Naon ari mesin ukur koordinat?

Hijimesin pangukur koordinat(CMM) nyaéta alat anu ngukur géométri objék fisik ku cara ngadeteksi titik-titik diskrit dina beungeut objék nganggo probe. Rupa-rupa jinis probe dianggo dina CMM, kalebet mékanis, optik, laser, sareng cahaya bodas. Gumantung kana mesinna, posisi probe tiasa dikontrol sacara manual ku operator atanapi tiasa dikontrol ku komputer. CMM biasana nangtukeun posisi probe dina hal pamindahanana tina posisi rujukan dina sistem koordinat Cartesian tilu diménsi (nyaéta, kalayan sumbu XYZ). Salian mindahkeun probe sapanjang sumbu X, Y, sareng Z, seueur mesin ogé ngamungkinkeun sudut probe dikontrol pikeun ngamungkinkeun pangukuran permukaan anu upami teu kitu moal tiasa dihontal.

CMM "sasak" 3D has ngamungkinkeun gerakan probe sapanjang tilu sumbu, X, Y sareng Z, anu ortogonal silih dina sistem koordinat Cartesian tilu diménsi. Unggal sumbu ngagaduhan sénsor anu ngawas posisi probe dina sumbu éta, biasana kalayan presisi mikrométer. Nalika probe ngahubungi (atanapi ngadeteksi) lokasi khusus dina objék, mesin bakal nyandak sampel tilu sénsor posisi, sahingga ngukur lokasi hiji titik dina permukaan objék, ogé véktor 3 diménsi tina pangukuran anu dicandak. Prosés ieu diulang sakumaha diperyogikeun, mindahkeun probe unggal waktos, pikeun ngahasilkeun "awan titik" anu ngajelaskeun daérah permukaan anu dipikaresep.

Kagunaan umum CMM nyaéta dina prosés manufaktur sareng perakitan pikeun nguji bagian atanapi perakitan ngalawan tujuan desain. Dina aplikasi sapertos kitu, awan titik dihasilkeun anu dianalisis ngalangkungan algoritma regresi pikeun konstruksi fitur. Titik-titik ieu dikumpulkeun ku ngagunakeun probe anu diposisikan sacara manual ku operator atanapi sacara otomatis ngalangkungan Kontrol Komputer Langsung (DCC). CMM DCC tiasa diprogram pikeun ngukur bagian anu idéntik sacara berulang; ku kituna CMM otomatis mangrupikeun bentuk khusus robot industri.

Bagian-bagian

Mesin pangukur koordinat ngawengku tilu komponén utama:

• Struktur utama anu ngawengku tilu sumbu gerak. Bahan anu dianggo pikeun ngawangun pigura anu gerak parantos bénten-bénten salami mangtaun-taun. Granit sareng baja dianggo dina CMM awal. Ayeuna sadaya produsén CMM utama ngawangun pigura tina paduan aluminium atanapi sababaraha turunan sareng ogé nganggo keramik pikeun ningkatkeun kaku sumbu Z pikeun aplikasi scanning. Saeutik tukang CMM ayeuna masih ngadamel CMM pigura granit kusabab sarat pasar pikeun dinamika metrologi anu ningkat sareng tren anu ningkat pikeun masang CMM di luar lab kualitas. Biasana ngan ukur tukang CMM volume rendah sareng produsén domestik di Cina sareng India anu masih ngadamel CMM granit kusabab pendekatan téknologi anu handap sareng gampang lebet pikeun janten tukang pigura CMM. Tren anu ningkat nuju scanning ogé meryogikeun sumbu Z CMM janten langkung kaku sareng bahan énggal parantos diwanohkeun sapertos keramik sareng silikon karbida.
• Sistem probing
• Sistem pangumpulan sareng réduksi data — biasana ngawengku pangontrol mesin, komputer desktop, sareng parangkat lunak aplikasi.

Kasadiaan

Mesin-mesin ieu tiasa nangtung nyalira, dicekel, sareng portabel.

Akurasi

Akurasi mesin pangukuran koordinat biasana dibikeun salaku faktor kateupastian salaku fungsi dina jarak. Pikeun CMM anu nganggo probe toél, ieu aya hubunganana sareng pangulangan probe sareng akurasi skala linier. Pangulangan probe has tiasa ngahasilkeun pangukuran dina 0,001mm atanapi 0,00005 inci (satengah sapersapuluh) dina sakabéh volume pangukuran. Pikeun mesin 3, 3+2, sareng 5 sumbu, probe dikalibrasi sacara rutin nganggo standar anu tiasa dilacak sareng gerakan mesin diverifikasi nganggo gauge pikeun mastikeun akurasi.

