Որո՞նք են CMM-ի տարբեր տեսակները։ CMM ճշգրտության վրա ազդող գործոնների խորը ուսումնասիրություն

Կոորդինատների չափման մեքենան գործում է հիմնարար սկզբունքով, որը հակասում է դրա բարդությանը։ Զոնդավորման համակարգը երեք օրթոգոնալ առանցքներով տեղաշարժելով, որոնք սովորաբար նշանակվում են X, Y և Z կարտեզյան կոորդինատային համակարգում, մեքենան հայտնաբերում է առարկայի մակերեսի վրա առանձին կետեր։ Յուրաքանչյուր առանցք ներառում է սենսորներ, որոնք արտակարգ ճշգրտությամբ վերահսկում են զոնդի դիրքը, որը հաճախ չափվում է միկրոմետրերով կամ նույնիսկ միկրոմետրերի մասնաբաժիններով։ Հավաքված կետերը կազմում են այն, ինչը չափագետները անվանում են կետերի ամպ, որը, ըստ էության, չափված մակերեսի թվային ներկայացում է, որը կարող է համեմատվել նախագծային սպեցիֆիկացիաների, CAD մոդելների կամ երկրաչափական չափագրման և հանդուրժողականության պահանջների հետ։

CMM տեխնոլոգիայի զարգացումը հանգեցրել է մի քանի տարբեր մեքենաների ճարտարապետությունների, որոնցից յուրաքանչյուրը օպտիմալացված է որոշակի կիրառությունների, մասերի չափերի և շահագործման միջավայրերի համար: Կամրջային տիպի CMM-ները ներկայացնում են ճշգրիտ արտադրական միջավայրերում ամենատարածված կոնֆիգուրացիան: Այս մեքենաներն ունեն կամրջանման կառուցվածք, որը տարածվում է չափման սեղանի վրա, իսկ զոնդավորման համակարգը կախված է երկու ուղղահայաց սյուների վրա հենված հորիզոնական ճառագայթից: Կամրջային դիզայնը ապահովում է բացառիկ կոշտություն և կայունություն, ինչը հնարավորություն է տալիս չափման ճշգրտություն, որը կարող է հասնել միկրոմետրից ցածր մակարդակի վերահսկվող պայմաններում: Կամրջային CMM-ները գերազանց են փոքր և միջին չափի բաղադրիչների չափման մեջ՝ խիստ թույլատրելի շեղումներով, ինչը դրանք անփոխարինելի է դարձնում այն ​​ոլորտներում, որտեղ ճշգրտությունը գերակա է:

Գանտրի տիպի CMM-ները կիսում են կամրջի կոնֆիգուրացիան, բայց զգալիորեն մեծացնում են այն մեծ մասերի չափման համար: Սեղանի վրա հենվելու փոխարեն, գանտրի մեքենաները տեղադրվում են անմիջապես հատակին՝ հատուկ հիմքերի վրա, վերացնելով ծանր բաղադրիչները բարձրացված հարթակների վրա բարձրացնելու անհրաժեշտությունը: Այս ճարտարապետությունը իդեալական է ավիատիեզերական բաղադրիչների, խոշոր ավտոմոբիլային հավաքույթների և ծանր արդյունաբերական մասերի համար, որոնք կծանրաբեռնեին ավանդական կամրջային մեքենաները: Մինչդեռ գանտրի CMM-ները զոհաբերում են կամրջային նախագծերով ձեռք բերված գերբարձր ճշգրտության մի մասը, դրանք փոխհատուցում են հսկայական չափման ծավալներով, որոնք կարող են ընդգրկել բազմաթիվ մետրեր յուրաքանչյուր առանցքում:

Կոնսոլային տիպի CMM-ները առաջարկում են տարբեր կառուցվածքային մոտեցում՝ չափիչ գլխիկը ամրացված է կոշտ հիմքի միայն մեկ կողմին: Այս կոնֆիգուրացիան ապահովում է չափման տարածք բաց մուտք երեք կողմերից՝ հեշտացնելով մասերի բեռնումն ու բեռնաթափումը: Կոնսոլային մեքենաները սովորաբար ծառայում են փոքր բաղադրիչներ ներառող կիրառություններին, որտեղ օպերատորի մուտքը և աշխատանքային հոսքի արդյունավետությունը գերակշռում են հնարավոր առավելագույն ճշգրտությանը:

