Koordinatalarni o'lchash mashinasi nima?

Akoordinata o'lchash mashinasi(CMM) - bu zond yordamida obyekt yuzasidagi diskret nuqtalarni sezish orqali fizik obyektlarning geometriyasini o'lchaydigan qurilma. CMMlarda mexanik, optik, lazer va oq yorug'lik kabi turli xil zondlar qo'llaniladi. Mashinaga qarab, zondning holati operator tomonidan qo'lda yoki kompyuter tomonidan boshqarilishi mumkin. CMMlar odatda zondning holatini uch o'lchovli Dekart koordinatalar tizimidagi (ya'ni, XYZ o'qlari bilan) mos yozuvlar pozitsiyasidan siljishi nuqtai nazaridan belgilaydi. Zondni X, Y va Z o'qlari bo'ylab harakatlantirishdan tashqari, ko'plab mashinalar zond burchagini boshqarishga imkon beradi, bu esa aks holda erishib bo'lmaydigan sirtlarni o'lchash imkonini beradi.

Odatdagi 3D "ko'prik" CMM uch o'q, X, Y va Z bo'ylab zondning harakatlanishiga imkon beradi, ular uch o'lchovli Dekart koordinatalar tizimida bir-biriga ortogonaldir. Har bir o'qda zondning o'sha o'qdagi holatini odatda mikrometr aniqligi bilan kuzatadigan sensor mavjud. Zond obyektdagi ma'lum bir joy bilan aloqa qilganda (yoki boshqa yo'l bilan aniqlaganda), mashina uchta pozitsiya sensorlaridan namunalar oladi va shu bilan obyekt yuzasidagi bitta nuqtaning joylashuvini, shuningdek, olingan o'lchovning 3 o'lchovli vektorini o'lchaydi. Bu jarayon kerak bo'lganda takrorlanadi, zond har safar harakatlantiriladi va qiziqish uyg'otadigan sirt maydonlarini tavsiflovchi "nuqta buluti" hosil bo'ladi.

CMMlarning keng tarqalgan qo'llanilishi ishlab chiqarish va yig'ish jarayonlarida qism yoki yig'ishni dizayn maqsadiga muvofiq sinashdir. Bunday dasturlarda xususiyatlarni yaratish uchun regressiya algoritmlari orqali tahlil qilinadigan nuqta bulutlari yaratiladi. Bu nuqtalar operator tomonidan qo'lda joylashtirilgan zond yordamida yoki to'g'ridan-to'g'ri kompyuter boshqaruvi (DCC) orqali avtomatik ravishda to'planadi. DCC CMMlari bir xil qismlarni qayta-qayta o'lchash uchun dasturlashtirilishi mumkin; shuning uchun avtomatlashtirilgan CMM sanoat robotining ixtisoslashgan shaklidir.

Ehtiyot qismlar

Koordinatalarni o'lchash mashinalari uchta asosiy komponentdan iborat:

• Asosiy tuzilma uchta harakat o'qini o'z ichiga oladi. Harakatlanuvchi ramkani qurish uchun ishlatiladigan material yillar davomida o'zgarib turdi. Dastlabki CMMlarda granit va po'lat ishlatilgan. Bugungi kunda barcha yirik CMM ishlab chiqaruvchilari alyuminiy qotishmasidan yoki biron bir hosiladan ramkalar yasashadi va shuningdek, skanerlash uchun Z o'qining qattiqligini oshirish uchun keramikadan foydalanadilar. Bugungi kunda ham kam sonli CMM quruvchilari metrologiya dinamikasini yaxshilash uchun bozor talabi va sifat laboratoriyasidan tashqarida CMM o'rnatish tendentsiyasining ortishi tufayli granit ramka CMM ishlab chiqaradilar. Odatda, Xitoy va Hindistonda faqat past hajmli CMM quruvchilari va mahalliy ishlab chiqaruvchilar past texnologiyali yondashuv va CMM ramka quruvchisi bo'lish uchun oson kirish tufayli hali ham granit CMM ishlab chiqarishmoqda. Skanerlashga bo'lgan tobora ortib borayotgan tendentsiya CMM Z o'qining qattiqroq bo'lishini talab qiladi va keramika va kremniy karbid kabi yangi materiallar joriy etildi.
• Zondlash tizimi
• Ma'lumotlarni yig'ish va kamaytirish tizimi — odatda mashina boshqaruvchisi, ish stoli kompyuteri va amaliy dasturiy ta'minotni o'z ichiga oladi.