Bagian-bagian khusus

Awak mesin

CMM munggaran dikembangkeun ku Perusahaan Ferranti ti Skotlandia dina taun 1950-an salaku hasil tina kabutuhan langsung pikeun ngukur komponén presisi dina produk militerna, sanaos mesin ieu ngan ukur gaduh 2 sumbu. Modél 3-sumbu munggaran mimiti muncul dina taun 1960-an (DEA ti Italia) sareng kontrol komputer debut dina awal taun 1970-an tapi CMM anu munggaran anu tiasa dianggo dikembangkeun sareng dijual ku Browne & Sharpe di Melbourne, Inggris. (Leitz Jerman salajengna ngahasilkeun struktur mesin tetep kalayan méja anu tiasa gerak.

Dina mesin modéren, superstruktur tipe gantry mibanda dua suku sareng sering disebut sasak. Ieu gerak bébas sapanjang méja granit kalayan hiji suku (sering disebut suku jero) nuturkeun rel pituduh anu napel dina hiji sisi méja granit. Suku sabalikna (sering suku luar) ngan saukur nyender dina méja granit nuturkeun kontur permukaan vertikal. Bantalan hawa mangrupikeun metode anu dipilih pikeun mastikeun perjalanan bébas gesekan. Dina ieu, hawa anu dikomprés dipaksa ngaliwatan runtuyan liang anu alit pisan dina permukaan bantalan datar pikeun nyayogikeun bantalan hawa anu lemes tapi dikontrol dimana CMM tiasa gerak dina cara anu ampir tanpa gesekan anu tiasa dikompensasi ngalangkungan parangkat lunak. Gerakan sasak atanapi gantry sapanjang méja granit ngabentuk hiji sumbu bidang XY. Sasak gantry ngandung gerbong anu meuntas antara suku jero sareng luar sareng ngabentuk sumbu horizontal X atanapi Y anu sanés. Sumbu gerakan katilu (sumbu Z) disayogikeun ku tambahan quill atanapi spindle vertikal anu gerak ka luhur sareng ka handap ngaliwatan tengah gerbong. Probe toél ngabentuk alat sensing dina tungtung quill. Gerakan sumbu X, Y, sareng Z sacara lengkep ngagambarkeun amplop pangukuran. Méja puteran opsional tiasa dianggo pikeun ningkatkeun kamampuan probe pangukuran pikeun ngadeukeutan kana benda kerja anu rumit. Méja puteran salaku sumbu panggerak kaopat henteu ningkatkeun diménsi pangukuran, anu tetep 3D, tapi éta nyayogikeun tingkat kalenturan. Sababaraha probe toél sorangan mangrupikeun alat puteran anu dikuatkeun ku kakuatan kalayan ujung probe anu tiasa diputer sacara vertikal langkung ti 180 derajat sareng ngalangkungan rotasi 360 derajat pinuh.

CMM ayeuna ogé sayogi dina rupa-rupa bentuk anu sanés. Ieu kalebet panangan CMM anu nganggo pangukuran sudut anu dicandak dina sambungan panangan pikeun ngitung posisi ujung stylus, sareng tiasa dilengkepan ku probe pikeun scan laser sareng pencitraan optik. CMM panangan sapertos kitu sering dianggo dimana portabilitasna mangrupikeun kaunggulan tibatan CMM ranjang tetep tradisional - ku cara nyimpen lokasi anu diukur, parangkat lunak pamrograman ogé ngamungkinkeun mindahkeun panangan pangukur éta sorangan, sareng volume pangukuranna, di sakitar bagian anu bakal diukur salami rutinitas pangukuran. Kusabab panangan CMM niru kalenturan panangan manusa, éta ogé sering tiasa ngahontal bagian jero bagian anu rumit anu henteu tiasa diuji nganggo mesin tilu sumbu standar.

