Координат хэмжих машин гэж юу вэ?

Акоординат хэмжих машин(CMM) нь объектын гадаргуу дээрх дискрет цэгүүдийг датчикаар мэдрэх замаар физик объектын геометрийг хэмждэг төхөөрөмж юм. CMM-д механик, оптик, лазер, цагаан гэрэл зэрэг янз бүрийн төрлийн датчик ашигладаг. Машинаас хамааран датчикийн байрлалыг оператор гараар эсвэл компьютерээр удирдаж болно. CMM нь ихэвчлэн датчикийн байрлалыг гурван хэмжээст Декартын координатын систем дэх (өөрөөр хэлбэл XYZ тэнхлэгүүдтэй) лавлах байрлалаас шилжилтээр нь тодорхойлдог. Датчикийг X, Y, Z тэнхлэгийн дагуу хөдөлгөхөөс гадна олон машинууд датчикийн өнцгийг хянах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр өөрөөр хүрэх боломжгүй гадаргууг хэмжих боломжтой болдог.

Ердийн 3 хэмжээст "гүүр" CMM нь гурван хэмжээст Декартын координатын системд бие биентэйгээ ортогональ байрладаг X, Y, Z гэсэн гурван тэнхлэгийн дагуу датчикийн хөдөлгөөнийг зөвшөөрдөг. Тэнхлэг бүр нь тухайн тэнхлэг дээрх датчикийн байрлалыг ихэвчлэн микрометрийн нарийвчлалтайгаар хянадаг мэдрэгчтэй байдаг. Датчик нь объект дээрх тодорхой байршилд хүрэх (эсвэл өөрөөр илрүүлэх) үед машин нь гурван байрлалын мэдрэгчээс дээж авч, объектын гадаргуу дээрх нэг цэгийн байршил, мөн авсан хэмжилтийн 3 хэмжээст векторыг хэмждэг. Энэ процессыг шаардлагатай үед давтаж, датчикийг хөдөлгөж, сонирхлын гадаргуугийн хэсгүүдийг дүрсэлсэн "цэгийн үүл" үүсгэдэг.

CMM-ийн түгээмэл хэрэглээ бол үйлдвэрлэл болон угсралтын процесст эд анги эсвэл угсралтыг дизайны зорилгод нийцүүлэн турших явдал юм. Ийм хэрэглээнд цэгийн үүл үүсгэдэг бөгөөд үүнийг шинж чанаруудыг бүтээх регрессийн алгоритмаар шинжилдэг. Эдгээр цэгүүдийг операторын гараар байрлуулсан датчик ашиглан эсвэл Шууд Компьютерийн Удирдлага (DCC)-ээр автоматаар цуглуулдаг. DCC CMM-ийг ижил хэсгүүдийг давтан хэмжихээр програмчилж болно; тиймээс автоматжуулсан CMM нь үйлдвэрлэлийн роботын тусгай хэлбэр юм.

Эд ангиуд

Координат хэмжих машинууд нь гурван үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ.

• Хөдөлгөөний гурван тэнхлэгийг багтаасан үндсэн бүтэц. Хөдөлгөөнт хүрээг барихад ашигласан материал нь олон жилийн турш өөрчлөгдөж ирсэн. Боржин чулуу, ганг CMM-ийн эхэн үед ашигласан. Өнөөдөр бүх томоохон CMM үйлдвэрлэгчид хөнгөн цагааны хайлш эсвэл ямар нэгэн уламжлалаар хүрээ бүтээдэг бөгөөд мөн сканнердах зорилгоор Z тэнхлэгийн хатуулгийг нэмэгдүүлэхийн тулд керамик ашигладаг. Өнөөдөр CMM үйлдвэрлэгчдийн цөөхөн нь боржин чулуун хүрээ CMM үйлдвэрлэдэг хэвээр байгаа нь хэмжилзүйн динамикийг сайжруулах зах зээлийн шаардлага, чанарын лабораторийн гадна CMM суурилуулах хандлага нэмэгдэж байгаатай холбоотой юм. Ерөнхийдөө Хятад, Энэтхэгт зөвхөн бага хэмжээний CMM үйлдвэрлэгчид болон дотоодын үйлдвэрлэгчид л технологийн бага арга барил, CMM хүрээ үйлдвэрлэгч болоход хялбар байдлаас шалтгаалан боржин чулуун CMM үйлдвэрлэдэг хэвээр байна. Сканнердах хандлага нэмэгдэж байгаа нь CMM Z тэнхлэгийг илүү хатуу болгохыг шаарддаг бөгөөд керамик, цахиурын карбид зэрэг шинэ материалууд нэвтрүүлсэн.
• Зориулалтын систем
• Өгөгдөл цуглуулах, багасгах систем - ихэвчлэн машин хянагч, ширээний компьютер болон хэрэглээний програм хангамжийг агуулдаг.

Бэлэн байдал

Эдгээр машинууд нь бие даасан, гар болон зөөврийн байж болно.

Нарийвчлал

Координат хэмжих машинуудын нарийвчлалыг ихэвчлэн тодорхойгүй байдлын хүчин зүйл болгон зайнаас хамаарах функц болгон өгдөг. Хүрэх датчик ашигладаг CMM-ийн хувьд энэ нь датчикийн давтагдах чадвар болон шугаман масштабын нарийвчлалтай холбоотой. Датчикийн ердийн давтагдах чадвар нь хэмжилтийн нийт эзэлхүүнээс 0.001 мм эсвэл 0.00005 инч (аравны нэг) доторх хэмжилтийг хийхэд хүргэдэг. 3, 3+2, 5 тэнхлэгтэй машинуудын хувьд датчикуудыг тогтмол мөрдөх боломжтой стандартаар тохируулж, нарийвчлалыг хангахын тулд машины хөдөлгөөнийг хэмжигч ашиглан баталгаажуулдаг.

Тодорхой эд ангиуд

Машины их бие

Анхны CMM-ийг 1950-иад онд Шотландын Ферранти компани цэргийн бүтээгдэхүүнийхээ нарийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хэмжих шууд хэрэгцээний үр дүнд боловсруулсан боловч энэ машин нь зөвхөн 2 тэнхлэгтэй байв. Анхны 3 тэнхлэгтэй загварууд 1960-аад онд (Италийн DEA) гарч эхэлсэн бөгөөд компьютерийн удирдлага 1970-аад оны эхээр анх гарч ирсэн боловч анхны ажиллаж буй CMM-ийг Английн Мельбурн хотод Browne & Sharpe компани боловсруулж, худалдаанд гаргасан. (Leitz Germany дараа нь хөдөлдөг ширээтэй суурин машины бүтэц үйлдвэрлэсэн.)

Орчин үеийн машинуудад гантри хэлбэрийн дээд бүтэц нь хоёр хөлтэй бөгөөд ихэвчлэн гүүр гэж нэрлэгддэг. Энэ нь боржин чулуун ширээний дагуу нэг хөлөөрөө (ихэвчлэн дотор хөл гэж нэрлэдэг) боржин чулуун ширээний дагуу чөлөөтэй хөдөлдөг бөгөөд боржин чулуун ширээний нэг талд бэхлэгдсэн чиглүүлэгч төмөр замыг дагадаг. Эсрэг хөл (ихэвчлэн гадна хөл) нь босоо гадаргуугийн контурыг дагасан боржин чулуун ширээн дээр байрладаг. Агаарын холхивч нь үрэлтгүй хөдөлгөөнийг хангах сонгосон арга юм. Эдгээрт шахсан агаарыг хавтгай холхивчийн гадаргуу дээрх хэд хэдэн маш жижиг нүхээр шахаж, CMM нь бараг үрэлтгүй хөдөлж болох гөлгөр боловч хяналттай агаарын дэрийг бий болгодог бөгөөд үүнийг програм хангамжаар нөхөж болно. Боржин чулуун ширээний дагуух гүүр эсвэл гантригийн хөдөлгөөн нь XY хавтгайн нэг тэнхлэгийг үүсгэдэг. Гантригийн гүүр нь дотор болон гадна хөлний хооронд дайран өнгөрч, нөгөө X эсвэл Y хэвтээ тэнхлэгийг үүсгэдэг тэрэг агуулдаг. Хөдөлгөөний гурав дахь тэнхлэг (Z тэнхлэг) нь тэрэгний төвөөр дээш доош хөдөлдөг босоо өд эсвэл ээрмэлийг нэмснээр хангагдана. Хүрэх датчик нь өдний үзүүрт мэдрэгч төхөөрөмжийг үүсгэдэг. X, Y, Z тэнхлэгүүдийн хөдөлгөөн нь хэмжих хүрээг бүрэн тодорхойлдог. Хэмжих датчикийг нарийн төвөгтэй ажлын хэсгүүдэд ойртох чадварыг сайжруулахын тулд нэмэлт эргэлдэгч ширээг ашиглаж болно. Дөрөв дэх хөтлөх тэнхлэг болох эргэлдэгч ширээ нь 3 хэмжээст хэвээр байгаа хэмжих хэмжээг сайжруулдаггүй боловч тодорхой хэмжээний уян хатан байдлыг хангадаг. Зарим мэдрэгчтэй датчикууд нь өөрсдөө хөдөлгүүртэй эргэлдэгч төхөөрөмж бөгөөд датчикийн үзүүр нь 180 градусаас дээш босоо чиглэлд эргэлдэж, 360 градусын бүрэн эргэлт хийх боломжтой.

CMM-үүд одоо бусад олон хэлбэрээр байдаг. Үүнд зүүний үзүүрийн байрлалыг тооцоолохын тулд гарны холбоос дээр авсан өнцгийн хэмжилтийг ашигладаг CMM гарууд багтдаг бөгөөд лазер сканнердах болон оптик дүрслэлд зориулсан датчикаар тоноглогдсон байж болно. Ийм гар CMM-үүдийг ихэвчлэн зөөврийн байдал нь уламжлалт тогтмол ортой CMM-үүдээс давуу талтай газарт ашигладаг - хэмжсэн байршлыг хадгалах замаар програм хангамж нь хэмжих гарыг өөрөө болон түүний хэмжилтийн эзэлхүүнийг хэмжилтийн явцад хэмжих хэсгийн эргэн тойронд хөдөлгөх боломжийг олгодог. CMM гар нь хүний ​​гарын уян хатан байдлыг дуурайдаг тул стандарт гурван тэнхлэгтэй машин ашиглан шалгаж чадахгүй нарийн төвөгтэй эд ангиудын дотор талд хүрч чаддаг.

Механик датчик

Координатын хэмжилтийн (CMM) эхэн үед механик датчикуудыг үзүүрийн үзүүрт байрлах тусгай бариулд суурилуулдаг байв. Хатуу бөмбөлгийг голын үзүүрт гагнах замаар маш түгээмэл датчик хийдэг байв. Энэ нь хавтгай гадаргуутай, цилиндр хэлбэртэй эсвэл бөмбөрцөг хэлбэртэй гадаргууг хэмжихэд тохиромжтой байв. Бусад датчикуудыг тусгай шинж чанарыг хэмжих боломжийг олгохын тулд тодорхой хэлбэрт, жишээлбэл, квадрантад нунтагладаг байв. Эдгээр датчикуудыг ажлын хэсэгт физик байдлаар барьж, орон зай дахь байрлалыг 3 тэнхлэгтэй дижитал уншигчаас (DRO) уншиж эсвэл илүү дэвшилтэт системд хөлийн унтраалга эсвэл үүнтэй төстэй төхөөрөмжөөр компьютерт бүртгэдэг байв. Энэхүү холбоо барих аргаар хийсэн хэмжилтүүд нь ихэвчлэн найдваргүй байсан, учир нь машинуудыг гараар хөдөлгөдөг байсан бөгөөд машины оператор бүр датчик дээр өөр өөр даралт өгдөг эсвэл хэмжилт хийхэд өөр өөр арга техникийг ашигладаг байв.

Цаашдын хөгжил нь тэнхлэг бүрийг жолоодох мотор нэмсэн явдал байв. Операторууд машинд биеэр хүрэх шаардлагагүй болсон бөгөөд орчин үеийн алсын удирдлагатай машинуудтай адил жолоодлоготой гар хайрцаг ашиглан тэнхлэг бүрийг жолоодох боломжтой болсон. Хэмжилтийн нарийвчлал болон нарийвчлал нь электрон мэдрэгчтэй гох датчикийг зохион бүтээснээр эрс сайжирсан. Энэхүү шинэ датчик төхөөрөмжийн анхдагч нь хожим нь одоогийн Renishaw plc компанийг үүсгэн байгуулсан Дэвид МакМертри байв. Хэдийгээр холбоо барих төхөөрөмж хэвээр байсан ч датчик нь пүрштэй ган бөмбөлөг (хожим нь бадмаараг бөмбөлөг) үзэгтэй байв. Датчик нь эд ангийн гадаргуу дээр хүрэхэд үзэг хазайж, нэгэн зэрэг X, Y, Z координатын мэдээллийг компьютерт илгээдэг байв. Хувь операторуудын улмаас үүссэн хэмжилтийн алдаа багасч, CNC үйл ажиллагааг нэвтрүүлэх, CMM-ийн хөгшрөлт эхлэх үе шат эхэлсэн.

Оптик датчикууд нь механик датчик шиг хөдөлдөг, материалд хүрэхийн оронд сонирхлын цэг рүү чиглэсэн линз-CCD системүүд юм. Гадаргуугийн авсан зургийг үлдэгдэл нь хар ба цагаан бүсүүдийн хоорондох ялгааг гаргахад хангалттай болтол хэмжих цонхны хил хязгаарт хадгална. Хуваах муруйг орон зай дахь хүссэн хэмжих цэг болох цэг хүртэл тооцоолж болно. CCD дээрх хэвтээ мэдээлэл нь 2D (XY) бөгөөд босоо байрлал нь Z-хөтлөгч (эсвэл төхөөрөмжийн бусад бүрэлдэхүүн хэсэг) дээрх бүрэн датчик системийн байрлал юм.

Сканнердах датчик системүүд

Тодорхой интервалаар цэгүүдийг авч, эд ангийн гадаргуу дагуу чирэгддэг датчиктай шинэ загварууд байдаг бөгөөд үүнийг сканнердах датчик гэж нэрлэдэг. CMM шалгалтын энэ арга нь уламжлалт мэдрэгчтэй датчикийн аргаас илүү нарийвчлалтай бөгөөд ихэнх тохиолдолд хурдан байдаг.

Дараагийн үеийн сканнердах технологи болох контактгүй сканнердах нь өндөр хурдтай лазерын нэг цэгийн гурвалжинжуулалт, лазерын шугамын сканнердах, цагаан гэрлийн сканнердах зэрэг маш хурдацтай хөгжиж байна. Энэ арга нь эд ангийн гадаргуу дээр тусгагдсан лазер туяа эсвэл цагаан гэрлийн аль нэгийг ашигладаг. Дараа нь олон мянган цэгийг авч, зөвхөн хэмжээ, байрлалыг шалгахаас гадна эд ангийн 3 хэмжээст дүрсийг үүсгэхэд ашиглаж болно. Энэхүү "цэгийн үүлэн өгөгдөл"-ийг дараа нь CAD програм хангамж руу шилжүүлж, эд ангийн ажиллах 3 хэмжээст загварыг бий болгож болно. Эдгээр оптик сканнеруудыг ихэвчлэн зөөлөн эсвэл эмзэг эд ангиудад эсвэл урвуу инженерчлэлийг хөнгөвчлөхөд ашигладаг.

Микрометрологийн зондууд

Микро хэмжээний хэмжилзүйн хэрэглээнд зориулсан зондлох системүүд нь бас нэгэн шинээр гарч ирж буй салбар юм. Системд нэгтгэсэн микрозондтой хэд хэдэн худалдаанд байдаг координатын хэмжих машинууд (CMM), засгийн газрын лабораториудын хэд хэдэн тусгай системүүд, мөн микро хэмжээний хэмжилзүйн их сургуулиудад зориулсан олон тооны хэмжилзүйн платформууд байдаг. Эдгээр машинууд нь нанометрийн масштабтай сайн бөгөөд олон тохиолдолд маш сайн хэмжилзүйн платформууд боловч тэдгээрийн гол хязгаарлалт нь найдвартай, бат бөх, чадвартай микро/нано зонд юм.^{[ишлэл хэрэгтэй]}Микро хэмжээний зонд хийх технологийн бэрхшээлүүдэд гадаргууг гэмтээхгүй, өндөр нарийвчлалтай (нанометрийн түвшин) гүн, нарийн хэсгүүдэд хүрэх боломжийг олгодог өндөр харьцаатай зонд шаардлагатай байдаг.^{[ишлэл хэрэгтэй]}Үүнээс гадна бичил хэмжээний датчикууд нь чийгшил болон гадаргуугийн харилцан үйлчлэл (наалдац, мениск болон/эсвэл Ван дер Ваальсын хүчнээс үүдэлтэй) зэрэг орчны нөхцөлд мэдрэмтгий байдаг.^{[ишлэл хэрэгтэй]}

Микро хэмжээний зонд хийх технологид сонгодог CMM зондуудын жижигрүүлсэн хувилбар, оптик зонд, зогсож буй долгионы зонд зэрэг орно. Гэсэн хэдий ч одоогийн оптик технологийг гүн, нарийн шинж чанарыг хэмжихэд хангалттай бага хэмжээгээр масштаблах боломжгүй бөгөөд оптик нягтрал нь гэрлийн долгионы уртаар хязгаарлагддаг. Рентген зураглал нь шинж чанарын зургийг өгдөг боловч мөрдөх боломжтой хэмжилзүйн мэдээлэл өгдөггүй.

Физик зарчмууд

Оптик зонд болон/эсвэл лазер зондуудыг (боломжтой бол хослуулан) ашиглаж болох бөгөөд энэ нь CMM-ийг хэмжих микроскоп эсвэл олон мэдрэгчтэй хэмжих машин болгон өөрчилдөг. Фринж проекцийн систем, теодолит триангуляцийн систем эсвэл лазерын алсын зайн болон триангуляцийн системийг хэмжих машин гэж нэрлэдэггүй боловч хэмжилтийн үр дүн нь ижил байдаг: орон зайн цэг. Лазер зондуудыг кинематик гинжин хэлхээний төгсгөлд (өөрөөр хэлбэл: Z-хөтлөгч бүрэлдэхүүн хэсгийн төгсгөл) гадаргуу ба лавлах цэгийн хоорондох зайг илрүүлэхэд ашигладаг. Энэ нь интерферометрийн функц, фокусын өөрчлөлт, гэрлийн хазайлт эсвэл цацрагийн сүүдэрлэх зарчмыг ашиглаж болно.

Зөөврийн координат хэмжих машинууд

Уламжлалт CMM-үүд нь объектын физик шинж чанарыг хэмжихийн тулд гурван Декартын тэнхлэг дээр хөдөлдөг датчик ашигладаг бол зөөврийн CMM-үүд нь үетэй гар эсвэл оптик CMM-ийн хувьд оптик гурвалжингийн аргыг ашигладаг, объектын эргэн тойронд бүрэн чөлөөтэй хөдөлгөөн хийх боломжийг олгодог гаргүй сканнердах системийг ашигладаг.

Хөндлөн гартай зөөврийн CMM-үүд нь шугаман тэнхлэгийн оронд эргэлдэгч кодлогчоор тоноглогдсон зургаа эсвэл долоон тэнхлэгтэй. Зөөврийн гар нь хөнгөн (ихэвчлэн 20 фунтаас бага) бөгөөд бараг хаана ч зөөж, ашиглах боломжтой. Гэсэн хэдий ч оптик CMM-үүдийг салбарт улам бүр ашиглаж байна. Авсаархан шугаман эсвэл матриц массив камер (Microsoft Kinect гэх мэт)-аар бүтээгдсэн оптик CMM-үүд нь хөндлөн гартай зөөврийн CMM-ээс жижиг, утасгүй бөгөөд хэрэглэгчдэд бараг хаана ч байрладаг бүх төрлийн объектын 3 хэмжээст хэмжилтийг хялбархан хийх боломжийг олгодог.

Урвуу инженерчлэл, хурдан туршилтын загвар гаргах, бүх хэмжээтэй эд ангиудын томоохон хэмжээний үзлэг зэрэг давтагдахгүй зарим хэрэглээ нь зөөврийн CMM-д хамгийн тохиромжтой. Зөөврийн CMM-ийн ашиг тус олон талт байдаг. Хэрэглэгчид бүх төрлийн эд ангиудын 3 хэмжээст хэмжилтийг хамгийн алслагдсан/хэцүү байршилд хийх боломжтой. Тэдгээрийг ашиглахад хялбар бөгөөд нарийвчлалтай хэмжилт хийхэд хяналттай орчин шаарддаггүй. Түүнээс гадна, зөөврийн CMM-үүд нь уламжлалт CMM-ээс хямд байх хандлагатай байдаг.

Зөөврийн CMM-үүдийн төрөлхийн давуу тал нь гар ажиллагаа юм (тэдгээрийг ашиглахын тулд үргэлж хүн шаардлагатай байдаг). Үүнээс гадна, тэдгээрийн нийт нарийвчлал нь гүүрний төрлийн CMM-ээс арай бага нарийвчлалтай байж болох бөгөөд зарим хэрэглээнд тийм ч тохиромжтой биш юм.

Олон мэдрэгчтэй хэмжих машинууд

Мэдрэгчтэй мэдрэгч ашигладаг уламжлалт CMM технологийг өнөөдөр бусад хэмжилтийн технологитой хослуулан ашиглаж байна. Үүнд олон мэдрэгчтэй хэмжилт гэж нэрлэгддэг зүйлийг хангахын тулд лазер, видео эсвэл цагаан гэрлийн мэдрэгч орно.