Apakah mesin pengukur koordinat?

AMenyelaras mesin pengukur(CMM) adalah peranti yang mengukur geometri objek fizikal dengan merasakan titik diskret pada permukaan objek dengan siasatan. Pelbagai jenis probe digunakan dalam CMMS, termasuk cahaya mekanikal, optik, laser, dan putih. Bergantung pada mesin, kedudukan siasatan boleh dikawal secara manual oleh pengendali atau ia mungkin dikawal komputer. CMMS biasanya menentukan kedudukan siasatan dari segi anjakannya dari kedudukan rujukan dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi (iaitu, dengan paksi XYZ). Selain menggerakkan siasatan di sepanjang paksi x, y, dan z, banyak mesin juga membolehkan sudut probe dikawal untuk membolehkan pengukuran permukaan yang tidak dapat dicapai.

CMM "jambatan" 3D biasa membolehkan pergerakan probe di sepanjang tiga paksi, x, y dan z, yang ortogonal antara satu sama lain dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi. Setiap paksi mempunyai sensor yang memantau kedudukan siasatan pada paksi itu, biasanya dengan ketepatan mikrometer. Apabila hubungan siasatan (atau sebaliknya mengesan) lokasi tertentu pada objek, sampel mesin tiga sensor kedudukan, dengan itu mengukur lokasi satu titik pada permukaan objek, serta vektor 3 dimensi pengukuran yang diambil. Proses ini diulangi seperti yang diperlukan, menggerakkan siasatan setiap kali, untuk menghasilkan "awan titik" yang menggambarkan kawasan permukaan yang menarik.

Penggunaan biasa CMMS adalah dalam proses pembuatan dan pemasangan untuk menguji bahagian atau pemasangan terhadap niat reka bentuk. Dalam aplikasi sedemikian, awan titik dijana yang dianalisis melalui algoritma regresi untuk pembinaan ciri -ciri. Titik ini dikumpulkan dengan menggunakan siasatan yang diposisikan secara manual oleh pengendali atau secara automatik melalui kawalan komputer langsung (DCC). DCC CMMS boleh diprogramkan untuk berulang kali mengukur bahagian yang sama; Oleh itu, CMM automatik adalah bentuk robot perindustrian khusus.

Bahagian

Mesin pengukur koordinat termasuk tiga komponen utama:

• Struktur utama yang merangkumi tiga paksi gerakan. Bahan yang digunakan untuk membina bingkai bergerak telah berubah selama bertahun -tahun. Granit dan keluli digunakan pada awal CMM. Hari ini semua pengeluar utama CMM membina bingkai dari aloi aluminium atau beberapa derivatif dan juga menggunakan seramik untuk meningkatkan kekakuan paksi z untuk mengimbas aplikasi. Beberapa pembina CMM hari ini masih mengeluarkan bingkai granit CMM kerana keperluan pasaran untuk dinamik metrologi yang lebih baik dan meningkatkan trend untuk memasang CMM di luar makmal berkualiti. Biasanya hanya pembina CMM volume rendah dan pengeluar domestik di China dan India masih menghasilkan CMM granit kerana pendekatan teknologi rendah dan kemasukan mudah untuk menjadi pembina bingkai CMM. Trend yang semakin meningkat ke arah pengimbasan juga memerlukan paksi CMM Z yang lebih berat dan bahan -bahan baru telah diperkenalkan seperti karbida seramik dan silikon.
• Sistem menyelidik
• Pengumpulan data dan sistem pengurangan - biasanya termasuk pengawal mesin, komputer desktop dan perisian aplikasi.

Adanya

Mesin-mesin ini boleh berdiri bebas, genggam dan mudah alih.

Ketepatan

Ketepatan mesin pengukuran koordinat biasanya diberikan sebagai faktor ketidakpastian sebagai fungsi dari jarak jauh. Untuk CMM menggunakan siasatan sentuhan, ini berkaitan dengan kebolehulangan siasatan dan ketepatan skala linear. Kebolehulangan probe tipikal boleh mengakibatkan pengukuran dalam .001mm atau .00005 inci (separuh sepersepuluh) ke atas keseluruhan jumlah pengukuran. Untuk mesin 3, 3+2, dan 5 paksi, probe secara rutin ditentukur menggunakan piawaian yang dapat dikesan dan pergerakan mesin disahkan menggunakan tolok untuk memastikan ketepatan.