Probe mékanis

Dina mangsa mimiti pangukuran koordinat (CMM), probe mékanis dipasang kana wadah khusus dina tungtung bulu pérak. Probe anu umum pisan didamel ku cara nyolder bal teuas kana tungtung aci. Ieu idéal pikeun ngukur sakumna permukaan datar, silinder atanapi buleud. Probe anu sanés digiling kana bentuk khusus, contona kuadran, pikeun ngamungkinkeun pangukuran fitur khusus. Probe ieu sacara fisik dicekel ngalawan benda kerja kalayan posisi dina rohangan dibaca tina bacaan digital 3-sumbu (DRO) atanapi, dina sistem anu langkung canggih, dilogin kana komputer ku cara footswitch atanapi alat anu sami. Pangukuran anu dicandak ku metode kontak ieu sering henteu tiasa dipercaya sabab mesin dipindahkeun ku leungeun sareng unggal operator mesin nerapkeun jumlah tekanan anu béda dina probe atanapi nganggo téknik anu béda pikeun pangukuran.

Kamekaran salajengna nyaéta panambahan motor pikeun ngajalankeun unggal sumbu. Operator teu kedah deui noel mesin sacara fisik tapi tiasa ngajalankeun unggal sumbu nganggo handbox kalayan joystick sapertos mobil anu dikontrol jarak jauh modéren. Akurasi sareng presisi pangukuran ningkat sacara dramatis kalayan panemuan probe pemicu toél éléktronik. Pelopor alat probe énggal ieu nyaéta David McMurtry anu salajengna ngabentuk naon anu ayeuna Renishaw plc. Sanaos masih mangrupikeun alat kontak, probe éta ngagaduhan stylus bal baja anu dimuat pegas (engké bal ruby). Nalika probe noel permukaan komponén, stylus ngabengkokkeun sareng sakaligus ngirim inpormasi koordinat X,Y,Z ka komputer. Kasalahan pangukuran anu disababkeun ku operator individu janten langkung sakedik sareng panggung disiapkeun pikeun bubuka operasi CNC sareng datangna jaman CMM.

Probe optik nyaéta sistem lénsa-CCD, anu digerakkeun sapertos anu mékanis, sareng ditujukeun kana titik anu dipikaresep, tinimbang noel bahan. Gambar permukaan anu dicandak bakal diwatesan dina wates jandela pangukuran, dugi ka sésa cekap pikeun kontras antara zona hideung sareng bodas. Kurva pamisah tiasa diitung dugi ka hiji titik, nyaéta titik pangukuran anu dipikahoyong dina rohangan. Inpormasi horizontal dina CCD nyaéta 2D (XY) sareng posisi vertikal nyaéta posisi sistem probing lengkep dina stand Z-drive (atanapi komponén alat anu sanés).

Sistem probe scanning

Aya modél anu langkung énggal anu gaduh probe anu nyered sapanjang permukaan titik pamotongan bagian dina interval anu ditangtukeun, anu katelah probe scanning. Métode pamariksaan CMM ieu sering langkung akurat tibatan metode probe toél konvensional sareng kalolobaanana langkung gancang ogé.

Generasi pamindaian salajengna, anu katelah pamindaian non-kontak, anu kalebet triangulasi titik tunggal laser kecepatan tinggi, pamindaian garis laser, sareng pamindaian cahaya bodas, maju gancang pisan. Métode ieu nganggo sinar laser atanapi cahaya bodas anu diproyeksikan kana permukaan bagian éta. Rébuan titik teras tiasa dicandak sareng dianggo henteu ngan ukur pikeun mariksa ukuran sareng posisi, tapi ogé pikeun nyiptakeun gambar 3D bagian éta. "Data titik-awan" ieu teras tiasa ditransfer ka parangkat lunak CAD pikeun nyiptakeun modél 3D bagian anu tiasa dianggo. Pamindai optik ieu sering dianggo dina bagian anu lemes atanapi hipu atanapi pikeun ngagampangkeun rékayasa tibalik.

