რა არის კოორდინატთა საზომი მანქანა?

განუსაზღვრელი არტიკლისაკოორდინაციო საზომი მანქანა(CMM) არის მოწყობილობა, რომელიც ზომავს ფიზიკური ობიექტების გეომეტრიას ობიექტის ზედაპირზე დისკრეტული წერტილების განცდის გამოძიებით. სხვადასხვა ტიპის ზონდები გამოიყენება CMM– ში, მათ შორის მექანიკური, ოპტიკური, ლაზერისა და თეთრი შუქის ჩათვლით. მანქანიდან გამომდინარე, ზონდის პოზიცია შეიძლება ხელით კონტროლდეს ოპერატორის მიერ, ან ეს შეიძლება იყოს კომპიუტერის კონტროლირებადი. CMMS ჩვეულებრივ განსაზღვრავს ზონდის პოზიციას მისი გადაადგილების თვალსაზრისით, სამგანზომილებიანი კარტესიული კოორდინატების სისტემაში (მაგ., XYZ ღერძებით). X, Y და Z ღერძების გასწვრივ ზონდის გადაადგილების გარდა, მრავალი მანქანა ასევე საშუალებას იძლევა კონტროლირებადი ზონის კუთხე, რათა მოხდეს ზედაპირების გაზომვა, რაც სხვაგვარად მიუწვდომელი იქნებოდა.

ტიპიური 3D "ხიდი" CMM საშუალებას იძლევა გამოძიების მოძრაობა სამი ღერძის გასწვრივ, x, y და z, რომლებიც ორთოგონალურია ერთმანეთისთვის სამგანზომილებიანი კარტეზიული კოორდინატის სისტემაში. თითოეულ ღერძს აქვს სენსორი, რომელიც აკონტროლებს ზონდის პოზიციას ამ ღერძზე, როგორც წესი, მიკრომეტრის სიზუსტით. როდესაც ზონდი კონტაქტებს (ან სხვაგვარად ამოიცნობს) კონკრეტულ ადგილს ობიექტზე, მანქანა ნიმუშებს სამი პოზიციის სენსორს, რითაც გაზომავს ობიექტის ზედაპირზე ერთი წერტილის ადგილმდებარეობას, აგრეთვე აღებული გაზომვის 3-განზომილებიანი ვექტორს. ეს პროცესი მეორდება საჭიროებისამებრ, ყოველ ჯერზე გამოძიების გადაადგილება, "წერტილის ღრუბლის" შესაქმნელად, რომელიც აღწერს ინტერესის ზედაპირის სფეროებს.

CMMS– ის საერთო გამოყენებაა წარმოებისა და შეკრების პროცესებში, რათა შეამოწმოთ ნაწილი ან შეკრება დიზაინის განზრახვის საწინააღმდეგოდ. ასეთ პროგრამებში წარმოიქმნება წერტილოვანი ღრუბლები, რომლებიც ანალიზდება რეგრესიული ალგორითმების საშუალებით, მახასიათებლების მშენებლობისთვის. ეს წერტილები გროვდება გამოძიების გამოყენებით, რომელიც ხელით არის განთავსებული ოპერატორის მიერ ან ავტომატურად, პირდაპირი კომპიუტერის კონტროლის საშუალებით (DCC). DCC CMM– ების დაპროგრამება შესაძლებელია იდენტური ნაწილების განმეორებით გაზომვის მიზნით; ამრიგად, ავტომატური CMM არის სამრეწველო რობოტის სპეციალიზებული ფორმა.