Հորիզոնական թևերով CMM-ները լուծում են չափման այնպիսի խնդիրներ, որոնք այլ ճարտարապետություններ դժվարանում են լուծել: Զոնդը հորիզոնական, այլ ոչ թե ուղղահայաց կողմնորոշելով՝ այս մեքենաները կարող են ստուգել երկար, բարակ բաղադրիչներ, ինչպիսիք են թիթեղյա վահանակները, ավտոմեքենայի թափքի կառուցվածքները և ինքնաթիռի ֆյուզելյաժի հատվածները: Հորիզոնական թևերի դիզայնը որոշակի ճշգրտություն է փոխանակում ավելի լայն հասանելիության և մատչելիության համար, ինչը դրանք դարձնում է նախընտրելի ընտրություն ուղղահայաց զոնդի կոնֆիգուրացիաներով դժվար հասանելի երկրաչափություններ չափելու համար:

Շարժական չափիչ թևերով CMM-ները ներկայացնում են չափողական չափագիտության մեջ պարադիգմայի փոփոխություն, որոնք չափման հնարավորությունը բերում են անմիջապես արտադրական հարկ, այլ ոչ թե պահանջում են մասերի տեղափոխում ջերմաստիճանային կարգավորմամբ լաբորատորիա: Այս հոդակապավոր թևերի համակարգերը, որոնք սովորաբար ունեն շարժման վեց կամ յոթ առանցք, թույլ են տալիս օպերատորներին չափել բաղադրիչները տեղում, ներառյալ այն մասերը, որոնք մնում են հավաքված հարմարանքներում կամ ինտեգրված են ավելի մեծ համակարգերի մեջ: Չնայած շարժական թևերը չեն կարող համեմատվել ֆիքսված լաբորատոր CMM-ների ճշգրտության հետ, դրանց ճկունությունն ու մատչելիությունը դրանք անգնահատելի են դարձնում այն ​​​​կիրառությունների համար, որտեղ ապամոնտաժումը կամ տեղափոխումը անիրագործելի է:

Օպտիկական CMM-ները ընդլայնում են չափման արագության և անհպում հնարավորության սահմանները: Այս համակարգերը օգտագործում են օպտիկական եռանկյունացում և առաջադեմ պատկերի մշակում՝ եռաչափ չափումներ ստանալու համար՝ առանց աշխատանքային մասին ֆիզիկապես դիպչելու: Անհպում մոտեցումը կարևոր է նուրբ մակերեսների, փափուկ նյութերի կամ բարձր հղկված բաղադրիչների չափման համար, որտեղ շփման միջոցով զոնդավորումը կարող է վնաս կամ աղտոտում առաջացնել: Ժամանակակից օպտիկական CMM-ները հասնում են չափագիտական ​​մակարդակի ճշգրտության՝ միաժամանակ զգալիորեն կրճատելով չափման ցիկլի ժամանակը շփման վրա հիմնված համակարգերի համեմատ:

CMM տեսակների այս բազմազան լանդշաֆտում ճշգրտության հարցը դառնում է գերակա: CMM ճշգրտությունը մեկ սպեցիֆիկացիա չէ, այլ բարդ արդյունք, որը ազդվում է բազմաթիվ փոխազդող գործոնների վրա: Միջավայրի պայմանները, թերևս, չափման ճշգրտությանը ազդող ամենակարևոր փոփոխականն են: Ջերմաստիճանի տատանումները հանգեցնում են ինչպես մեքենայի կառուցվածքի, այնպես էլ աշխատանքային մասի ընդարձակմանը կամ կծկմանը, առաջացնելով սխալներ, որոնք կարող են նվազեցնել մեքենայի ներքին հնարավորությունները: Մեկ մետր երկարությամբ պողպատե բաղադրիչը կընդլայնվի մոտավորապես տասնմեկ միկրոմետրով՝ ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր աստիճան Ցելսիուսի բարձրացման դեպքում, մինչդեռ ալյումինը ընդարձակվում է մոտավորապես այդ արագությամբ: Միկրոմետերի մակարդակի ճշգրտություն պահանջող չափումների համար ջերմաստիճանի վերահսկումը դառնում է բացարձակապես կարևոր:

Ջերմային էֆեկտների կառավարման ավանդական մոտեցումը ենթադրում է ջերմային կարգավորվող չափագիտական ​​լաբորատորիաների տեղակայում ջերմաստիճանային կարգավորմամբ լաբորատորիաներում, որոնք պահպանվում են քսան աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում՝ ջերմաստիճանի կայունության խիստ թույլատրելի սահմաններով: Այնուամենայնիվ, չափողական ստուգումը արտադրական հարկ տեղափոխելու աճող միտումը ստեղծել է նոր մարտահրավերներ: Առաջադեմ ջերմային կարգավորիչներն այժմ ներառում են ակտիվ ջերմաստիճանային փոխհատուցման համակարգեր, որոնք վերահսկում են մեքենաների կշեռքների և կարևոր կառուցվածքային բաղադրիչների ջերմաստիճանը՝ կիրառելով իրական ժամանակի ուղղումներ չափման արդյունքների վրա: Չնայած այս համակարգերը չեն կարող ամբողջությամբ վերացնել ջերմային էֆեկտները, դրանք զգալիորեն նվազեցնում են չափման անորոշությունը այն միջավայրերում, որտեղ խիստ ջերմաստիճանի վերահսկողությունը անիրագործելի է:

Տատանումները մեկ այլ շրջակա միջավայրի գործոն են, որը կարող է խաթարել CMM-ի ճշգրտությունը: Կոորդինատների չափման մեքենաների զոնդավորման համակարգերը գործում են միկրոմետրային մասշտաբով, որտեղ նույնիսկ մոտակա սարքավորումներից, հետիոտնային երթևեկությունից կամ շենքային համակարգերից առաջացող աննշան տատանումները կարող են առաջացնել չափման սխալներ: Լաբորատոր օգտագործման համար նախատեսված կամուրջային և դարպասային տիպի CMM-ները սովորաբար պահանջում են տատանումների աղբյուրներից մեկուսացում՝ հատուկ հիմքերի, տատանումների մեկուսացման ամրակների կամ օբյեկտի ներսում ռազմավարական տեղադրման միջոցով: Դյուրակիր CMM-ները բախվում են ավելի մեծ տատանումների մարտահրավերների, քանի որ դրանք գործում են անմիջապես արտադրական հարկերում, չնայած դրանց սովորաբար ցածր ճշգրտության պահանջները սա ավելի ընդունելի են դարձնում:

Զոնդավորման համակարգն ինքնին կազմում է CMM ճշգրտության կարևորագույն գործոն: Հպումային ձգանով զոնդերը, որոնք ամենատարածված տեսակն են, ֆիզիկապես շփվում են աշխատանքային մակերեսի հետ և շփման ժամանակ ստեղծում են էլեկտրական ազդանշան, որը գրանցում է զոնդի դիրքը: Հպումային ձգանով զոնդավորման ճշգրտությունը կախված է զոնդի ծայրի գնդաձևությունից, զոնդի գրիչի կոշտությունից և ուղիղությունից, ինչպես նաև ձգանման ուժի կայունությունից: Ժամանակի ընթացքում կրկնվող շփումները կարող են մաշել զոնդի ծայրը՝ աստիճանաբար փոխելով դրա արդյունավետ տրամագիծը և համակարգված սխալներ մտցնելով չափումների մեջ: Զոնդի ծայրերի կանոնավոր կարգաբերումը և պարբերական փոխարինումը մնում են չափման ճշգրտությունը պահպանելու կարևորագույն գործելակերպեր:

Սկանավորող զոնդերը առաջարկում են այլ մոտեցում՝ անընդհատ շարժվելով աշխատանքային մասի մակերեսով՝ պահպանելով շփումը սահմանված միջակայքում: Այս համակարգերը վայրկյանում հավաքում են հազարավոր կետեր, ինչը հնարավորություն է տալիս մանրամասն բնութագրել մակերեսի ձևը, պրոֆիլը և հյուսվածքը, ինչը անիրագործելի կլիներ հպումային զոնդավորման դեպքում: Այնուամենայնիվ, սկանավորման ճշգրտությունը կախված է ոչ միայն զոնդի երկրաչափությունից, այլև կառավարման համակարգի՝ մակերեսի ուրվագծերին հետևելիս կայուն շփման ուժ պահպանելու ունակությունից:

Անկոնտակտ զոնդերը, ներառյալ լազերային սենսորները և օպտիկական համակարգերը, վերացնում են կոնտակտային զոնդավորման մեխանիկական ազդեցությունները, բայց ներմուծում են իրենց սեփական անորոշության աղբյուրները: Մակերեսի անդրադարձունակությունը, գույնը և հյուսվածքը կարող են ազդել օպտիկական չափման ճշգրտության վրա, պահանջելով ուշադիր կարգաբերում և երբեմն բազմակի չափումներ տարբեր լուսավորության պայմաններում: Լազերային եռանկյունացման համակարգերը բարձր ճշգրտություն են ապահովում որոշակի կիրառությունների համար, բայց կարող են դժվարություններ ունենալ կտրուկ մակերեսային անկյունների կամ բարձր անդրադարձնող մակերեսների հետ:

CMM-ի մեխանիկական կառուցվածքն ինքնին ներմուծում է երկրաչափական սխալներ, որոնք ազդում են չափման ճշգրտության վրա: Նույնիսկ ամենաճշգրիտ արտադրված մեքենայի առանցքները ցուցաբերում են փոքր շեղումներ կատարյալ ուղիղությունից, առանցքների միջև ուղղահայացությունից և դիրքավորման ճշգրտությունից: Այս երկրաչափական սխալները սովորաբար բնութագրվում են խիստ տրամաչափման ընթացակարգերով և փոխհատուցվում են ծրագրային ապահովմամբ՝ նվազեցնելով դրանց ազդեցությունը չափման արդյունքների վրա: Այնուամենայնիվ, սխալի փոխհատուցման արդյունավետությունը կախված է մեքենայի կառուցվածքի կայունությունից ժամանակի ընթացքում և շրջակա միջավայրի պայմաններից կախված:

Ժամանակակից CMM չափիչ մեքենաները ներառում են ծավալային սխալի փոխհատուցում, որը բարդ մոտեցում է, որը մոդելավորում է երկրաչափական սխալները ամբողջ չափման ծավալի ընթացքում, այլ ոչ թե փոխհատուցում է յուրաքանչյուր առանցքը առանձին: Այս մոտեցումը ճանաչում է, որ սխալները տարբերվում են՝ կախված նրանից, թե որտեղ է զոնդը տեղադրված մեքենայի աշխատանքային ծրարում, հասնելով ավելի բարձր ճշգրտության, քան պարզ փոխհատուցման մեթոդները: Ծավալային փոխհատուցման տրամաչափման գործընթացը սովորաբար օգտագործում է լազերային ինտերֆերոմետրեր կամ այլ ճշգրիտ գործիքներ՝ չափման տարածքի բազմաթիվ կետերում սխալները քարտեզագրելու համար, ստեղծելով մեքենայի կառավարիչի կողմից օգտագործվող համապարփակ սխալի մոդել:

OGP կոորդինատային չափման մեքենան օրինակ է ծառայում, թե ինչպես են ժամանակակից տեխնոլոգիաները լուծում այս ճշգրիտ մարտահրավերները նորարարական դիզայնի միջոցով: OGP-ն, կամ Optical Gaging Products-ը, առաջատար է բազմասենսորային չափման համակարգերում, որոնք համատեղում են շոշափելի զոնդավորումը օպտիկական և լազերային սենսորների հետ միասնական հարթակներում: OGP FlexPoint շարքը ներկայացնում է այս տեխնոլոգիայի ներկայիս վիճակը՝ առաջարկելով մեծ ֆորմատի բազմասենսորային CMM-ներ, որոնք կարող են միաժամանակ աջակցել սկանավորող զոնդերին, հեռակենտրոն օպտիկային և ինտերֆերոմետրիկ լազերային սենսորներին՝ միացնող գլխիկների վրա:

Բազմասենսորային մոտեցումը լուծում է ճշգրիտ չափման հիմնարար խնդիրը. տարբեր առանձնահատկություններ և մակերեսներ պահանջում են տարբեր չափման տեխնիկա՝ օպտիմալ ճշգրտության համար: Հպումային զոնդերով հեշտությամբ հասանելի առանձնահատկությունները կարող են անտեսանելի լինել օպտիկական համակարգերի համար, մինչդեռ նուրբ մակերեսները, որոնց դիպչելը հնարավոր չէ, կարող են պահանջել ոչ-հպումային մեթոդներ: Ավանդական CMM-ները պահանջում են զոնդերի փոփոխություններ և վերաչափում չափման ռեժիմների միջև անցնելիս, ինչը ժամանակ է խլում և հնարավոր է՝ սխալներ է առաջացնում: Սենսորների միաժամանակյա հասանելիությամբ OGP մոտեցումը վերացնում է այս անցումները՝ թույլ տալով ընտրել և տեղադրել յուրաքանչյուր չափման համար օպտիմալ սենսորը՝ առանց սենսորների փոխանակման ուշացումների և անորոշությունների:

Կոորդինատների չափման մեքենաները կառավարող ծրագիրը գնալով ավելի կարևոր դեր է խաղում չափման ճշգրտության մեջ: Ժամանակակից CMM ծրագիրը ներառում է բարդ ալգորիթմներ զոնդի շառավղի փոխհատուցման, երկրաչափական համապատասխանեցման, կոորդինատային համակարգի հավասարեցման և հանդուրժողականության գնահատման համար: Երկրաչափական տարրերը չափվող կետերին համապատասխանեցնելու համար օգտագործվող մաթեմատիկական մեթոդները կարող են զգալիորեն ազդել հաղորդված արդյունքների վրա, մասնավորապես՝ ձևի սխալներով կամ սահմանափակ չափման կետերով հատկանիշների համար: CAD-ի վրա հիմնված ծրագրավորումը թույլ է տալիս մշակել և վավերացնել չափման ընթացակարգերը անցանց ռեժիմով՝ կրճատելով մեքենայի անսարքությունը և ապահովելով չափման հետևողական կատարումը:

Չափման ռազմավարությունն ինքնին ճշգրտության գործոն է կազմում: Չափման կետերի քանակը և բաշխումը, չափումների հաջորդականությունը, զոնդավորման համար օգտագործվող մոտեցման ուղղությունները և ամրագրման մեթոդները՝ այս ամենը ազդում է արդյունքների վրա: Փորձառու չափագետները հասկանում են, որ պարզապես ավելի շատ կետեր վերցնելը ավտոմատ կերպով չի բարելավում ճշգրտությունը. կետերի տեղադրումը և բաշխումը չափվող տարրի նկատմամբ հաճախ ավելի կարևոր է, քան կետերի ընդհանուր քանակը: Երկրաչափական շեղումների համար, ինչպիսիք են հարթությունը կամ գլանաձևությունը, չափման ռազմավարությունը պետք է բավարար չափով նմուշառի ամբողջ մակերեսը կամ տարրը՝ առկա ձևի սխալները հայտնաբերելու համար:

Օպերատորի հմտությունը մնում է արդիական նույնիսկ բարձր ավտոմատացված CMM համակարգերի համար: Մինչդեռ CNC-ով կառավարվող CMM-ները կարող են իրականացնել չափման ընթացակարգեր օպերատորի նվազագույն միջամտությամբ, չափման ընթացակարգերի սկզբնական ծրագրավորումը և կարգավորումը պահանջում են երկրաչափական հանդուրժողականության, չափման անորոշության և մեքենայի հնարավորությունների ըմբռնում: Ծրագրի տրամաբանության, հավասարեցման ընթացակարգերի կամ հատկանիշների սահմանումների սխալները կարող են մնալ չբացահայտված ավտոմատացված կատարման ընթացքում՝ տալով արդյունքներ, որոնք թվացյալ ճշգրիտ են, բայց իրականում կողմնակալ կամ սխալ:

Արդյունաբերություն 4.0-ի և խելացի արտադրության շարունակական միտումը վերաձևավորում է, թե ինչպես են CMM-ները ինտեգրվում արտադրական գործընթացներին: Իրական ժամանակի չափման տվյալները սնուցում են վիճակագրական գործընթացների կառավարման համակարգերը՝ հնարավորություն տալով արագ հայտնաբերել և շտկել արտադրական շեղումները: Միացված CMM-ները կիսվում են չափման արդյունքներով ձեռնարկությունների ցանցերում՝ աջակցելով որակի կառավարման համակարգերին և մատակարարման շղթայի հետագծելիության պահանջներին: Այս ինտեգրման հնարավորությունները արժեք են ավելացնում հիմնարար չափման գործառույթից այն կողմ՝ կոորդինատային չափման մեքենաները մեկուսացված ստուգման գործիքներից վերածելով արտադրական հետախուզական համակարգերի միացված հանգույցների:

Քանի որ արտադրական հանդուրժողականությունները շարունակում են խստանալ, իսկ մասերի երկրաչափությունները դառնում են ավելի բարդ, CMM տեսակների և ճշգրտության գործոնների հասկանալու կարևորությունը միայն կաճի: Հատուկ կիրառությունների համար համապատասխան CMM ճարտարապետության ընտրությունը, շրջակա միջավայրի վերահսկողության կամ փոխհատուցման պահպանումը, խիստ տրամաչափման և ստուգման ընթացակարգերի իրականացումը, ինչպես նաև անորոշության աղբյուրները հաշվի առնող չափման ռազմավարությունների մշակումը՝ այս ամենը նպաստում է ժամանակակից արտադրության պահանջվող ճշգրտությանը հասնելուն: Անկախ նրանից, թե դա ավանդական կամուրջների դիզայնի, դյուրակիր ձեռքերի, օպտիկական համակարգերի, թե նորարարական բազմասենսորային հարթակների, ինչպիսին է OGP կոորդինատային չափման մեքենան, վստահությամբ չափելու կարողությունը մնում է արտադրության որակի հիմնարար: