Kio estas koordinata mezurmaŝino?

Akoordinata mezurmaŝino(CMM) estas aparato kiu mezuras la geometrion de fizikaj objektoj sentante diskretajn punktojn sur la surfaco de la objekto per enketo.Diversaj specoj de enketoj estas uzitaj en CMMoj, inkluzive de mekanika, optika, lasero, kaj blanka lumo.Depende de la maŝino, la enketpozicio povas esti mane kontrolita fare de funkciigisto aŭ ĝi povas esti komputila kontrolita.CMMoj tipe precizigas la pozicion de enketo laŭ ĝia delokiĝo de referenca pozicio en tridimensia kartezia koordinatsistemo (te, kun XYZ-aksoj).Aldone al movado de la enketo laŭ la X, Y, kaj Z-aksoj, multaj maŝinoj ankaŭ permesas al la enketperspektivo esti kontrolita por permesi mezuradon de surfacoj kiuj alie estus neatingeblaj.

La tipa 3D "ponto" CMM permesas enketmovon laŭ tri aksoj, X, Y kaj Z, kiuj estas ortaj unu al la alia en tridimensia kartezia koordinatsistemo.Ĉiu akso havas sensilon kiu monitoras la pozicion de la enketo sur tiu akso, tipe kun mikrometroprecizeco.Kiam la enketo kontaktas (aŭ alie detektas) specialan lokon sur la objekto, la maŝino provas la tri poziciajn sensilojn, tiel mezurante la lokon de unu punkto sur la surfaco de la objekto, same kiel la 3-dimensian vektoron de la mezurado prenita.Ĉi tiu procezo estas ripetita laŭbezone, movante la enketon ĉiun fojon, por produkti "punktonubon" kiu priskribas la surfacareojn de intereso.

Ofta uzo de CMMoj estas en fabrikado kaj kunigprocezoj por testi parton aŭ kunigon kontraŭ la dezajno intenco.En tiaj aplikoj, punktonuboj estas generitaj kiuj estas analizitaj per regresalgoritmoj por la konstruado de ecoj.Tiuj punktoj estas kolektitaj uzante enketon kiu estas poziciigita mane de funkciigisto aŭ aŭtomate per Rekta Komputila Kontrolo (DCC).DCC CMMoj povas esti programitaj por plurfoje mezuri identajn partojn;tiel aŭtomatigita CMM estas specialeca formo de industria roboto.

Partoj

Koordinat-mezuraj maŝinoj inkluzivas tri ĉefajn komponentojn:

• La ĉefstrukturo kiu inkludas tri aksojn de moviĝo.La materialo uzita por konstrui la moviĝantan kadron variis tra la jaroj.Granito kaj ŝtalo estis uzitaj en la fruaj CMM.Hodiaŭ ĉiuj ĉefaj CMM-produktantoj konstruas kadrojn el aluminia alojo aŭ iu derivaĵo kaj ankaŭ uzas ceramikaĵon por pliigi la rigidecon de la Z-akso por skanado de aplikoj.Malmultaj CMM-konstruistoj hodiaŭ ankoraŭ fabrikas granitan kadron CMM pro merkata postulo por plibonigita metrologia dinamiko kaj kreskanta tendenco instali CMM ekster la kvalita laboratorio.Tipe nur malaltaj volumaj CMM-konstruistoj kaj hejmaj fabrikistoj en Ĉinio kaj Barato ankoraŭ produktas granitan CMM pro malaltteknologia alproksimiĝo kaj facila eniro por iĝi CMM-framkonstruisto.La kreskanta tendenco al skanado ankaŭ postulas, ke la CMM Z-akso estu pli rigida kaj novaj materialoj estis enkondukitaj kiel ceramiko kaj siliciokarbido.
• Sonda sistemo
• Datenkolektado kaj reduktosistemo - tipe inkludas maŝinregilon, labortablon kaj apliksoftvaron.

Havebleco

Ĉi tiuj maŝinoj povas esti sendependaj, porteblaj kaj porteblaj.

Precizeco

La precizeco de koordinataj mezurmaŝinoj estas tipe donita kiel necertecfaktoro kiel funkcio super distanco.Por CMM uzanta tuŝsondilon, tio rilatas al la ripeteblo de la enketo kaj la precizeco de la linearaj skvamoj.Tipa enketo-ripeteblo povas rezultigi mezuradojn de ene de .001mm aŭ .00005 coloj (duono dekono) super la tuta mezurvolumeno.Por 3, 3+2, kaj 5 aksaj maŝinoj, enketoj estas rutine kalibritaj uzante spureblajn normojn kaj la maŝinmovado estas kontrolita per mezuriloj por certigi precizecon.

