Koordinat ölçmə maşını nədir?

Akoordinat ölçmə maşını(CMM), obyektin səthindəki diskret nöqtələri zondla hiss edərək fiziki obyektlərin həndəsəsini ölçən bir cihazdır. CMM-lərdə mexaniki, optik, lazer və ağ işıq da daxil olmaqla müxtəlif növ zondlar istifadə olunur. Maşından asılı olaraq, zond mövqeyi operator tərəfindən əl ilə və ya kompüterlə idarə oluna bilər. CMM-lər adətən zondun mövqeyini üçölçülü Dekart koordinat sistemindəki (yəni XYZ oxları ilə) istinad mövqeyindən yerdəyişməsi baxımından təyin edir. Zondu X, Y və Z oxları boyunca hərəkət etdirməklə yanaşı, bir çox maşın, əks halda əlçatmaz olacaq səthlərin ölçülməsinə imkan vermək üçün zond bucağının idarə olunmasına da imkan verir.

Tipik 3D "körpü" CMM, üçölçülü Karteziya koordinat sistemində bir-birinə ortoqonal olan üç ox, X, Y və Z boyunca zondun hərəkətinə imkan verir. Hər bir oxda zondun həmin oxdakı mövqeyini adətən mikrometr dəqiqliyi ilə izləyən bir sensor var. Zond obyektdə müəyyən bir yerlə təmasda olduqda (və ya başqa şəkildə aşkar etdikdə), maşın üç mövqe sensorundan nümunə götürür və beləliklə, obyektin səthindəki bir nöqtənin yerini, eləcə də alınan ölçmənin 3 ölçülü vektorunu ölçür. Bu proses zəruri hallarda təkrarlanır, zondu hər dəfə hərəkət etdirərək maraq doğuran səth sahələrini təsvir edən "nöqtə buludu" yaradır.

CMM-lərin geniş yayılmış istifadəsi istehsal və montaj proseslərində bir hissəni və ya montajı dizayn məqsədinə uyğun olaraq sınaqdan keçirməkdir. Bu cür tətbiqlərdə, xüsusiyyətlərin qurulması üçün reqressiya alqoritmləri vasitəsilə təhlil edilən nöqtə buludları yaradılır. Bu nöqtələr operator tərəfindən əl ilə yerləşdirilən zond və ya Birbaşa Kompüter Nəzarəti (DCC) vasitəsilə avtomatik olaraq toplanır. DCC CMM-ləri eyni hissələri dəfələrlə ölçmək üçün proqramlaşdırıla bilər; beləliklə, avtomatlaşdırılmış CMM sənaye robotunun ixtisaslaşmış bir formasıdır.

Hissələri

Koordinat ölçmə maşınları üç əsas komponentdən ibarətdir:

• Əsas struktur üç hərəkət oxundan ibarətdir. Hərəkətli çərçivənin qurulması üçün istifadə olunan material illər ərzində dəyişib. İlk CMM-lərdə qranit və poladdan istifadə olunub. Bu gün bütün əsas CMM istehsalçıları alüminium ərintisindən və ya hər hansı bir törəmədən çərçivələr qurur və həmçinin skan tətbiqləri üçün Z oxunun sərtliyini artırmaq üçün keramikadan istifadə edirlər. Metrologiya dinamikasının təkmilləşdirilməsi üçün bazar tələbi və keyfiyyət laboratoriyasından kənarda CMM quraşdırmaq meylinin artması səbəbindən bu gün az sayda CMM inşaatçısı hələ də qranit çərçivə CMM istehsal edir. Adətən, aşağı texnologiya yanaşması və CMM çərçivə inşaatçısı olmaq üçün asan giriş səbəbindən yalnız aşağı həcmli CMM inşaatçıları və yerli istehsalçılar hələ də qranit CMM istehsal edirlər. Skan etməyə doğru artan tendensiya həmçinin CMM Z oxunun daha sərt olmasını tələb edir və keramika və silikon karbid kimi yeni materiallar təqdim edilmişdir.
• Zondlama sistemi
• Məlumatların toplanması və azaldılması sistemi — adətən maşın nəzarətçisi, masaüstü kompüter və tətbiq proqram təminatını əhatə edir.

Mövcudluq

Bu maşınlar sərbəst dayanan, əl ilə idarə olunan və portativ ola bilər.

Dəqiqlik

Koordinat ölçmə maşınlarının dəqiqliyi adətən məsafə üzərində funksiya kimi qeyri-müəyyənlik amili kimi verilir. Toxunma zondundan istifadə edən CMM üçün bu, zondun təkrarlana bilməsi və xətti miqyasların dəqiqliyi ilə əlaqədardır. Tipik zond təkrarlana bilməsi bütün ölçmə həcmi üzrə 0,001 mm və ya 0,00005 düym (onda bir hissə) daxilində ölçmələrlə nəticələnə bilər. 3, 3+2 və 5 oxlu maşınlar üçün zondlar izlənilə bilən standartlardan istifadə etməklə müntəzəm olaraq kalibrlənir və dəqiqliyi təmin etmək üçün cihazın hərəkəti ölçü cihazlarından istifadə etməklə yoxlanılır.

Xüsusi hissələr

Maşın gövdəsi

İlk CMM, 1950-ci illərdə Şotlandiyanın Ferranti şirkəti tərəfindən hərbi məhsulların dəqiq komponentlərini ölçmək üçün birbaşa ehtiyacın nəticəsi olaraq hazırlanmışdır, baxmayaraq ki, bu maşın yalnız 2 oxlu idi. İlk 3 oxlu modellər 1960-cı illərdə (İtaliyanın DEA-sı) ortaya çıxmağa başladı və kompüter idarəetməsi 1970-ci illərin əvvəllərində debüt etdi, lakin ilk işləyən CMM, İngiltərənin Melburn şəhərində Browne & Sharpe tərəfindən hazırlanaraq satışa çıxarıldı. (Leitz Almaniyası sonradan hərəkətli masa ilə sabit bir maşın quruluşu istehsal etdi.)

Müasir maşınlarda portal tipli üstquruluşun iki ayağı var və tez-tez körpü adlanır. Bu, qranit masanın bir tərəfinə bərkidilmiş istiqamətləndirici relsdən sonra bir ayağı (çox vaxt daxili ayaq adlanır) ilə qranit masası boyunca sərbəst hərəkət edir. Əks ayaq (çox vaxt xarici ayaq) sadəcə şaquli səth konturunu izləyərək qranit masanın üzərində dayanır. Hava yastıqları sürtünmədən sərbəst hərəkəti təmin etmək üçün seçilmiş üsuldur. Bunlarda sıxılmış hava düz bir yastıq səthində bir sıra çox kiçik dəliklərdən keçir və CMM-in demək olar ki, sürtünmədən hərəkət edə biləcəyi hamar, lakin idarə olunan hava yastığı təmin edir ki, bu da proqram təminatı vasitəsilə kompensasiya edilə bilər. Körpünün və ya portalın qranit masası boyunca hərəkəti XY müstəvisinin bir oxunu təşkil edir. Portal körpüsündə daxili və xarici ayaqlar arasından keçən və digər X və ya Y üfüqi oxunu təşkil edən bir vaqon var. Hərəkətin üçüncü oxu (Z oxu) vaqonun mərkəzindən yuxarı və aşağı hərəkət edən şaquli lələk və ya milin əlavə edilməsi ilə təmin edilir. Toxunma zondu lələyin ucunda sensor cihazını təşkil edir. X, Y və Z oxlarının hərəkəti ölçmə zərfini tam təsvir edir. Ölçmə zondunun mürəkkəb iş parçalarına yaxınlaşmasını artırmaq üçün əlavə fırlanan masalar istifadə edilə bilər. Dördüncü idarəetmə oxu kimi fırlanan masa, 3D olaraq qalan ölçmə ölçülərini artırmır, lakin müəyyən dərəcədə rahatlıq təmin edir. Bəzi toxunma zondları özləri zond ucu 180 dərəcədən çox və tam 360 dərəcə fırlanma zamanı şaquli olaraq fırlana bilən fırlanan cihazlardır.

CMM-lər artıq müxtəlif formalarda da mövcuddur. Bunlara qələm ucunun mövqeyini hesablamaq üçün qolun birləşmələrində aparılan bucaq ölçmələrindən istifadə edən və lazer skanlama və optik görüntüləmə üçün zondlarla təchiz edilə bilən CMM qolları daxildir. Belə qol CMM-ləri tez-tez portativliyinin ənənəvi sabit yataq CMM-lərinə nisbətən üstünlüyü olduğu yerlərdə istifadə olunur - ölçülmüş yerləri saxlamaqla, proqramlaşdırma proqramı həmçinin ölçmə qolunun özünü və onun ölçmə həcmini ölçmə prosesi zamanı ölçüləcək hissənin ətrafında hərəkət etdirməyə imkan verir. CMM qolları insan qolunun elastikliyini təqlid etdiyindən, onlar həmçinin standart üç oxlu maşınla zondlana bilməyən mürəkkəb hissələrin içinə də çata bilirlər.

Mexaniki zond

Koordinat ölçmələrinin (KÖÖ) ilk dövrlərində mexaniki zondlar lələk ucundakı xüsusi tutucuya yerləşdirilirdi. Çox geniş yayılmış zond, sərt bir topu milin ucuna lehimləməklə hazırlanırdı. Bu, düz üzlü, silindrik və ya sferik səthlərin bütün diapazonunu ölçmək üçün ideal idi. Digər zondlar xüsusi xüsusiyyətlərin ölçülməsinə imkan vermək üçün müəyyən formalara, məsələn, kvadranta üyüdülürdü. Bu zondlar fiziki olaraq iş parçasına qarşı tutulurdu, fəzadakı mövqe 3 oxlu rəqəmsal oxunuşdan (DRO) oxunurdu və ya daha inkişaf etmiş sistemlərdə ayaq açarı və ya oxşar cihaz vasitəsilə kompüterə daxil edilirdi. Bu kontakt metodu ilə aparılan ölçmələr çox vaxt etibarsız idi, çünki maşınlar əl ilə hərəkət etdirilirdi və hər bir maşın operatoru zonda müxtəlif miqdarda təzyiq tətbiq edirdi və ya ölçmə üçün fərqli üsullar tətbiq edirdi.

Əlavə bir inkişaf, hər oxu idarə etmək üçün mühərriklərin əlavə edilməsi idi. Operatorlar artıq maşına fiziki olaraq toxunmaq məcburiyyətində deyildilər, lakin hər oxu müasir məsafədən idarə olunan avtomobillərdə olduğu kimi joystikləri olan əl qutusundan istifadə edərək idarə edə bilirdilər. Elektron toxunma tetikleyici zondunun ixtirası ilə ölçmə dəqiqliyi və dəqiqliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdı. Bu yeni zond cihazının qabaqcılı, sonradan indiki Renishaw plc şirkətini quran David McMurtry idi. Hələ də kontakt cihazı olsa da, zondda yaylı polad top (sonradan yaqut top) qələm var idi. Zond komponentin səthinə toxunduqca qələm əyildi və eyni zamanda X, Y, Z koordinat məlumatlarını kompüterə göndərdi. Fərdi operatorların yaratdığı ölçmə səhvləri azaldı və CNC əməliyyatlarının tətbiqi və CMM-lərin yetkinləşməsi üçün zəmin yarandı.

Optik zondlar, mexaniki zondlar kimi hərəkət etdirilən və materiala toxunmaq əvəzinə maraq nöqtəsinə yönəlmiş linza-CCD sistemləridir. Səthin çəkilmiş təsviri, qalıq qara və ağ zonalar arasında kontrast yaratmaq üçün kifayət qədər olana qədər ölçmə pəncərəsinin sərhədlərində yerləşdiriləcək. Bölmə əyrisi fəzada istənilən ölçmə nöqtəsi olan nöqtəyə qədər hesablana bilər. CCD-dəki üfüqi məlumat 2D (XY)-dir və şaquli mövqe tam zondlama sisteminin dayaq Z-ötürücüsündə (və ya digər cihaz komponentində) mövqeyidir.

Skanerləmə zond sistemləri

Müəyyən fasilələrlə hissənin səthi boyunca sürüşən zondlara malik yeni modellər mövcuddur ki, bunlara skan zondları deyilir. Bu CMM yoxlama metodu adətən ənənəvi toxunma zond metodundan daha dəqiq və əksər hallarda daha sürətli olur.

Yüksək sürətli lazer tək nöqtəli trianqulyasiya, lazer xətti skanlama və ağ işıq skanlamasını əhatə edən təmassız skanlama kimi tanınan növbəti nəsil skanlama çox sürətlə inkişaf edir. Bu metod ya lazer şüalarından, ya da hissənin səthinə proyeksiya edilən ağ işıqdan istifadə edir. Daha sonra minlərlə nöqtə götürülə və yalnız ölçü və mövqeyi yoxlamaq üçün deyil, həm də hissənin 3D görüntüsünü yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Bu "nöqtə-bulud məlumatları" daha sonra hissənin işləyən 3D modelini yaratmaq üçün CAD proqram təminatına ötürülə bilər. Bu optik skanerlər tez-tez yumşaq və ya həssas hissələrdə və ya tərs mühəndisliyi asanlaşdırmaq üçün istifadə olunur.

Mikrometrologiya zondları

Mikromiqyaslı metrologiya tətbiqləri üçün zondlama sistemləri də inkişaf etməkdə olan digər bir sahədir. Sistemə inteqrasiya olunmuş mikrozondlu bir neçə kommersiya baxımından mövcud olan koordinat ölçmə maşını (KÖM), dövlət laboratoriyalarında bir neçə ixtisaslaşmış sistem və mikromiqyaslı metrologiya üçün universitet tərəfindən qurulmuş saysız-hesabsız metrologiya platformaları mövcuddur. Bu maşınlar nanometrik miqyaslı yaxşı və bir çox hallarda əla metrologiya platformaları olsa da, onların əsas məhdudiyyəti etibarlı, möhkəm və qabiliyyətli mikro/nanozonddur.^{[istinad tələb olunur]}Mikromiqyaslı zondlama texnologiyaları üçün çətinliklərə səthə zərər verməmək üçün aşağı təmas qüvvələri ilə dərin, dar xüsusiyyətlərə və yüksək dəqiqliyə (nanometr səviyyəsinə) çatmaq imkanı verən yüksək aspekt nisbətli zond ehtiyacı daxildir.^{[istinad tələb olunur]}Bundan əlavə, mikromiqyaslı zondlar rütubət və səth qarşılıqlı təsirləri, məsələn, yapışma (yapışma, menisk və/və ya Van der Waals qüvvələri və digərləri səbəbindən) kimi ətraf mühit şəraitinə həssasdır.^{[istinad tələb olunur]}

Mikromiqyaslı zondlamaya nail olmaq üçün texnologiyalara klassik CMM zondlarının kiçildilmiş versiyası, optik zondlar və digərləri ilə yanaşı, dayanan dalğa zond daxildir. Lakin, mövcud optik texnologiyalar dərin, dar xüsusiyyəti ölçmək üçün kifayət qədər kiçik miqyasda ola bilməz və optik qətnamə işığın dalğa uzunluğu ilə məhdudlaşır. Rentgen görüntüləmə xüsusiyyətin şəklini verir, lakin izlənilə bilən metrologiya məlumatı vermir.

Fiziki prinsiplər

Optik zondlar və/və ya lazer zondları (mümkünsə, kombinasiya şəklində) istifadə edilə bilər ki, bu da CMM-ləri ölçmə mikroskoplarına və ya çoxsensorlu ölçmə maşınlarına çevirir. Saçaq proyeksiya sistemləri, teodolit trianqulyasiya sistemləri və ya lazer uzaq və trianqulyasiya sistemləri ölçmə maşınları adlanmır, lakin ölçmə nəticəsi eynidir: fəza nöqtəsi. Lazer zondları kinematik zəncirin ucundakı (yəni: Z-ötürücü komponentinin ucundakı) səth ilə istinad nöqtəsi arasındakı məsafəni aşkar etmək üçün istifadə olunur. Bu, interferometrik funksiyadan, fokus dəyişkənliyindən, işığın deflyasiyasından və ya şüa kölgəsi prinsipindən istifadə edə bilər.

Portativ koordinat ölçmə maşınları

Ənənəvi CMM-lər obyektin fiziki xüsusiyyətlərini ölçmək üçün üç Dekart oxu üzərində hərəkət edən zonddan istifadə edirsə, portativ CMM-lər ya oynaqlı qollardan, ya da optik CMM-lər halında optik trianqulyasiya metodlarından istifadə edən və obyekt ətrafında tam hərəkət azadlığı təmin edən qolsuz skan sistemlərindən istifadə edir.

Ayaqlı qolları olan portativ CMM-lərin xətti oxlar əvəzinə fırlanan kodlayıcılarla təchiz olunmuş altı və ya yeddi oxu var. Portativ qollar yüngüldür (adətən 20 funtdan az) və demək olar ki, hər yerdə daşına və istifadə edilə bilər. Bununla belə, optik CMM-lər sənayedə getdikcə daha çox istifadə olunur. Kompakt xətti və ya matris massiv kameraları (məsələn, Microsoft Kinect) ilə dizayn edilmiş optik CMM-lər qolları olan portativ CMM-lərdən daha kiçikdir, naqillərə malik deyil və istifadəçilərə demək olar ki, hər yerdə yerləşən bütün növ obyektlərin 3D ölçmələrini asanlıqla aparmağa imkan verir.

Tərs mühəndislik, sürətli prototipləmə və bütün ölçülü hissələrin genişmiqyaslı yoxlanılması kimi bəzi təkrarlanmayan tətbiqlər portativ CMM-lər üçün idealdır. Portativ CMM-lərin üstünlükləri çoxşaxəlidir. İstifadəçilər bütün növ hissələrin 3D ölçmələrini və ən ucqar/çətin yerlərdə aparmaqda rahatlığa malikdirlər. Onlardan istifadə etmək asandır və dəqiq ölçmələr aparmaq üçün nəzarətli mühit tələb etmir. Bundan əlavə, portativ CMM-lər ənənəvi CMM-lərdən daha ucuz başa gəlir.

Portativ CMM-lərin təbii üstünlükləri əl ilə idarə olunmasıdır (onlardan istifadə etmək üçün həmişə insan tələb olunur). Bundan əlavə, onların ümumi dəqiqliyi körpü tipli CMM-lərdən bir qədər az dəqiq ola bilər və bəzi tətbiqlər üçün daha az uyğundur.

Çoxsensorlu ölçmə maşınları

Toxunuş zondlarından istifadə edən ənənəvi CMM texnologiyası bu gün tez-tez digər ölçmə texnologiyaları ilə birləşdirilir. Buraya çoxsensorlu ölçmə kimi tanınan bir şey təmin etmək üçün lazer, video və ya ağ işıq sensorları daxildir.