Apakah mesin pengukur koordinat?

Amesin pengukur koordinat(CMM) ialah peranti yang mengukur geometri objek fizikal dengan mengesan titik diskret pada permukaan objek dengan probe.Pelbagai jenis probe digunakan dalam CMM, termasuk mekanikal, optik, laser dan cahaya putih.Bergantung pada mesin, kedudukan kuar mungkin dikawal secara manual oleh pengendali atau ia mungkin dikawal oleh komputer.CMM lazimnya menentukan kedudukan probe dari segi anjakannya daripada kedudukan rujukan dalam sistem koordinat Cartesan tiga dimensi (iaitu, dengan paksi XYZ).Selain menggerakkan probe di sepanjang paksi X, Y dan Z, banyak mesin juga membenarkan sudut probe dikawal untuk membolehkan pengukuran permukaan yang mungkin tidak dapat dicapai.

CMM "jambatan" 3D yang tipikal membenarkan pergerakan kuar di sepanjang tiga paksi, X, Y dan Z, yang berortogon antara satu sama lain dalam sistem koordinat Cartesan tiga dimensi.Setiap paksi mempunyai penderia yang memantau kedudukan probe pada paksi itu, biasanya dengan ketepatan mikrometer.Apabila siasatan bersentuhan (atau sebaliknya mengesan) lokasi tertentu pada objek, mesin mengambil sampel tiga penderia kedudukan, dengan itu mengukur lokasi satu titik pada permukaan objek, serta vektor 3 dimensi pengukuran yang diambil.Proses ini diulang seperti yang diperlukan, menggerakkan probe setiap kali, untuk menghasilkan "awan titik" yang menerangkan kawasan permukaan yang menarik.

Penggunaan biasa CMM 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.Mata ini dikumpul dengan menggunakan probe yang diletakkan secara manual oleh operator atau secara automatik melalui Direct Computer Control (DCC).CMM DCC boleh diprogramkan untuk mengukur bahagian yang sama berulang kali;oleh itu CMM automatik ialah bentuk robot perindustrian khusus.

bahagian

Mesin pengukur koordinat merangkumi tiga komponen utama:

• Struktur utama yang merangkumi tiga paksi gerakan.Bahan yang digunakan untuk membina bingkai bergerak telah berbeza-beza selama bertahun-tahun.Granit dan keluli telah digunakan dalam CMM awal.Hari ini semua pengeluar CMM utama membina bingkai daripada aloi aluminium atau beberapa terbitan dan juga menggunakan seramik untuk meningkatkan kekukuhan paksi Z untuk aplikasi pengimbasan.Beberapa pembina CMM hari ini masih mengeluarkan CMM rangka granit kerana keperluan pasaran untuk dinamik metrologi yang dipertingkatkan dan peningkatan trend untuk memasang CMM di luar makmal kualiti.Biasanya hanya pembina CMM volum rendah dan pengeluar domestik di China dan India masih mengeluarkan 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 menjadi lebih kaku dan bahan baharu telah diperkenalkan seperti seramik dan silikon karbida.
• Sistem probing
• Sistem pengumpulan dan pengurangan data — biasanya termasuk pengawal mesin, komputer meja dan perisian aplikasi.

Ketersediaan

Mesin ini boleh berdiri bebas, pegang tangan dan mudah alih.

Ketepatan

Ketepatan mesin ukuran koordinat biasanya diberikan sebagai faktor ketidakpastian sebagai fungsi ke atas jarak.Untuk CMM yang menggunakan probe sentuh, ini berkaitan dengan kebolehulangan probe dan ketepatan skala linear.Kebolehulangan probe biasa boleh menghasilkan pengukuran dalam lingkungan .001mm atau .00005 inci (setengah persepuluh) ke atas keseluruhan volum pengukuran.Untuk mesin paksi 3, 3+2 dan 5, probe ditentukur secara rutin menggunakan piawaian yang boleh dikesan dan pergerakan mesin disahkan menggunakan tolok untuk memastikan ketepatan.

