensiunile sunt potrivite ideal pentru CMM-uri portabile. Beneficiile CMM -urilor portabile sunt multiplu. Utilizatorii au flexibilitatea în luarea măsurătorilor 3D ale tuturor tipurilor de piese și în cele mai îndepărtate/dificile locații. Sunt ușor de utilizat și nu necesită un mediu controlat pentru a lua măsurători exacte. Mai mult decât atât, CMM -urile portabile tind să coste mai puțin decât CMM -urile tradiționale.

Completațiile inerente ale CMM-urilor portabile sunt o funcționare manuală (necesită întotdeauna un om să le folosească). În plus, precizia lor generală poate fi ceva mai puțin precisă decât cea a unui tip CMM de tip Bridge și este mai puțin potrivită pentru unele aplicații.

Mașini de măsurare multisensor

Tehnologia tradițională CMM folosind sonde tactile este astăzi combinată adesea cu alte tehnologii de măsurare. Aceasta include senzori laser, video sau albi de lumină pentru a oferi ceea ce este cunoscut sub numele de măsurare multisensor.