Координатаны өлчөөчү машина деген эмне?

Акоордината өлчөөчү машина(CMM) – бул объекттин бетиндеги дискреттик чекиттерди зонд менен сезүү аркылуу физикалык объектилердин геометриясын өлчөөчү түзүлүш. CMMде механикалык, оптикалык, лазердик жана ак жарык сыяктуу ар кандай зонддор колдонулат. Машинага жараша, зонддун абалы оператор тарабынан кол менен же компьютер менен башкарылышы мүмкүн. CMMдер, адатта, зонддун абалын үч өлчөмдүү декарттык координаттар системасындагы (б.а., XYZ октору менен) эталондук абалдан жылдыруу жагынан көрсөтөт. Зондду X, Y жана Z октору боюнча жылдыруудан тышкары, көптөгөн машиналар зонддун бурчун башкарууга мүмкүндүк берет, бул башкача жол менен жетүүгө мүмкүн болбогон беттерди өлчөөгө мүмкүндүк берет.

Типтүү 3D "көпүрө" CMM зонддун үч өлчөмдүү декарттык координаттар системасында бири-бирине ортогоналдуу болгон X, Y жана Z үч октору боюнча кыймылдоосуна мүмкүндүк берет. Ар бир огунда зонддун ошол октогу абалын, адатта, микрометрдик тактык менен көзөмөлдөгөн сенсор бар. Зонд объекттеги белгилүү бир жерге тийгенде (же башкача аныктаганда), машина үч позиция сенсорлорунан үлгү алат, ошентип объекттин бетиндеги бир чекиттин жайгашкан жерин, ошондой эле алынган өлчөөнүн 3 өлчөмдүү векторун өлчөйт. Бул процесс зарылчылыкка жараша кайталанат, зондду ар бир жолу жылдырып, кызыктырган беттик аймактарды сүрөттөгөн "чекит булутун" пайда кылат.

CMMдердин кеңири колдонулушу өндүрүш жана чогултуу процесстеринде тетикти же чогултууну долбоордук максатка ылайык текшерүү болуп саналат. Мындай колдонмолордо чекит булуттары пайда болот, алар функцияларды куруу үчүн регрессиялык алгоритмдер аркылуу талданат. Бул чекиттер оператор тарабынан кол менен же Түз компьютердик башкаруу (ТКБ) аркылуу автоматтык түрдө жайгаштырылган зондду колдонуу менен чогултулат. DCC CMMдери бирдей тетиктерди кайра-кайра өлчөө үчүн программаланышы мүмкүн; ошондуктан автоматташтырылган КБМ - бул өнөр жай роботунун адистештирилген түрү.

Бөлүктөр

Координаталык өлчөөчү машиналар үч негизги компоненттен турат:

• Кыймылдын үч огун камтыган негизги түзүлүш. Кыймылдуу рамканы куруу үчүн колдонулган материал жылдар бою өзгөрүп келген. Алгачкы CMMдерде гранит жана болот колдонулган. Бүгүнкү күндө бардык негизги CMM өндүрүүчүлөрү алюминий эритмесинен же кандайдыр бир туундудан рамкаларды курушат жана ошондой эле сканерлөө колдонмолору үчүн Z огунун катуулугун жогорулатуу үчүн керамиканы колдонушат. Бүгүнкү күндө CMM куруучуларынын аз гана бөлүгү метрологиялык динамиканы жакшыртууга болгон рыноктук талапка жана сапат лабораториясынан тышкары CMM орнотуу тенденциясынын өсүшүнө байланыштуу гранит рамка CMM өндүрүшөт. Адатта, Кытай менен Индиядагы аз көлөмдөгү CMM куруучулары жана ата мекендик өндүрүүчүлөр гана технологиянын төмөндүгүнөн жана CMM рамка куруучу болуу үчүн оңой кирүүдөн улам гранит CMM өндүрүшөт. Сканерлөөгө болгон тенденциянын өсүшү CMM Z огунун катуураак болушун талап кылат жана керамика жана кремний карбиди сыяктуу жаңы материалдар киргизилген.
• Зонддоо системасы
• Маалыматтарды чогултуу жана азайтуу системасы — адатта машина контроллерин, жумушчу стол компьютерин жана тиркеме программасын камтыйт.

Бош орундар

Бул машиналар өзүнчө турган, колго кармалуучу жана көчмө болушу мүмкүн.

Тактык

Координаталык өлчөөчү машиналардын тактыгы, адатта, аралыктан функция катары белгисиздик фактору катары берилет. Тийүү зондун колдонгон CMM үчүн бул зонддун кайталануучулугуна жана сызыктуу масштабдардын тактыгына байланыштуу. Зонддун типтүү кайталануучулугу бүтүндөй өлчөө көлөмү боюнча 0,001 мм же 0,00005 дюйм (ондон бир бөлүгүнүн жарымы) ичинде өлчөөлөргө алып келиши мүмкүн. 3, 3+2 жана 5 огу бар машиналар үчүн зонддор үзгүлтүксүз көзөмөлдөнүүчү стандарттарды колдонуу менен калибрленет жана тактыкты камсыз кылуу үчүн машинанын кыймылы өлчөгүчтөрдү колдонуу менен текшерилет.

Өзгөчө бөлүктөр

Машинанын корпусу

Биринчи CMM 1950-жылдары Шотландиянын Ferranti компаниясы тарабынан аскердик продукцияларындагы так компоненттерди өлчөөнүн түздөн-түз зарылчылыгынын натыйжасында иштелип чыккан, бирок бул машинанын 2 гана огу болгон. Алгачкы 3 октуу моделдер 1960-жылдары пайда боло баштаган (Италиянын DEA) жана компьютердик башкаруу 1970-жылдардын башында пайда болгон, бирок биринчи иштеген CMM Англиянын Мельбурн шаарындагы Browne & Sharpe тарабынан иштелип чыгып, сатыкка коюлган. (Leitz Германия кийинчерээк кыймылдуу стол менен туруктуу машина конструкциясын чыгарган).

Заманбап машиналарда гантри тибиндеги үстүнкү түзүлүштүн эки буту бар жана ал көбүнчө көпүрө деп аталат. Бул гранит столунун бир тарабына бекитилген багыттагыч рельстин артынан бир буту (көбүнчө ички бут деп аталат) менен гранит столунун бою менен эркин жылат. Карама-каршы бут (көбүнчө сырткы бут) жөн гана вертикалдык беттин контуру боюнча гранит столунун үстүндө турат. Аба подшипниктери сүрүлүүсүз жүрүүнү камсыз кылуунун тандалган ыкмасы болуп саналат. Буларда кысылган аба жалпак подшипник бетиндеги бир катар өтө кичинекей тешиктер аркылуу мажбурланып, CMM дээрлик сүрүлүүсүз кыймылдай турган жылмакай, бирок башкарылуучу аба жаздыгын камсыз кылат, бул программалык камсыздоо аркылуу компенсацияланышы мүмкүн. Көпүрөнүн же гантринин гранит столунун бою менен кыймылы XY тегиздигинин бир огун түзөт. Гантринин көпүрөсүндө ички жана тышкы буттардын ортосунда өтүп, башка X же Y горизонталдык огун түзгөн араба бар. Үчүнчү кыймыл огу (Z огу) арабанын борбору аркылуу өйдө жана ылдый жылган вертикалдуу калам же шпиндель кошуу менен камсыз кылынат. Тийүү зонд каламдын учундагы сезүүчү түзүлүштү түзөт. X, Y жана Z окторунун кыймылы өлчөөчү кабыкты толугу менен сүрөттөйт. Өлчөөчү зонддун татаал жумушчу бөлүктөргө жакындыгын жогорулатуу үчүн кошумча айланма столдорду колдонсо болот. Төртүнчү жетектөөчү огу катары айланма стол өлчөө өлчөмдөрүн жакшыртпайт, алар 3D бойдон калат, бирок ал белгилүү бир деңгээлде ийкемдүүлүктү камсыз кылат. Айрым тийүү зонддору өздөрү айланма түзүлүштөр болуп саналат, зонддун учу 180 градустан ашык вертикалдуу жана толук 360 градустук айлануу аркылуу айланта алат.

CMMдер азыр башка ар кандай формаларда да бар. Аларга стилустун учунун абалын эсептөө үчүн колдун муундарында алынган бурчтук өлчөөлөрдү колдонгон CMM колдору кирет жана лазердик сканерлөө жана оптикалык сүрөткө тартуу үчүн зонддор менен жабдылышы мүмкүн. Мындай кол CMMдери көбүнчө салттуу бекитилген керебеттүү CMMдерге караганда алардын көчмөлүүлүгү артыкчылыгы болгон жерлерде колдонулат - өлчөнгөн жерлерди сактоо менен, программалык камсыздоо өлчөөчү колдун өзүн жана анын өлчөө көлөмүн өлчөө учурунда өлчөнө турган бөлүктүн айланасында жылдырууга мүмкүндүк берет. CMM колдору адамдын колунун ийкемдүүлүгүн туурагандыктан, алар көп учурда стандарттуу үч октуу машинаны колдонуп зонддоого мүмкүн болбогон татаал тетиктердин ичине жете алышат.

Механикалык зонд

Координаталык өлчөөнүн (КӨӨ) алгачкы күндөрүндө механикалык зонддор калемдин учундагы атайын кармагычка орнотулган. Катуу шарды валдын учуна ширетүү менен абдан кеңири таралган зонд жасалган. Бул жалпак беттүү, цилиндр формасындагы же тоголок беттердин кеңири диапазонун өлчөө үчүн идеалдуу болгон. Башка зонддор атайын өзгөчөлүктөрдү өлчөөгө мүмкүндүк берүү үчүн белгилүү бир формаларга, мисалы, квадрантка майдаланган. Бул зонддор физикалык жактан жумушчу бөлүккө каршы кармалып, мейкиндиктеги абал 3-октуу санариптик окуудан (DRO) окулган же өркүндөтүлгөн системаларда бутту алмаштыргыч же ушул сыяктуу түзмөк аркылуу компьютерге киргизилген. Бул байланыш ыкмасы менен жүргүзүлгөн өлчөөлөр көп учурда ишенимсиз болгон, анткени машиналар кол менен жылдырылган жана ар бир машина оператору зондго ар кандай басым жасаган же өлчөө үчүн ар кандай ыкмаларды колдонгон.

Андан ары ар бир окту айдоо үчүн моторлордун кошулушу болду. Операторлор мындан ары машинага физикалык жактан тийүүнүн кажети жок болчу, бирок ар бир окту заманбап алыстан башкарылуучу унаалардагыдай эле джойстиктери бар кол кутучасын колдонуп айдай алышкан. Электрондук тийүү триггеринин ойлоп табылышы менен өлчөөнүн тактыгы жана тактыгы кескин жакшырды. Бул жаңы зонд түзмөгүнүн пионери кийинчерээк азыркы Renishaw plc компаниясын түзгөн Дэвид МакМертри болгон. Дагы эле контакттык түзүлүш болгонуна карабастан, зонддо пружиналуу болот шар (кийинчерээк рубин шар) стилусу болгон. Зонд компоненттин бетине тийгенде, стилус бурулуп, ошол эле учурда X, Y, Z координата маалыматын компьютерге жөнөткөн. Жеке операторлордон келип чыккан өлчөө каталары азайып, CNC операцияларын киргизүү жана CMMдердин жаралышы үчүн шарттар түзүлгөн.

Оптикалык зонддор – бул механикалык зонддор сыяктуу жылдырылган жана материалга тийүүнүн ордуна, кызыгуу чекитине багытталган линза-CCD системалары. Беттин тартылган сүрөтү калдык кара жана ак зоналардын ортосундагы контрастка жетиштүү болгонго чейин өлчөө терезесинин чектеринде сакталат. Бөлүүчү ийри сызыкты мейкиндиктеги керектүү өлчөө чекити болгон чекитке чейин эсептөөгө болот. CCDдеги горизонталдык маалымат 2D (XY), ал эми вертикалдык абал – бул толук зонддоо системасынын стенддеги Z-дисктеги (же башка түзмөктүн компонентиндеги) абалы.

Сканерлөөчү зонд системалары

Белгиленген аралыктарда бөлүктүн бети боюнча сүйрөлүп турган зонддору бар жаңы моделдер бар, алар сканерлөөчү зонддор деп аталат. CMM текшерүүсүнүн бул ыкмасы көбүнчө кадимки тийүү-зонд ыкмасына караганда такыраак жана көпчүлүк учурда тезирээк.

Кийинки муундагы сканерлөө, жогорку ылдамдыктагы лазердик бир чекиттүү триангуляцияны, лазердик сызык менен сканерлөөнү жана ак жарыкты сканерлөөнү камтыган контактсыз сканерлөө деп аталган ыкма абдан тездик менен өнүгүп жатат. Бул ыкма бөлүктүн бетине проекцияланган лазердик нурларды же ак жарыкты колдонот. Андан кийин миңдеген чекиттерди алып, алардын өлчөмүн жана абалын текшерүү үчүн гана эмес, бөлүктүн 3D сүрөтүн түзүү үчүн да колдонсо болот. Андан кийин бул "чекит-булут маалыматтарын" CAD программасына өткөрүп, бөлүктүн иштөөчү 3D моделин түзүүгө болот. Бул оптикалык сканерлер көбүнчө жумшак же назик бөлүктөрдө же тескери инженерияны жеңилдетүү үчүн колдонулат.

Микрометрологиялык зонддор

Микромасштабдуу метрология колдонмолору үчүн зонддоо системалары дагы бир жаңы багыт болуп саналат. Системага интеграцияланган микрозонду бар бир нече коммерциялык жактан жеткиликтүү координаталык өлчөө машиналары (CMM), мамлекеттик лабораториялардагы бир нече адистештирилген системалар жана микромасштабдуу метрология үчүн университеттер тарабынан курулган метрологиялык платформалар бар. Бул машиналар нанометриялык масштабдары бар жакшы жана көп учурларда эң сонун метрологиялык платформалар болгону менен, алардын негизги чектөөсү ишенимдүү, бекем, жөндөмдүү микро/нанозонд болуп саналат.^{[цитата керек]}Микромасштабдуу зонддоо технологияларынын кыйынчылыктарына бетке зыян келтирбөө үчүн аз контакт күчтөрү менен терең, кууш бөлүктөргө жетүү мүмкүнчүлүгүн берген жана жогорку тактыкта ​​(нанометрдик деңгээлде) жогорку аспект катышына ээ зонддун зарылдыгы кирет.^{[цитата керек]}Мындан тышкары, микромасштабдуу зонддор нымдуулук жана жабышуу (адгезия, мениск жана/же Ван-дер-Ваальс күчтөрүнөн улам пайда болгон) сыяктуу беттик өз ара аракеттенүүлөр сыяктуу айлана-чөйрөнүн шарттарына сезгич келет.^{[цитата керек]}

Микромасштабдуу зонддоону ишке ашыруучу технологияларга классикалык CMM зонддорунун кичирейтилген версиясы, оптикалык зонддор жана башкалардын катарында турган толкун зонд кирет. Бирок, азыркы оптикалык технологиялар терең, кууш өзгөчөлүктү өлчөө үчүн жетиштүү деңгээлде кичине масштабдала албайт жана оптикалык чечилиш жарыктын толкун узундугу менен чектелет. Рентген сүрөтү өзгөчөлүктүн сүрөтүн берет, бирок метрологиялык маалыматты көзөмөлдөй албайт.

Физикалык принциптер

Оптикалык зонддор жана/же лазердик зонддор (мүмкүн болсо айкалыштырып) колдонулушу мүмкүн, алар CMMдерди өлчөөчү микроскопторго же көп сенсорлуу өлчөөчү машиналарга айландырат. Фринж проекциялык системалары, теодолиттик триангуляция системалары же лазердик алыскы жана триангуляциялык системалар өлчөөчү машиналар деп аталбайт, бирок өлчөөнүн жыйынтыгы бирдей: мейкиндик чекити. Лазердик зонддор кинематикалык чынжырдын учундагы бет менен шилтеме чекитинин ортосундагы аралыкты аныктоо үчүн колдонулат (б.а.: Z-кыймылдаткыч компонентинин учунда). Бул интерферометриялык функцияны, фокустун өзгөрүшүн, жарыктын бурулушун же нурдун көлөкөсүн чагылдыруу принцибин колдоно алат.

Көчмө координата өлчөөчү машиналар

Салттуу CMMлер объекттин физикалык мүнөздөмөлөрүн өлчөө үчүн үч декарттык огу боюнча кыймылдаган зондду колдонсо, көчмө CMMлер муунтулган колдорду же оптикалык CMM учурунда оптикалык триангуляция ыкмаларын колдонгон жана объекттин айланасында толук эркин кыймылдоону камсыз кылган колсуз сканерлөө системаларын колдонушат.

Муунтулган рычагдары бар көчмө CMMдердин сызыктуу октордун ордуна айланма коддогучтар менен жабдылган алты же жети огу бар. Көчмө рычагдар жеңил (адатта 20 фунттан аз) жана аларды дээрлик бардык жерде көтөрүп жүрүүгө жана колдонууга болот. Бирок, оптикалык CMMдер тармакта барган сайын көбүрөөк колдонулууда. Компакттуу сызыктуу же матрицалык массивдик камералар (Microsoft Kinect сыяктуу) менен иштелип чыккан оптикалык CMMдер рычагдары бар көчмө CMMдерге караганда кичирээк, зымдары жок жана колдонуучуларга дээрлик бардык жерде жайгашкан бардык типтеги объектилердин 3D өлчөөлөрүн оңой алууга мүмкүндүк берет.

Тескери инженерия, тез прототиптөө жана ар кандай өлчөмдөгү тетиктерди ири масштабдуу текшерүү сыяктуу айрым кайталанбаган колдонмолор көчмө CMMдер үчүн идеалдуу. Көчмө CMMдердин артыкчылыктары көп кырдуу. Колдонуучулар бардык типтеги тетиктердин 3D өлчөөлөрүн жана эң алыскы/кыйын жерлерде жүргүзүү мүмкүнчүлүгүнө ээ. Аларды колдонуу оңой жана так өлчөөлөрдү жүргүзүү үчүн башкарылуучу чөйрөнү талап кылбайт. Андан тышкары, көчмө CMMдер салттуу CMMдерге караганда арзаныраак болот.

Портативдик CMMдердин табигый компромисси - бул кол менен иштетүү (аларды колдонуу үчүн ар дайым адам керек). Мындан тышкары, алардын жалпы тактыгы көпүрө тибиндеги CMMге караганда бир аз төмөн болушу мүмкүн жана кээ бир колдонмолор үчүн анча ылайыктуу эмес.

Көп сенсорлуу өлчөөчү машиналар

Сенсордук зонддорду колдонгон салттуу CMM технологиясы бүгүнкү күндө көп учурда башка өлчөө технологиялары менен айкалыштырылган. Буга көп сенсордук өлчөө деп аталган нерсени камсыз кылуу үчүн лазердик, видео же ак жарык сенсорлору кирет.