Wat is koördinaatmeetmasjien?

Akoördinaat meetmasjien(CMM) is 'n toestel wat die meetkunde van fisiese voorwerpe meet deur diskrete punte op die oppervlak van die voorwerp met 'n sonde waar te neem.Verskeie tipes probes word in CMM's gebruik, insluitend meganiese, optiese, laser- en wit lig.Afhangende van die masjien, kan die sondeposisie met die hand deur 'n operateur beheer word of dit kan rekenaarbeheer word.CMM's spesifiseer tipies 'n sonde se posisie in terme van sy verplasing vanaf 'n verwysingsposisie in 'n driedimensionele Cartesiese koördinaatstelsel (dws met XYZ-asse).Benewens die beweging van die sonde langs die X-, Y- en Z-asse, laat baie masjiene ook toe dat die sondehoek beheer word om meting van oppervlaktes moontlik te maak wat andersins onbereikbaar sou wees.

Die tipiese 3D "brug" CMM laat sondebeweging langs drie asse, X, Y en Z toe, wat ortogonaal op mekaar is in 'n driedimensionele Cartesiese koördinaatstelsel.Elke as het 'n sensor wat die posisie van die sonde op daardie as monitor, tipies met mikrometer akkuraatheid.Wanneer die sonde 'n spesifieke plek op die voorwerp kontak (of andersins bespeur), neem die masjien monsters van die drie posisiesensors, en meet dus die ligging van een punt op die voorwerp se oppervlak, sowel as die 3-dimensionele vektor van die meting wat geneem is.Hierdie proses word herhaal soos nodig, en beweeg die sonde elke keer om 'n "puntwolk" te produseer wat die oppervlakareas van belang beskryf.

'n Algemene gebruik van CMM's is in vervaardigings- en monteringsprosesse om 'n onderdeel of samestelling teen die ontwerpvoorneme te toets.In sulke toepassings word puntwolke gegenereer wat via regressie-algoritmes ontleed word vir die konstruksie van kenmerke.Hierdie punte word ingesamel deur 'n sonde te gebruik wat met die hand deur 'n operateur of outomaties via direkte rekenaarbeheer (DCC) geposisioneer word.DCC CMMs kan geprogrammeer word om herhaaldelik identiese dele te meet;dus is 'n outomatiese CMM 'n gespesialiseerde vorm van industriële robot.

Dele

Koördinaatmeetmasjiene sluit drie hoofkomponente in:

• Die hoofstruktuur wat drie bewegingsasse insluit.Die materiaal wat gebruik word om die bewegende raam te bou, het oor die jare gewissel.Graniet en staal is in die vroeë CMM's gebruik.Vandag bou al die groot CMM-vervaardigers rame van aluminiumlegering of een of ander afgeleide en gebruik ook keramiek om die styfheid van die Z-as vir skanderingstoepassings te verhoog.Min CMM-bouers vervaardig vandag nog granietraam-CMM as gevolg van markvereistes vir verbeterde metrologie-dinamika en toenemende neiging om CMM buite die kwaliteitslaboratorium te installeer.Tipies vervaardig slegs laevolume CMM-bouers en binnelandse vervaardigers in China en Indië steeds graniet-CMM as gevolg van lae tegnologiebenadering en maklike toegang om 'n CMM-raambouer te word.Die toenemende neiging tot skandering vereis ook dat die CMM Z-as stywer moet wees en nuwe materiale is bekendgestel soos keramiek en silikonkarbied.
• Ondersoekende stelsel
• Data-insameling en -verminderingstelsel - sluit gewoonlik 'n masjienbeheerder, tafelrekenaar en toepassingsagteware in.

Beskikbaarheid

Hierdie masjiene kan vrystaande, handvas en draagbaar wees.

Akkuraatheid

Die akkuraatheid van koördinaatmeetmasjiene word tipies as 'n onsekerheidsfaktor gegee as 'n funksie oor afstand.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-as masjiene word sondes gereeld gekalibreer deur gebruik te maak van naspeurbare standaarde en die masjienbeweging word geverifieer met behulp van meters om akkuraatheid te verseker.

Spesifieke dele

Masjien liggaam

Die eerste CMM is in die 1950's deur die Ferranti Company of Scotland ontwikkel as gevolg van 'n direkte behoefte om presisiekomponente in hul militêre produkte te meet, hoewel hierdie masjien net 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 begin verskyn, maar die eerste werkende CMM is ontwikkel en te koop gestel deur Browne & Sharpe in Melbourne, Engeland.(Leitz Duitsland het daarna 'n vaste masjienstruktuur met bewegende tafel vervaardig.

