Шта је координатна мерна машина?

Акоординатна мерна машина(ЦММ) је уређај који мери геометрију физичких објеката тако што сондом детектује дискретне тачке на површини објекта.У ЦММ-има се користе различите врсте сонди, укључујући механичку, оптичку, ласерску и белу светлост.У зависности од машине, положај сонде може ручно да контролише оператер или може бити контролисан рачунаром.ЦММ типично специфицирају позицију сонде у смислу њеног померања од референтне позиције у тродимензионалном Декартовом координатном систему (тј. са КСИЗ оса).Поред померања сонде дуж Кс, И и З осе, многе машине такође омогућавају контролу угла сонде како би се омогућило мерење површина које би иначе биле недоступне.

Типичан 3Д „мост“ ЦММ омогућава кретање сонде дуж три осе, Кс, И и З, које су ортогоналне једна према другој у тродимензионалном Декартовом координатном систему.Свака оса има сензор који прати положај сонде на тој оси, обично са микрометарском прецизношћу.Када сонда дође у контакт (или на други начин детектује) одређену локацију на објекту, машина узоркује три сензора положаја, чиме мери локацију једне тачке на површини објекта, као и тродимензионални вектор мерења.Овај процес се понавља по потреби, померајући сонду сваки пут, да би се произвео „облак тачака“ који описује површине од интереса.

Уобичајена употреба ЦММ-а је у процесима производње и монтаже за тестирање дела или склопа у односу на намеру дизајна.У таквим апликацијама се генеришу облаци тачака који се анализирају помоћу регресионих алгоритама за конструкцију карактеристика.Ове тачке се прикупљају коришћењем сонде коју оператер поставља ручно или аутоматски преко директне компјутерске контроле (ДЦЦ).ДЦЦ ЦММ се могу програмирати да више пута мере идентичне делове;стога је аутоматизовани ЦММ специјализовани облик индустријског робота.

Делови

Машине за мерење координата укључују три главне компоненте:

• Главна структура која укључује три осе кретања.Материјал који се користи за израду покретног оквира варирао је током година.У раним ЦММ-има коришћени су гранит и челик.Данас сви главни произвођачи ЦММ-а граде оквире од легуре алуминијума или неког деривата и такође користе керамику да повећају крутост З осе за апликације за скенирање.Неколико произвођача ЦММ-а данас још увек производи ЦММ гранитне оквире због захтева тржишта за побољшаном метролошком динамиком и растућег тренда уградње ЦММ-а ван лабораторије квалитета.Обично само мали обим ЦММ градитељи и домаћи произвођачи у Кини и Индији још увек производе гранитне ЦММ због приступа ниске технологије и лаког приступа да постану градитељ ЦММ оквира.Све већи тренд ка скенирању такође захтева да ЦММ З оса буде чвршћа и уведени су нови материјали као што су керамика и силицијум карбид.
• Систем сондирања
• Систем за прикупљање и смањење података — обично укључује машински контролер, десктоп рачунар и апликативни софтвер.

Доступност

Ове машине могу бити самостојеће, ручне и преносиве.

Прецизност

Тачност машина за мерење координата се обично даје као фактор несигурности као функција у односу на растојање.За ЦММ који користи сонду за додир, ово се односи на поновљивост сонде и тачност линеарних скала.Типична поновљивост сонде може резултирати мерењима унутар 0,001 мм или 0,00005 инча (пола десетине) по целој запремини мерења.За машине са 3, 3+2 и 5 оса, сонде се рутински калибришу коришћењем следљивих стандарда, а кретање машине се проверава помоћу мерача да би се осигурала тачност.

Специфични делови

Тело машине

Први ЦММ је развила компанија Ферранти из Шкотске 1950-их као резултат директне потребе за мерењем прецизних компоненти у њиховим војним производима, иако је ова машина имала само 2 осе.Први модели са 3 осе почели су да се појављују 1960-их (ДЕА из Италије), а компјутерска контрола је дебитовала раних 1970-их, али је први радни ЦММ развио и ставио на продају Бровне & Схарпе у Мелбурну, Енглеска.(Леитз Немачка је касније произвела фиксну машинску структуру са покретним столом.

У савременим машинама, надградња порталног типа има две ноге и често се назива мостом.Ово се слободно креће дуж гранитног стола са једном ногом (која се често назива унутрашња нога) пратећи водилицу причвршћену на једну страну гранитног стола.Супротна нога (често спољна нога) једноставно се ослања на гранитни сто пратећи вертикалну контуру површине.Ваздушни лежајеви су изабрани метод за осигурање кретања без трења.Код њих, компримовани ваздух се гура кроз низ веома малих рупа на равној површини лежаја да би се обезбедио гладак, али контролисан ваздушни јастук на коме се ЦММ може кретати на начин скоро без трења, што се може компензовати путем софтвера.Кретање моста или портала дуж гранитног стола формира једну осу равни КСИ.Мост на порталу садржи кочију која се креће између унутрашњих и спољашњих ногу и формира другу Кс или И хоризонталну осу.Трећа оса кретања (З оса) је обезбеђена додавањем вертикалног пера или вретена које се креће горе-доле кроз центар колица.Сонда за додир формира сензорски уређај на крају пера.Померање Кс, И и З оса у потпуности описује мерни омотач.Опциони ротациони столови се могу користити за побољшање приступачности мерне сонде компликованим обрадацима.Ротациони сто као четврта погонска осовина не побољшава мерне димензије, које остају 3Д, али пружа одређени степен флексибилности.Неке сонде за додир су и саме по себи ротирајући уређаји са врхом сонде који може да се окреће вертикално за више од 180 степени и кроз пуну ротацију од 360 степени.

ЦММ су сада такође доступни у разним другим облицима.Ово укључује ЦММ руке које користе угаона мерења на зглобовима руке за израчунавање положаја врха оловке и могу бити опремљене сондама за ласерско скенирање и оптичко снимање.Такви ЦММ-ови за руке се често користе тамо где је њихова преносивост предност у односу на традиционалне ЦММ-ове са фиксним лежајем – складиштењем измерених локација, софтвер за програмирање такође омогућава померање саме мерне руке и њене мерне запремине око дела који се мери током рутине мерења.Пошто ЦММ руке имитирају флексибилност људске руке, често су у стању да допру до унутрашњости сложених делова који се не могу испитати помоћу стандардне машине са три осе.

Механичка сонда

У раним данима координатног мерења (ЦММ), механичке сонде су биле постављене у посебан држач на крају пера.Врло уобичајена сонда је направљена лемљењем тврде кугле на крај осовине.Ово је било идеално за мерење читавог низа равних, цилиндричних или сферних површина.Друге сонде су млевене у одређене облике, на пример квадрант, да би се омогућило мерење посебних карактеристика.Ове сонде су физички држане на радном комаду са положајем у простору који се очитава са 3-осног дигиталног очитавања (ДРО) или, у напреднијим системима, пријављује се на рачунар помоћу ножног прекидача или сличног уређаја.Мерења обављена овом методом контакта често су била непоуздана јер су се машине померале ручно и сваки оператер машине је примењивао различите количине притиска на сонду или је усвајао различите технике за мерење.

Даљи развој је био додавање мотора за покретање сваке осе.Оператери више нису морали физички да додирују машину, већ су могли да покрећу сваку осу користећи ручну кутију са џојстицима на исти начин као код модерних аутомобила на даљинско управљање.Тачност и прецизност мерења су драматично побољшани проналаском електронске сонде за окидање додира.Пионир ове нове сонде био је Давид МцМуртри који је касније формирао оно што је сада Ренисхав плц.Иако је још увек био контактни уређај, сонда је имала челичну куглицу са опругом (касније рубин кугла) оловку.Како је сонда додирнула површину компоненте, оловка се скренула и истовремено послала информације о Кс, И, З координатама рачунару.Грешке у мерењу које су проузроковали појединачни оператери су све мање и створена је етапа за увођење ЦНЦ операција и сазревање ЦММ-а.

Оптичке сонде су сочива-ЦЦД-системи, који се померају као и механичке, и усмерени су на тачку интересовања, уместо да додирују материјал.Снимљена слика површине биће затворена у ивице мерног прозора, све док остатак не буде адекватан за контраст између црних и белих зона.Крива поделе се може израчунати до тачке, која је тражена мерна тачка у простору.Хоризонтална информација на ЦЦД-у је 2Д (КСИ), а вертикална позиција је позиција комплетног система сондирања на З-дривеу постоља (или другој компоненти уређаја).

Системи сонде за скенирање

Постоје новији модели који имају сонде које се повлаче дуж површине дела узимајући тачке у одређеним интервалима, познате као сонде за скенирање.Ова метода ЦММ инспекције је често тачнија од конвенционалне методе сонде на додир и већину пута бржа.

Следећа генерација скенирања, позната као бесконтактно скенирање, која укључује ласерску триангулацију велике брзине у једној тачки, ласерско скенирање линија и скенирање беле светлости, напредује веома брзо.Ова метода користи или ласерске зраке или бело светло које се пројектују на површину дела.Много хиљада тачака се тада може узети и користити не само за проверу величине и положаја, већ и за креирање 3Д слике дела.Ови „подаци из облака тачака“ се затим могу пренети у ЦАД софтвер да би се креирао радни 3Д модел дела.Ови оптички скенери се често користе на меким или деликатним деловима или за олакшавање обрнутог инжењеринга.

Микрометролошке сонде

Системи сондирања за метролошке апликације на микроразмери су још једна област у настајању.Постоји неколико комерцијално доступних координатних мерних машина (ЦММ) које имају микросонду интегрисану у систем, неколико специјалних система у владиним лабораторијама и било који број универзитетских метролошких платформи за метрологију микроразмера.Иако су ове машине добре и у многим случајевима одличне метролошке платформе са нанометричким скалама, њихово примарно ограничење је поуздана, робусна, способна микро/нано сонда.^{[потребан цитат]}Изазови за технологије сондирања на микроразмеру укључују потребу за сондом са високим односом ширине и висине која даје могућност приступа дубоким, уским деловима са малим контактним силама како се не би оштетила површина и високом прецизношћу (нанометарски ниво).^{[потребан цитат]}Поред тога, микроскопске сонде су подложне условима околине као што су влажност и површинске интеракције као што је слепљивање (између осталог узроковано адхезионом, менискусом и/или Ван дер Валсовим силама).^{[потребан цитат]}

Технологије за постизање микроскале сондирања укључују смањену верзију класичних ЦММ сонди, оптичких сонди и сонде са стојећим таласом, између осталог.Међутим, тренутне оптичке технологије не могу бити довољно мале да би се измериле дубоке, уске карактеристике, а оптичка резолуција је ограничена таласном дужином светлости.Рендгенско снимање даје слику карактеристике, али не може пратити метролошке информације.

Физички принципи

Могу се користити оптичке сонде и/или ласерске сонде (ако је могуће у комбинацији), које мењају ЦММ у мерне микроскопе или мерне машине са више сензора.Системи за пројекцију руба, системи теодолитне триангулације или ласерски удаљени и триангулациони системи се не називају мерним машинама, али резултат мерења је исти: просторна тачка.Ласерске сонде се користе за откривање растојања између површине и референтне тачке на крају кинематичког ланца (тј.: крај компоненте З-погона).Ово може да користи интерферометријску функцију, варијацију фокуса, скретање светлости или принцип сенчења зрака.

Преносне координатно-мерне машине

Док традиционални ЦММ користе сонду која се креће на три картезијанске осе за мерење физичких карактеристика објекта, преносиви ЦММ користе или зглобне руке или, у случају оптичких ЦММ, системе за скенирање без руку који користе методе оптичке триангулације и омогућавају потпуну слободу кретања око објекта.

Преносни ЦММ са зглобним краковима имају шест или седам оса које су опремљене ротационим енкодерима, уместо линеарних оса.Преносне руке су лагане (обично мање од 20 фунти) и могу се носити и користити скоро свуда.Међутим, оптички ЦММ се све више користе у индустрији.Дизајнирани са компактним линеарним или матричним низом камера (као што је Мицрософт Кинецт), оптички ЦММ-и ​​су мањи од преносивих ЦММ-а са рукама, немају жице и омогућавају корисницима да лако врше 3Д мерења свих врста објеката који се налазе скоро свуда.

Одређене апликације које се не понављају, као што су обрнути инжењеринг, брза израда прототипа и велика инспекција делова свих величина, идеално су прикладне за преносиве ЦММ.Предности преносивих ЦММ-а су вишеструке.Корисници имају флексибилност у 3Д мерењу свих врста делова и на најудаљенијим/најтежим локацијама.Једноставни су за употребу и не захтевају контролисано окружење за прецизна мерења.Штавише, преносиви ЦММ обично коштају мање од традиционалних ЦММ.

Урођени компромиси преносивих ЦММ-а су ручни рад (увек им је потребан човек да их користи).Поред тога, њихова укупна тачност може бити нешто мање тачна од оне код ЦММ типа моста и мање је погодна за неке примене.

Мултисензорске мерне машине

Традиционална ЦММ технологија која користи сонде на додир се данас често комбинује са другим технологијама мерења.Ово укључује ласерске, видео сензоре или сензоре за бело светло како би се обезбедило оно што је познато као мултисензорско мерење.