Bahagian tertentu

Badan mesin

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

Dalam mesin moden, superstruktur jenis gantri mempunyai dua kaki dan sering dipanggil jambatan.Ini bergerak bebas di sepanjang meja granit dengan satu kaki (sering dirujuk sebagai kaki dalam) mengikut rel panduan yang dipasang pada satu sisi meja granit.Kaki bertentangan (selalunya kaki luar) hanya terletak di atas meja granit mengikut kontur permukaan menegak.Galas udara adalah kaedah yang dipilih untuk memastikan perjalanan bebas geseran.Dalam ini, udara termampat dipaksa melalui satu siri lubang yang sangat kecil di permukaan galas rata untuk menyediakan kusyen udara yang licin tetapi terkawal di mana CMM boleh bergerak dalam cara yang hampir tanpa geseran yang boleh dikompensasikan melalui perisian.Pergerakan jambatan atau gantri di sepanjang meja granit membentuk satu paksi satah XY.Jambatan gantri mengandungi gerabak yang melintasi antara kaki dalam dan luar dan membentuk paksi mendatar X atau Y yang lain.Paksi ketiga pergerakan (paksi Z) disediakan dengan penambahan bulu atau gelendong menegak yang bergerak ke atas dan ke bawah melalui pusat gerabak.Siasatan sentuh membentuk peranti penderiaan pada hujung bulu.Pergerakan paksi X, Y dan Z menerangkan sepenuhnya sampul pengukur.Meja putar pilihan boleh digunakan untuk meningkatkan kebolehdekatan probe pengukur kepada bahan kerja yang rumit.Meja putar sebagai paksi pemacu keempat tidak meningkatkan dimensi pengukuran, yang kekal 3D, tetapi ia memberikan tahap fleksibiliti.Sesetengah kuar sentuh ialah peranti berputar yang dikuasakan dengan hujung kuar boleh berpusing secara menegak melalui lebih daripada 180 darjah dan melalui putaran penuh 360 darjah.

CMM kini juga tersedia dalam pelbagai bentuk lain.Ini termasuk lengan CMM yang menggunakan ukuran sudut yang diambil pada sambungan lengan untuk mengira kedudukan hujung stylus, dan boleh dilengkapi dengan probe untuk pengimbasan laser dan pengimejan optik.CMM lengan sedemikian sering digunakan di mana kemudahalihannya adalah kelebihan berbanding CMM katil tetap tradisional- dengan menyimpan lokasi yang diukur, perisian pengaturcaraan juga membenarkan menggerakkan lengan pengukur itu sendiri, dan volum pengukurannya, di sekeliling bahagian yang akan diukur semasa rutin pengukuran.Oleh kerana lengan CMM meniru fleksibiliti lengan manusia, ia 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 telah dipasang ke dalam pemegang khas pada hujung bulu.Siasatan yang sangat biasa dibuat dengan mematerikan bola keras ke hujung aci.Ini sesuai untuk mengukur keseluruhan julat muka rata, permukaan silinder atau sfera.Probe lain dikisar kepada bentuk tertentu, contohnya kuadran, untuk membolehkan pengukuran ciri khas.Probe ini dipegang secara fizikal pada bahan kerja dengan kedudukan dalam ruang dibaca daripada bacaan digital 3 paksi (DRO) atau, dalam sistem yang lebih maju, dilog masuk ke komputer melalui suis kaki atau peranti serupa.Pengukuran yang diambil dengan kaedah sentuhan ini selalunya tidak boleh dipercayai kerana mesin digerakkan dengan tangan dan setiap operator mesin menggunakan jumlah tekanan yang berbeza pada probe atau menggunakan teknik yang berbeza untuk pengukuran.

Perkembangan selanjutnya ialah penambahan motor untuk memandu setiap paksi.Pengendali tidak lagi perlu menyentuh mesin secara fizikal tetapi boleh memacu setiap paksi menggunakan kotak tangan dengan kayu bedik dengan cara yang sama seperti kereta kawalan jauh moden.Ketepatan dan ketepatan pengukuran bertambah baik secara mendadak dengan penciptaan probe pencetus sentuhan elektronik.Perintis peranti siasatan baharu ini ialah David McMurtry yang kemudiannya membentuk apa yang kini dikenali sebagai Renishaw plc.Walaupun masih peranti sesentuh, probe itu mempunyai stylus bola keluli bermuatan spring (kemudian bola delima).Apabila probe menyentuh permukaan komponen, stylus terpesong dan pada masa yang sama menghantar maklumat koordinat X,Y,Z ke komputer.Ralat pengukuran yang disebabkan oleh pengendali individu menjadi lebih sedikit dan peringkat telah ditetapkan untuk pengenalan operasi CNC dan kedatangan umur CMM.

Probe optik ialah sistem lensa-CCD, yang digerakkan seperti yang mekanikal, dan ditujukan pada tempat yang menarik, bukannya menyentuh bahan.Imej permukaan yang ditangkap akan disertakan dalam sempadan tetingkap pengukur, sehingga sisanya mencukupi untuk membezakan antara zon hitam dan putih.Lengkung pembahagi boleh dikira ke satu titik, iaitu titik pengukur yang dikehendaki dalam ruang.Maklumat mendatar pada CCD ialah 2D (XY) dan kedudukan menegak ialah kedudukan sistem probing lengkap pada pemacu Z pendirian (atau komponen peranti lain).

Mengimbas sistem probe

Terdapat model baharu yang mempunyai probe yang menyeret sepanjang permukaan bahagian yang mengambil titik pada selang waktu tertentu, yang dikenali sebagai probe pengimbasan.Kaedah pemeriksaan CMM ini selalunya lebih tepat daripada kaedah kuar sentuh konvensional dan selalunya lebih pantas juga.