Probe mikrometrologi

Sistem probing pikeun aplikasi metrologi mikroskala mangrupikeun widang anu muncul deui. Aya sababaraha mesin ukur koordinat (CMM) anu sayogi sacara komersil anu gaduh mikroprobe anu terintegrasi kana sistem, sababaraha sistem khusus di laboratorium pamaréntah, sareng sababaraha platform metrologi anu diwangun ku universitas pikeun metrologi mikroskala. Sanaos mesin-mesin ieu saé sareng dina seueur kasus platform metrologi anu saé pisan kalayan skala nanometrik, watesan utama nyaéta probe mikro/nano anu tiasa dipercaya, kuat, sareng mampuh.^{[kutipan diperyogikeun]}Tangtangan pikeun téknologi probing skala mikro kalebet kabutuhan probe rasio aspék anu luhur anu masihan kamampuan pikeun ngaksés fitur anu jero sareng sempit kalayan gaya kontak anu handap supados henteu ngaruksak permukaan sareng presisi anu luhur (tingkat nanometer).^{[kutipan diperyogikeun]}Salian ti éta, probe mikroskala rentan ka kaayaan lingkungan sapertos kalembaban sareng interaksi permukaan sapertos geseran (disababkeun ku adhesi, meniskus, sareng/atanapi gaya Van der Waals diantarana).^{[kutipan diperyogikeun]}

Téhnologi pikeun ngahontal probing mikroskala kalebet vérsi anu dikirangan tina probe CMM klasik, probe optik, sareng probe gelombang nangtung diantarana. Nanging, téknologi optik ayeuna teu tiasa diskalakeun cukup alit pikeun ngukur fitur anu jero sareng sempit, sareng résolusi optik diwatesan ku panjang gelombang cahaya. Pencitraan sinar-X nyayogikeun gambar fitur tapi teu aya inpormasi métrologi anu tiasa dilacak.

Prinsip fisik

Probe optik sareng/atanapi probe laser tiasa dianggo (upami tiasa digabungkeun), anu ngarobih CMM janten mikroskop pangukur atanapi mesin pangukur multi-sensor. Sistem proyéksi fringe, sistem triangulasi teodolit atanapi sistem laser jauh sareng triangulasi henteu disebut mesin pangukur, tapi hasil pangukuranana sami: titik rohangan. Probe laser dianggo pikeun ngadeteksi jarak antara permukaan sareng titik rujukan dina tungtung ranté kinematik (nyaéta: tungtung komponén drive-Z). Ieu tiasa nganggo fungsi interferométri, variasi fokus, defleksi cahaya atanapi prinsip bayangan sinar.

Mesin pangukur koordinat portabel

Samentara CMM tradisional nganggo probe anu gerak dina tilu sumbu Cartesian pikeun ngukur ciri fisik hiji objék, CMM portabel nganggo panangan anu diartikulasikeun atanapi, dina kasus CMM optik, sistem scanning tanpa panangan anu nganggo metode triangulasi optik sareng ngamungkinkeun kabébasan gerakan total di sakitar objék.

CMM portabel kalayan panangan anu diartikulasi gaduh genep atanapi tujuh sumbu anu dilengkepan ku encoder rotary, tinimbang sumbu linier. Panangan portabel hampang (biasana kirang ti 20 pon) sareng tiasa dibawa sareng dianggo ampir di mana waé. Nanging, CMM optik beuki seueur dianggo dina industri. Dirancang kalayan kaméra linier atanapi matriks array anu kompak (sapertos Microsoft Kinect), CMM optik langkung alit tibatan CMM portabel kalayan panangan, henteu ngagaduhan kabel, sareng ngamungkinkeun pangguna pikeun kalayan gampang nyandak pangukuran 3D sadaya jinis objék anu aya ampir di mana waé.

Aplikasi-aplikasi anu teu diulang-ulang sapertos rékayasa tibalik, prototipe gancang, sareng pamariksaan skala ageung pikeun sadaya ukuran cocog pisan pikeun CMM portabel. Mangpaat CMM portabel seueur pisan. Pangguna gaduh kalenturan dina ngalakukeun pangukuran 3D pikeun sadaya jinis bagian sareng di lokasi anu paling terpencil/sesah. Éta gampang dianggo sareng henteu meryogikeun lingkungan anu dikontrol pikeun ngalakukeun pangukuran anu akurat. Leuwih ti éta, CMM portabel condong langkung mirah tibatan CMM tradisional.

Kauntungan anu aya dina CMM portabel nyaéta operasi manual (éta sok meryogikeun manusa pikeun ngagunakeunana). Salian ti éta, akurasi sakabéhna tiasa rada kirang akurat tibatan CMM tipe sasak sareng kirang cocog pikeun sababaraha aplikasi.

Mesin pangukur multisensor

Téhnologi CMM tradisional anu nganggo probe toél ayeuna sering digabungkeun sareng téknologi pangukuran anu sanés. Ieu kalebet sénsor laser, vidéo atanapi cahaya bodas pikeun nyayogikeun naon anu katelah pangukuran multisensor.