Wat is in koördinaatmjitmasine?

INkoördinaatmjitmasine(CMM) is in apparaat dat de geometry fan fysike objekten mjit troch diskrete punten op it oerflak fan it objekt te detektearjen mei in sonde. Ferskate soarten sondes wurde brûkt yn CMM's, ynklusyf meganyske, optyske, laser- en wyt ljocht. Ofhinklik fan 'e masine kin de posysje fan' e sonde manuell wurde kontroleare troch in operator of kin it kompjûterkontroleare wurde. CMM's spesifisearje typysk de posysje fan in sonde yn termen fan syn ferpleatsing fan in referinsjeposysje yn in trijediminsjonaal Cartesysk koördinatesysteem (d.w.s. mei XYZ-assen). Neist it ferpleatsen fan 'e sonde lâns de X-, Y- en Z-assen, tastean in protte masines ek de kontrôle fan 'e hoeke fan' e sonde om mjitting fan oerflakken mooglik te meitsjen dy't oars net berikber soene wêze.

De typyske 3D "brêge" CMM makket sondebeweging mooglik lâns trije assen, X, Y en Z, dy't ortogonaal oan elkoar steane yn in trijediminsjonaal Cartesysk koördinatesysteem. Elke as hat in sensor dy't de posysje fan 'e sonde op dy as kontrolearret, typysk mei mikrometerpresyzje. As de sonde kontakt makket mei (of oars detektearret) in bepaalde lokaasje op it objekt, samplet de masine de trije posysjesensors, en mjit sa de lokaasje fan ien punt op it oerflak fan it objekt, lykas de 3-diminsjonale fektor fan 'e nommen mjitting. Dit proses wurdt werhelle as nedich, wêrby't de sonde elke kear beweecht, om in "puntwolk" te produsearjen dy't de oerflakgebieten fan belang beskriuwt.

In gewoan gebrûk fan CMM's is yn produksje- en gearstallingsprosessen om in ûnderdiel of gearstalling te testen tsjin de ûntwerpbedoeling. Yn sokke tapassingen wurde puntwolken generearre dy't analysearre wurde fia regresjealgoritmen foar de konstruksje fan funksjes. Dizze punten wurde sammele mei in sonde dy't mei de hân troch in operator of automatysk pleatst wurdt fia Direct Computer Control (DCC). DCC CMM's kinne programmearre wurde om identike ûnderdielen werhelle te mjitten; sadwaande is in automatisearre CMM in spesjalisearre foarm fan yndustriële robot.

ûnderdielen

Koördinaatmjitmasines besteane út trije haadkomponinten:

• De haadstruktuer dy't trije bewegingsassen omfettet. It materiaal dat brûkt wurdt om it bewegende frame te bouwen is yn 'e rin fan' e jierren farieare. Granyt en stiel waarden brûkt yn 'e iere CMM's. Tsjintwurdich bouwe alle grutte CMM-fabrikanten frames fan aluminiumlegering of in derivative en brûke se ek keramyk om de styfheid fan' e Z-as te fergrutsjen foar scanapplikaasjes. Mar in pear CMM-bouwers produsearje hjoed de dei noch graniten frame CMM fanwegen de merkeasken foar ferbettere metrologydynamika en de tanimmende trend om CMM bûten it kwaliteitslaboratoarium te ynstallearjen. Typysk produsearje allinich leechvolume CMM-bouwers en ynlânske fabrikanten yn Sina en Yndia noch graniten CMM fanwegen de lege technology-oanpak en maklike yngong om in CMM-framebouwer te wurden. De tanimmende trend nei scannen fereasket ek dat de CMM Z-as styver is en nije materialen binne yntrodusearre lykas keramyk en silisiumkarbid.
• Sondingssysteem
• Systeem foar gegevensferzameling en -reduksje - omfettet typysk in masinekontroller, buroblêdkompjûter en applikaasjesoftware.

Beskikberens

Dizze masines kinne frijsteand, handheld en draachber wêze.

Krektens

De krektens fan koördinaatmjitmasines wurdt typysk jûn as in ûnwissichheidsfaktor as in funksje oer ôfstân. Foar in CMM dy't in oanraakprobe brûkt, hat dit betrekking op de werhelberens fan 'e probe en de krektens fan 'e lineêre skalen. Typyske werhelberens fan 'e probe kin resultearje yn mjittingen binnen 0,001 mm of 0,00005 inch (in heale tsiende) oer it heule mjitvolume. Foar masines mei 3, 3+2 en 5 assen wurde probes routinematich kalibrearre mei traceerbere noarmen en wurdt de masinebeweging ferifiearre mei meters om krektens te garandearjen.