In moderne masjiene het die gordel-tipe bobou twee bene en word dikwels 'n brug genoem.Dit beweeg vrylik langs die graniettafel met een been (dikwels na verwys as die binnepoot) na 'n geleiderail wat aan die een kant van die graniettafel vasgemaak is.Die teenoorgestelde been (dikwels buitebeen) rus eenvoudig op die graniettafel en volg die vertikale oppervlakkontoer.Luglaers is die gekose metode om wrywingvrye beweging te verseker.Hierin word saamgeperste lug deur 'n reeks baie klein gaatjies in 'n plat draagoppervlak gedwing om 'n gladde maar beheerde lugkussing te verskaf waarop die CMM op 'n byna wrywinglose manier kan beweeg wat 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 wa wat tussen die binne- en buitepote beweeg en die ander X- of Y-horisontale as vorm.Die derde bewegings-as (Z-as) word verskaf deur die byvoeging van 'n vertikale pen of spil wat op en af ​​beweeg deur die middel van die wa.Die aanraaksonde vorm die waarnemingstoestel aan die einde van die veerpen.Die beweging van die X-, Y- en Z-asse beskryf die meetomhulsel volledig.Opsionele draaitafels kan gebruik word om die toeganklikheid van die meetsonde tot ingewikkelde werkstukke te verbeter.Die draaitafel as 'n vierde dryfas verbeter nie die meetafmetings nie, wat 3D bly, maar dit bied 'n mate van buigsaamheid.Sommige raaksondes is self aangedrewe roterende toestelle met die sondepunt wat vertikaal deur meer as 180 grade en deur 'n volle 360 ​​grade rotasie kan draai.

CMM's is nou ook in 'n verskeidenheid ander vorms beskikbaar.Dit sluit in CMM-arms wat hoekmetings gebruik wat by die gewrigte van die arm geneem word om die posisie van die styluspunt te bereken, en kan toegerus word met probes vir laserskandering en optiese beeldvorming.Sulke arm CMM's word dikwels gebruik waar hul draagbaarheid 'n voordeel is bo tradisionele vaste bed CMM's- deur gemete liggings te stoor, laat programmeringsagteware ook toe om die meetarm self, en sy meetvolume, rondom die deel wat tydens 'n meetroetine gemeet moet word, te beweeg.Omdat CMM-arms die buigsaamheid van 'n menslike arm naboots, is hulle ook dikwels in staat om die binnekant van komplekse dele te bereik wat nie met 'n standaard drie-assige masjien ondersoek kon word nie.

Meganiese sonde

In die vroeë dae van koördinaatmeting (CMM) is meganiese probes in 'n spesiale houer aan die einde van die veerpen gepas.'n Baie algemene sonde is gemaak deur 'n harde bal aan die einde van 'n skag te soldeer.Dit was ideaal vir die meet van 'n hele reeks plat vlak, silindriese of sferiese oppervlaktes.Ander probes is tot spesifieke vorms gemaal, byvoorbeeld 'n kwadrant, om meting van spesiale kenmerke moontlik te maak.Hierdie probes is fisies teen die werkstuk gehou met die posisie in die ruimte wat vanaf 'n 3-as digitale uitlees (DRO) gelees is of, in meer gevorderde stelsels, deur middel van 'n voetskakelaar of soortgelyke toestel by 'n rekenaar ingeteken is.Metings wat deur hierdie kontakmetode geneem is, was dikwels onbetroubaar aangesien masjiene met die hand verskuif is en elke masjienoperateur verskillende hoeveelhede druk op die sonde toegepas het of verskillende tegnieke vir die meting gebruik het.

'n Verdere ontwikkeling was die byvoeging van motors om elke as aan te dryf.Operateurs hoef nie meer fisies aan die masjien te raak nie, maar kon elke as met behulp van 'n handboks met joysticks bestuur op baie dieselfde manier as met moderne afstandbeheerde motors.Metingsakkuraatheid en -presisie het dramaties verbeter met die uitvinding van die elektroniese raaksneller-sonde.Die pionier van hierdie nuwe sonde-toestel was David McMurtry wat later die huidige Renishaw plc gevorm het.Alhoewel dit steeds 'n kontaktoestel was, het die sonde 'n veerbelaaide staalbal (later robynbal) stylus gehad.Soos die sonde aan die oppervlak van die komponent geraak het, het die stylus gebuig en terselfdertyd die X,Y,Z-koördinaatinligting na die rekenaar gestuur.Meetfoute wat deur individuele operateurs veroorsaak is, het minder geword en die stadium was gereed vir die bekendstelling van CNC-bewerkings en die mondigwording van CMM's.

