Wat is koördinaat meetmasjien?

NKoördineer meetmasjien(CMM) is 'n toestel wat die meetkunde van fisiese voorwerpe meet deur afsonderlike punte op die oppervlak van die voorwerp met 'n sonde te waarneem. Verskeie soorte ondersoeke word in CMM's gebruik, insluitend meganiese, optiese, laser en wit lig. Afhangend van die masjien, kan die sonde -posisie met die hand deur 'n operateur beheer word, of dit kan rekenaarbeheer word. CMMS spesifiseer gewoonlik die posisie van 'n sonde in terme van die verplasing daarvan vanaf 'n verwysingsposisie in 'n driedimensionele Cartesiese koördinaatstelsel (dit wil sê met XYZ-asse). Benewens die sonde langs die X-, Y- en Z -asse, kan baie masjiene ook die sondehoek beheer om die oppervlaktes wat andersins onbereikbaar sou wees, te meet.

Die tipiese 3D “brug” CMM laat ondersoekbeweging langs drie asse, X, Y en Z, wat ortogonaal vir mekaar is in 'n driedimensionele Cartesiese koördinaatstelsel. Elke as het 'n sensor wat die posisie van die sonde op daardie as monitor, gewoonlik met mikrometer -presisie. Wanneer die sonde 'n spesifieke ligging op die voorwerp kontak (of andersins opspoor), monster die masjien die drie posisiesensors, en meet die ligging van een punt op die oppervlak van die voorwerp, sowel as die 3-dimensionele vektor van die meting wat geneem is. Hierdie proses word soos nodig herhaal en die sonde elke keer beweeg om 'n 'puntwolk' te produseer wat die oppervlaktes van belang beskryf.

'N Algemene gebruik van CMMS is in vervaardigings- en monteerprosesse om 'n deel of montering teen die ontwerpintensie te toets. In sulke toepassings word puntwolke gegenereer wat deur middel van regressie -algoritmes ontleed word vir die konstruksie van funksies. Hierdie punte word versamel met behulp van 'n sonde wat handmatig deur 'n operateur of outomaties via direkte rekenaarbeheer (DCC) geplaas is. DCC CMMS kan geprogrammeer word om herhaaldelik identiese dele te meet; Dus is 'n outomatiese CMM 'n gespesialiseerde vorm van industriële robot.

Onderdele

Koördinaatmasjiene bevat drie hoofkomponente:

• Die hoofstruktuur wat drie bewegings asse insluit. Die materiaal wat gebruik is om die bewegende raam te konstrueer, het deur die jare gewissel. Graniet en staal is in die vroeë CMM's gebruik. Al die belangrikste CMM -vervaardigers bou deesdae rame uit aluminiumlegering of een of ander afgeleide en gebruik ook keramiek om die styfheid van die Z -as vir skande -toepassings te verhoog. Min CMM -bouers vervaardig vandag nog steeds granietraam CMM as gevolg van die markvereiste vir verbeterde metrologie -dinamika en 'n toenemende neiging om CMM buite die kwaliteit laboratorium te installeer. Slegs slegs lae volume CMM -bouers en huishoudelike vervaardigers in China en Indië vervaardig steeds graniet CMM as gevolg van 'n lae tegnologie -benadering en maklike toegang om 'n CMM -raambouer te word. Die toenemende neiging na skandering vereis ook dat die CMM Z -as stywer moet wees en nuwe materiale ingestel is, soos keramiek en silikonkarbied.
• Ondersoekstelsel
• Data -insameling en verminderingstelsel - bevat gewoonlik 'n masjienbeheerder, tafelrekenaar- en toepassingsagteware.

Beskikbaarheid

Hierdie masjiene kan vrystaande, handheld en draagbaar wees.

Akkuraatheid

Die akkuraatheid van koördinaatmetingsmasjiene word tipies as 'n onsekerheidsfaktor as 'n funksie oor afstand gegee. Vir 'n CMM wat 'n aanraaksonde gebruik, hou dit verband met die herhaalbaarheid van die sonde en die akkuraatheid van die lineêre skale. Tipiese sonde -herhaalbaarheid kan lei tot metings van binne 0,001 mm of 0,00005 duim ('n halwe tiende) oor die hele meetvolume. Vir 3, 3+2 en 5 asmasjiene word ondersoeke gereeld gekalibreer met behulp van naspeurbare standaarde en die masjienbeweging word geverifieer met behulp van meters om akkuraatheid te verseker.

Spesifieke dele

Masjienliggaam

Die eerste CMM is in die 1950's deur die Ferranti Company van Skotland ontwikkel as gevolg van 'n direkte behoefte om presisie -komponente in hul militêre produkte te meet, hoewel hierdie masjien slegs 2 asse gehad het. Die eerste 3-as-modelle het in die 1960's begin verskyn (DEA van Italië) en rekenaarbeheer het in die vroeë 1970's gedebuteer, maar die eerste werkende CMM is ontwikkel en te koop aangebied deur Browne & Sharpe in Melbourne, Engeland. (Leitz Duitsland het daarna 'n vaste masjienstruktuur met bewegende tafel opgelewer.

In moderne masjiene het die bobou van die sukkelende tipe twee bene en word dit dikwels 'n brug genoem. Dit beweeg vrylik langs die graniettafel met een been (wat dikwels die binnekant van die been genoem word) na 'n gidspoor wat aan die een kant van die graniettafel vasgemaak is. Die teenoorgestelde been (dikwels buite die been) rus eenvoudig op die graniettafel na die vertikale oppervlakkontoer. Luglaers is die gekose metode om wrywingvrye reis te verseker. Hierin word saamgeperste lug gedwing deur 'n reeks baie klein gaatjies in 'n plat laeroppervlak om 'n gladde, maar beheerde lugkussing te bied waarop die CMM op 'n byna wrywinglose manier kan beweeg, waarvoor deur sagteware vergoed kan word. Die beweging van die brug of portaal langs die graniettafel vorm een ​​as van die XY -vlak. Die brug van die portaal bevat 'n koets wat tussen die binne- en buite -bene deurkruis en die ander X- of Y -horisontale as vorm. Die derde bewegingsas (Z -as) word voorsien deur die byvoeging van 'n vertikale illain of spil wat deur die middel van die koets op en af ​​beweeg. Die aanraaksonde vorm die waarnemingsapparaat aan die einde van die koel. Die beweging van die x-, y- en z -asse beskryf die meetkoevert volledig. Opsionele draaitabelle kan gebruik word om die benaderbaarheid van die meetsonde na ingewikkelde werkstukke te verbeter. Die draaitafel as 'n vierde dryfas verbeter nie die meetafmetings wat 3D bly nie, maar dit bied wel 'n mate van buigsaamheid. Sommige aanraking is self aangedrewe draai -toestelle met die sonde -punt wat vertikaal deur meer as 180 grade kan draai en deur 'n volledige 360 ​​grade rotasie.

CMM's is nou ook beskikbaar in verskillende vorme. Dit sluit in CMM -arms wat hoekmetings gebruik wat by die gewrigte van die arm geneem is om die posisie van die stylpunt te bereken, en kan toegerus word met sondes vir laserskandering en optiese beeldvorming. Sulke ARM-CMM's word dikwels gebruik waar hul oordraagbaarheid 'n voordeel is bo die tradisionele CMMS met vaste bed- deur gemete liggings te stoor, programmeringsagteware laat ook die meetarm self en die meetvolume daarvan om die deel te beweeg tydens 'n meetroetine. Aangesien CMM -arms die buigsaamheid van 'n menslike arm naboots, kan hulle ook die binnekant van komplekse dele bereik wat nie met behulp van 'n standaard drie -asmasjien ondersoek kon word nie.

Meganiese sonde

In die vroeë dae van koördinaatmeting (CMM) is meganiese sondes in 'n spesiale houer aan die einde van die palm aangebring. 'N Baie algemene sonde is gemaak deur 'n harde bal aan die einde van 'n as te soldeer. Dit was ideaal om 'n hele reeks plat gesig-, silindriese of sferiese oppervlaktes te meet. Ander ondersoeke was gemaal tot spesifieke vorms, byvoorbeeld 'n kwadrant, om die meting van spesiale kenmerke moontlik te maak. Hierdie ondersoeke is fisies teen die werkstuk gehou, met die posisie in die ruimte wat gelees is uit 'n 3-as digitale uitlees (DRO) of, in meer gevorderde stelsels, wat deur middel van 'n voetswit of 'n soortgelyke toestel by 'n rekenaar aangemeld is. Metings wat volgens hierdie kontakmetode gedoen is, was dikwels onbetroubaar, aangesien masjiene met die hand geskuif is en elke masjienoperateur verskillende hoeveelhede druk op die sonde toegepas het of verskillende tegnieke vir die meting aangeneem het.

'N Verdere ontwikkeling was die toevoeging van motors om elke as te dryf. Operateurs hoef nie meer die masjien fisies aan te raak nie, maar kon elke as met 'n handkas met joysticks op dieselfde manier dryf as met moderne afstandbeheerde motors. Meting akkuraatheid en presisie het dramaties verbeter met die uitvinding van die elektroniese aanraak -sneller -sonde. Die pionier van hierdie nuwe ondersoektoestel was David McMurtry wat daarna die huidige Renishaw PLC gevorm het. Alhoewel dit nog steeds 'n kontakapparaat is, het die sonde 'n veerbelaaide staalbal (latere robynbal) stylus gehad. Terwyl die sonde aan die oppervlak van die komponent geraak het, het die stylus afgebuig en die X-, Y-, Z -koördinaatinligting terselfdertyd na die rekenaar gestuur. Metingsfoute wat deur individuele operateurs veroorsaak is, het minder geword en die stadium was opgestel vir die bekendstelling van CNC -operasies en die koms van die ouderdom van CMM's.

Optiese ondersoeke is lens-CCD-stelsels, wat soos die meganiese beweeg word, en wat op die punt van belang gerig is, in plaas daarvan om die materiaal aan te raak. Die vasgestelde beeld van die oppervlak sal aan die grense van 'n meetvenster toegemaak word totdat die oorskot voldoende is om tussen swart en wit sones te kontrasteer. Die verdeelkurwe kan tot 'n punt bereken word, wat die gesoekte meetpunt in die ruimte is. Die horisontale inligting op die CCD is 2D (XY) en die vertikale posisie is die posisie van die volledige ondersoekstelsel op die Stand Z-Drive (of ander toestelkomponent).

Skande sonde stelsels

Daar is nuwer modelle wat ondersoeke het wat langs die oppervlak van die onderdeel sleep met gespesifiseerde tussenpunte, bekend as skanderingsondersoeke. Hierdie metode van CMM-inspeksie is dikwels meer akkuraat as die konvensionele aanraakprobe-metode en ook die meeste kere vinniger.

Die volgende generasie skandering, bekend as nie -kontak -skandering, wat 'n hoëspoed -laser -enkelpunt -triangulering, laserlyn -skandering en wit ligskandering insluit, vorder baie vinnig. Hierdie metode gebruik óf laserbalke óf wit lig wat teen die oppervlak van die onderdeel geprojekteer word. Baie duisende punte kan dan geneem word en nie net gebruik word om die grootte en posisie na te gaan nie, maar ook om 'n 3D -beeld van die onderdeel te skep. Hierdie “Point-Cloud-data” kan dan na CAD-sagteware oorgedra word om 'n werkende 3D-model van die onderdeel te skep. Hierdie optiese skandeerders word dikwels op sagte of delikate onderdele gebruik of om omgekeerde ingenieurswese te vergemaklik.

