Ano ang makinang panukat ng coordinate?

Isangmakinang panukat ng koordinatoAng (CMM) ay isang aparato na sumusukat sa heometriya ng mga pisikal na bagay sa pamamagitan ng pagdama ng mga hiwalay na punto sa ibabaw ng bagay gamit ang isang probe. Iba't ibang uri ng probe ang ginagamit sa mga CMM, kabilang ang mekanikal, optikal, laser, at puting ilaw. Depende sa makina, ang posisyon ng probe ay maaaring manu-manong kontrolin ng isang operator o maaari itong kontrolin ng computer. Karaniwang tinutukoy ng mga CMM ang posisyon ng isang probe sa mga tuntunin ng pag-alis nito mula sa isang posisyon ng sanggunian sa isang three-dimensional na Cartesian coordinate system (ibig sabihin, gamit ang mga XYZ axes). Bilang karagdagan sa paggalaw ng probe sa kahabaan ng X, Y, at Z axes, maraming makina ang nagpapahintulot din sa pagkontrol ng anggulo ng probe upang payagan ang pagsukat ng mga ibabaw na kung hindi man ay hindi maabot.

Ang karaniwang 3D "bridge" CMM ay nagbibigay-daan sa paggalaw ng probe sa tatlong axes, X, Y at Z, na orthogonal sa isa't isa sa isang three-dimensional Cartesian coordinate system. Ang bawat axis ay may sensor na nagmomonitor sa posisyon ng probe sa axis na iyon, kadalasan nang may katumpakan ng micrometer. Kapag ang probe ay nakadikit (o kung hindi man ay nakakita) ng isang partikular na lokasyon sa bagay, sinusuri ng makina ang tatlong position sensor, kaya sinusukat ang lokasyon ng isang punto sa ibabaw ng bagay, pati na rin ang 3-dimensional vector ng pagsukat na kinuha. Ang prosesong ito ay inuulit kung kinakailangan, na inililipat ang probe sa bawat pagkakataon, upang makagawa ng isang "point cloud" na naglalarawan sa mga lugar ng ibabaw na interesado.

Ang isang karaniwang gamit ng mga CMM ay sa mga proseso ng pagmamanupaktura at pag-assemble upang subukan ang isang bahagi o assembly laban sa layunin ng disenyo. Sa ganitong mga aplikasyon, nabubuo ang mga point cloud na sinusuri sa pamamagitan ng mga regression algorithm para sa pagbuo ng mga tampok. Ang mga puntong ito ay kinokolekta gamit ang isang probe na manu-manong nakaposisyon ng isang operator o awtomatikong sa pamamagitan ng Direct Computer Control (DCC). Ang mga DCC CMM ay maaaring i-program upang paulit-ulit na sukatin ang magkaparehong mga bahagi; kaya ang isang automated CMM ay isang espesyalisadong anyo ng industrial robot.

Mga Bahagi

Ang mga makinang pangsukat ng koordinasyon ay may tatlong pangunahing bahagi:

• Ang pangunahing istruktura na kinabibilangan ng tatlong axes of motion. Ang materyal na ginamit upang bumuo ng gumagalaw na frame ay nag-iiba sa paglipas ng mga taon. Granite at bakal ang ginamit noong mga unang CMM. Sa kasalukuyan, lahat ng pangunahing tagagawa ng CMM ay gumagawa ng mga frame mula sa aluminum alloy o ilang derivative at gumagamit din ng ceramic upang mapataas ang stiffness ng Z axis para sa mga aplikasyon sa pag-scan. Iilang tagabuo ng CMM ngayon ang gumagawa pa rin ng granite frame CMM dahil sa pangangailangan ng merkado para sa pinahusay na metrology dynamics at pagtaas ng trend na mag-install ng CMM sa labas ng quality lab. Kadalasan, ang mga low volume CMM builder at mga domestic manufacturer lamang sa China at India ang gumagawa pa rin ng granite CMM dahil sa mababang teknolohiya at madaling pagpasok upang maging isang CMM frame builder. Ang pagtaas ng trend patungo sa pag-scan ay nangangailangan din ng mas matigas na CMM Z axis at mga bagong materyales na ipinakilala tulad ng ceramic at silicon carbide.
• Sistema ng pagsisiyasat
• Sistema ng pangongolekta at pagbabawas ng datos — karaniwang kinabibilangan ng isang machine controller, desktop computer, at application software.

Kakayahang magamit

Ang mga makinang ito ay maaaring nakatayo nang mag-isa, hinahawakan, at nadadala.

Katumpakan

Ang katumpakan ng mga makinang pangsukat ng coordinate ay karaniwang ibinibigay bilang isang uncertainty factor bilang isang function sa distansya. Para sa isang CMM na gumagamit ng touch probe, nauugnay ito sa repeatability ng probe at sa katumpakan ng mga linear scale. Ang karaniwang repeatability ng probe ay maaaring magresulta sa mga sukat na nasa loob ng .001mm o .00005 inch (kalahating ikasampu) sa buong volume ng pagsukat. Para sa mga makinang may 3, 3+2, at 5 axis, ang mga probe ay regular na kinakalkula gamit ang mga traceable standard at ang paggalaw ng makina ay bineberipika gamit ang mga gauge upang matiyak ang katumpakan.

Mga partikular na bahagi

Katawan ng makina

Ang unang CMM ay binuo ng Ferranti Company ng Scotland noong dekada 1950 bilang resulta ng direktang pangangailangang sukatin ang mga bahaging may katumpakan sa kanilang mga produktong militar, bagama't ang makinang ito ay mayroon lamang 2 axes. Ang mga unang modelo ng 3-axis ay nagsimulang lumitaw noong dekada 1960 (DEA ng Italya) at ang kontrol ng computer ay inilabas noong mga unang taon ng dekada 1970 ngunit ang unang gumaganang CMM ay binuo at ipinagbili ng Browne & Sharpe sa Melbourne, England. (Kasunod nito, ang Leitz Germany ay gumawa ng isang nakapirming istruktura ng makina na may gumagalaw na mesa.)

Sa mga modernong makina, ang gantry-type superstructure ay may dalawang paa at kadalasang tinatawag na tulay. Malayang gumagalaw ito sa granite table gamit ang isang paa (madalas tinutukoy bilang inside leg) kasunod ng guide rail na nakakabit sa isang gilid ng granite table. Ang kabilang paa (madalas sa labas ng paa) ay nakapatong lamang sa granite table kasunod ng vertical surface contour. Ang air bearings ang pinipiling paraan para matiyak ang paggalaw na walang friction. Sa mga ito, ang compressed air ay pinipilit na dumaan sa isang serye ng napakaliit na butas sa isang patag na bearing surface upang magbigay ng makinis ngunit kontroladong air cushion kung saan maaaring gumalaw ang CMM sa halos walang friction na paraan na maaaring mabayaran sa pamamagitan ng software. Ang paggalaw ng tulay o gantry sa granite table ay bumubuo ng isang axis ng XY plane. Ang tulay ng gantry ay naglalaman ng isang carriage na tumatawid sa pagitan ng loob at labas ng mga paa at bumubuo sa kabilang X o Y horizontal axis. Ang ikatlong axis ng paggalaw (Z axis) ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang vertical quill o spindle na gumagalaw pataas at pababa sa gitna ng carriage. Ang touch probe ang bumubuo sa sensing device sa dulo ng quill. Ang paggalaw ng mga X, Y at Z axes ay ganap na naglalarawan sa sukat ng pagsukat. Maaaring gamitin ang mga opsyonal na rotary table upang mapahusay ang kadalian ng paglapit ng measuring probe sa mga kumplikadong workpiece. Ang rotary table bilang pang-apat na drive axis ay hindi nagpapahusay sa mga sukat ng pagsukat, na nananatiling 3D, ngunit nagbibigay ito ng antas ng kakayahang umangkop. Ang ilang touch probes ay mga rotary device na pinapagana ng probe tip na kayang umikot nang patayo sa mahigit 180 degrees at sa buong 360 degrees na pag-ikot.

Ang mga CMM ay makukuha na rin ngayon sa iba't ibang anyo. Kabilang dito ang mga braso ng CMM na gumagamit ng mga angular na sukat na kinuha sa mga dugtungan ng braso upang kalkulahin ang posisyon ng dulo ng stylus, at maaaring lagyan ng mga probe para sa laser scanning at optical imaging. Ang mga ganitong braso ng CMM ay kadalasang ginagamit kung saan ang kanilang kadalian sa pagdadala ay isang kalamangan kumpara sa mga tradisyonal na fixed bed CMM - sa pamamagitan ng pag-iimbak ng mga nasukat na lokasyon, pinapayagan din ng programming software ang paggalaw ng mismong braso ng pagsukat, at ang dami ng pagsukat nito, sa paligid ng bahaging susukatin sa panahon ng isang routine ng pagsukat. Dahil ginagaya ng mga braso ng CMM ang kakayahang umangkop ng isang braso ng tao, madalas din nilang naaabot ang loob ng mga kumplikadong bahagi na hindi maaaring suriin gamit ang isang karaniwang three axis machine.

Mekanikal na probe

Noong mga unang araw ng pagsukat ng coordinate (CMM), ang mga mekanikal na probe ay ikinakabit sa isang espesyal na lalagyan sa dulo ng quill. Isang napakakaraniwang probe ang ginagawa sa pamamagitan ng paghihinang ng isang matigas na bola sa dulo ng isang shaft. Ito ay mainam para sa pagsukat ng isang buong hanay ng patag na mukha, cylindrical o spherical na mga ibabaw. Ang iba pang mga probe ay giniling sa mga partikular na hugis, halimbawa isang quadrant, upang paganahin ang pagsukat ng mga espesyal na tampok. Ang mga probe na ito ay pisikal na hinahawakan laban sa workpiece kung saan ang posisyon sa espasyo ay binabasa mula sa isang 3-axis digital readout (DRO) o, sa mas advanced na mga sistema, inila-log sa isang computer sa pamamagitan ng isang footswitch o katulad na aparato. Ang mga sukat na kinuha gamit ang contact method na ito ay kadalasang hindi maaasahan dahil ang mga makina ay inililipat gamit ang kamay at ang bawat operator ng makina ay naglalapat ng iba't ibang dami ng presyon sa probe o gumagamit ng iba't ibang mga pamamaraan para sa pagsukat.

Isa pang pag-unlad ay ang pagdaragdag ng mga motor para sa pagpapatakbo ng bawat axis. Hindi na kailangang pisikal na hawakan ng mga operator ang makina ngunit maaari nang patakbuhin ang bawat axis gamit ang isang handbox na may mga joystick sa halos parehong paraan tulad ng sa mga modernong remote controlled na sasakyan. Ang katumpakan at katumpakan ng pagsukat ay bumuti nang husto sa pag-imbento ng electronic touch trigger probe. Ang tagapanguna ng bagong probe device na ito ay si David McMurtry na kalaunan ay bumuo ng tinatawag ngayong Renishaw plc. Bagama't isa pa ring contact device, ang probe ay may spring-loaded steel ball (kalaunan ay ruby ​​ball) stylus. Habang dumadampi ang probe sa ibabaw ng component, ang stylus ay lumilihis at sabay na nagpapadala ng impormasyon ng X,Y,Z coordinate sa computer. Ang mga error sa pagsukat na dulot ng mga indibidwal na operator ay naging mas kaunti at ang entablado ay inihanda para sa pagpapakilala ng mga operasyon ng CNC at ang pagdating ng mga CMM.

Ang mga optical probe ay mga lens-CCD-system, na inililipat tulad ng mga mekanikal, at nakatutok sa puntong pinagtutuunan ng pansin, sa halip na hawakan ang materyal. Ang nakuhang imahe ng ibabaw ay ilalagay sa mga hangganan ng isang measuring window, hanggang sa ang residue ay sapat na upang maihambing ang mga itim at puting sona. Ang dividing curve ay maaaring kalkulahin sa isang punto, na siyang nais na measuring point sa espasyo. Ang pahalang na impormasyon sa CCD ay 2D (XY) at ang patayong posisyon ay ang posisyon ng kumpletong probing system sa stand Z-drive (o iba pang bahagi ng device).

Mga sistema ng pag-scan ng probe

May mga mas bagong modelo na may mga probe na humihila sa ibabaw ng bahagi para kumuha ng mga punto sa mga tinukoy na pagitan, na kilala bilang mga scanning probe. Ang pamamaraang ito ng CMM inspection ay kadalasang mas tumpak kaysa sa kumbensyonal na touch-probe method at kadalasan ay mas mabilis din.

Ang susunod na henerasyon ng scanning, na kilala bilang noncontact scanning, na kinabibilangan ng high-speed laser single point triangulation, laser line scanning, at white light scanning, ay napakabilis na umuunlad. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng alinman sa laser beams o puting liwanag na naka-project laban sa ibabaw ng bahagi. Libu-libong punto ang maaaring kunin at gamitin hindi lamang upang suriin ang laki at posisyon, kundi upang lumikha rin ng 3D na imahe ng bahagi. Ang "point-cloud data" na ito ay maaaring ilipat sa CAD software upang lumikha ng isang gumaganang 3D model ng bahagi. Ang mga optical scanner na ito ay kadalasang ginagamit sa malambot o maselang bahagi o upang mapadali ang reverse engineering.

Mga probe ng mikrometrolohiya

Ang mga sistemang probing para sa mga aplikasyon ng microscale metrology ay isa pang umuusbong na larangan. Mayroong ilang mga komersyal na available na coordinate measuring machine (CMM) na may microprobe na isinama sa sistema, ilang mga espesyal na sistema sa mga laboratoryo ng gobyerno, at anumang bilang ng mga platform ng metrology na ginawa ng mga unibersidad para sa microscale metrology. Bagama't ang mga makinang ito ay magagaling at sa maraming pagkakataon ay mahusay na mga platform ng metrology na may mga nanometric scale, ang kanilang pangunahing limitasyon ay isang maaasahan, matibay, at may kakayahang micro/nano probe.^{[kailangan ng sitasyon]}Kabilang sa mga hamon para sa mga teknolohiya ng microscale probing ang pangangailangan para sa isang mataas na aspect ratio probe na nagbibigay ng kakayahang ma-access ang malalalim at makikitid na feature na may mababang contact forces upang hindi makapinsala sa ibabaw at mataas na katumpakan (antas ng nanometer).^{[kailangan ng sitasyon]}Bukod pa rito, ang mga microscale probe ay madaling kapitan ng mga kondisyon sa kapaligiran tulad ng halumigmig at mga interaksyon sa ibabaw tulad ng pagkiling (sanhi ng adhesion, meniscus, at/o mga puwersa ng Van der Waals bukod sa iba pa).^{[kailangan ng sitasyon]}

Kabilang sa mga teknolohiya upang makamit ang microscale probing ang pinaliit na bersyon ng mga klasikong CMM probe, optical probe, at isang standing wave probe bukod sa iba pa. Gayunpaman, ang kasalukuyang mga teknolohiyang optikal ay hindi maaaring i-scale nang sapat na maliit upang masukat ang malalim at makitid na katangian, at ang optical resolution ay limitado ng wavelength ng liwanag. Ang X-ray imaging ay nagbibigay ng larawan ng katangian ngunit walang masusubaybayang impormasyon sa metrolohiya.

Mga prinsipyong pisikal

Maaaring gamitin ang mga optical probe at/o laser probe (kung maaari nang magkasama), na nagpapalit sa mga CMM tungo sa mga measuring microscope o mga multi-sensor measuring machine. Ang mga fringe projection system, theodolite triangulation system o laser distant at triangulation system ay hindi tinatawag na mga measuring machine, ngunit ang resulta ng pagsukat ay pareho: isang space point. Ginagamit ang mga laser probe upang matukoy ang distansya sa pagitan ng ibabaw at ng reference point sa dulo ng kinematic chain (ibig sabihin: dulo ng Z-drive component). Maaari itong gumamit ng interferometrical function, focus variation, light deflection o beam shadowing principle.

Mga portable na makinang pangsukat ng coordinate

Bagama't ang mga tradisyunal na CMM ay gumagamit ng isang probe na gumagalaw sa tatlong Cartesian axes upang sukatin ang mga pisikal na katangian ng isang bagay, ang mga portable na CMM ay gumagamit ng alinman sa articulated arm o, sa kaso ng mga optical CMM, mga arm-free scanning system na gumagamit ng mga optical triangulation method at nagbibigay-daan sa ganap na kalayaan sa paggalaw sa paligid ng bagay.

Ang mga portable CMM na may articulated arm ay may anim o pitong axes na nilagyan ng rotary encoders, sa halip na linear axes. Ang mga portable arm ay magaan (karaniwang wala pang 20 pounds) at maaaring dalhin at gamitin halos kahit saan. Gayunpaman, ang mga optical CMM ay lalong ginagamit sa industriya. Dinisenyo gamit ang mga compact linear o matrix array camera (tulad ng Microsoft Kinect), ang mga optical CMM ay mas maliit kaysa sa mga portable CMM na may arm, walang mga wire, at nagbibigay-daan sa mga user na madaling kumuha ng mga 3D na sukat ng lahat ng uri ng bagay na matatagpuan halos kahit saan.

Ang ilang mga hindi paulit-ulit na aplikasyon tulad ng reverse engineering, rapid prototyping, at malawakang inspeksyon ng mga bahagi ng lahat ng laki ay mainam para sa mga portable na CMM. Maraming benepisyo ang mga portable na CMM. May kakayahang umangkop ang mga gumagamit sa pagkuha ng mga 3D na sukat ng lahat ng uri ng bahagi at sa mga pinakamalayong/mahirap na lokasyon. Madali itong gamitin at hindi nangangailangan ng kontroladong kapaligiran upang makagawa ng mga tumpak na sukat. Bukod dito, ang mga portable na CMM ay may posibilidad na mas mura kaysa sa mga tradisyonal na CMM.

Ang likas na bentahe ng mga portable CMM ay manu-manong operasyon (palagi silang nangangailangan ng tao para magamit ang mga ito). Bukod pa rito, ang kanilang pangkalahatang katumpakan ay maaaring medyo hindi gaanong tumpak kaysa sa isang bridge type CMM at hindi gaanong angkop para sa ilang aplikasyon.

Mga makinang pangsukat na multisensor

Ang tradisyonal na teknolohiyang CMM na gumagamit ng mga touch probe ay kadalasang isinasama ngayon sa iba pang teknolohiya sa pagsukat. Kabilang dito ang mga sensor ng laser, video o puting ilaw upang makapagbigay ng tinatawag na multisensor measurement.