Pengimbasan generasi seterusnya, yang dikenali sebagai pengimbasan tanpa sentuh, yang merangkumi triangulasi titik tunggal laser berkelajuan tinggi, pengimbasan garisan laser dan pengimbasan cahaya putih, sedang berkembang dengan sangat cepat.Kaedah ini menggunakan sama ada pancaran laser atau cahaya putih yang dipancarkan ke permukaan bahagian tersebut.Beribu-ribu mata kemudiannya boleh diambil dan digunakan bukan sahaja untuk menyemak saiz dan kedudukan, tetapi untuk mencipta imej 3D bahagian itu juga."Data awan-titik" ini kemudiannya boleh dipindahkan ke perisian CAD untuk mencipta model 3D yang berfungsi bagi bahagian tersebut.Pengimbas optik ini sering digunakan pada bahagian lembut atau halus atau untuk memudahkan kejuruteraan terbalik.

Kuar mikrometrologi

Sistem penyiasatan untuk aplikasi metrologi skala mikro adalah satu lagi bidang yang sedang berkembang.Terdapat beberapa mesin pengukur koordinat (CMM) yang tersedia secara komersial yang mempunyai mikroprob yang disepadukan ke dalam sistem, beberapa sistem khusus di makmal kerajaan, dan sebarang bilangan platform metrologi yang dibina oleh universiti untuk metrologi skala mikro.Walaupun mesin ini bagus dan dalam kebanyakan kes, platform metrologi yang sangat baik dengan skala nanometrik, had utamanya ialah kuar mikro/nano yang boleh dipercayai, teguh dan berkebolehan.^{[rujukan diperlukan]}Cabaran untuk teknologi probing skala mikro termasuk keperluan untuk kuar nisbah aspek tinggi yang memberikan keupayaan untuk mengakses ciri yang dalam dan sempit dengan daya sentuhan yang rendah supaya tidak merosakkan permukaan dan ketepatan tinggi (paras nanometer).^{[rujukan diperlukan]}Selain itu, probe skala mikro terdedah kepada keadaan persekitaran seperti kelembapan dan interaksi permukaan seperti stik (disebabkan oleh lekatan, meniskus dan/atau daya Van der Waals antara lain).^{[rujukan diperlukan]}

Teknologi untuk mencapai kuar skala mikro termasuk versi kuar CMM klasik yang dikecilkan, kuar optik dan kuar gelombang berdiri antara lain.Walau bagaimanapun, teknologi optik semasa tidak boleh berskala cukup kecil untuk mengukur ciri dalam, sempit, dan resolusi optik dihadkan oleh panjang gelombang cahaya.Pengimejan sinar-X memberikan gambaran ciri tetapi tiada maklumat metrologi yang boleh dikesan.

Prinsip fizikal

Kuar optik dan/atau kuar laser boleh digunakan (jika boleh dalam kombinasi), yang menukar CMM kepada mikroskop pengukur atau mesin pengukur berbilang sensor.Sistem unjuran pinggir, sistem triangulasi teodolit atau sistem jauh laser dan triangulasi tidak dipanggil mesin pengukur, tetapi hasil pengukuran adalah sama: titik ruang.Kuar laser digunakan untuk mengesan jarak antara permukaan dan titik rujukan pada hujung rantai kinematik (iaitu: hujung komponen pemacu Z).Ini boleh menggunakan fungsi interferometrik, variasi fokus, pesongan cahaya atau prinsip pembayang rasuk.

Mesin pengukur koordinat mudah alih

Manakala CMM tradisional menggunakan probe yang bergerak pada tiga paksi Cartesian untuk mengukur ciri fizikal objek, CMM mudah alih menggunakan sama ada lengan artikulasi atau, dalam kes CMM optikal, sistem pengimbasan tanpa lengan yang menggunakan kaedah triangulasi optik dan membolehkan kebebasan pergerakan sepenuhnya sekeliling objek.

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

Aplikasi tidak berulang tertentu seperti kejuruteraan terbalik, prototaip pantas dan pemeriksaan berskala besar bagi bahagian semua saiz adalah sesuai untuk CMM mudah alih.Faedah CMM mudah alih adalah berlipat kali ganda.Pengguna mempunyai fleksibiliti dalam mengambil ukuran 3D semua jenis bahagian dan di lokasi yang paling jauh/sukar.Ia mudah digunakan dan tidak memerlukan persekitaran terkawal untuk mengambil ukuran yang tepat.Selain itu, CMM mudah alih cenderung lebih murah daripada CMM tradisional.

Tukar ganti yang wujud bagi CMM mudah alih adalah operasi manual (mereka sentiasa memerlukan manusia untuk menggunakannya).Di samping itu, ketepatan keseluruhannya mungkin agak kurang tepat berbanding CMM jenis jambatan dan kurang sesuai untuk sesetengah aplikasi.

Mesin pengukur multisensor

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