Mikrometrologie -ondersoeke

Proberingstelsels vir mikroskaalmetrologie -toepassings is 'n ander ontluikende gebied. Daar is verskillende kommersieel beskikbare koördinaat meetmasjiene (CMM) wat 'n mikroprobe in die stelsel geïntegreer het, verskeie spesialiteitstelsels by Government Laboratories, en enige aantal universiteitsgeboude metrologieplatforms vir mikroskaalmetrologie. Alhoewel hierdie masjiene goed is en in baie gevalle uitstekende metrologieplatforms met nanometriese skale is, is hul primêre beperking 'n betroubare, robuuste, bekwame mikro-/nano -sonde.^{[Aanhaling nodig]}Uitdagings vir mikroskaal -ondersoektegnologieë sluit in die behoefte aan 'n sonde met 'n hoë aspekverhouding, wat die vermoë bied om diep, smal funksies met lae kontakkragte te verkry om nie die oppervlak en 'n hoë presisie (nanometervlak) te beskadig nie.^{[Aanhaling nodig]}Daarbenewens is mikroskaal -ondersoeke vatbaar vir omgewingstoestande soos humiditeit en oppervlakinteraksies soos stiksie (veroorsaak deur hegting, meniskus en/of van der Waals -kragte).^{[Aanhaling nodig]}

Tegnologieë om mikroskaal -ondersoeke te bewerkstellig, sluit onder meer afgeskaalde weergawe van klassieke CMM -ondersoeke, optiese ondersoeke en 'n staande golfsonde in. Huidige optiese tegnologieë kan egter nie klein genoeg geskaal word om diep, smal funksie te meet nie, en optiese resolusie word beperk deur die golflengte van die lig. X-straalbeelding bied 'n beeld van die funksie, maar geen naspeurbare metrologie-inligting nie.

Fisiese beginsels

Optiese ondersoeke en/of laser-sondes kan gebruik word (indien moontlik in kombinasie), wat CMM's verander na die meting van mikroskope of meetmasjiene met 'n multisensor. Byvoordele -projeksiestelsels, teodoliet -triangulasiestelsels of laser -ver en triangulasiestelsels word nie meetmasjiene genoem nie, maar die meetresultaat is dieselfde: 'n ruimtepunt. Laser-ondersoeke word gebruik om die afstand tussen die oppervlak en die verwysingspunt aan die einde van die kinematiese ketting op te spoor (dit wil sê: einde van die z-drive-komponent). Dit kan 'n interferometriese funksie, fokusvariasie, ligbuiging of 'n balkskadubeginsel gebruik.

Draagbare koördinaatmasjiene

Terwyl tradisionele CMM's 'n sonde gebruik wat op drie Cartesiese asse beweeg om die fisiese eienskappe van 'n voorwerp te meet, gebruik draagbare CMM's óf geartikuleerde arms óf, in die geval van optiese CMM's, armvrye skanderingstelsels wat optiese triangulasiemetodes gebruik en die totale bewegingsvryheid rondom die voorwerp moontlik maak.

Draagbare CMM's met geartikuleerde arms het ses of sewe asse wat toegerus is met draai -enkodeerders, in plaas van lineêre asse. Draagbare arms is liggewig (gewoonlik minder as 20 pond) en kan byna oral gedra word. Optiese CMM's word egter toenemend in die bedryf gebruik. Ontwerp met kompakte lineêre of matriks -skikkingskamera's (soos die Microsoft Kinect), is optiese CMM's kleiner as draagbare CMM's met arms, funksie geen drade en stel gebruikers in staat om 3D -metings van alle soorte voorwerpe wat byna oral geleë is, maklik te neem.

Sekere nie-herhalende toepassings soos omgekeerde ingenieurswese, vinnige prototipering en grootskaalse inspeksie van dele van alle groottes is ideaal vir draagbare CMM's. Die voordele van draagbare CMM's is veelvuldig. Gebruikers het die buigsaamheid om 3D -metings van alle soorte onderdele en op die mees afgeleë/moeilike plekke te neem. Dit is maklik om te gebruik en hoef nie 'n beheerde omgewing te gebruik om akkurate metings te doen nie. Boonop kos draagbare CMM's minder as tradisionele CMM's.

Die inherente inruilings van draagbare CMM's is handmatige werking (dit vereis altyd dat 'n mens dit gebruik). Daarbenewens kan hul algehele akkuraatheid ietwat minder akkuraat wees as dié van 'n brugtipe CMM en is dit minder geskik vir sommige toepassings.

Multisensor-meetmasjiene

Tradisionele CMM -tegnologie met behulp van Touch -ondersoeke word vandag dikwels gekombineer met ander metingstegnologie. Dit sluit laser-, video- of wit ligsensors in om die sogenaamde multisensor -meting te voorsien.