Optiese sondes is lens-CCD-stelsels, wat beweeg word soos die meganiese, en is gerig op die punt van belang, in plaas daarvan om aan die materiaal te raak.Die vasgelegde beeld van die oppervlak sal in die grense van 'n meetvenster ingesluit word totdat die oorblyfsel voldoende is om te kontrasteer tussen swart en wit sones.Die deelkromme kan bereken word tot 'n punt, wat die verlangde 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 staander Z-aandrywing (of ander toestelkomponent).

Skandeer sondestelsels

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

Die volgende generasie skandering, bekend as kontakvrye skandering, wat hoëspoedlaser-enkelpunttriangulasie, laserlynskandering en witligskandering insluit, vorder baie vinnig.Hierdie metode gebruik óf laserstrale óf wit lig wat teen die oppervlak van die deel geprojekteer word.Baie duisende punte kan dan geneem en gebruik word nie net om grootte en posisie na te gaan nie, maar om ook 'n 3D-beeld van die onderdeel te skep.Hierdie "puntwolkdata" 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 dele gebruik of om omgekeerde ingenieurswese te vergemaklik.

Mikrometrologiese probes

Ondersoekstelsels vir mikroskaal metrologietoepassings is nog 'n opkomende gebied.Daar is verskeie kommersieel beskikbare koördinaatmeetmasjiene (CMM) wat 'n mikrosonde in die stelsel geïntegreer het, verskeie spesialiteitstelsels by regeringslaboratoriums, 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-ondersoektegnologie sluit in die behoefte aan 'n hoë aspekverhouding-sonde wat die vermoë gee om toegang te verkry tot diep, smal kenmerke met lae kontakkragte om nie die oppervlak en hoë akkuraatheid (nanometervlak) te beskadig nie.^{[aanhaling nodig]}Daarbenewens is mikroskaal probes vatbaar vir omgewingstoestande soos humiditeit en oppervlak interaksies soos stiksel (veroorsaak onder andere deur adhesie, meniskus en/of Van der Waals kragte).^{[aanhaling nodig]}

Tegnologieë om mikroskaal-ondersoek te bereik, sluit onder meer 'n afgeskaalde weergawe van klassieke CMM-sondes, optiese sondes en 'n staandegolf-sonde in.Huidige optiese tegnologieë kan egter nie klein genoeg geskaal word om diep, smal kenmerke te meet nie, en optiese resolusie word beperk deur die golflengte van lig.X-straalbeelding verskaf 'n prentjie van die kenmerk, maar geen naspeurbare metrologiese inligting nie.

Fisiese beginsels

Optiese probes en/of laser probes kan gebruik word (indien moontlik in kombinasie), wat CMMs verander na meetmikroskope of multisensor meetmasjiene.Randprojeksiestelsels, teodoliet-driehoekstelsels of laserafstand- en triangulasiestelsels word nie meetmasjiene genoem nie, maar die meetresultaat is dieselfde: 'n spasiepunt.Laserprobes word gebruik om die afstand tussen die oppervlak en die verwysingspunt aan die einde van die kinematiese ketting (dws: einde van die Z-dryfkomponent) op te spoor.Dit kan 'n interferometriese funksie, fokusvariasie, ligafbuiging of 'n straalskadu-beginsel gebruik.

Draagbare koördinaat-meetmasjiene

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

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

Sekere nie-herhalende toepassings soos omgekeerde ingenieurswese, vinnige prototipering en grootskaalse inspeksie van onderdele van alle groottes is ideaal geskik 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/moeilikste plekke te neem.Hulle is maklik om te gebruik en vereis nie 'n beheerde omgewing om akkurate metings te neem nie.Boonop is draagbare CMM's geneig om minder te kos as tradisionele CMM's.

Die inherente afwykings van draagbare CMM's is handbediening (dit vereis altyd 'n mens om dit te 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 wat aanraaktoetse gebruik, word vandag dikwels met ander meettegnologie gekombineer.Dit sluit laser-, video- of witligsensors in om te voorsien wat bekend staan ​​as multisensormeting.