Spesifike ûnderdielen

Masinelichem

De earste CMM waard ûntwikkele troch de Ferranti Company fan Skotlân yn 'e jierren 1950 as gefolch fan in direkte needsaak om presyzjekomponinten yn har militêre produkten te mjitten, hoewol dizze masine mar 2 assen hie. De earste 3-assige modellen begûnen te ferskinen yn 'e jierren 1960 (DEA fan Itaalje) en kompjûterkontrôle debutearre yn 'e iere jierren 1970, mar de earste wurkjende CMM waard ûntwikkele en te keap brocht troch Browne & Sharpe yn Melbourne, Ingelân. (Leitz Dútslân produsearre dêrnei in fêste masinestruktuer mei bewegende tafel.)

Yn moderne masines hat de portaaltype boppebou twa skonken en wurdt faak in brêge neamd. Dizze beweecht frij lâns de graniten tafel mei ien skonk (faak oantsjutten as de binnenste skonk) dy't in liederail folget dy't oan ien kant fan 'e graniten tafel befestige is. De tsjinoerstelde skonk (faak bûtenste skonk) rêst gewoan op 'e graniten tafel en folget de fertikale oerflakkontur. Loftlagers binne de keazen metoade om wriuwingfrije beweging te garandearjen. Yn dizze wurdt komprimearre loft troch in searje heul lytse gatten yn in flak lageroerflak twongen om in glêd, mar kontroleare loftkessen te leverjen wêrop de CMM hast wriuwingleas kin bewege, wat kompensearre wurde kin fia software. De beweging fan 'e brêge of portaal lâns de graniten tafel foarmet ien as fan it XY-flak. De brêge fan 'e portaal befettet in wein dy't tusken de binnen- en bûtenpoaten giet en de oare X- of Y-horizontale as foarmet. De tredde bewegingsas (Z-as) wurdt levere troch de tafoeging fan in fertikale pin of spindel dy't op en del beweecht troch it sintrum fan 'e wein. De oanraaksonde foarmet it sensorapparaat oan 'e ein fan' e pin. De beweging fan 'e X-, Y- en Z-assen beskriuwt de mjitomfang folslein. Opsjonele draaitafels kinne brûkt wurde om de tagonklikens fan 'e mjitsonde foar yngewikkelde wurkstikken te ferbetterjen. De draaitafel as in fjirde oandriuwas ferbetteret de mjitôfmjittings net, dy't 3D bliuwe, mar it biedt wol in mjitte fan fleksibiliteit. Guon oanraaksondes binne sels oandreaune draaiende apparaten wêrby't de sondepunt mear as 180 graden fertikaal en in folsleine rotaasje fan 360 graden kin draaie.

CMM's binne no ek beskikber yn in ferskaat oan oare foarmen. Dizze omfetsje CMM-earms dy't hoeke-mjittingen brûke dy't by de gewrichten fan 'e earm nommen binne om de posysje fan 'e styluspunt te berekkenjen, en kinne wurde útrisd mei sondes foar laserscannen en optyske ôfbylding. Sokke earm-CMM's wurde faak brûkt wêr't har portabiliteit in foardiel is boppe tradisjonele fêste bêd-CMM's - troch it opslaan fan mjitten lokaasjes makket programmearsoftware it ek mooglik om de mjitterarm sels, en syn mjitvolume, om it te mjitten ûnderdiel te ferpleatsen tidens in mjitroutine. Omdat CMM-earms de fleksibiliteit fan in minsklike earm imitearje, binne se ek faak yn steat om de binnenkant fan komplekse ûnderdielen te berikken dy't net mei in standert trije-assige masine ûndersocht wurde koene.

Mechanyske sonde

Yn 'e begjintiid fan koördinaatmjitting (CMM) waarden meganyske sondes yn in spesjale hâlder oan 'e ein fan 'e pin pleatst. In tige gewoane sonde waard makke troch in hurde bal oan 'e ein fan in as te solderen. Dit wie ideaal foar it mjitten fan in hiele rige platte, silindryske of sferyske oerflakken. Oare sondes waarden slyp ta spesifike foarmen, bygelyks in kwadrant, om mjitting fan spesjale funksjes mooglik te meitsjen. Dizze sondes waarden fysyk tsjin it wurkstik hâlden, wêrby't de posysje yn 'e romte waard ôflêzen fan in 3-assige digitale útlêzing (DRO) of, yn mear avansearre systemen, yn in kompjûter waard oanmeld troch middel fan in foetschakelaar of ferlykber apparaat. Mjittingen dy't mei dizze kontaktmetoade waarden nommen, wiene faak ûnbetrouber, om't masines mei de hân waarden ferpleatst en elke masine-operator ferskillende hoemannichten druk op 'e sonde útoefene of ferskillende techniken foar de mjitting brûkte.

In fierdere ûntwikkeling wie de tafoeging fan motors foar it oandriuwen fan elke as. Operators hoegden de masine net langer fysyk oan te reitsjen, mar koene elke as oandriuwe mei in hândoaze mei joysticks op deselde wize as by moderne op ôfstân bestjoerbere auto's. De mjitnauwkeurigens en presyzje ferbetteren dramatysk mei de útfining fan 'e elektroanyske touch-triggersonde. De pionier fan dit nije sonde-apparaat wie David McMurtry, dy't letter oprjochte wat no Renishaw plc is. Hoewol noch altyd in kontaktapparaat, hie de sonde in fearbelaste stielen bal (letter ruby bal) stylus. As de sonde it oerflak fan it komponint oanrekke, bûgde de stylus ôf en stjoerde tagelyk de X, Y, Z-koördinaatynformaasje nei de kompjûter. Mjitfouten feroarsake troch yndividuele operators waarden minder en it poadium wie klear foar de ynfiering fan CNC-operaasjes en de komst fan folwoeksenheid fan CMM's.

Optyske sondes binne lens-CCD-systemen, dy't lykas de meganyske bewege wurde, en rjochte binne op it punt fan belang, ynstee fan it materiaal oan te reitsjen. De fêstleine ôfbylding fan it oerflak wurdt ynsletten binnen de rânen fan in mjitfinster, oant it residu genôch is om kontrast te meitsjen tusken swarte en wite sônes. De skiedingskromme kin berekkene wurde nei in punt, dat it winske mjitpunt yn 'e romte is. De horizontale ynformaasje op 'e CCD is 2D (XY) en de fertikale posysje is de posysje fan it folsleine sondesysteem op 'e stand Z-drive (of oare apparaatkomponint).

Skannende sondesystemen

Der binne nijere modellen mei sondes dy't mei bepaalde yntervallen lâns it oerflak fan 'e ûnderdielen slepe, bekend as scansondes. Dizze metoade fan CMM-ynspeksje is faak krekter as de konvinsjonele touch-probe-metoade en meastentiids ek rapper.

De folgjende generaasje fan scannen, bekend as kontaktleaze scannen, dy't hege snelheid laser single point triangulaasje, laser line scannen en wyt ljocht scannen omfettet, ûntjout him tige fluch. Dizze metoade brûkt laserstrielen of wyt ljocht dat tsjin it oerflak fan it ûnderdiel projektearre wurdt. In protte tûzenen punten kinne dan nommen wurde en net allinich brûkt wurde om grutte en posysje te kontrolearjen, mar ek om in 3D-ôfbylding fan it ûnderdiel te meitsjen. Dizze "puntwolkgegevens" kinne dan oerdroegen wurde nei CAD-software om in wurkjend 3D-model fan it ûnderdiel te meitsjen. Dizze optyske scanners wurde faak brûkt op sêfte of delikate ûnderdielen of om reverse engineering te fasilitearjen.

Mikrometrologysondes

Sondesystemen foar mikroskaalmetrology-tapassingen binne in oar opkommend gebiet. Der binne ferskate kommersjeel beskikbere koördinaatmjitmasines (CMM's) dy't in mikrosonde yn it systeem hawwe yntegrearre, ferskate spesjaliteitssystemen by oerheidslaboratoria, en in oantal troch universiteiten boude metrologyplatfoarms foar mikroskaalmetrology. Hoewol dizze masines goede en yn in protte gefallen poerbêste metrologyplatfoarms binne mei nanometryske skalen, is har primêre beheining in betroubere, robuuste, kapabele mikro/nano-sonde.^{[sitaat nedich]}Útdagings foar mikroskaal-probingtechnologyen omfetsje de needsaak foar in sonde mei in hege aspektferhâlding dy't de mooglikheid jout om tagong te krijen ta djippe, smelle funksjes mei lege kontaktkrêften om it oerflak net te beskeadigjen en hege presyzje (nanometernivo).^{[sitaat nedich]}Derneist binne mikroskaalsondes gefoelich foar miljeu-omstannichheden lykas fochtigens en oerflak-ynteraksjes lykas stiksje (feroarsake troch adhesion, meniskus, en/of Van der Waals-krêften ûnder oaren).^{[sitaat nedich]}

Technologyen om mikroskaalprobing te berikken omfetsje ûnder oaren ferlytse ferzjes fan klassike CMM-probes, optyske probes en in steande weachprobe. De hjoeddeiske optyske technologyen kinne lykwols net lyts genôch skaalber wêze om djippe, smelle funksjes te mjitten, en de optyske resolúsje wurdt beheind troch de golflingte fan ljocht. Röntgenôfbylding jout in byld fan 'e funksje, mar gjin traceerbere metrologyske ynformaasje.

Fysyske prinsipes

Optyske sondes en/of lasersondes kinne brûkt wurde (as mooglik yn kombinaasje), dy't CMM's feroarje yn mjitmikroskopen of multi-sensor mjitmasines. Fringeprojeksjesystemen, teodoliet-triangulaasjesystemen of laser-ôfstân- en triangulaasjesystemen wurde gjin mjitmasines neamd, mar it mjitresultaat is itselde: in romtepunt. Lasersondes wurde brûkt om de ôfstân tusken it oerflak en it referinsjepunt oan 'e ein fan' e kinematyske keten (d.w.s.: ein fan 'e Z-oandriuwkomponint) te detektearjen. Dit kin in ynterferometryske funksje, fokusfariaasje, ljochtôfbûging of in strielskaduwprinsipe brûke.

Draachbere koördinaatmjitmasines

Wylst tradisjonele CMM's in sonde brûke dy't op trije Cartesyske assen beweecht om de fysike skaaimerken fan in objekt te mjitten, brûke draachbere CMM's of geartikulearre earms of, yn it gefal fan optyske CMM's, earmfrije scansystemen dy't optyske triangulaasjemetoaden brûke en totale frijheid fan beweging om it objekt mooglik meitsje.

Draachbere CMM's mei gearstalde earms hawwe seis of sân assen dy't foarsjoen binne fan rotearjende encoders, ynstee fan lineêre assen. Draachbere earms binne lichtgewicht (meastal minder as 20 pûn) en kinne hast oeral droegen en brûkt wurde. Optyske CMM's wurde lykwols hieltyd faker brûkt yn 'e yndustry. Untworpen mei kompakte lineêre of matrix array-kamera's (lykas de Microsoft Kinect), binne optyske CMM's lytser as draachbere CMM's mei earms, hawwe gjin triedden, en stelle brûkers yn steat om maklik 3D-mjittingen te dwaan fan alle soarten objekten dy't hast oeral lizze.

Bepaalde net-repetitive tapassingen lykas reverse engineering, rapid prototyping, en grutskalige ynspeksje fan ûnderdielen fan alle maten binne ideaal geskikt foar draachbere CMM's. De foardielen fan draachbere CMM's binne meardere kearen. Brûkers hawwe de fleksibiliteit om 3D-mjittingen te dwaan fan alle soarten ûnderdielen en op 'e meast ôfgelegen/drege lokaasjes. Se binne maklik te brûken en fereaskje gjin kontroleare omjouwing om krekte mjittingen te dwaan. Boppedat kostje draachbere CMM's oer it algemien minder as tradisjonele CMM's.

De ynherinte neidielen fan draachbere CMM's binne hânmjittige operaasje (se hawwe altyd in minske nedich om se te brûken). Derneist kin har algemiene krektens wat minder krekt wêze as dy fan in brêge-type CMM en is minder geskikt foar guon tapassingen.

Multisensor-mjitmasines

Tradisjonele CMM-technology mei oanraaksondes wurdt hjoed de dei faak kombinearre mei oare mjittechnology. Dit omfettet laser-, fideo- of wite ljochtsensors om te leverjen wat bekend stiet as multisensormjitting.