Mavjudlik

Bu mashinalar mustaqil, qo'lda ushlab turiladigan va ko'chma bo'lishi mumkin.

Aniqlik

Koordinata o'lchash mashinalarining aniqligi odatda masofadan funksiya sifatida noaniqlik koeffitsienti sifatida beriladi. Sensorli zonddan foydalanadigan CMM uchun bu zondning takrorlanishi va chiziqli shkalalarning aniqligi bilan bog'liq. Odatda zondning takrorlanishi butun o'lchov hajmi bo'yicha 0,001 mm yoki 0,00005 dyuym (yarim o'ndan bir) ichida o'lchovlarga olib kelishi mumkin. 3, 3+2 va 5 o'qli mashinalar uchun zondlar muntazam ravishda kuzatiladigan standartlar yordamida kalibrlanadi va aniqlikni ta'minlash uchun mashina harakati o'lchagichlar yordamida tekshiriladi.

Maxsus qismlar

Mashina korpusi

Birinchi CMM 1950-yillarda Shotlandiyaning Ferranti kompaniyasi tomonidan harbiy mahsulotlaridagi aniq komponentlarni o'lchash zarurati natijasida ishlab chiqilgan, garchi bu mashinada atigi 2 ta o'q bo'lsa ham. Birinchi 3 o'qli modellar 1960-yillarda (Italiyaning DEA) paydo bo'la boshladi va kompyuter boshqaruvi 1970-yillarning boshlarida paydo bo'ldi, ammo birinchi ishlaydigan CMM Angliyaning Melburn shahrida Browne & Sharpe tomonidan ishlab chiqildi va sotuvga qo'yildi. (Leitz Germaniya keyinchalik harakatlanuvchi stolli sobit mashina konstruktsiyasini ishlab chiqardi.)

Zamonaviy mashinalarda portal tipidagi ustki tuzilma ikki oyoqqa ega va ko'pincha ko'prik deb ataladi. Bu granit stol bo'ylab bir oyoq (ko'pincha ichki oyoq deb ataladi) bilan granit stolining bir tomoniga biriktirilgan yo'naltiruvchi rels bo'ylab erkin harakatlanadi. Qarama-qarshi oyoq (ko'pincha tashqi oyoq) shunchaki vertikal sirt konturi bo'ylab granit stol ustiga suyanadi. Havo podshipniklari ishqalanishsiz harakatlanishni ta'minlashning tanlangan usuli hisoblanadi. Bunda siqilgan havo tekis podshipnik yuzasidagi bir qator juda kichik teshiklar orqali majburan o'tkaziladi, bu esa CMM deyarli ishqalanishsiz harakatlanishi mumkin bo'lgan silliq, ammo boshqariladigan havo yostiqchasini ta'minlaydi, bu esa dasturiy ta'minot orqali kompensatsiya qilinishi mumkin. Ko'prik yoki portalning granit stol bo'ylab harakatlanishi XY tekisligining bir o'qini hosil qiladi. Portal ko'prigi ichki va tashqi oyoqlar orasidan o'tadigan va boshqa X yoki Y gorizontal o'qini hosil qiladigan aravachani o'z ichiga oladi. Harakatning uchinchi o'qi (Z o'qi) aravachaning markazidan yuqoriga va pastga harakatlanadigan vertikal tirsak yoki shpindel qo'shilishi bilan ta'minlanadi. Sensorli zond tirsakning uchida sensorli qurilmani hosil qiladi. X, Y va Z o'qlarining harakati o'lchov qobig'ini to'liq tavsiflaydi. O'lchov zondining murakkab ish qismlariga yaqinlashishini oshirish uchun ixtiyoriy aylanuvchi stollardan foydalanish mumkin. To'rtinchi qo'zg'aysan o'qi sifatida aylanuvchi stol o'lchov o'lchamlarini oshirmaydi, ular 3D bo'lib qoladi, lekin ma'lum darajada moslashuvchanlikni ta'minlaydi. Ba'zi sensorli zondlarning o'zi aylanuvchi qurilmalar bo'lib, zond uchi 180 darajadan ortiq vertikal ravishda va to'liq 360 daraja aylanish orqali aylanishi mumkin.

