Ano ang coordinate measuring machine?

Acoordinate measuring machineAng (CMM) ay isang device na sumusukat sa geometry ng mga pisikal na bagay sa pamamagitan ng pagdama ng mga discrete point sa ibabaw ng bagay gamit ang isang probe.Iba't ibang uri ng probe ang ginagamit sa mga CMM, kabilang ang mekanikal, optical, laser, at puting ilaw.Depende sa makina, ang posisyon ng probe ay maaaring manu-manong kontrolin ng isang operator o maaaring ito ay kinokontrol ng computer.Karaniwang tinutukoy ng mga CMM ang posisyon ng probe sa mga tuntunin ng paglilipat nito mula sa isang reference na posisyon sa isang three-dimensional na Cartesian coordinate system (ibig sabihin, may mga XYZ axes).Bilang karagdagan sa paglipat ng probe sa kahabaan ng X, Y, at Z axes, pinapayagan din ng maraming makina na kontrolin ang anggulo ng probe upang payagan ang pagsukat ng mga ibabaw na kung hindi man ay hindi maabot.

Ang karaniwang 3D na "tulay" na CMM ay nagbibigay-daan sa paggalaw ng probe kasama ang tatlong axes, X, Y at Z, na orthogonal sa isa't isa sa isang three-dimensional na Cartesian coordinate system.Ang bawat axis ay may sensor na sumusubaybay sa posisyon ng probe sa axis na iyon, karaniwang may katumpakan ng micrometer.Kapag ang probe ay nakikipag-ugnayan (o kung hindi man ay nakita) ang isang partikular na lokasyon sa bagay, ang makina ay nagsa-sample ng tatlong mga sensor ng posisyon, kaya sinusukat ang lokasyon ng isang punto sa ibabaw ng bagay, pati na rin ang 3-dimensional na vector ng pagsukat na kinuha.Ang prosesong ito ay paulit-ulit kung kinakailangan, inililipat ang probe sa bawat oras, upang makabuo ng isang "point cloud" na naglalarawan sa mga lugar sa ibabaw ng interes.

Ang karaniwang paggamit ng mga CMM ay sa mga proseso ng pagmamanupaktura at pagpupulong upang subukan ang isang bahagi o pagpupulong laban sa layunin ng disenyo.Sa ganitong mga application, nabuo ang mga point cloud na sinusuri sa pamamagitan ng mga algorithm ng regression para sa pagbuo ng mga feature.Ang mga puntong ito ay kinokolekta sa pamamagitan ng paggamit ng 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 bahagi;kaya ang isang awtomatikong CMM ay isang espesyal na anyo ng pang-industriyang robot.

Mga bahagi

Kasama sa mga coordinate-measuring machine ang tatlong pangunahing bahagi:

• Ang pangunahing istraktura na kinabibilangan ng tatlong axes ng paggalaw.Ang materyal na ginamit sa paggawa ng gumagalaw na frame ay iba-iba sa paglipas ng mga taon.Ginamit ang granite at bakal sa mga unang CMM.Ngayon ang lahat ng mga pangunahing tagagawa ng CMM ay gumagawa ng mga frame mula sa aluminum alloy o ilang derivative at gumagamit din ng ceramic upang mapataas ang higpit ng Z axis para sa mga application sa pag-scan.Ilang CMM builder pa rin ngayon ang gumagawa ng granite frame CMM dahil sa pangangailangan sa merkado para sa pinahusay na metrology dynamics at pagtaas ng trend sa pag-install ng CMM sa labas ng kalidad na lab.Kadalasan, ang mga tagabuo lamang ng CMM na may mababang dami at mga domestic na tagagawa sa China at India ay gumagawa pa rin ng granite CMM dahil sa mababang diskarte sa teknolohiya at madaling pagpasok upang maging isang tagabuo ng CMM frame.Ang pagtaas ng trend patungo sa pag-scan ay nangangailangan din ng CMM Z axis na maging stiffer at ang mga bagong materyales ay ipinakilala tulad ng ceramic at silicon carbide.
• Sistema ng pagsisiyasat
• Sistema ng pangongolekta at pagbabawas ng data — karaniwang may kasamang machine controller, desktop computer at application software.

Availability

Ang mga makinang ito ay maaaring maging free-standing, handheld at portable.

Katumpakan

Ang katumpakan ng mga coordinate measurement machine ay karaniwang ibinibigay bilang uncertainty factor bilang isang function sa paglipas ng distansya.Para sa isang CMM na gumagamit ng touch probe, nauugnay ito sa repeatability ng probe at sa katumpakan ng mga linear na kaliskis.Ang karaniwang pag-uulit ng probe ay maaaring magresulta sa mga sukat na nasa loob ng .001mm o .00005 pulgada (kalahating ikasampu) sa buong volume ng pagsukat.Para sa 3, 3+2, at 5 axis na makina, ang mga probe ay regular na naka-calibrate gamit ang mga nasusubaybayang pamantayan at ang paggalaw ng makina ay nabe-verify 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 1950s bilang resulta ng direktang pangangailangan na sukatin ang mga bahagi ng katumpakan sa kanilang mga produktong militar, bagama't ang makinang ito ay may 2 axes lamang.Nagsimulang lumabas ang unang 3-axis na mga modelo noong 1960s (DEA of Italy) at ang computer control ay nagsimula noong unang bahagi ng 1970s ngunit ang unang gumaganang CMM ay binuo at inilagay sa pagbebenta ng Browne & Sharpe sa Melbourne, England.(Ang Leitz Germany ay gumawa ng isang nakapirming istraktura ng makina na may gumagalaw na talahanayan.

Sa modernong mga makina, ang gantry-type superstructure ay may dalawang paa at kadalasang tinatawag na tulay.Ito ay malayang gumagalaw sa kahabaan ng granite table na may isang binti (madalas na tinutukoy bilang panloob na binti) kasunod ng gabay na riles na nakakabit sa isang gilid ng granite table.Ang kabaligtaran na binti (kadalasan sa labas ng binti) ay nakasalalay lamang sa granite table kasunod ng vertical surface contour.Ang mga air bearings ay ang napiling paraan para matiyak na walang alitan ang paglalakbay.Sa mga ito, pinipilit ang compressed air sa isang serye ng napakaliit na butas sa flat bearing surface upang magbigay ng makinis ngunit kontroladong air cushion kung saan ang CMM ay maaaring gumalaw sa halos walang friction na paraan na maaaring mabayaran sa pamamagitan ng software.Ang paggalaw ng tulay o gantri sa kahabaan ng granite table ay bumubuo ng isang axis ng XY plane.Ang tulay ng gantry ay naglalaman ng isang karwahe na tumatawid sa pagitan ng loob at labas ng mga binti at bumubuo sa iba pang X o Y na pahalang na axis.Ang ikatlong axis ng paggalaw (Z axis) ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagdaragdag ng vertical quill o spindle na gumagalaw pataas at pababa sa gitna ng karwahe.Binubuo ng touch probe ang sensing device sa dulo ng quill.Ang paggalaw ng X, Y at Z axes ay ganap na naglalarawan sa pagsukat na sobre.Maaaring gamitin ang mga opsyonal na rotary table para mapahusay ang approachability ng measurement probe sa mga kumplikadong workpiece.Ang rotary table bilang ikaapat na drive axis ay hindi nagpapahusay sa mga sukat ng pagsukat, na nananatiling 3D, ngunit nagbibigay ito ng antas ng flexibility.Ang ilang mga touch probe ay mismong pinapagana ng mga rotary device na may probe tip na kayang umikot patayo sa higit sa 180 degrees at sa buong 360 degree na pag-ikot.

Available na rin ang mga CMM sa iba't ibang anyo.Kabilang dito ang mga CMM arm na gumagamit ng mga angular na sukat na kinukuha sa mga joints ng braso upang kalkulahin ang posisyon ng stylus tip, at maaaring lagyan ng probes para sa laser scanning at optical imaging.Ang mga naturang arm CMM ay kadalasang ginagamit kung saan ang kanilang portability ay isang kalamangan kaysa sa tradisyonal na fixed bed CMMs- sa pamamagitan ng pag-iimbak ng mga sinusukat na lokasyon, pinapayagan din ng programming software na ilipat ang mismong braso ng pagsukat, at ang volume ng pagsukat nito, sa paligid ng bahaging susukatin sa panahon ng isang routine ng pagsukat.Dahil ginagaya ng mga armas ng CMM ang flexibility ng braso ng tao, madalas din nilang naaabot ang loob ng mga kumplikadong bahagi na hindi masusuri gamit ang isang karaniwang three axis machine.

Mechanical probe

Sa mga unang araw ng pagsukat ng coordinate (CMM), ang mga mekanikal na probe ay inilagay sa isang espesyal na lalagyan sa dulo ng quill.Ang isang napaka-karaniwang probe ay ginawa sa pamamagitan ng paghihinang ng isang matigas na bola sa dulo ng isang baras.Tamang-tama ito para sa pagsukat ng buong hanay ng flat face, cylindrical o spherical surface.Ang iba pang mga probe ay giniling sa mga tiyak na hugis, halimbawa isang kuwadrante, upang paganahin ang pagsukat ng mga espesyal na tampok.Ang mga probe na ito ay pisikal na hinawakan laban sa workpiece na ang posisyon sa espasyo ay binabasa mula sa isang 3-axis digital readout (DRO) o, sa mas advanced na mga system, na naka-log in sa isang computer sa pamamagitan ng isang footswitch o katulad na device.Ang mga pagsukat na ginawa sa pamamagitan ng paraan ng pakikipag-ugnay na ito ay madalas na hindi mapagkakatiwalaan dahil ang mga makina ay inilipat sa pamamagitan ng kamay at ang bawat operator ng makina ay naglapat ng iba't ibang halaga ng presyon sa probe o pinagtibay ang magkakaibang mga diskarte para sa pagsukat.

Ang karagdagang pag-unlad ay ang pagdaragdag ng mga motor para sa pagmamaneho ng bawat axis.Hindi na kailangang pisikal na hawakan ng mga operator ang makina ngunit maaari nang magmaneho ng bawat axis gamit ang isang handbox na may mga joystick sa parehong paraan tulad ng sa mga modernong remote controlled na kotse.Ang katumpakan at katumpakan ng pagsukat ay bumuti nang husto sa pag-imbento ng electronic touch trigger probe.Ang pioneer ng bagong probe device na ito ay si David McMurtry na kasunod na nabuo ang ngayon ay Renishaw plc.Bagama't isa pa ring contact device, ang probe ay may spring-loaded steel ball (mamaya ruby ​​ball) stylus.Habang dumampi ang probe sa ibabaw ng component ay lumihis ang stylus at sabay na ipinadala ang X,Y,Z coordinate information sa computer.Ang mga error sa pagsukat na dulot ng mga indibidwal na operator ay naging mas kaunti at ang yugto ay itinakda para sa pagpapakilala ng mga operasyon ng CNC at ang pagdating ng edad ng mga CMM.

Ang mga optical probes ay mga lens-CCD-system, na gumagalaw tulad ng mga mekanikal, at nakatutok sa punto ng interes, sa halip na hawakan ang materyal.Ang nakunan na imahe ng ibabaw ay ilalagay sa mga hangganan ng isang window ng pagsukat, hanggang ang nalalabi ay sapat na sa kaibahan sa pagitan ng itim at puting mga zone.Ang dividing curve ay maaaring kalkulahin sa isang punto, na kung saan ay ang nais na punto ng pagsukat sa espasyo.Ang pahalang na impormasyon sa CCD ay 2D (XY) at ang vertical na posisyon ay ang posisyon ng kumpletong probing system sa stand Z-drive (o iba pang bahagi ng device).

Pag-scan ng mga sistema ng probe

May mga mas bagong modelo na may mga probe na nag-drag sa ibabaw ng bahagi na kumukuha ng mga punto sa mga tinukoy na agwat, na kilala bilang mga scanning probe.Ang pamamaraang ito ng pag-inspeksyon ng CMM ay kadalasang mas tumpak kaysa sa kumbensyonal na pamamaraan ng touch-probe at kadalasang mas mabilis din.

Ang susunod na henerasyon ng pag-scan, na kilala bilang noncontact scanning, na kinabibilangan ng high speed laser single point triangulation, laser line scanning, at white light scanning, ay napakabilis na sumusulong.Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng alinman sa mga laser beam o puting ilaw na nakaharap laban sa ibabaw ng bahagi.Maraming libu-libong puntos ang maaaring kunin at gamitin hindi lamang upang suriin ang laki at posisyon, ngunit upang lumikha din ng 3D na imahe ng bahagi.Ang "point-cloud data" na ito ay maaaring ilipat sa CAD software upang lumikha ng gumaganang 3D na modelo ng bahagi.Ang mga optical scanner na ito ay kadalasang ginagamit sa malambot o maselang bahagi o para mapadali ang reverse engineering.

Micrometrology probes

Ang mga probing system para sa microscale metrology application ay isa pang umuusbong na lugar.Mayroong ilang mga komersyal na magagamit na coordinate measuring machine (CMM) na may microprobe na isinama sa system, ilang mga specialty system sa mga laboratoryo ng pamahalaan, at anumang bilang ng mga platform ng metrology na binuo ng unibersidad para sa microscale metrology.Bagama't mahusay ang mga makinang ito at sa maraming pagkakataon ay mahuhusay na mga platform ng metrology na may mga sukat na nanometric, ang kanilang pangunahing limitasyon ay isang maaasahan, matatag, may kakayahang micro/nano probe.^{[kailangan ng pagsipi]}Kabilang sa mga hamon para sa microscale probing technologies ang pangangailangan para sa isang mataas na aspect ratio probe na nagbibigay ng kakayahang mag-access ng malalalim at makitid na feature na may mababang puwersa ng pakikipag-ugnayan upang hindi makapinsala sa ibabaw at mataas na katumpakan (nanometer level).^{[kailangan ng pagsipi]}Bukod pa rito, ang mga microscale probe ay madaling kapitan sa mga kondisyon sa kapaligiran tulad ng halumigmig at mga interaksyon sa ibabaw gaya ng stiction (sanhi ng adhesion, meniscus, at/o Van der Waals forces bukod sa iba pa).^{[kailangan ng pagsipi]}

Kabilang sa mga teknolohiya upang makamit ang microscale probing ay pinaliit na bersyon ng classical CMM probe, optical probe, at standing wave probe bukod sa iba pa.Gayunpaman, ang mga kasalukuyang optical na teknolohiya ay hindi maaaring maliit na sukat upang masukat ang malalim, makitid na tampok, at ang optical resolution ay nalilimitahan ng wavelength ng liwanag.Ang X-ray imaging ay nagbibigay ng larawan ng tampok ngunit walang traceable na impormasyon sa metrology.

Pisikal na mga prinsipyo

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

Mga portable na coordinate-measuring machine

Samantalang ang mga tradisyunal na CMM ay gumagamit ng probe na gumagalaw sa tatlong Cartesian axes upang sukatin ang mga pisikal na katangian ng isang bagay, ang mga portable CMM ay gumagamit ng alinman sa mga articulated arm o, sa kaso ng mga optical CMM, arm-free scanning system na gumagamit ng optical triangulation method at nagbibigay-daan sa kabuuang kalayaan sa paggalaw sa paligid ng bagay.

Ang mga portable CMM na may articulated arm ay may anim o pitong axes na nilagyan ng mga rotary encoder, sa halip na mga linear axes.Ang mga portable na armas ay magaan (karaniwang mas mababa sa 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, nagtatampok ng walang mga wire, at nagbibigay-daan sa mga user na madaling kumuha ng mga 3D na sukat ng lahat ng uri ng mga bagay na matatagpuan halos kahit saan.

Ang ilang partikular na hindi paulit-ulit na application tulad ng reverse engineering, mabilis na prototyping, at malakihang inspeksyon ng mga bahagi ng lahat ng laki ay angkop na angkop para sa mga portable CMM.Ang mga benepisyo ng mga portable CMM ay multifold.Ang mga user ay may kakayahang umangkop sa pagkuha ng mga 3D na sukat ng lahat ng uri ng mga bahagi at sa pinakamalayong/mahirap na lokasyon.Ang mga ito ay madaling gamitin at hindi nangangailangan ng isang kinokontrol na kapaligiran upang kumuha ng tumpak na mga sukat.Bukod dito, ang mga portable CMM ay may posibilidad na mas mura kaysa sa mga tradisyonal na CMM.

Ang mga likas na trade-off ng mga portable CMM ay manu-manong operasyon (palagi silang nangangailangan ng isang tao na gumamit ng mga ito).Bilang karagdagan, ang kanilang pangkalahatang katumpakan ay maaaring medyo hindi gaanong tumpak kaysa sa uri ng tulay na CMM at hindi gaanong angkop para sa ilang mga aplikasyon.

Mga multisensor-measuring machine

Ang tradisyonal na teknolohiyang CMM na gumagamit ng mga touch probe ay kadalasang pinagsama sa iba pang teknolohiya sa pagsukat.Kabilang dito ang mga laser, video o white light sensor para magbigay ng tinatawag na multisensor measurement.