Кіріспе
Объектілердің геометриясын өлшейтін құрылғы. Координаттық өлшегіш машина (CMM) – физикалық объектілердің геометриясын зонд арқылы объектінің бетіндегі дискретті нүктелерді сезу арқылы өлшейтін құрылғы. CMM-де әртүрлі зондтар қолданылады, ең көп таралғандары – механикалық және лазерлік сенсорлар, бірақ оптикалық және ақ жарық сенсорлары да бар. Машинаның түріне байланысты зондты оператор қолмен немесе компьютер бақылауымен басқаруға болады. CMM әдетте зондтың орнын үш өлшемді картезиандық координаттар жүйесіндегі (яғни XYZ осьтерімен) эталондық позициядан орын ауыстыруы арқылы анықтайды. Зондты X, Y және Z осьтері бойынша жылжытудан басқа, көптеген машиналар зонд бұрышын басқаруға мүмкіндік береді, бұл басқа жағдайда өлшеуге қол жеткізбейтін беттерді өлшеуге мүмкіндік береді.
A coordinate measuring machine (CMM) is a device that measures the geometry of physical objects by sensing discrete points on the surface of the object with a probe. Various types of probes are used in CMMs, the most common being mechanical and laser sensors, though optical and white light sensors do exist. Depending on the machine, the probe position may be manually controlled by an operator, or it may be computer controlled. CMMs typically specify a probe's position in terms of its displacement from a reference position in a three dimensional Cartesian coordinate system (i. e., with XYZ axes). In addition to moving the probe along the X, Y, and Z axes, many machines also allow the probe angle to be controlled to allow measurement of surfaces that would otherwise be unreachable.
Сипаттама
Типтік 3D "көпір" CMM үш өлшемді картезиандық координаттар жүйесінде бір-біріне перпендикуляр болатын үш ось, X, Y және Z бойымен зондтың қозғалысын қамтамасыз етеді. Әрбір осьте зондтың сол осьтегі орнын микрондармен өлшенетін дәлдікпен бақылайтын сенсор орналасқан. Зонд нысанның белгілі бір нүктесіне тигенде (немесе басқаша анықтағанда), машина осьтік позиция сенсорларынан мәлімет алады, осылайша нысанның бетіндегі бір нүктенің координаталарын және өлшеудің үш өлшемді векторын анықтайды. Бұл процесс қажет болған жағдайда қайталанады, зонд әр жолы жылжытылып, қызығушылық тудыратын беттік аумақтарды сипаттайтын "нүктелік бұлт" құрылады. Нүктелер оператормен қолмен, тікелей компьютерлік басқару (DCC) арқылы немесе бағдарламалық кодтарды пайдалану арқылы автоматты түрде өлшенуі мүмкін; осылайша, автоматтандырылған CMM – өнеркәсіптік роботтың мамандандырылған түрі. CMM өндіріс және құрастыру процестерінде бөлшектерді немесе түйіндіктерді жобалық талаптарға сәйкестігін тексеру үшін кеңінен қолданылады. Өлшенген нүктелер нысандар арасындағы қашықтықты тексеруге қолданылады. Сондай-ақ, олар GD&T үшін цилиндрлер және жазықтықтар сияқты геометриялық элементтерді құруға мүмкіндік береді, осы арқылы дөңгелектік, жазықтық және перпендикулярлық сияқты параметрлерді бағалауға болады.
Қолжетімділік
Бұл машиналар стационарлық немесе көшмелі түрде қолжетімді.
Дұрыс
Координаттық өлшеу машиналарының дәлдігі әдетте қашықтыққа тәуелді функция түрінде берілетін белгісіздік коэффициентімен сипатталады. Сенсорлық зондты қолданатын координаттық өлшеу машинасы үшін бұл зондтың қайталамалығына және сызықтық шкалалардың дәлдігіне байланысты. Типик зондтың қайталамалығы өлшеу көлемінің ішінде бір микрон немесе 0,00005 дюйм (он мыңнан бір бөлігінің жартысы) дәлдігімен өлшемдер жасауға мүмкіндік береді. 3, 3+2 және 5 осьті машиналар үшін зондтар із кестесімен салыстырылатын стандарттарды пайдалана отырып калибрленеді, ал машинаның қозғалысы дәлдікті қамтамасыз ету үшін калибрленген өлшегіштермен тексеріледі.
Машинаның корпусы
Бірінші CMM 1950 жылдары Шотландияның Ferranti компаниясы әскери өнімдеріндегі дәлдікті өлшеу қажеттілігінің нәтижесінде әзірленді, бірақ бұл машинада тек 2 ось болды. Алғашқы 3 осьті модельдер 1960 жылдары пайда бола бастады (Италияның DEA және Ұлыбританияның LK компаниялары жасаған), ал компьютерлік басқару 1970 жылдардың басында енгізілді, бірақ алғашқы жұмыс істейтін CMM-ді Англияның Мельбурн қаласында Browne & Sharpe компаниясы әзірлеп, сатуға шығарды. Кейіннен Германияның Leitz компаниясы жылжымалы үстелі бар тұрақты машина құрылымын жасады. Қазіргі заманғы машиналарда портал типті суперструктура екі тірегімен және көбінесе көпір деп аталады. Бұл бір тірегі (көбінесе ішкі тірек деп аталады) гранитті үстелдің бір жағына бекітілген бағыттағыш рельспен гранитті үстел бойымен еркін қозғалады. Қарсы тірек (көбінесе сыртқы тірек) гранитті үстелдің тік бетіне жай ғана тіреліп тұрады. Ауалық подшипниктер үйкеліссіз қозғалысты қамтамасыз ету үшін таңдалған әдіс болып табылады. Оларда қысылған ауа тегіс беттегі өте кішкентай тесіктер арқылы жіберіліп, CMM-нің дерлік үйкеліссіз қозғалуына мүмкіндік беретін тегіс, бірақ бақыланатын ауа жастығын қамтамасыз етеді, бұл бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы өтелуі мүмкін. Көпірдің немесе порталдың гранитті үстел бойымен қозғалысы XY жазықтығының бір осін құрайды. Порталдың көпірінде ішкі және сыртқы тіректер арасында жылға қабілетті және екінші көлденең осін құрайтын шана бар. Үшінші қозғалыс осі (Z осі) шананың ортасынан жоғары және төмен қозғалатын тік шпиль немесе білік арқылы қамтамасыз етіледі. Сенсорлық зонд шпильдің ұшындағы сезімтал құрылғы болып табылады. X, Y және Z осьтерінің қозғалысы өлшеу кеңістігін толық сипаттайды. Өлшеу зондының күрделі бөлшектерге қолжетімділігін арттыру үшін қосымша айналмалы үстелдерді пайдалануға болады. Айналмалы үстел төртінші жетек осі ретінде өлшеу өлшемдерін арттырмайды, олар 3D болып қалады, бірақ ол икемділікті қамтамасыз етеді. Кейбір сенсорлық зондтар өздері қуатты айналу құрылғылары болып табылады, зонд ұшы 180 градустан астам және толық 360 градусқа айналу арқылы тік бұрылуға қабілетті. CMM қазір басқа да түрлі формаларда қол жетімді. Оларға қолдың буынындағы бұрыштық өлшеулерді пайдаланып, стилус ұшының орнын есептеуге арналған CMM қолдары кіреді және лазерлік сканерлеу және оптикалық бейнелеуге арналған зондтармен жабдықталуы мүмкін. Мұндай қол CMM-дер көбінесе олардың тасымалдануы дәстүрлі тұрақты төсек CMM-дерге қарағанда артықшылық болып табылатын жағдайларда қолданылады: өлшенген орналасуларды сақтау арқылы бағдарламалық қамтамасыз ету өлшеу қолының және оның өлшеу көлемінің өзін өлшенетін бөлшектің айналасында өлшеу кезінде жылжытуға мүмкіндік береді. CMM қолдары адамның икемділігін еліктейтіндіктен, олар әдетте үш осьті машинамен зерттеп-қарау мүмкін емес күрделі бөлшектердің ішкі бөліктеріне жете алады.
Механикалық зонд
Координаттық өлшеудің алғашқы кезеңдерінде механикалық зондтар қалам сабының ұшындағы арнайы ұстағышқа бекітілді. Көптеген зондтар қатты шарды сабаның ұшына дәнекерлеу арқылы жасалған. Бұл жазық, цилиндрлік немесе сфералық беттердің кең ауқымын өлшеуге өте ыңғайлы болды. Басқа зондтар нақты пішіндерге өңделді, мысалы, квадрант, арнайы элементтерді өлшеу үшін. Бұл зондтар жұмыс дайындамасына физикалық түрде жақындатылды, ал кеңістіктегі орны 3 осьті цифрлық индикатордан (DRO) оқылды немесе, жетілдірілген жүйелерде, аяқ педалі немесе ұқсас құрылғы арқылы компьютерге тіркелді. Бұл контактілі әдіспен алынған өлшемдер көбінесе сенімсіз болды, себебі машиналар қолмен жылжытылды және әр оператор зондқа әртүрлі күш түсірді немесе өлшеу үшін әртүрлі техникаларды қолданды. Одан әрі даму – әр осьті қозғалту үшін электрмоторларды қосу болды. Операторлар енді машинаға физикалық түрде тигізуге міндетті емес, керісінше, қолды басқару құрылғысының джойстиктері арқылы әр осьті басқара алатын, қазіргі заманғы қашықтан басқарылатын көліктер сияқты. Электрондық сенсорлық триггер зондының ойдағыдай жұмыс істеуімен өлшеудің дәлдігі мен нақтылығы күрт артты. Бұл жаңа зонд құрылғысының авторы Дэвид Макмертри болды, ол кейіннен қазіргі Renishaw plc компаниясын құрды. Бұл зонд контактілі құрылғы болғанымен, оның инесі серіппелі болат шардан (кейін рубин шардан) жасалған. Зонд компоненттің бетіне тигенде, ине бұрылып, бірден X, Y, Z координаттары туралы ақпаратты компьютерге жіберді. Жеке операторлардың қателіктері азайды, CNC операцияларын енгізуге және CMM-нің дамуына жағдай жасалды. Оптикалық зондтар – линзалар мен CCD жүйелері, олар механикалық зондтар сияқты жылжытылады және материалға тиюдің орнына қызығушылық тудыратын нүктеге бағытталған. Беттің түсірілген суреті өлшеу терезесінің шегіне дейін кіріктіріледі, содан кейін қара және ақ аймақтардың арасында жеткілікті контраст пайда болады. Бөлу қисызығы кеңістіктегі қажетті өлшеу нүктесіне дейін есептелуі мүмкін. CCD-дегі көлденең ақпарат 2D (XY) болып табылады, ал тік орналасу – Z осьтегі (немесе басқа құрылғы компонентіндегі) зондтау жүйесінің толық орналасуы.
Координаттық өлшегіштің портативті машиналары
Дәстүрлі CMM-дер объектінің физикалық сипаттамаларын өлшеу үшін үш Декарт осі бойынша қозғалатын зондты пайдаланса, портативті CMM-дер буыны бар қолдарды немесе, оптикалық CMM-дерде болса, оптикалық триангуляция әдістерін қолданатын және объектінің айналасында толық еркін қозғалуға мүмкіндік беретін қолсыз сканерлеу жүйелерін пайдаланады. Буыны бар қолдары бар портативті CMM-дерде сызықтық осілердің орнына ротациялық энкодерлермен жабдықталған алты немесе жеті ось болады. Портативті қолдар жеңіл (әдетте 20 фунттан кем) және оларды кез келген жерге алып жүріп пайдалануға болады. Дегенмен, оптикалық CMM-дер индустрияда көбірек қолданылуда. Компактты сызықтық немесе матрицалық камералармен (мысалы, Microsoft Kinect сияқты) жасалған оптикалық CMM-дер қолдары бар портативті CMM-дерден кішкентай, сымсыз және пайдаланушыларға кез келген жерде орналасқан кез келген нысанның 3D өлшемдерін оңай алуға мүмкіндік береді. Кері инженерия, жылдам прототиптеу және барлық өлшемдегі бөлшектерді үлкен көлемде тексеру сияқты қайталамайтын кейбір қолданулар портативті CMM-дер үшін өте қолайлы. Портативті CMM-дердің көптеген артықшылықтары бар. Пайдаланушылар барлық типтегі бөлшектердің 3D өлшемдерін алуда және ең қиын және шалғай орналасқан жерлерде икемділікке ие. Оларды пайдалану оңай және дәл өлшемдер алу үшін бақыланатын орта қажет емес. Сонымен қатар, портативті CMM-дер дәстүрлі CMM-дерге қарағанда әдетте арзанға түседі. Портативті CMM-дердің негізгі кемшілігі – қолмен басқару (оларды пайдалану үшін әрқашан адам қажет). Сонымен қатар, олардың жалпы дәлдігі көпшілік типтегі CMM-ге қарағанда төмен болуы мүмкін және кейбір қолданулар үшін жарамсыз болуы мүмкін.
Көп сенсорлы өлшегіш машиналар
Қазіргі кезде сенсорлы зондтарды қолданатын дәстүрлі CMM технологиясы көбінесе басқа өлшеу технологияларымен үйлестіріледі. Бұған лазерлік, бейне немесе ақ жарық сенсорлары жатады, бұл мультисенсорлық өлшеу деп аталады.