CMMlar endi boshqa turli shakllarda ham mavjud. Bularga stilus uchining holatini hisoblash uchun qo'lning bo'g'inlarida olingan burchak o'lchovlaridan foydalanadigan va lazer skanerlash va optik tasvirlash uchun zondlar bilan jihozlanishi mumkin bo'lgan CMM qo'llari kiradi. Bunday qo'l CMMlari ko'pincha ularning ko'chmaligi an'anaviy qo'zg'almas yotoqli CMMlarga nisbatan afzallik bo'lgan hollarda qo'llaniladi - o'lchangan joylarni saqlash orqali dasturlash dasturi o'lchov qo'lining o'zini va uning o'lchov hajmini o'lchov jarayonida o'lchanadigan qism atrofida harakatlantirish imkonini beradi. CMM qo'llari inson qo'lining moslashuvchanligini taqlid qilgani uchun ular ko'pincha standart uch o'qli mashina yordamida tekshirib bo'lmaydigan murakkab qismlarning ichki qismiga ham yetib borishlari mumkin.

Mexanik zond

Koordinatalarni o'lchashning (KOO) dastlabki kunlarida mexanik zondlar patning uchidagi maxsus ushlagichga o'rnatilardi. Juda keng tarqalgan zond qattiq sharni valning uchiga lehimlash orqali yasalgan. Bu tekis yuzli, silindrsimon yoki sharsimon sirtlarning butun diapazonini o'lchash uchun ideal edi. Boshqa zondlar maxsus xususiyatlarni o'lchash imkonini berish uchun ma'lum shakllarga, masalan, kvadrantga maydalangan. Bu zondlar ish qismiga nisbatan jismonan ushlab turilgan, fazodagi holat 3 o'qli raqamli o'qish (DRO) dan o'qilgan yoki yanada rivojlangan tizimlarda oyoq tugmasi yoki shunga o'xshash qurilma orqali kompyuterga qayd etilgan. Ushbu kontakt usuli bilan o'tkazilgan o'lchovlar ko'pincha ishonchsiz edi, chunki mashinalar qo'lda harakatlanardi va har bir mashina operatori zondga turli miqdorda bosim o'tkazgan yoki o'lchash uchun turli usullarni qo'llagan.

Keyingi rivojlanish har bir o'qni boshqarish uchun motorlarning qo'shilishi edi. Operatorlar endi mashinaga jismonan tegishi shart emas edi, balki har bir o'qni joystiklar bilan qo'l qutisi yordamida zamonaviy masofadan boshqariladigan mashinalarda bo'lgani kabi boshqarishlari mumkin edi. Elektron sensorli trigger zondining ixtiro qilinishi bilan o'lchov aniqligi va aniqligi sezilarli darajada yaxshilandi. Ushbu yangi zond qurilmasining kashshofi keyinchalik hozirgi Renishaw plc ni tashkil etgan Devid MakMurtri edi. Hali ham kontakt qurilmasi bo'lsa-da, zondda prujinali po'lat shar (keyinchalik yoqut shar) stilusi bor edi. Zond komponent yuzasiga tegib ketganda, stilus og'ib, bir vaqtning o'zida X, Y, Z koordinata ma'lumotlarini kompyuterga yubordi. Alohida operatorlar tomonidan yuzaga keladigan o'lchov xatolari kamaydi va CNC operatsiyalarini joriy etish va CMMlarning yetuklikka erishishi uchun zamin yaratildi.

Optik zondlar - bu mexanik zondlar kabi harakatlanadigan va materialga tegish o'rniga qiziqish nuqtasiga qaratilgan linza-CCD tizimlari. Sirtning olingan tasviri qoldiq qora va oq zonalar orasidagi kontrastni ta'minlash uchun yetarli bo'lmaguncha o'lchash oynasining chegaralariga o'ralgan bo'ladi. Ajratuvchi egri chiziqni nuqtaga, ya'ni fazodagi kerakli o'lchash nuqtasiga hisoblash mumkin. CCDdagi gorizontal ma'lumot 2D (XY) ga teng va vertikal holat - bu to'liq zondlash tizimining stend Z-drayveridagi (yoki boshqa qurilma komponentidagi) holati.

Skanerlash zond tizimlari

Belgilangan vaqt oralig'ida nuqtalarni olish uchun qism yuzasi bo'ylab sudraladigan zondlarga ega yangi modellar mavjud, ular skanerlash zondlari deb nomlanadi. CMM tekshiruvining bu usuli ko'pincha an'anaviy sensorli zond usuliga qaraganda aniqroq va ko'p hollarda tezroq.

Keyingi avlod skanerlash, ya'ni kontaktsiz skanerlash deb nomlanuvchi, yuqori tezlikdagi lazerli bitta nuqtali triangulyatsiya, lazer chizig'ini skanerlash va oq yorug'likni skanerlashni o'z ichiga olgan skanerlash juda tez rivojlanmoqda. Bu usul lazer nurlari yoki detal yuzasiga proyeksiyalangan oq yorug'likdan foydalanadi. Keyin minglab nuqtalarni olish va ulardan nafaqat o'lcham va joylashuvni tekshirish, balki detalning 3D tasvirini yaratish uchun ham foydalanish mumkin. Keyin bu "nuqta-bulut ma'lumotlari" detalning ishlaydigan 3D modelini yaratish uchun CAD dasturiga o'tkazilishi mumkin. Ushbu optik skanerlar ko'pincha yumshoq yoki nozik qismlarda yoki teskari muhandislikni osonlashtirish uchun ishlatiladi.

Mikrometrologiya zondlari

Mikroskala metrologiyasi uchun zondlash tizimlari yana bir rivojlanayotgan sohadir. Tizimga o'rnatilgan mikrozondga ega bo'lgan bir nechta tijoratda mavjud bo'lgan koordinata o'lchash mashinalari (CMM), davlat laboratoriyalaridagi bir nechta ixtisoslashgan tizimlar va mikroskala metrologiyasi uchun universitet tomonidan yaratilgan ko'plab metrologiya platformalari mavjud. Garchi bu mashinalar nanometrik o'lchovlarga ega yaxshi va ko'p hollarda a'lo darajadagi metrologiya platformalari bo'lsa-da, ularning asosiy cheklovi ishonchli, mustahkam va qobiliyatli mikro/nanozonddir.^{[iqtibos kerak]}Mikroskalali zondlash texnologiyalari uchun qiyinchiliklar orasida sirtga zarar yetkazmaslik uchun past kontakt kuchlari bilan chuqur, tor xususiyatlarga kirish va yuqori aniqlik (nanometr darajasi) imkonini beruvchi yuqori aspekt nisbati zondiga ehtiyoj bor.^{[iqtibos kerak]}Bundan tashqari, mikroskalali zondlar namlik va sirt o'zaro ta'siri, masalan, yopishish (yopishqoqlik, meniskus va/yoki Van der Waals kuchlari va boshqalar tufayli) kabi atrof-muhit sharoitlariga sezgir.^{[iqtibos kerak]}

Mikroskalali zondlashga erishish texnologiyalari klassik CMM zondlarining kichraytirilgan versiyasi, optik zondlar va boshqalar qatorida tik turgan to'lqinli zondni o'z ichiga oladi. Biroq, hozirgi optik texnologiyalarni chuqur, tor xususiyatni o'lchash uchun yetarlicha kichik miqyosda o'lchash mumkin emas va optik aniqlik yorug'lik to'lqin uzunligi bilan cheklangan. Rentgen tasvirlari xususiyatning rasmini beradi, ammo kuzatiladigan metrologiya ma'lumotlari yo'q.

