Ի՞նչ է կոորդինատների չափիչ մեքենան:

Ակոորդինատների չափիչ մեքենա(CMM) մի սարք է, որը չափում է ֆիզիկական առարկաների երկրաչափությունը՝ զոնդով օբյեկտի մակերեսի վրա զգալու դիսկրետ կետեր:CMM-ներում օգտագործվում են տարբեր տեսակի զոնդեր, այդ թվում՝ մեխանիկական, օպտիկական, լազերային և սպիտակ լույս:Կախված մեքենայից, զոնդի դիրքը կարող է ձեռքով կառավարվել օպերատորի կողմից կամ այն ​​կարող է կառավարվել համակարգչով:CMM-ները սովորաբար նշում են զոնդի դիրքը եռաչափ դեկարտյան կոորդինատային համակարգում (այսինքն՝ XYZ առանցքներով) հղման դիրքից նրա տեղաշարժի առումով:Բացի X, Y և Z առանցքների երկայնքով զոնդը տեղափոխելուց, շատ մեքենաներ նաև թույլ են տալիս վերահսկել զոնդի անկյունը՝ թույլ տալու համար չափել մակերեսները, որոնք այլապես անհասանելի կլինեն:

Տիպիկ 3D «կամուրջ» CMM-ը թույլ է տալիս զոնդի շարժումը երեք առանցքներով՝ X, Y և Z, որոնք ուղղահայաց են միմյանց նկատմամբ եռաչափ Դեկարտյան կոորդինատային համակարգում:Յուրաքանչյուր առանցք ունի սենսոր, որը վերահսկում է զոնդի դիրքը այդ առանցքի վրա, սովորաբար միկրոմետրի ճշգրտությամբ:Երբ զոնդը շփվում է (կամ այլ կերպ հայտնաբերում) օբյեկտի վրա որոշակի տեղ, մեքենան նմուշառում է դիրքի երեք սենսորները՝ այդպիսով չափելով օբյեկտի մակերեսի մեկ կետի գտնվելու վայրը, ինչպես նաև չափման եռաչափ վեկտորը:Այս գործընթացը կրկնվում է ըստ անհրաժեշտության՝ ամեն անգամ շարժելով զոնդը՝ ստեղծելով «կետային ամպ», որը նկարագրում է հետաքրքրության մակերեսը:

CMM-ների ընդհանուր օգտագործումը արտադրության և հավաքման գործընթացներում է՝ մասնակի կամ հավաքույթի նախագծման նպատակին հակառակ փորձարկելու համար:Նման ծրագրերում ստեղծվում են կետային ամպեր, որոնք վերլուծվում են ռեգրեսիոն ալգորիթմների միջոցով՝ առանձնահատկությունների կառուցման համար:Այս միավորները հավաքվում են՝ օգտագործելով զոնդ, որը տեղադրվում է ձեռքով օպերատորի կողմից կամ ավտոմատ կերպով՝ ուղղակի համակարգչային կառավարման (DCC) միջոցով:DCC CMM-ները կարող են ծրագրավորվել նույնական մասերը բազմիցս չափելու համար.Այսպիսով, ավտոմատացված CMM-ը արդյունաբերական ռոբոտի մասնագիտացված ձև է:

Մասեր

Կոորդինատ-չափիչ մեքենաները ներառում են երեք հիմնական բաղադրիչ.

