Mi a koordináta mérőgép?

Akoordináta mérőgépA (CMM) egy olyan eszköz, amely méri a fizikai objektumok geometriáját azáltal, hogy diszkrét pontokat érzékel az objektum felületén egy szondával. Különböző típusú szondákat használnak a CMM -ekben, beleértve a mechanikus, optikai, lézer és fehér fényt. A géptől függően a szonda helyzetét kézzel vezérelheti, vagy számítógépes vezérlés lehet. A CMM-ek általában meghatározzák a szonda helyzetét annak szempontjából, hogy elmozduljon a referenciapozícióból egy háromdimenziós derékszögű koordinátarendszerben (azaz XYZ tengelyekkel). A szonda X, Y és Z tengelyek mentén történő mozgatása mellett sok gép lehetővé teszi a szonda szögének szabályozását is, hogy lehetővé tegyék a felületek mérését, amelyek egyébként elérhetetlenek lennének.

A tipikus 3D „híd” CMM lehetővé teszi a szonda mozgását három tengely, X, Y és Z mentén, amelyek egymással ortogonálisak egy háromdimenziós derékszögű koordinátarendszerben. Mindegyik tengelynek van olyan érzékelője, amely figyeli a szonda helyzetét az adott tengelyen, általában mikrométer pontossággal. Amikor a szonda érintkezik (vagy egyéb módon észlel) egy adott helyet az objektumon, a gép mintát veszi a három helyzetérzékelőből, ezáltal megméri az egy pont helyét az objektum felületén, valamint a mérés háromdimenziós vektorát. Ezt a folyamatot szükség szerint megismételjük, minden alkalommal mozgatva a szondát, hogy „pontfelhő” legyen, amely leírja az érdeklődésre számot tartó felületet.

A CMM -ek gyakori felhasználása a gyártási és összeszerelési folyamatokban egy rész vagy összeszerelés tesztelése a tervezési szándékkal szemben. Az ilyen alkalmazásokban pontfelhők generálnak, amelyeket regressziós algoritmusokon keresztül elemezünk a jellemzők felépítésére. Ezeket a pontokat olyan szonda segítségével gyűjtik össze, amelyet egy operátor manuálisan helyez el, vagy automatikusan a Direct Computer Control (DCC) segítségével. A DCC CMM -ek programozhatók az azonos alkatrészek ismételt mérésére; Így az automatizált CMM az ipari robot speciális formája.

Alkatrészek

A koordináta-mérőgépek három fő alkatrészt tartalmaznak:

• A fő szerkezet, amely három mozgási tengelyt tartalmaz. A mozgó keret felépítéséhez használt anyag az évek során változott. A gránitot és acélt használták a korai CMM -ekben. Manapság az összes fő CMM -gyártó alumíniumötvözetből vagy valamilyen származékból készít keretet, és kerámia is használja a Z tengely merevségét az alkalmazások szkenneléséhez. Kevés CMM -építő manapság még mindig gyártja a gránit keretet CMM -et, mivel a javított metrológiai dinamika és a CMM növekvő tendenciája a minőségi laboratóriumon kívüli telepítésre kerül. Általában csak az alacsony volumenű CMM építők és a háztartási gyártók Kínában és Indiában továbbra is a gránit CMM -et gyártják az alacsony technológiai megközelítés és az egyszerű belépés miatt, hogy CMM keretkészítővé váljanak. A szkennelés növekvő tendenciája megkönnyíti a CMM Z tengelyét is merevebbnek, és új anyagokat vezettek be, például a kerámia és a szilícium -karbidot.
• Szondázási rendszer
• Adatgyűjtési és redukciós rendszer - Általában magában foglalja a gépvezérlőt, az asztali számítógépet és az alkalmazás szoftvert.

Rendelkezésre állás

Ezek a gépek lehetnek szabadon álló, kézi és hordozhatóak.

Pontosság

A koordináta -mérőgépek pontosságát általában bizonytalansági tényezőként adják meg, mint a távolságon túli függvényt. Egy érintőképességű CMM esetén ez a szonda megismételhetőségére és a lineáris skálák pontosságára vonatkozik. A tipikus szonda megismételhetősége 0,001 mm vagy 0,00005 hüvelyk (fél tizedik) mérését eredményezheti a teljes mérési térfogaton. A 3, 3+2 és 5 tengelyes gépeknél a szondákat nyomon követhető szabványok alapján rutinszerűen kalibrálják, és a gép mozgását mérőeszközökkel igazolják a pontosság biztosítása érdekében.

Meghatározott alkatrészek

Géptest

Az első CMM -et a Skócia Ferranti Company fejlesztette ki az 1950 -es években, mivel a katonai termékek precíziós alkatrészeinek közvetlen mérésére van szükségük, bár ennek a gépnek csak 2 tengelye volt. Az első 3 tengelyes modellek az 1960-as években kezdtek megjelenni (az Olaszország DEA), és a számítógépes ellenőrzés az 1970-es évek elején debütált, de az első dolgozó CMM-et a Browne & Sharpe fejlesztette ki, és eladásra került az angliai Melbourne-ben. (A Leitz Németország ezt követően rögzített gépszerkezetet készített mozgó asztaltal.

A modern gépekben a portál típusú felépítménynek két lába van, és gyakran hídnak hívják. Ez szabadon mozog a gránit asztal mentén, az egyik lábával (amelyet gyakran belső lábnak neveznek) a gránit asztal egyik oldalához rögzített vezető sín után. Az ellenkező láb (gyakran a külső láb) egyszerűen a granitasztalon nyugszik, a függőleges felületi kontúr után. A levegőcsapágyak a választott módszer a súrlódásmentes utazás biztosítására. Ezekben a sűrített levegőt nagyon kicsi lyukak sorozatán keresztül kényszerítik egy lapos csapágyfelületen, hogy sima, de szabályozott légpárnát biztosítsanak, amelyen a CMM közel súrlódás nélküli módon mozoghat, amely a szoftveren keresztül kompenzálható. A híd vagy a portál mozgása a gránit asztal mentén az XY sík egy tengelyét képezi. A portál hídja olyan kocsit tartalmaz, amely a belső és a külső lábak között áthalad, és a másik X vagy Y vízszintes tengelyt képezi. A mozgás harmadik tengelyét (Z tengely) egy függőleges tekercs vagy orsó hozzáadásával biztosítják, amely felfelé és lefelé mozog a kocsi közepén. Az érintőszonda az érzékelő eszközt képezi a tekercs végén. Az X, Y és Z tengelyek mozgása teljes mértékben leírja a mérő borítékot. Az opcionális forgóasztalok felhasználhatók a mérőszonda megközelíthetőségének fokozására a bonyolult munkadarabokhoz. A forgóasztal negyedik meghajtó tengelye nem növeli a 3D -s maradék mérési méreteit, de bizonyos fokú rugalmasságot biztosít. Egyes érintőképességű szondák maguk is táplálják a forgóeszközöket, és a szonda hegye függőlegesen elforgatható, több mint 180 fokon és teljes 360 fokos forgáson keresztül.

A CMM -ek már számos más formában is kaphatók. Ide tartoznak a CMM -karok, amelyek a kar ízületein vett szögméréseket használják a ceruza hegy helyzetének kiszámításához, és szondákkal felszerelhetők a lézeres szkenneléshez és az optikai képalkotáshoz. Az ilyen ARM CMM-eket gyakran használják, ha hordozhatósága előnyt jelent a hagyományos rögzített ágy CMM-ekkel szemben- a mért helyek tárolásával a programozási szoftver lehetővé teszi a mérő kar mozgatását és annak mérési térfogatát, az alkatrész körül mérni a mérési rutin alatt. Mivel a CMM -karok utánozzák az emberi kar rugalmasságát, gyakran képesek elérni a komplex alkatrészek belsejét is, amelyet nem lehetett egy szabványos háromtengelyes géppel vizsgálni.

Mechanikus szonda

A koordináta -mérés (CMM) korai napjaiban a mechanikus szondákat egy speciális tartóba illesztettük a Quill végén. Nagyon gyakori szondát készítettünk úgy, hogy kemény golyót forrasztunk a tengely végére. Ez ideális volt a lapos arc, a hengeres vagy gömb alakú felületek egész skálájának mérésére. Más szondákat specifikus formákra, például egy kvadránsra őrölték, hogy lehetővé tegyék a speciális jellemzők mérését. Ezeket a szondákat fizikailag a munkadarab ellen tartották, és az űrben egy 3 tengelyes digitális leolvasásból (DRO), vagy fejlettebb rendszerekben olvashatók, lábkapcsoló vagy hasonló eszköz segítségével bejelentkezve. Az ezzel az érintkezési módszerrel végzett mérések gyakran megbízhatatlanok voltak, mivel a gépeket kézzel mozgatták, és minden gépkezelő eltérő nyomást gyakorolt ​​a szondára, vagy eltérő technikákat alkalmazott a méréshez.

További fejlesztés volt a motorok hozzáadása az egyes tengelyek vezetéséhez. Az operátoroknak már nem kellett fizikailag megérinteniük a gépet, hanem az egyes tengelyeket egy joysticks kézbox segítségével meghajthatják, ugyanúgy, mint a modern távvezérelt autók esetében. A mérési pontosság és a pontosság drasztikusan javult az elektronikus érintőképesség -szonda feltalálásával. Ennek az új szonda eszköznek az úttörője David McMurtry volt, aki később a Renishaw PLC -nek alakította ki. Noha a szonda még mindig érintkezési eszközzel, rugóval töltött acélgolyóval (később Ruby Ball) ceruza volt. Ahogy a szonda megérintette az alkatrész felületét, az érintőceruza elhajolt, és egyidejűleg elküldte az X, Y, Z koordináta információkat a számítógépre. Az egyes operátorok által okozott mérési hibák kevesebbé váltak, és a CNC műveletek bevezetésére és a CMM -ek életkorának bevezetésére álltak.

Az optikai szondák lencse-CCD-rendszerek, amelyek úgy mozognak, mint a mechanikus, és az anyag megérintése helyett az érdeklődésre számot tartó célokra irányulnak. A felület rögzített képét a mérőablak határaiba zárják, amíg a maradék nem megfelelő a fekete -fehér zónák közötti kontraszthoz. Az elválasztó görbe egy pontig kiszámítható, amely az űrben a kívánt mérési pont. A CCD vízszintes információi 2D (XY), és a függőleges helyzet a teljes szondázó rendszer helyzete a Z-D-Drive (vagy más eszközösszetevő) állványon.

Szonda szonda rendszerek

Vannak olyan újabb modellek, amelyek olyan szondákkal rendelkeznek, amelyek az alkatrész felszínén húzódnak, pontokat vesznek meghatározott időközönként, az úgynevezett szkennelési szondák néven. Ez a CMM ellenőrzési módszer gyakran pontosabb, mint a hagyományos érintőképességű módszer, és a legtöbbször is gyorsabb.

A szkennelés következő generációja, az úgynevezett nem érintkezéses szkennelés, amely magában foglalja a nagysebességű lézeres egypontos háromszögelést, a lézervonal -szkennelést és a White Light szkennelést, nagyon gyorsan halad. Ez a módszer lézernyalábokat vagy fehér fényt használ, amelyek az alkatrész felületére vetítik őket. Ezután sok ezer pontot lehet venni, és nemcsak a méret és a helyzet ellenőrzésére, hanem a rész 3D -s képének létrehozására is felhasználható. Ez a „pont-felhő adatok” ezután átvihetők a CAD szoftverbe, hogy létrehozzák az alkatrész működését. Ezeket az optikai szkennereket gyakran puha vagy finom alkatrészeken használják, vagy hogy megkönnyítsék a fordított tervezést.

Mikrometrológiai szondák

A mikroskála metrológiai alkalmazások szondázó rendszerei egy másik feltörekvő terület. Számos kereskedelemben kapható koordináta-mérőgép (CMM) van, amelyek mikroprobe-vel vannak integrálva a rendszerbe, számos speciális rendszert a kormánylaboratóriumokban és bármilyen számú egyetemi építésű metrológiai platformot a mikroskála metrológiához. Noha ezek a gépek jók és sok esetben kiváló metrológiai platformok nanometrikus skálákkal, elsődleges korlátozásuk megbízható, robusztus, képes mikro/nano szonda.^{[Idézet szükséges]}A mikroszkála szondázási technológiák kihívásai között szerepel a magas képarányú szonda szükségessége, amely lehetővé teszi a mély, keskeny tulajdonságok elérésének képességét, hogy az alacsony érintkezési erőkkel ne károsítsák a felületet és a nagy pontosságot (nanométerszint).^{[Idézet szükséges]}Ezenkívül a mikroskála szondák érzékenyek a környezeti feltételekre, például a páratartalomra és a felületi kölcsönhatásokra, például a sújtságra (adhézió, meniszkusz és/vagy van der Waals erők által okozott erők).^{[Idézet szükséges]}

A mikroskála szondázásának elérésére szolgáló technológiák között szerepel többek között a klasszikus CMM szondák, az optikai szondák és az állóhullámú szonda. A jelenlegi optikai technológiákat azonban nem lehet elég kicsi méretezni a mély, keskeny tulajdonság méréséhez, és az optikai felbontást a fény hullámhossza korlátozza. A röntgen képalkotás képet nyújt a szolgáltatásról, de nincs nyomon követhető metrológiai információk.

Fizikai alapelvek

Optikai szondák és/vagy lézeres szondák használhatók (ha lehetséges kombinációban), amelyek a CMM-eket mikroszkópok vagy multi-érzékelő mérőgépek mérésére változtatják. A béren kívüli vetületrendszereket, a teodolit háromszögelési rendszereket vagy a lézer távoli és háromszögelési rendszereket nem hívják mérőgépeknek, de a mérési eredmény ugyanaz: egy űrpont. A lézeres szondákat a felület és a kinematikus lánc végén található referenciapont (azaz a Z-meghajtó komponens vége) kimutatására használják. Ez használhat interferometriai függvényt, fókuszváltozást, fény eltérést vagy egy sugár árnyékolás elvét.

Hordozható koordináta-mérőgépek

Míg a hagyományos CMM-ek olyan szondát használnak, amely három derékszögű tengelyen mozog az objektum fizikai tulajdonságainak mérésére, a hordozható CMM-ek vagy artikulált karokat használnak, vagy optikai CMM-ek esetén olyan karmentes szkennelő rendszerek, amelyek optikai háromszögelési módszereket használnak, és lehetővé teszik a teljes mozgás szabadságát a tárgy körül.

A csuklós karokkal ellátott hordozható CMM -eknek hat vagy hét tengelye van, amelyek rotációs kódolókkal vannak felszerelve, a lineáris tengelyek helyett. A hordozható karok könnyűek (általában kevesebb, mint 20 font), és szinte bárhol hordozhatók és felhasználhatók. Az optikai CMM -eket azonban az iparban egyre inkább használják. Kompakt lineáris vagy mátrix tömb kamerákkal (mint például a Microsoft Kinect) tervezték, az optikai CMM -ek kisebbek, mint a hordozható CMM -ek karokkal, nem tartalmaznak vezetékeket, és lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy könnyen elvégezzék a 3D -s méréseket minden típusú objektumról, amely szinte bárhol található.

Bizonyos nem megismétlési alkalmazások, például a fordított tervezés, a gyors prototípuskészítés és az bármilyen méretű alkatrészek nagyméretű ellenőrzése ideális a hordozható CMM-ekhez. A hordozható CMM -ek előnyei sokrétűek. A felhasználók rugalmasak minden típusú rész 3D -s mérése és a legtávolabbi/legnehezebb helyeken. Könnyen használhatók, és nem igényelnek ellenőrzött környezetet a pontos mérések elvégzéséhez. Ezenkívül a hordozható CMM -ek általában kevesebbet fizetnek, mint a hagyományos CMM -ek.

A hordozható CMM-ek velejáró kompromisszumai kézi működés (mindig megkövetelik az ember számára, hogy használják őket). Ezenkívül általános pontosságuk valamivel kevésbé lehet pontos, mint a CMM híd típusú, és kevésbé alkalmas egyes alkalmazásokra.

Multisensor-mérőgépek

A tradicionális CMM technológiát érintőképességű szondákkal gyakran kombinálják más mérési technológiákkal. Ez magában foglalja a lézer-, video- vagy fehér fényérzékelőket, hogy biztosítsák az úgynevezett multisensor mérést.