Specifaj partoj

Maŝina korpo

La unua CMM estis evoluigita fare de la Ferranti Firmao de Skotlando en la 1950-aj jaroj kiel rezulto de rekta bezono mezuri precizeckomponentojn en iliaj armeaj produktoj, kvankam tiu maŝino nur havis 2 aksojn.La unuaj 3-aksaj modeloj komencis aperi en la 1960-aj jaroj (DEA de Italio) kaj komputilkontrolo debutis en la fruaj 1970-aj jaroj sed la unua funkcia CMM estis evoluigita kaj metita sur vendon fare de Browne & Sharpe en Melburno, Anglio.(Leitz Germanio poste produktis fiksan maŝinstrukturon kun moviĝanta tablo.

En modernaj maŝinoj, la gantry-speca superkonstruaĵo havas du gambojn kaj ofte estas nomita ponto.Tio moviĝas libere laŭ la granittablo kun unu gambo (ofte referita kiel la interna gambo) sekvante gvidrelon alkroĉitan al unu flanko de la granittablo.La kontraŭa gambo (ofte ekstera gambo) simple ripozas sur la granittablo sekvante la vertikalan surfackonturon.Aeraj lagroj estas la elektita metodo por certigi senfruktan vojaĝon.En tiuj, kunpremita aero estas devigita tra serio de tre malgrandaj truoj en plata portanta surfaco por disponigi glatan sed kontrolitan aerkusenon sur kiu la CMM povas moviĝi en preskaŭ senfrikcia maniero kiu povas esti kompensita tra softvaro.La movado de la ponto aŭ gantry laŭ la granittablo formas unu akson de la XY-aviadilo.La ponto de la portiko enhavas kaleŝon kiu krucas inter la internaj kaj eksteraj gamboj kaj formas la alian X aŭ Y horizontalan akson.La tria akso de movado (Z-akso) estas disponigita per la aldono de vertikala plumo aŭ spindelo kiu moviĝas supren kaj malsupren tra la centro de la kaleŝo.La tuŝsondilo formas la sentan aparaton sur la fino de la plumo.La movado de la aksoj X, Y kaj Z plene priskribas la mezuran koverton.Laŭvolaj rotaciaj tabloj povas esti uzataj por plibonigi la alireblecon de la mezursondilo al komplikaj laborpecoj.La rotacia tablo kiel kvara veturakso ne plibonigas la mezurajn dimensiojn, kiuj restas 3D, sed ĝi disponigas gradon da fleksebleco.Iuj tuŝo-sondiloj estas mem funkciigitaj rotaciaj aparatoj kun la enketpinto kapabla turni vertikale tra pli ol 180 gradoj kaj tra plena 360-grada rotacio.

CMMoj nun ankaŭ haveblas en diversaj aliaj formoj.Tiuj inkludas CMM-brakojn kiuj uzas angulajn mezuradojn prenitajn ĉe la juntoj de la brako por kalkuli la pozicion de la grifelo-pinto, kaj povas esti ekipitaj per enketoj por lasera skanado kaj optika bildigo.Tiaj brakCMMoj ofte estas uzitaj kie ilia porteblo estas avantaĝo super tradicia fiksa lito CMMs- stokante laŭmezurajn lokojn, programado de programaro ankaŭ permesas movi la mezurbrakon mem, kaj ĝian mezuran volumenon, ĉirkaŭ la parto por esti mezurita dum mezurrutino.Ĉar CMM-brakoj imitas la flekseblecon de homa brako ili ankaŭ ofte povas atingi la internojn de kompleksaj partoj kiuj ne povus esti enketitaj uzante norman triaksmaŝinon.

Mekanika sondilo

En la fruaj tagoj de koordinatmezurado (CMM), mekanikaj enketoj estis konvenitaj en specialan tenilon sur la fino de la plumo.Tre ofta sondilo estis farita per lutado de malmola pilko al la fino de ŝafto.Ĉi tio estis ideala por mezuri tutan gamon da plata vizaĝo, cilindraj aŭ sferaj surfacoj.Aliaj sondiloj estis muelitaj al specifaj formoj, ekzemple kvadranto, por ebligi mezuradon de specialaj trajtoj.Tiuj enketoj estis fizike tenitaj kontraŭ la laborpeco kun la pozicio en spaco estanta legita de 3-aksa cifereca legado (DRO) aŭ, en pli progresintaj sistemoj, estanta ensalutitaj en komputilon per piedŝaltilo aŭ simila aparato.Mezuradoj prenitaj per tiu kontaktmetodo ofte estis nefidindaj kiam maŝinoj estis movitaj permane kaj ĉiu maŝinfunkciigisto aplikis malsamajn kvantojn de premo sur la enketo aŭ adoptis malsamajn teknikojn por la mezurado.

Plia evoluo estis la aldono de motoroj por veturado de ĉiu akso.Funkciigistoj ne plu devis fizike tuŝi la maŝinon sed povis movi ĉiun akson uzante mankeston kun stirstangoj en la sama maniero kiel kun modernaj teleregataj aŭtoj.Mezura precizeco kaj precizeco draste pliboniĝis kun la invento de la elektronika tuŝa ellasilo-sondilo.La pioniro de ĉi tiu nova sondilo estis David McMurtry kiu poste formis kio nun estas Renishaw plc.Kvankam daŭre kontaktaparato, la sondilo havis risort-ŝarĝitan ŝtalpilkon (pli posta rubengloko) grifelo.Ĉar la sondilo tuŝis la surfacon de la komponento la grifelo deviis kaj samtempe sendis la X,Y,Z koordinatinformojn al la komputilo.Mezuraroj kaŭzitaj de individuaj funkciigistoj malpliiĝis kaj la scenejo estis metita por la enkonduko de CNC-operacioj kaj la alveno de CMMoj.

Optikaj sondiloj estas lens-CCD-sistemoj, kiuj estas movitaj kiel la mekanikaj, kaj estas celitaj al la interesa punkto, anstataŭ tuŝi la materialon.La kaptita bildo de la surfaco estos enfermita en la randoj de mezurfenestro, ĝis la restaĵo estas adekvata por kontrasti inter nigraj kaj blankaj zonoj.La divida kurbo povas esti kalkulita al punkto, kiu estas la dezirata mezurpunkto en spaco.La horizontala informo pri la CCD estas 2D (XY) kaj la vertikala pozicio estas la pozicio de la kompleta sonda sistemo sur la stando Z-veturado (aŭ alia aparato komponanto).

Skanantaj enketsistemoj

Ekzistas pli novaj modeloj kiuj havas enketojn kiuj trenas laŭ la surfaco de la parto prenante punktojn je precizigitaj intervaloj, konataj kiel skanaj enketoj.Ĉi tiu metodo de CMM-inspektado ofte estas pli preciza ol la konvencia tuŝ-sonda metodo kaj plejfoje pli rapida ankaŭ.

La sekva generacio de skanado, konata kiel senkontakta skanado, kiu inkluzivas altrapidan laseran unupunktan trianguladon, laseran linion, kaj blankan lumon, progresas tre rapide.Ĉi tiu metodo uzas aŭ laserajn radiojn aŭ blankan lumon, kiuj estas projekciitaj kontraŭ la surfaco de la parto.Multaj miloj da punktoj tiam povas esti prenitaj kaj uzataj ne nur por kontroli grandecon kaj pozicion, sed ankaŭ por krei 3D-bildon de la parto.Ĉi tiuj "punktonubaj datumoj" tiam povas esti transdonitaj al CAD-programaro por krei funkciantan 3D-modelon de la parto.Tiuj optikaj skaniloj ofte estas uzitaj sur molaj aŭ delikataj partoj aŭ por faciligi inversan inĝenieristikon.

Mikrometrologiaj sondoj

Sondaj sistemoj por mikroskalaj metrologiaplikoj estas alia emerĝanta areo.Ekzistas pluraj komerce haveblaj koordinataj mezurmaŝinoj (CMM) kiuj havas mikrosondilon integritan en la sistemon, plurajn specialaĵsistemojn ĉe registaraj laboratorioj, kaj ajnan nombron da universitat-finkonstruitaj metrologioplatformoj por mikroskala metrologio.Kvankam ĉi tiuj maŝinoj estas bonaj kaj en multaj kazoj bonegaj metrologiaj platformoj kun nanometrikaj skvamoj, ilia ĉefa limigo estas fidinda, fortika, kapabla mikro/nano-sondilo.^{[citaĵo bezonata]}Defioj por mikroskalaj sondaj teknologioj inkludas la bezonon de alta bildforma enketo donanta la kapablon aliri profundajn, mallarĝajn ecojn kun malaltaj kontaktofortoj ne difekti la surfacon kaj altan precizecon (nanometronivelo).^{[citaĵo bezonata]}Plie mikroskalaj enketoj estas sentemaj al medikondiĉoj kiel ekzemple humideco kaj surfacinteragoj kiel ekzemple stiction (kaŭzita de adhero, menisko, kaj/aŭ Van der Waals-fortoj inter aliaj).^{[citaĵo bezonata]}

Teknologioj por atingi mikroskalan sondilon inkludas malgrandigitan version de klasikaj CMM-enketoj, optikaj enketoj, kaj konstantandan sondilon inter aliaj.Tamen, nunaj optikaj teknologioj ne povas esti skalitaj sufiĉe malgrandaj por mezuri profundan, mallarĝan trajton, kaj optika rezolucio estas limigita per la ondolongo de lumo.Rentgenfota bildigo disponigas bildon de la trajto sed neniun spureblan metrologiinformon.

Fizikaj principoj

Optikaj sondiloj kaj/aŭ laserenketoj povas esti uzitaj (se eble en kombinaĵo), kiuj ŝanĝas CMMojn al mezurmikroskopoj aŭ multi-sensilaj mezurmaŝinoj.Franĝaj projekciaj sistemoj, teodolita triangulaj sistemoj aŭ lasera malproksima kaj triangulaj sistemoj ne estas nomataj mezurmaŝinoj, sed la mezurrezulto estas la sama: spacpunkto.Lasero-sondiloj estas uzataj por detekti la distancon inter la surfaco kaj la referencpunkto ĉe la fino de la kinematika ĉeno (te: fino de la Z-veturadkomponento).Ĉi tio povas uzi interferometrian funkcion, fokusan variadon, malpezan deflankiĝon aŭ faskan ombrigan principon.

Porteblaj koordinat-mezuraj maŝinoj

Dum tradiciaj CMMoj uzas enketon kiu moviĝas sur tri karteziajn aksojn por mezuri la fizikajn karakterizaĵojn de objekto, porteblaj CMMoj uzas aŭ artikajn brakojn aŭ, en la kazo de optikaj CMMoj, senbrakaj skanadsistemoj kiuj uzas optikajn trianguladmetodojn kaj ebligas totalan moviĝ-liberecon. ĉirkaŭ la objekto.

Porteblaj CMMoj kun artikaj brakoj havas ses aŭ sep aksojn kiuj estas ekipitaj per rotaciaj kodigiloj, anstataŭe de liniaj aksoj.Porteblaj brakoj estas malpezaj (tipe malpli ol 20 funtoj) kaj povas esti portitaj kaj uzitaj preskaŭ ie ajn.Tamen, optikaj CMMoj ĉiam pli estas uzataj en la industrio.Desegnitaj per kompaktaj liniaj aŭ matricaj fotiloj (kiel la Microsoft Kinect), optikaj CMM-oj estas pli malgrandaj ol porteblaj CMM-oj kun brakoj, havas neniujn dratojn kaj ebligas al uzantoj facile preni 3D-mezuradon de ĉiuj specoj de objektoj situantaj preskaŭ ie ajn.

Certaj neripetaj aplikoj kiel inversa inĝenierado, rapida prototipado kaj grandskala inspektado de partoj de ĉiuj grandecoj estas ideale taŭgaj por porteblaj CMMoj.La avantaĝoj de porteblaj CMM-oj estas multoblaj.Uzantoj havas la flekseblecon preni 3D mezuradojn de ĉiuj specoj de partoj kaj en la plej malproksimaj/malfacilaj lokoj.Ili estas facile uzeblaj kaj ne postulas kontrolitan medion por preni precizajn mezuradojn.Plie, porteblaj CMM-oj emas kosti malpli ol tradiciaj CMM-oj.

La enecaj kompromisoj de porteblaj CMMoj estas mana operacio (ili ĉiam postulas homon uzi ilin).Krome, ilia totala precizeco povas esti iom malpli preciza ol tiu de ponta tipo CMM kaj estas malpli taŭga por kelkaj aplikoj.

Multsensor-mezuraj maŝinoj

Tradicia CMM-teknologio uzanta tuŝsondilojn hodiaŭ ofte estas kombinita kun alia mezurteknologio.Ĉi tio inkluzivas laseron, vidbendon aŭ blankajn lumajn sensilojn por disponigi tion, kio estas konata kiel multisensila mezurado.