ნაწილები

კოორდინატთა გაზომვის მანქანები მოიცავს სამ მთავარ კომპონენტს:

• მთავარი სტრუქტურა, რომელიც მოიცავს მოძრაობის სამ ღერძს. მოძრავი ჩარჩოს ასაშენებლად გამოყენებული მასალა მრავალფეროვანია წლების განმავლობაში. გრანიტი და ფოლადი გამოიყენეს ადრეულ CMM- ში. დღეს CMM– ის ყველა ძირითადი მწარმოებლები აშენებენ ჩარჩოებს ალუმინის შენადნობიდან ან წარმოებული და ასევე იყენებენ კერამიკას Z ღერძის სიმძიმის გასაზრდელად სკანირების პროგრამებისთვის. CMM- ის რამდენიმე მშენებელი დღეს კვლავ აწარმოებს გრანიტის ჩარჩოს CMM– ს გამო, ბაზრის მოთხოვნის გამო, გაუმჯობესებული მეტროლოგიის დინამიკის და CMM– ის დამონტაჟების ტენდენციის გაზრდის გამო, ხარისხის ლაბორატორიის გარეთ. როგორც წესი, მხოლოდ დაბალი მოცულობის CMM მშენებლები და შიდა მწარმოებლები ჩინეთსა და ინდოეთში ჯერ კიდევ აწარმოებენ გრანიტის CMM– ს, დაბალი ტექნოლოგიის მიდგომისა და მარტივი შესვლის გამო, რომ გახდნენ CMM ჩარჩო მშენებელი. სკანირებისაკენ მზარდი ტენდენცია ასევე მოითხოვს CMM Z ღერძის გამკაცრებას და დაინერგა ახალი მასალები, როგორიცაა კერამიკული და სილიკონის კარბიდი.
• გამოსაცდელი სისტემა
• მონაცემთა შეგროვებისა და შემცირების სისტემა - ჩვეულებრივ მოიცავს მანქანების კონტროლერს, დესკტოპის კომპიუტერს და პროგრამის პროგრამას.

არსებობა

ეს აპარატები შეიძლება იყოს თავისუფალი, ხელით და პორტატული.

სიზუსტე

კოორდინატთა გაზომვის აპარატების სიზუსტე, როგორც წესი, მოცემულია, როგორც გაურკვევლობის ფაქტორი, როგორც ფუნქცია მანძილზე. CMM– სთვის სენსორული გამოძიების გამოყენებით, ეს ეხება ზონდის განმეორებას და ხაზოვანი მასშტაბების სიზუსტეს. გამოძიების ტიპიური განმეორებამ შეიძლება გამოიწვიოს გაზომვები .001 მმ ან .00005 დიუმიანი (ნახევარი მეათედი) მთლიანი გაზომვის მოცულობით. 3, 3+2 და 5 ღერძის აპარატებისთვის, ზონდები რეგულარულად დაკალიბრდება კვალი სტანდარტების გამოყენებით და მანქანების მოძრაობა დამოწმებულია გაზომვების გამოყენებით, რათა უზრუნველყოს სიზუსტე.

კონკრეტული ნაწილები

მანქანის სხეული

პირველი CMM შეიმუშავა შოტლანდიის Ferranti Company- მა 1950 -იან წლებში, მათი სამხედრო პროდუქტებში ზუსტი კომპონენტების გაზომვის პირდაპირი საჭიროების შედეგად, თუმცა ამ აპარატს მხოლოდ 2 ღერძი ჰქონდა. პირველი 3-ღერძიანი მოდელები დაიწყო 1960-იან წლებში (იტალიის DEA) და კომპიუტერული კონტროლის დებიუტი 1970-იანი წლების დასაწყისში, მაგრამ პირველი სამუშაო CMM შეიქმნა და იყიდება Browne & Sharpe- მა ინგლისში, მელბურანში. (Leitz Germany– მა შემდგომში წარმოქმნა ფიქსირებული აპარატის სტრუქტურა მოძრავი ცხრილით.

თანამედროვე აპარატებში, Gantry ტიპის სუპერტრუქტურას ორი ფეხი აქვს და მას ხშირად უწოდებენ ხიდს. ეს თავისუფლად მოძრაობს გრანიტის მაგიდის გასწვრივ ერთი ფეხი (რომელსაც ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც შიგნითა ფეხი), გრანიტის მაგიდის ერთ მხარეს მიმაგრებული სახელმძღვანელო სარკინიგზო მაგისტრალის შემდეგ. საპირისპირო ფეხი (ხშირად ფეხი) უბრალოდ ისვენებს გრანიტის მაგიდაზე ვერტიკალური ზედაპირის კონტურის შემდეგ. საჰაერო საკისრები არჩეული მეთოდია ხახუნის უფასო მოგზაურობის უზრუნველსაყოფად. ამაში, შეკუმშული ჰაერი იძულებულია ძალიან მცირე ხვრელების სერიით, ბრტყელი ტარების ზედაპირზე, რათა უზრუნველყოს გლუვი, მაგრამ კონტროლირებადი ჰაერის ბალიში, რომელზეც CMM– ს შეუძლია გადაადგილება თითქმის ხახუნის გარეშე, რომლის კომპენსაცია შესაძლებელია პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით. გრანიტის მაგიდის გასწვრივ ხიდის ან გასწვრივ მოძრაობა ქმნის XY თვითმფრინავის ერთ ღერძს. გასასვლელის ხიდი შეიცავს ვაგონს, რომელიც გადის შიგნიდან და გარე ფეხებს შორის და აყალიბებს სხვა X ან Y ჰორიზონტალურ ღერძს. მოძრაობის მესამე ღერძი (Z ღერძი) მოცემულია ვერტიკალური ქვის ან spindle- ის დამატებით, რომელიც მოძრაობს ზემოთ და ქვევით ვაგონის ცენტრში. შეხების ზონდი ქმნის სენსორულ მოწყობილობას quill- ის ბოლოს. X, Y და Z ღერძების მოძრაობა სრულად აღწერს საზომი კონვერტს. სურვილისამებრ მბრუნავი ცხრილები შეიძლება გამოყენებულ იქნას გაზომვის გამოძიების რთულ სამუშაოებზე მიახლოების გასაუმჯობესებლად. მბრუნავი ცხრილი, როგორც მეოთხე წამყვანი ღერძი, არ აძლიერებს გაზომვის ზომებს, რომლებიც რჩება 3D, მაგრამ ეს უზრუნველყოფს მოქნილობის ხარისხს. ზოგიერთი შეხების ზონდი თავად არის მბრუნავი მოწყობილობები, რომელთა გამოძიების წვერი შეძლებს ვერტიკალურად გადახვიდეს 180 გრადუსზე მეტით და სრული 360 გრადუსიანი როტაციის საშუალებით.

CMM– ები ახლა ასევე ხელმისაწვდომია სხვადასხვა ფორმით. ამაში შედის CMM იარაღი, რომელიც იყენებს კუთხის გაზომვებს მკლავის სახსრებში, რათა გამოანგარიშდეს სტილუსის წვერი და შეიძლება მოაწყოთ ზონდი ლაზერული სკანირებისა და ოპტიკური ვიზუალიზაციისთვის. ასეთი მკლავის cmms ხშირად გამოიყენება იქ, სადაც მათი პორტაბელურობა უპირატესობაა ტრადიციული ფიქსირებული საწოლის CMM– ით- გაზომილი ადგილების შენახვის გზით, პროგრამირების პროგრამა ასევე საშუალებას იძლევა გაზომვის მკლავის გადაადგილება და მისი გაზომვის მოცულობა, დაახლოებით ნაწილის გაზომვის დროს. იმის გამო, რომ CMM იარაღი მიბაძავს ადამიანის მკლავის მოქნილობას, მათ ასევე ხშირად შეუძლიათ მიაღწიონ რთული ნაწილების ნაწილებს, რომელთა გამოკვლევა შეუძლებელია სტანდარტული სამი ღერძის აპარატის გამოყენებით.

მექანიკური გამოძიება

კოორდინატთა გაზომვის ადრეულ ხანებში (CMM), მექანიკური ზონდები მოთავსდა სპეციალურ მფლობელში, ქვილის ბოლოს. ძალიან გავრცელებული გამოკვლევა გაკეთდა შახტის ბოლომდე მყარი ბურთის გასწვრივ. ეს იდეალური იყო ბრტყელი სახის, ცილინდრული ან სფერული ზედაპირების მთელი ასორტიმენტის გაზომვისთვის. სხვა გამოკვლევები იყო სპეციფიკური ფორმების საფუძველი, მაგალითად, კვადრატი, სპეციალური მახასიათებლების გაზომვის მიზნით. ეს გამოკვლევები ფიზიკურად გაიმართა სამუშაო ნაწილის წინააღმდეგ, სადაც პოზიციაა სივრცეში, რომელიც იკითხება 3 ღერძიანი ციფრული წაკითხვისგან (DRO) ან, უფრო მოწინავე სისტემებში, კომპიუტერში შესულიყო ფეხით ან მსგავსი მოწყობილობის საშუალებით. ამ კონტაქტის მეთოდით მიღებული გაზომვები ხშირად არასაიმედო იყო, რადგან მანქანები ხელით გადაადგილდნენ და თითოეულმა მანქანამ ოპერატორმა გამოიყენა სხვადასხვა რაოდენობით ზეწოლა ზონაში ან მიიღეს გაზომვის განსხვავებული ტექნიკა.

შემდგომი განვითარება იყო თითოეული ღერძის მართვის ძრავების დამატება. ოპერატორებს აღარ უწევდათ ფიზიკურად შეხება აპარატთან, მაგრამ შეეძლოთ თითოეული ღერძის მართვა ხელით ყუთის გამოყენებით ჯოისტიკებით, ისევე, როგორც თანამედროვე დისტანციური კონტროლირებადი მანქანებით. გაზომვის სიზუსტე და სიზუსტე მკვეთრად გაუმჯობესდა ელექტრონული შეხების გამომწვევი გამოძიების გამოგონებით. ამ ახალი გამოძიების მოწყობილობის პიონერი იყო დევიდ მაკმურტი, რომელმაც შემდგომში ჩამოაყალიბა ის, რაც ახლა Renishaw Plc. მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ საკონტაქტო მოწყობილობაა, ზონას ჰქონდა გაზაფხულის დატვირთული ფოლადის ბურთი (მოგვიანებით რუბი ბურთი) სტილის. როგორც გამოძიება შეეხო კომპონენტის ზედაპირს, სტილუსმა შეცვალა და ერთდროულად გაუგზავნა X, Y, Z კოორდინაციას გაუგზავნა ინფორმაცია კომპიუტერში. ინდივიდუალური ოპერატორების მიერ გამოწვეული გაზომვის შეცდომები უფრო ნაკლები გახდა და ეტაპი დაინიშნა CNC ოპერაციების შემოღებისა და CMMS ასაკის მოსვლისთვის.

ოპტიკური გამოკვლევები არის ლინზ-CCD-სისტემები, რომლებიც გადაადგილებულია მექანიკურად, და მიზნად ისახავს ინტერესის წერტილს, მასალის შეხების ნაცვლად. ზედაპირის დატყვევებული სურათი ჩასმული იქნება საზომი ფანჯრის საზღვრებში, სანამ ნარჩენი ადეკვატური იქნება შავ - თეთრ ზონებს შორის განსხვავებით. გამყოფი მრუდი შეიძლება გამოითვალოს წერტილამდე, რაც სივრცეში სასურველი საზომი წერტილია. CCD- ს შესახებ ჰორიზონტალური ინფორმაციაა 2D (XY) და ვერტიკალური პოზიცია არის სრული გამოსაცდელი სისტემის პოზიცია Z-Drive- ზე (ან სხვა მოწყობილობის კომპონენტზე).

გამოძიების სისტემების სკანირება

არსებობს უფრო ახალი მოდელები, რომლებსაც აქვთ გამოკვლევები, რომლებიც ნაწილის ზედაპირის გასწვრივ გადის წერტილებს განსაზღვრულ ინტერვალებში, რომელიც ცნობილია როგორც სკანირების ზონდები. CMM შემოწმების ეს მეთოდი ხშირად უფრო ზუსტია, ვიდრე ჩვეულებრივი სენსორული-საპროტესტო მეთოდი და უმეტესწილად უფრო სწრაფად.

სკანირების შემდეგი თაობა, რომელიც ცნობილია როგორც არაკონტაქტური სკანირება, რომელიც მოიცავს მაღალი სიჩქარის ლაზერული ერთ წერტილის სამკუთხედს, ლაზერული ხაზის სკანირებას და თეთრი შუქის სკანირებას, ძალიან სწრაფად წინსვლაა. ამ მეთოდს იყენებს ლაზერული სხივები ან თეთრი შუქი, რომლებიც პროგნოზირებულია ნაწილის ზედაპირის საწინააღმდეგოდ. შემდეგ მრავალი ათასობით წერტილის გადაღება და გამოყენება შესაძლებელია არა მხოლოდ ზომისა და პოზიციის შესამოწმებლად, არამედ ნაწილის 3D გამოსახულების შესაქმნელად. ეს "წერტილოვანი ღრუბელი მონაცემები" შეიძლება გადავიდეს CAD პროგრამაში, ნაწილის სამუშაო 3D მოდელის შესაქმნელად. ეს ოპტიკური სკანერები ხშირად გამოიყენება რბილ ან დელიკატურ ნაწილებზე ან საპირისპირო ინჟინერიის გასაადვილებლად.

მიკრომეტოლოგიის ზონდები

მიკროსკალეს მეტროლოგიის პროგრამებისთვის გამოსაცდელი სისტემები კიდევ ერთი განვითარებადი სფეროა. არსებობს რამდენიმე კომერციულად ხელმისაწვდომი კოორდინატთა საზომი აპარატი (CMM), რომლებსაც აქვთ მიკროპროდუქტი, რომელიც ინტეგრირებულია სისტემაში, სამთავრობო ლაბორატორიებში რამდენიმე სპეციალობის სისტემაში და მიკროსკალდის მეტროლოგიის საუნივერსიტეტო დამონტაჟებული მეტროლოგიის პლატფორმების ნებისმიერი რაოდენობა. მიუხედავად იმისა, რომ ეს აპარატები კარგია და ხშირ შემთხვევაში შესანიშნავი მეტროლოგიის პლატფორმები ნანომეტრიული მასშტაბებით, მათი ძირითადი შეზღუდვა არის საიმედო, ძლიერი, ძლიერი მიკრო/ნანო ზონდი.^{[ციტირება საჭიროა]}მიკროსკალეს გამოსაცდელი ტექნოლოგიების გამოწვევები მოიცავს მაღალი ასპექტის თანაფარდობის გამოძიების საჭიროებას, რაც იძლევა დაბალი კონტაქტური ძალების ღრმა, ვიწრო მახასიათებლების წვდომის შესაძლებლობას, რათა არ დააზიანოს ზედაპირი და მაღალი სიზუსტე (ნანომეტრის დონე).^{[ციტირება საჭიროა]}გარდა ამისა, მიკროსკაციური ზონდები მგრძნობიარეა გარემო პირობებში, როგორიცაა ტენიანობა და ზედაპირული ურთიერთქმედებები, როგორიცაა სტაბილური (გამოწვეულია ადჰეზიით, მენჯისით და/ან ვან დერ ვაალის ძალებით).^{[ციტირება საჭიროა]}

მიკროსკალეს გამოსაცდელი მიღწევის ტექნოლოგიები მოიცავს კლასიკური CMM ზონდის მასშტაბურ ვერსიას, ოპტიკურ ზონებს და სხვათა შორის მდგომი ტალღის ზონას. ამასთან, ამჟამინდელი ოპტიკური ტექნოლოგიების მასშტაბები არ შეიძლება საკმარისად მცირე მასშტაბის გასაზომად, ღრმა, ვიწრო მახასიათებლის გასაზომად, ხოლო ოპტიკური რეზოლუცია შემოიფარგლება სინათლის ტალღის სიგრძით. რენტგენის გამოსახულება გთავაზობთ მახასიათებლის სურათს, მაგრამ არ არის კვალი მეტრიოლოგიის ინფორმაცია.

ფიზიკური პრინციპები

ოპტიკური ზონდები ან/და ლაზერული ზონდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას (თუ ეს შესაძლებელია კომბინაციაში), რომლებიც ცვლის CMM- ს მიკროსკოპის ან მრავალსენსორული საზომი აპარატების გაზომვაში. Fringe პროექციის სისტემები, თეოდოლიტის სამკუთხედების სისტემები ან ლაზერული დისტანციური და სამკუთხედების სისტემები არ უწოდებენ საზომი მანქანებს, მაგრამ გაზომვის შედეგი იგივეა: კოსმოსური წერტილი. ლაზერული ზონდები გამოიყენება კინემატიკური ჯაჭვის ბოლოზე ზედაპირსა და საცნობარო წერტილს შორის მანძილის დასადგენად (ე.ი. Z- დისკის კომპონენტის დასასრული). ამან შეიძლება გამოიყენოს ინტერფერომეტრიული ფუნქცია, ფოკუსის ცვალებადობა, მსუბუქი გადახრა ან სხივის ჩრდილის პრინციპი.

პორტატული კოორდინატთა გაზომვის მანქანები

იმის გამო, რომ ტრადიციული CMM იყენებს გამოძიებას, რომელიც მოძრაობს სამ კარტეზიან ღერძზე, ობიექტის ფიზიკური მახასიათებლების გასაზომად, პორტატული CMM იყენებს ან არტიკულაციურ იარაღს ან, ოპტიკური CMM- ების შემთხვევაში, მკლავის თავისუფალი სკანირების სისტემები, რომლებიც იყენებენ ოპტიკური სამკუთხედის მეთოდებს და საშუალებას აძლევს ობიექტის გარშემო გადაადგილების მთლიანი თავისუფლებას.

პორტატულ CMM- ს, რომელსაც აქვს არტიკულირებული იარაღი, აქვს ექვსი ან შვიდი ღერძი, რომლებიც აღჭურვილია მბრუნავი კოდირებით, ხაზოვანი ღერძების ნაცვლად. პორტატული იარაღი მსუბუქი წონაა (ჩვეულებრივ, 20 ფუნტზე ნაკლები) და მისი ტარება და გამოყენება თითქმის ყველგან შეიძლება. ამასთან, ოპტიკური CMMs სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ინდუსტრიაში. შექმნილია კომპაქტური ხაზოვანი ან მატრიქსის მასივის კამერებით (Microsoft Kinect- ის მსგავსად), ოპტიკური CMMs უფრო მცირეა, ვიდრე პორტატული CMM- ები იარაღით, არ აქვს მავთულები და მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს მარტივად მიიღონ 3D გაზომვები ყველა ტიპის ობიექტზე, რომელიც მდებარეობს თითქმის ყველგან.

გარკვეული არაორპეტური პროგრამები, როგორიცაა საპირისპირო ინჟინერია, სწრაფი პროტოტიპინგი და ყველა ზომის ნაწილების ფართომასშტაბიანი შემოწმება იდეალურად შეეფერება პორტატულ CMM- ს. პორტატული CMM- ების სარგებელი მრავალჯერადი. მომხმარებლებს აქვთ მოქნილობა ყველა ტიპის ნაწილების 3D გაზომვისა და ყველაზე შორეულ/რთულ ადგილებში. ისინი მარტივად გამოსაყენებელია და არ საჭიროებს კონტროლირებად გარემოს ზუსტი გაზომვების მისაღებად. უფრო მეტიც, პორტატული CMM– ები უფრო ნაკლები ღირებულებაა, ვიდრე ტრადიციული CMM– ები.

პორტატული CMM– ების თანდაყოლილი ვაჭრობა არის სახელმძღვანელო ოპერაცია (ისინი ყოველთვის მოითხოვს ადამიანის გამოყენებას). გარდა ამისა, მათი საერთო სიზუსტე შეიძლება გარკვეულწილად ნაკლებად ზუსტი იყოს, ვიდრე ხიდის ტიპის CMM და ნაკლებად შესაფერისია ზოგიერთი პროგრამისთვის.

Multisensor- საზომი მანქანები

ტრადიციული CMM ტექნოლოგია სენსორული ზონდის გამოყენებით დღეს ხშირად შერწყმულია სხვა გაზომვის ტექნოლოგიასთან. ამაში შედის ლაზერული, ვიდეო ან თეთრი შუქის სენსორები, რათა უზრუნველყოს ის, რაც ცნობილია როგორც Multisensor გაზომვა.