Jismoniy tamoyillar

Optik zondlar va/yoki lazer zondlari (iloji bo'lsa, birgalikda) ishlatilishi mumkin, ular CMMlarni o'lchash mikroskoplariga yoki ko'p sensorli o'lchash mashinalariga o'zgartiradi. Chegara proyeksiya tizimlari, teodolit triangulyatsiya tizimlari yoki lazer masofaviy va triangulyatsiya tizimlari o'lchash mashinalari deb atalmaydi, ammo o'lchash natijasi bir xil: fazoviy nuqta. Lazer zondlari kinematik zanjirning oxiridagi sirt va mos yozuvlar nuqtasi orasidagi masofani aniqlash uchun ishlatiladi (ya'ni: Z-qo'zg'atuvchi komponentning oxiri). Bu interferometrik funksiya, fokus o'zgarishi, yorug'likning burilishi yoki nur soyasi printsipidan foydalanishi mumkin.

Portativ koordinata o'lchash mashinalari

An'anaviy CMMlar obyektning fizik xususiyatlarini o'lchash uchun uchta Dekart o'qi bo'ylab harakatlanadigan zonddan foydalansa, ko'chma CMMlar bo'g'imli qo'llardan yoki optik CMMlar holatida optik triangulyatsiya usullaridan foydalanadigan va obyekt atrofida to'liq harakatlanish erkinligini ta'minlaydigan qo'lsiz skanerlash tizimlaridan foydalanadi.

Bog'langan qo'llari bo'lgan ko'chma CMMlar chiziqli o'qlar o'rniga aylanuvchi kodlovchilar bilan jihozlangan olti yoki yetti o'qqa ega. Ko'chma qo'llar yengil (odatda 20 funtdan kam) va ularni deyarli hamma joyda ko'tarish va ishlatish mumkin. Biroq, optik CMMlar sanoatda tobora ko'proq qo'llanilmoqda. Yilni chiziqli yoki matritsali massiv kameralar (masalan, Microsoft Kinect) bilan ishlab chiqilgan optik CMMlar qo'llari bo'lgan ko'chma CMMlarga qaraganda kichikroq, simlarsiz va foydalanuvchilarga deyarli hamma joyda joylashgan barcha turdagi obyektlarning 3D o'lchovlarini osongina olish imkonini beradi.

Teskari muhandislik, tezkor prototiplash va barcha o'lchamdagi qismlarni keng ko'lamli tekshirish kabi ayrim takrorlanmas ilovalar ko'chma CMMlar uchun juda mos keladi. Ko'chma CMMlarning afzalliklari ko'p qirrali. Foydalanuvchilar barcha turdagi qismlarni va eng chekka/qiyin joylarda 3D o'lchovlarini olishda moslashuvchanlikka ega. Ulardan foydalanish oson va aniq o'lchovlarni olish uchun boshqariladigan muhitni talab qilmaydi. Bundan tashqari, ko'chma CMMlar an'anaviy CMMlarga qaraganda arzonroq bo'ladi.

Portativ CMMlarning o'ziga xos afzalliklari qo'lda boshqarishdir (ulardan foydalanish uchun har doim odam kerak bo'ladi). Bundan tashqari, ularning umumiy aniqligi ko'prik tipidagi CMMga qaraganda biroz kamroq aniq bo'lishi mumkin va ba'zi ilovalar uchun kamroq mos keladi.

Ko'p sensorli o'lchash mashinalari

Sensorli zondlardan foydalanadigan an'anaviy CMM texnologiyasi bugungi kunda ko'pincha boshqa o'lchash texnologiyalari bilan birlashtiriladi. Bunga ko'p sensorli o'lchov deb nomlanuvchi narsani ta'minlash uchun lazer, video yoki oq yorug'lik sensorlari kiradi.