Bahagian tertentu

Badan mesin

CMM pertama dibangunkan oleh Syarikat Ferranti Scotland pada tahun 1950 -an sebagai hasil dari keperluan langsung untuk mengukur komponen ketepatan dalam produk ketenteraan mereka, walaupun mesin ini hanya mempunyai 2 paksi. Model 3 paksi pertama mula muncul pada tahun 1960-an (DEA of Italy) dan Kawalan Komputer memulakan kerjaya pada awal 1970-an tetapi CMM kerja pertama telah dibangunkan dan dijual oleh Browne & Sharpe di Melbourne, England. (Leitz Jerman kemudiannya menghasilkan struktur mesin tetap dengan jadual bergerak.

Dalam mesin moden, struktur superstruktur jenis gantri mempunyai dua kaki dan sering dipanggil jambatan. Ini bergerak dengan bebas di sepanjang meja granit dengan satu kaki (sering disebut sebagai kaki dalam) berikutan kereta api panduan yang dilampirkan ke satu sisi meja granit. Kaki yang bertentangan (sering di luar kaki) hanya terletak di atas meja granit berikutan kontur permukaan menegak. Galas udara adalah kaedah yang dipilih untuk memastikan perjalanan bebas geseran. Di dalamnya, udara termampat dipaksa melalui satu siri lubang yang sangat kecil di permukaan galas rata untuk menyediakan kusyen udara yang lancar tetapi terkawal di mana CMM boleh bergerak dengan cara tanpa geseran yang dapat dikompensasi melalui perisian. Pergerakan jambatan atau gantri di sepanjang meja granit membentuk satu paksi satah XY. Jambatan gantri mengandungi kereta yang melintasi antara kaki dalam dan luar dan membentuk paksi X atau Y yang lain. Paksi pergerakan ketiga (paksi z) disediakan oleh penambahan quill atau gelendong menegak yang bergerak ke atas dan ke bawah melalui pusat pengangkutan. Siasatan sentuhan membentuk peranti penderiaan pada akhir quill. Pergerakan paksi x, y dan z sepenuhnya menerangkan sampul pengukur. Jadual putar pilihan boleh digunakan untuk meningkatkan keterampilan probe pengukur kepada bahan kerja yang rumit. Jadual putar sebagai paksi pemacu keempat tidak meningkatkan dimensi pengukur, yang kekal 3D, tetapi ia memberikan tahap fleksibiliti. Sesetengah probe sentuhan sendiri adalah peranti berputar berkuasa dengan hujung siasatan yang dapat berputar secara menegak melalui lebih daripada 180 darjah dan melalui putaran penuh 360 darjah.

CMMS kini juga terdapat dalam pelbagai bentuk lain. Ini termasuk lengan CMM yang menggunakan pengukuran sudut yang diambil pada sendi lengan untuk mengira kedudukan ujung stylus, dan boleh dilengkapi dengan probe untuk pengimbasan laser dan pengimejan optik. CMM lengan sedemikian sering digunakan di mana mudah alih mereka adalah kelebihan ke atas katil tetap tradisional CMMS- Dengan menyimpan lokasi yang diukur, perisian pengaturcaraan juga membolehkan menggerakkan lengan pengukur itu sendiri, dan jumlah pengukurannya, di sekitar bahagian yang akan diukur semasa rutin pengukuran. Kerana lengan CMM meniru fleksibiliti lengan manusia, mereka juga sering dapat mencapai bahagian dalam bahagian kompleks yang tidak dapat disiasat menggunakan mesin tiga paksi standard.

Siasatan mekanikal

Pada hari -hari awal pengukuran koordinat (CMM), probe mekanikal dipasang ke dalam pemegang khas pada akhir quill. Siasatan yang sangat biasa dibuat dengan menyolder bola keras ke hujung batang. Ini sesuai untuk mengukur pelbagai permukaan rata, silinder atau sfera. Probe lain adalah tanah untuk bentuk tertentu, contohnya kuadran, untuk membolehkan pengukuran ciri -ciri khas. Probe ini dipegang secara fizikal terhadap bahan kerja dengan kedudukan dalam ruang yang dibaca dari bacaan digital 3 paksi (DRO) atau, dalam sistem yang lebih maju, yang dilog masuk ke komputer dengan cara footswitch atau peranti yang serupa. Pengukuran yang diambil oleh kaedah hubungan ini sering tidak boleh dipercayai kerana mesin dipindahkan dengan tangan dan setiap pengendali mesin menggunakan sejumlah tekanan pada siasatan atau teknik yang berbeza untuk pengukuran.

Perkembangan selanjutnya adalah penambahan motor untuk memandu setiap paksi. Pengendali tidak lagi perlu menyentuh mesin secara fizikal tetapi boleh memandu setiap paksi menggunakan kotak tangan dengan joysticks dengan cara yang sama seperti dengan kereta kawalan jauh moden. Ketepatan pengukuran dan ketepatan bertambah baik secara dramatik dengan penciptaan probe pencetus sentuhan elektronik. Perintis peranti siasatan baru ini adalah David McMurtry yang kemudiannya membentuk apa yang sekarang Renishaw Plc. Walaupun masih peranti kenalan, siasatan itu mempunyai stylus bola keluli yang dimuatkan musim bunga (kemudian Ruby Ball) stylus. Oleh kerana siasatan menyentuh permukaan komponen, stylus dibelokkan dan secara serentak menghantar maklumat koordinat x, y, z ke komputer. Kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh pengendali individu menjadi lebih sedikit dan panggung ditetapkan untuk pengenalan operasi CNC dan kedatangan umur CMMS.

Probe optik adalah sistem kanta-CCD, yang dipindahkan seperti yang mekanikal, dan bertujuan untuk titik minat, bukannya menyentuh bahan. Imej yang ditangkap permukaan akan tertutup di sempadan tetingkap pengukur, sehingga sisa -sisa itu mencukupi untuk membezakan antara zon hitam dan putih. Kurva pemisah boleh dikira ke titik, yang merupakan titik pengukur yang dikehendaki di ruang angkasa. Maklumat mendatar pada CCD adalah 2D (XY) dan kedudukan menegak adalah kedudukan sistem probing lengkap pada Z-Drive Stand (atau komponen peranti lain).

Mengimbas sistem siasatan

Terdapat model baru yang mempunyai probe yang menyeret di sepanjang permukaan bahagian mengambil titik pada selang tertentu, yang dikenali sebagai pemeriksaan imbasan. Kaedah pemeriksaan CMM ini sering lebih tepat daripada kaedah sentuhan sentuhan konvensional dan kebanyakan masa lebih cepat juga.

Pengimbasan generasi seterusnya, yang dikenali sebagai pengimbasan noncontact, yang termasuk triangulasi titik laser laser berkelajuan tinggi, pengimbasan garis laser, dan pengimbasan cahaya putih, berkembang dengan cepat. Kaedah ini menggunakan sama ada rasuk laser atau cahaya putih yang diproyeksikan terhadap permukaan bahagian. Beribu -ribu mata boleh diambil dan digunakan bukan sahaja untuk memeriksa saiz dan kedudukan, tetapi untuk membuat imej 3D bahagian juga. "Data awan titik" ini kemudiannya boleh dipindahkan ke perisian CAD untuk membuat model 3D yang berfungsi. Pengimbas optik ini sering digunakan pada bahagian lembut atau halus atau untuk memudahkan kejuruteraan terbalik.

Probe Micrometrology

Sistem yang menyelidik untuk aplikasi metrologi microscale adalah satu lagi kawasan baru muncul. Terdapat beberapa mesin pengukur koordinat yang tersedia secara komersil (CMM) yang mempunyai mikrofon yang diintegrasikan ke dalam sistem, beberapa sistem khusus di makmal kerajaan, dan sebilangan platform metrologi yang dibina universiti untuk metrologi mikroskop. Walaupun mesin -mesin ini baik dan dalam banyak kes platform metrologi yang sangat baik dengan skala nanometrik, batasan utama mereka adalah probe mikro/nano yang boleh dipercayai, mantap, berkebolehan.^{[Petikan diperlukan]}Cabaran untuk teknologi probing microscale termasuk keperluan untuk probe nisbah aspek yang tinggi yang memberikan keupayaan untuk mengakses ciri -ciri yang mendalam dan sempit dengan daya hubungan yang rendah supaya tidak merosakkan permukaan dan ketepatan tinggi (tahap nanometer).^{[Petikan diperlukan]}Selain itu, probe microscale mudah terdedah kepada keadaan alam sekitar seperti kelembapan dan interaksi permukaan seperti stik (disebabkan oleh lekatan, meniskus, dan/atau van der Waals antara lain).^{[Petikan diperlukan]}

Teknologi untuk mencapai probing mikroskal termasuk versi Skala Klasik CMM Probes, Probes Optical, dan Probe Gelombang Berdiri antara lain. Walau bagaimanapun, teknologi optik semasa tidak dapat dikurangkan cukup kecil untuk mengukur ciri yang mendalam, sempit, dan resolusi optik dihadkan oleh panjang gelombang cahaya. Pencitraan sinar-X menyediakan gambar ciri tetapi tiada maklumat metrologi yang dapat dikesan.

Prinsip fizikal

Probe optik dan/atau probe laser boleh digunakan (jika mungkin dalam kombinasi), yang mengubah CMMS untuk mengukur mikroskop atau mesin pengukur pelbagai sensor. Sistem unjuran pinggiran, sistem triangulasi theodolite atau sistem laser jauh dan triangulasi tidak dipanggil mesin pengukur, tetapi hasil pengukuran adalah sama: titik ruang. Probe laser digunakan untuk mengesan jarak antara permukaan dan titik rujukan pada akhir rantai kinematik (iaitu: akhir komponen Z-drive). Ini boleh menggunakan fungsi interferometrik, variasi fokus, pesongan cahaya atau prinsip bayang -bayang rasuk.

Mesin mengukur koordinat mudah alih

Manakala CMM tradisional menggunakan siasatan yang bergerak pada tiga paksi Cartesian untuk mengukur ciri-ciri fizikal objek, CMM mudah alih menggunakan senjata yang diartikulasikan atau, dalam hal CMM optik, sistem pengimbasan bebas lengan yang menggunakan kaedah triangulasi optik dan membolehkan kebebasan pergerakan di sekitar objek.

CMM mudah alih dengan lengan yang diartikulasikan mempunyai enam atau tujuh paksi yang dilengkapi dengan encoder berputar, bukannya paksi linear. Lengan mudah alih ringan (biasanya kurang daripada 20 paun) dan boleh dibawa dan digunakan hampir di mana sahaja. Walau bagaimanapun, CMM optik semakin digunakan dalam industri. Direka dengan kamera array linear atau matriks padat (seperti Microsoft Kinect), CMM optik lebih kecil daripada CMM mudah alih dengan lengan, tidak mempunyai wayar, dan membolehkan pengguna dengan mudah mengambil pengukuran 3D dari semua jenis objek yang terletak di mana -mana sahaja.

Aplikasi yang tidak sesuai seperti kejuruteraan terbalik, prototaip pesat, dan pemeriksaan besar-besaran bahagian-bahagian dari semua saiz sangat sesuai untuk CMM mudah alih. Manfaat CMM mudah alih adalah multifold. Pengguna mempunyai fleksibiliti dalam mengambil pengukuran 3D bagi semua jenis bahagian dan di lokasi yang paling jauh/sukar. Mereka mudah digunakan dan tidak memerlukan persekitaran terkawal untuk mengambil ukuran yang tepat. Selain itu, CMM mudah alih cenderung kos kurang daripada CMM tradisional.

Perdagangan yang wujud CMM mudah alih adalah operasi manual (mereka sentiasa memerlukan manusia untuk menggunakannya). Di samping itu, ketepatan keseluruhan mereka boleh agak kurang tepat daripada jenis jambatan CMM dan kurang sesuai untuk beberapa aplikasi.

Multisensor-Measuring Machines

Teknologi CMM tradisional menggunakan probe sentuhan hari ini sering digabungkan dengan teknologi pengukuran yang lain. Ini termasuk sensor laser, video atau cahaya putih untuk memberikan apa yang dikenali sebagai pengukuran multisensor.