• Հիմնական կառուցվածքը, որը ներառում է շարժման երեք առանցք.Շարժվող շրջանակի կառուցման համար օգտագործվող նյութը տարիների ընթացքում տարբեր է եղել:Գրանիտը և պողպատը օգտագործվել են վաղ CMM-ներում:Այսօր բոլոր խոշոր CMM արտադրողները շրջանակներ են կառուցում ալյումինի համաձուլվածքից կամ որևէ ածանցյալից, ինչպես նաև օգտագործում են կերամիկա՝ Z առանցքի կոշտությունը մեծացնելու համար սկանավորման ծրագրերի համար:Քիչ CMM շինարարներ այսօր դեռ արտադրում են գրանիտե շրջանակ CMM՝ հաշվի առնելով չափագիտության բարելավված դինամիկայի շուկայի պահանջները և որակի լաբորատորիայից դուրս CMM տեղադրելու աճող միտումը:Սովորաբար միայն ցածր ծավալի CMM շինարարները և հայրենական արտադրողները Չինաստանում և Հնդկաստանում դեռևս արտադրում են գրանիտե CMM՝ ցածր տեխնոլոգիական մոտեցման և CMM շրջանակների ստեղծող դառնալու հեշտ մուտքի պատճառով:Սկանավորման աճող միտումը նաև պահանջում է, որ CMM Z առանցքը ավելի կոշտ լինի, և ներդրվեն նոր նյութեր, ինչպիսիք են կերամիկական և սիլիցիումի կարբիդը:
• Զոնդավորման համակարգ
• Տվյալների հավաքագրման և կրճատման համակարգ — սովորաբար ներառում է մեքենայի վերահսկիչ, աշխատասեղանի համակարգիչ և կիրառական ծրագրակազմ:

Հասանելիություն

Այս մեքենաները կարող են լինել անկախ, ձեռքի և շարժական:

Ճշգրտություն

Կոորդինատների չափման մեքենաների ճշգրտությունը սովորաբար տրվում է որպես անորոշության գործոն՝ որպես ֆունկցիա հեռավորության վրա:Սենսորային զոնդ օգտագործող CMM-ի համար դա վերաբերում է զոնդի կրկնելիությանը և գծային մասշտաբների ճշգրտությանը:Տիպիկ զոնդերի կրկնելիությունը կարող է հանգեցնել .001 մմ կամ .00005 դյույմ (կես տասներորդ) չափումների ամբողջ չափման ծավալի վրա:3, 3+2 և 5 առանցք ունեցող մեքենաների համար զոնդերը կանոնավոր կերպով տրամաչափվում են՝ օգտագործելով հետագծելի ստանդարտներ, և մեքենայի շարժումը ստուգվում է՝ օգտագործելով չափիչներ՝ ճշգրտությունն ապահովելու համար:

Հատուկ մասեր

Մեքենայի մարմին

Առաջին CMM-ը մշակվել է Շոտլանդիայի Ferranti ընկերության կողմից 1950-ականներին՝ որպես իրենց ռազմական արտադրանքի ճշգրիտ բաղադրիչները չափելու ուղղակի անհրաժեշտության արդյունք, թեև այս մեքենան ուներ ընդամենը 2 առանցք:Առաջին 3 առանցք մոդելները սկսեցին հայտնվել 1960-ականներին (Իտալիայի DEA) և համակարգչային կառավարման դեբյուտը հայտնվեց 1970-ականների սկզբին, սակայն առաջին աշխատող CMM-ը մշակվեց և վաճառքի հանվեց Browne & Sharpe-ի կողմից Մելբուռնում, Անգլիա:(Լեյց Գերմանիան հետագայում արտադրեց ֆիքսված մեքենայի կառուցվածք՝ շարժվող սեղանով։

Ժամանակակից մեքենաներում գետնափոր տիպի վերնաշենքն ունի երկու ոտք և հաճախ կոչվում է կամուրջ:Սա ազատորեն շարժվում է գրանիտե սեղանի երկայնքով մեկ ոտքով (հաճախ կոչվում է ներսի ոտք)՝ հետևելով գրանիտե սեղանի մի կողմին ամրացված ուղեցույցի:Հակառակ ոտքը (հաճախ արտաքին ոտքը) պարզապես հենվում է գրանիտե սեղանի վրա՝ հետևելով ուղղահայաց մակերեսի ուրվագծին:Օդային առանցքակալները ընտրված մեթոդն են առանց շփման ճանապարհորդության ապահովման:Դրանցում սեղմված օդը հարկադրված է մի շարք շատ փոքր անցքերի միջով հարթ կրող մակերևույթի վրա՝ ապահովելու հարթ, բայց վերահսկվող օդային բարձ, որի վրա CMM-ը կարող է շարժվել գրեթե առանց շփման ձևով, որը կարող է փոխհատուցվել ծրագրային ապահովման միջոցով:Գրանիտե սեղանի երկայնքով կամրջի կամ անդրանիկի շարժումը կազմում է XY հարթության մեկ առանցքը:Գետանի կամուրջը պարունակում է կառք, որը անցնում է ներսի և դրսի ոտքերի միջև և կազմում մյուս X կամ Y հորիզոնական առանցքը:Շարժման երրորդ առանցքը (Z առանցք) ապահովվում է ուղղահայաց կեռիկի կամ լիսեռի ավելացմամբ, որը շարժվում է վեր ու վար կառքի կենտրոնով:Հպման զոնդը ձևավորում է սենսորային սարքը թիակի ծայրին:X, Y և Z առանցքների շարժումը լիովին նկարագրում է չափման ծրարը:Լրացուցիչ պտտվող սեղանները կարող են օգտագործվել բարդ աշխատանքային մասերին չափիչ զոնդի հասանելիությունը բարձրացնելու համար:Պտտվող սեղանը՝ որպես չորրորդ շարժիչ առանցք, չի մեծացնում չափման չափերը, որոնք մնում են 3D, բայց այն ապահովում է ճկունության աստիճան:Որոշ հպման զոնդեր իրենք սնուցվող պտտվող սարքեր են, որոնց ծայրը կարող է ուղղահայաց պտտվել ավելի քան 180 աստիճանով և ամբողջական 360 աստիճանի պտույտի միջոցով:

CMM-ներն այժմ հասանելի են նաև մի շարք այլ ձևերով:Դրանք ներառում են CMM բազուկներ, որոնք օգտագործում են անկյունային չափումներ, որոնք կատարվում են թևի հոդերի վրա՝ ստիլուսի ծայրի դիրքը հաշվարկելու համար և կարող են համալրվել լազերային սկանավորման և օպտիկական պատկերման համար նախատեսված զոնդերով:Նման թևերի CMM-ները հաճախ օգտագործվում են, որտեղ դրանց շարժունակությունը առավելություն է ավանդական ֆիքսված մահճակալի CMM-ների նկատմամբ. չափված վայրերը պահելով, ծրագրավորման ծրագրակազմը նաև թույլ է տալիս շարժել չափիչ թեւը և դրա չափման ծավալը չափման ռեժիմի ընթացքում չափվող մասի շուրջ:Քանի որ CMM զենքերն ընդօրինակում են մարդու թևի ճկունությունը, նրանք նաև հաճախ ի վիճակի են հասնել բարդ մասերի ներքին մասերին, որոնք հնարավոր չէ հետազոտել ստանդարտ երեք առանցքներով մեքենայի միջոցով:

Մեխանիկական զոնդ

Կոորդինատների չափման (CMM) սկզբնական օրերին մեխանիկական զոնդերը տեղադրվում էին հատուկ պահարանի մեջ, որը գտնվում է թիակի ծայրին:Շատ տարածված զոնդ է պատրաստվել՝ կոշտ գնդակը լիսեռի ծայրին զոդելով:Սա իդեալական էր հարթ դեմքի, գլանաձև կամ գնդաձև մակերեսների մի ամբողջ շարք չափելու համար:Մյուս զոնդերը մանրացված են որոշակի ձևերի վրա, օրինակ՝ քառակուսի, որպեսզի հնարավոր լինի չափել հատուկ հատկանիշները:Այս զոնդերը ֆիզիկապես պահվում էին աշխատանքային մասի վրա, երբ տարածության մեջ դիրքը կարդացվում էր 3 առանցք ունեցող թվային ընթերցմամբ (DRO) կամ, ավելի առաջադեմ համակարգերում, մուտքագրվում էին համակարգիչ ոտքի անջատիչի կամ նմանատիպ սարքի միջոցով:Այս կոնտակտային մեթոդով կատարված չափումները հաճախ անվստահելի էին, քանի որ մեքենաները տեղափոխվում էին ձեռքով, և յուրաքանչյուր օպերատոր կիրառում էր տարբեր քանակությամբ ճնշում զոնդի վրա կամ ընդունում էր տարբեր մեթոդներ չափման համար:

Հետագա զարգացումը յուրաքանչյուր առանցք վարելու համար շարժիչների ավելացումն էր:Օպերատորներն այլևս ստիպված չէին ֆիզիկապես դիպչել մեքենային, այլ կարող էին յուրաքանչյուր առանցք վարել ջոյստիկներով ձեռքի տուփով այնպես, ինչպես ժամանակակից հեռակառավարվող մեքենաների դեպքում:Չափման ճշգրտությունը և ճշգրտությունը կտրուկ բարելավվել են էլեկտրոնային հպման ձգանման զոնդի հայտնագործմամբ:Այս նոր զոնդ սարքի առաջամարտիկը Դեյվիդ Մաքմուրթրին էր, ով հետագայում ստեղծեց այն, ինչ այժմ կոչվում է Renishaw plc:Թեև դեռևս կոնտակտային սարք էր, զոնդն ուներ զսպանակավոր պողպատե գնդիկ (հետագայում՝ ռուբինե գնդակ):Երբ զոնդը դիպավ բաղադրիչի մակերեսին, ստիլուսը շեղվեց և միաժամանակ համակարգիչ ուղարկեց X,Y,Z կոորդինատների տեղեկատվությունը:Առանձին օպերատորների կողմից առաջացած չափումների սխալները ավելի քիչացան, և հիմք ստեղծվեց CNC գործառնությունների ներդրման և CMM-ների տարիքի գալու համար:

Օպտիկական զոնդերը ոսպնյակներ-CCD համակարգեր են, որոնք շարժվում են ինչպես մեխանիկականները, և ուղղված են դեպի հետաքրքրության կետը՝ նյութին դիպչելու փոխարեն։Մակերեւույթի նկարահանված պատկերը կփակվի չափիչ պատուհանի սահմաններում, մինչև մնացորդը համարժեք լինի սև և սպիտակ գոտիների միջև հակադրությանը:Բաժանման կորը կարող է հաշվարկվել մի կետի, որը ցանկալի չափման կետն է տարածության մեջ:CCD-ի հորիզոնական տեղեկատվությունը 2D (XY) է, իսկ ուղղահայաց դիրքը ամբողջական զոնդավորման համակարգի դիրքն է կանգառի Z-drive-ի (կամ սարքի այլ բաղադրիչի վրա):

Սկանավորման զոնդ համակարգեր

Գոյություն ունեն ավելի նոր մոդելներ, որոնք ունեն զոնդեր, որոնք որոշակի ընդմիջումներով ձգվում են մասի մակերևույթի երկայնքով, որոնք հայտնի են որպես սկանավորող զոնդեր:CMM ստուգման այս մեթոդը հաճախ ավելի ճշգրիտ է, քան սովորական հպում-զոնդ մեթոդը, ինչպես նաև շատ անգամ ավելի արագ:

Սկանավորման հաջորդ սերունդը, որը հայտնի է որպես ոչ կոնտակտային սկանավորում, որը ներառում է բարձր արագությամբ լազերային մեկ կետի եռանկյունավորում, լազերային գծերի սկանավորում և սպիտակ լույսի սկանավորում, շատ արագ զարգանում է:Այս մեթոդը օգտագործում է կա՛մ լազերային ճառագայթներ, կա՛մ սպիտակ լույս, որոնք նախագծված են մասի մակերեսին:Շատ հազարավոր միավորներ կարող են այնուհետև վերցնել և օգտագործվել ոչ միայն չափն ու դիրքը ստուգելու համար, այլև մասի 3D պատկեր ստեղծելու համար:Այս «կետ-ամպային տվյալները» կարող են այնուհետև փոխանցվել CAD ծրագրային ապահովմանը, որպեսզի ստեղծվի մասի աշխատանքային 3D մոդել:Այս օպտիկական սկաներները հաճախ օգտագործվում են փափուկ կամ նուրբ մասերի վրա կամ հեշտացնելու հակադարձ ճարտարագիտությունը:

Միկրոմետրոլոգիական զոնդեր

Միկրոմաշտաբային չափագիտության կիրառությունների զոնդավորման համակարգերը ևս մեկ զարգացող տարածք են:Կան մի քանի կոմերցիոն հասանելի կոորդինատային չափիչ մեքենաներ (CMM), որոնք ունեն միկրոզոնդ՝ ինտեգրված համակարգում, մի քանի մասնագիտացված համակարգեր պետական ​​լաբորատորիաներում և ցանկացած թվով համալսարանի կողմից կառուցված չափագիտության հարթակներ միկրոմասշտաբների չափագիտության համար:Չնայած այս մեքենաները լավ և շատ դեպքերում հիանալի չափագիտական ​​հարթակներ են՝ նանոմետրիկ մասշտաբներով, դրանց հիմնական սահմանափակումը հուսալի, ամուր, ընդունակ միկրո/նանո զոնդն է:^{[անհրաժեշտ է մեջբերում]}Միկրոմաշտաբային զոնդավորման տեխնոլոգիաների մարտահրավերները ներառում են մեծ չափերի հարաբերակցությամբ զոնդի անհրաժեշտությունը, որը հնարավորություն կտա մուտք գործել խորը, նեղ առանձնահատկություններ ցածր կոնտակտային ուժերով, որպեսզի չվնասվի մակերեսը և բարձր ճշգրտությունը (նանոմետրային մակարդակ):^{[անհրաժեշտ է մեջբերում]}Բացի այդ, միկրոմասշտաբային զոնդերը ենթակա են շրջակա միջավայրի այնպիսի պայմանների, ինչպիսիք են խոնավությունը և մակերևութային փոխազդեցությունները, ինչպիսիք են կպչունությունը (առաջանում են կպչունության, մենիսկի և/կամ Վան դեր Վալսի ուժի պատճառով):^{[անհրաժեշտ է մեջբերում]}

Միկրոմաշտաբային զոնդավորման հասնելու տեխնոլոգիաները ներառում են դասական CMM զոնդերի փոքրացված տարբերակը, օպտիկական զոնդերը և կանգուն ալիքի զոնդը, ի թիվս այլոց:Այնուամենայնիվ, ներկայիս օպտիկական տեխնոլոգիաները չեն կարող չափվել այնքան փոքր՝ չափելու խորը, նեղ առանձնահատկությունը, և օպտիկական լուծումը սահմանափակվում է լույսի ալիքի երկարությամբ:Ռենտգենյան պատկերը տրամադրում է հատկանիշի պատկերը, բայց չունի հետագծելի չափագիտական ​​տեղեկատվություն:

Ֆիզիկական սկզբունքներ

Կարող են օգտագործվել օպտիկական զոնդեր և/կամ լազերային զոնդեր (եթե հնարավոր է համակցված), որոնք CMM-ները փոխում են չափիչ մանրադիտակների կամ բազմասենսորային չափիչ մեքենաների:Ծայրամասային պրոյեկցիոն համակարգերը, թեոդոլիտային եռանկյունավորման համակարգերը կամ լազերային հեռավոր և եռանկյունավորման համակարգերը չեն կոչվում չափիչ մեքենաներ, սակայն չափման արդյունքը նույնն է՝ տիեզերական կետ:Լազերային զոնդերը օգտագործվում են կինեմատիկական շղթայի վերջում գտնվող մակերեսի և հղման կետի միջև հեռավորությունը հայտնաբերելու համար (այսինքն՝ Z-drive բաղադրիչի վերջը):Սա կարող է օգտագործել ինտերֆերոմետրիկ ֆունկցիա, ֆոկուսի փոփոխություն, լույսի շեղում կամ ճառագայթի ստվերային սկզբունք:

Դյուրակիր կոորդինատների չափիչ մեքենաներ

Մինչ ավանդական CMM-ներն օգտագործում են զոնդ, որը շարժվում է երեք դեկարտյան առանցքների վրա՝ չափելու օբյեկտի ֆիզիկական բնութագրերը, դյուրակիր CMM-ներն օգտագործում են կամ հոդակապ ձեռքեր, կամ, օպտիկական CMM-ների դեպքում, առանց ձեռքի սկանավորման համակարգեր, որոնք օգտագործում են օպտիկական եռանկյունավորման մեթոդներ և հնարավորություն են տալիս շարժման լիակատար ազատություն: օբյեկտի շուրջ:

Հոդակապ ձեռքերով շարժական CMM-ներն ունեն վեց կամ յոթ առանցք, որոնք հագեցած են պտտվող կոդավորիչներով՝ գծային առանցքների փոխարեն:Դյուրակիր զենքերը թեթև են (սովորաբար 20 ֆունտից պակաս) և կարող են կրվել և օգտագործվել գրեթե ցանկացած վայրում:Այնուամենայնիվ, օպտիկական CMM-ները գնալով ավելի են օգտագործվում արդյունաբերության մեջ:Նախագծված կոմպակտ գծային կամ մատրիցային զանգվածով տեսախցիկներով (ինչպես Microsoft Kinect-ը), օպտիկական CMM-ներն ավելի փոքր են, քան թեւերով շարժական CMM-ները, չունեն լարեր և թույլ են տալիս օգտվողներին հեշտությամբ 3D չափումներ կատարել բոլոր տեսակի օբյեկտների համար, որոնք գտնվում են գրեթե ցանկացած վայրում:

Որոշ չկրկնվող ծրագրեր, ինչպիսիք են հակադարձ ճարտարագիտությունը, արագ նախատիպավորումը և բոլոր չափերի մասերի լայնածավալ ստուգումը, իդեալականորեն հարմար են շարժական CMM-ների համար:Դյուրակիր CMM-ների առավելությունները բազմակի են:Օգտագործողները ճկունություն ունեն բոլոր տեսակի մասերի և ամենահեռավոր/դժվար վայրերում 3D չափումներ կատարելու հարցում:Դրանք հեշտ է օգտագործել և չեն պահանջում վերահսկվող միջավայր՝ ճշգրիտ չափումներ կատարելու համար:Ավելին, շարժական CMM-ները հակված են ավելի քիչ արժենալ, քան ավանդական CMM-ները:

Դյուրակիր CMM-ների ներհատուկ փոխզիջումները ձեռքով շահագործումն են (դրանք միշտ մարդուց պահանջում են դրանք օգտագործել):Բացի այդ, դրանց ընդհանուր ճշգրտությունը կարող է որոշ չափով ավելի քիչ ճշգրիտ լինել, քան կամուրջի տիպի CMM-ը և ավելի քիչ հարմար է որոշ ծրագրերի համար:

Բազմասենսորային չափիչ մեքենաներ

Ավանդական CMM տեխնոլոգիան, օգտագործելով հպման զոնդերը, այսօր հաճախ համակցվում է չափման այլ տեխնոլոգիաների հետ:Սա ներառում է լազերային, վիդեո կամ սպիտակ լույսի տվիչներ՝ ապահովելու այն, ինչը հայտնի է որպես բազմասենսորային չափում: