რა არის კოორდინატთა საზომი მანქანა?

აკოორდინატთა საზომი მანქანა(CMM) არის მოწყობილობა, რომელიც ზომავს ფიზიკური ობიექტების გეომეტრიას ობიექტის ზედაპირზე დისკრეტული წერტილების ამოცნობით ზონდით.CMM-ებში გამოიყენება სხვადასხვა ტიპის ზონდები, მათ შორის მექანიკური, ოპტიკური, ლაზერული და თეთრი შუქი.მანქანიდან გამომდინარე, ზონდის პოზიცია შეიძლება ხელით კონტროლდებოდეს ოპერატორის მიერ ან კომპიუტერით.CMM-ები, როგორც წესი, აკონკრეტებენ ზონდის პოზიციას მისი გადაადგილების თვალსაზრისით სამგანზომილებიანი დეკარტის კოორდინატთა სისტემაში (ანუ XYZ ღერძებით).ზონდის X, Y და Z ღერძების გასწვრივ გადაადგილების გარდა, ბევრი მანქანა ასევე იძლევა ზონდის კუთხის კონტროლის საშუალებას, რათა მოხდეს ზედაპირების გაზომვა, რომლებიც სხვაგვარად მიუწვდომელი იქნებოდა.

ტიპიური 3D "ხიდი" CMM საშუალებას იძლევა ზონდის მოძრაობა სამი ღერძის გასწვრივ, X, Y და Z, რომლებიც ორთოგონალურია ერთმანეთთან სამგანზომილებიანი დეკარტის კოორდინატთა სისტემაში.თითოეულ ღერძს აქვს სენსორი, რომელიც აკონტროლებს ზონდის პოზიციას ამ ღერძზე, როგორც წესი, მიკრომეტრის სიზუსტით.როდესაც ზონდი დაუკავშირდება (ან სხვაგვარად აღმოაჩენს) კონკრეტულ ადგილს ობიექტზე, მანქანა ამოწმებს სამი პოზიციის სენსორს, რითაც გაზომავს ობიექტის ზედაპირზე ერთი წერტილის მდებარეობას, ასევე აღებული გაზომვის 3-განზომილებიან ვექტორს.ეს პროცესი მეორდება საჭიროებისამებრ, ზონდის ყოველ ჯერზე გადაადგილებით, რათა წარმოიქმნას „წერტილოვანი ღრუბელი“, რომელიც აღწერს ინტერესის ზედაპირს.

CMM-ების საერთო გამოყენებაა წარმოებისა და შეკრების პროცესებში ნაწილის ან შეკრების შესამოწმებლად დიზაინის განზრახვის საწინააღმდეგოდ.ასეთ აპლიკაციებში წარმოიქმნება წერტილოვანი ღრუბლები, რომლებიც ანალიზდება რეგრესიის ალგორითმების მეშვეობით მახასიათებლების კონსტრუქციისთვის.ეს ქულები გროვდება ზონდის გამოყენებით, რომელიც განლაგებულია ხელით ოპერატორის მიერ ან ავტომატურად პირდაპირი კომპიუტერული კონტროლის (DCC) მეშვეობით.DCC CMM შეიძლება დაპროგრამდეს იდენტური ნაწილების განმეორებით გასაზომად;ამრიგად, ავტომატური CMM არის სამრეწველო რობოტის სპეციალიზებული ფორმა.

ნაწილები

კოორდინატების საზომი მანქანები მოიცავს სამ ძირითად კომპონენტს:

• ძირითადი სტრუქტურა, რომელიც მოიცავს მოძრაობის სამ ღერძს.მოძრავი ჩარჩოს ასაგებად გამოყენებული მასალა წლების განმავლობაში იცვლებოდა.ადრეულ CMM-ებში გამოიყენებოდა გრანიტი და ფოლადი.დღეს ყველა ძირითადი CMM მწარმოებელი აშენებს ჩარჩოებს ალუმინის შენადნობისგან ან ზოგიერთი წარმოებულისგან და ასევე იყენებს კერამიკას Z ღერძის სიხისტის გასაზრდელად აპლიკაციების სკანირებისთვის.რამდენიმე CMM მშენებელი დღეს მაინც აწარმოებს გრანიტის ჩარჩო CMM-ს, ბაზრის მოთხოვნილების გამო გაუმჯობესებული მეტროლოგიური დინამიკისა და მზარდი ტენდენციის გამო CMM დაყენების ხარისხის ლაბორატორიის გარეთ.როგორც წესი, მხოლოდ დაბალი მოცულობის CMM მშენებლები და ადგილობრივი მწარმოებლები ჩინეთსა და ინდოეთში ჯერ კიდევ აწარმოებენ გრანიტის CMM-ს დაბალი ტექნოლოგიური მიდგომისა და მარტივი შესვლის გამო, რომ გახდნენ CMM ჩარჩოს მშენებელი.სკანირების მზარდი ტენდენცია ასევე მოითხოვს, რომ CMM Z ღერძი იყოს უფრო მკაცრი და დაინერგოს ახალი მასალები, როგორიცაა კერამიკა და სილიციუმის კარბიდი.
• საცდელი სისტემა
• მონაცემთა შეგროვებისა და შემცირების სისტემა - ჩვეულებრივ მოიცავს მანქანის კონტროლერს, დესკტოპ კომპიუტერს და აპლიკაციის პროგრამულ უზრუნველყოფას.

ხელმისაწვდომობა

ეს მანქანები შეიძლება იყოს თავისუფლად მდგარი, ხელის და პორტატული.

სიზუსტე

კოორდინატების საზომი მანქანების სიზუსტე, როგორც წესი, მოცემულია როგორც გაურკვევლობის ფაქტორი, როგორც ფუნქცია მანძილზე.CMM-სთვის, რომელიც იყენებს სენსორულ ზონდს, ეს ეხება ზონდის განმეორებადობას და ხაზოვანი მასშტაბების სიზუსტეს.ზონდის ტიპიურმა განმეორებადობამ შეიძლება გამოიწვიოს გაზომვები .001 მმ ან .00005 ინჩის (ნახევარი მეათედი) ფარგლებში მთელი გაზომვის მოცულობაზე.3, 3+2 და 5 ღერძიანი მანქანებისთვის ზონდები რეგულარულად კალიბრირებულია მიკვლევადი სტანდარტების გამოყენებით და მანქანის მოძრაობა მოწმდება ლიანდაგების გამოყენებით სიზუსტის უზრუნველსაყოფად.

კონკრეტული ნაწილები

მანქანის სხეული

პირველი CMM შეიმუშავა შოტლანდიის კომპანია Ferranti-მ 1950-იან წლებში მათ სამხედრო პროდუქტებში ზუსტი კომპონენტების გაზომვის უშუალო საჭიროების შედეგად, თუმცა ამ მანქანას მხოლოდ 2 ღერძი ჰქონდა.პირველი 3 ღერძიანი მოდელები გამოჩნდა 1960-იან წლებში (იტალიის DEA) და კომპიუტერული კონტროლის დებიუტი 1970-იანი წლების დასაწყისში შედგა, მაგრამ პირველი მოქმედი CMM შეიქმნა და გაყიდვაში გამოვიდა Browne & Sharpe-ის მიერ მელბურნში, ინგლისი.(ლეიცის გერმანიამ შემდგომში შექმნა ფიქსირებული მანქანის სტრუქტურა მოძრავი მაგიდით.

თანამედროვე მანქანებში განთილის ტიპის ზედნაშენს აქვს ორი ფეხი და ხშირად ხიდს უწოდებენ.ეს თავისუფლად მოძრაობს გრანიტის მაგიდის გასწვრივ ერთი ფეხით (ხშირად მოიხსენიება, როგორც შიდა ფეხი) გრანიტის მაგიდის ერთ მხარეს მიმაგრებული სახელმძღვანელო რელსით.საპირისპირო ფეხი (ხშირად გარე ფეხი) უბრალოდ ეყრდნობა გრანიტის მაგიდას ვერტიკალური ზედაპირის კონტურის შემდეგ.საჰაერო საკისრები არის არჩეული მეთოდი ხახუნის გარეშე მოგზაურობის უზრუნველსაყოფად.ამ შემთხვევაში, შეკუმშული ჰაერი იძულებულია გაიაროს ძალიან მცირე ხვრელების სერია ბრტყელ საყრდენ ზედაპირზე, რათა უზრუნველყოს გლუვი, მაგრამ კონტროლირებადი ჰაერის ბალიში, რომელზედაც CMM-ს შეუძლია გადაადგილება თითქმის ხახუნის გარეშე, რაც შეიძლება კომპენსირებული იყოს პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით.გრანიტის მაგიდის გასწვრივ ხიდის ან განთლის მოძრაობა ქმნის XY სიბრტყის ერთ ღერძს.განთილის ხიდი შეიცავს ვაგონს, რომელიც გადის შიდა და გარე ფეხებს შორის და ქმნის სხვა X ან Y ჰორიზონტალურ ღერძს.მოძრაობის მესამე ღერძი (Z ღერძი) უზრუნველყოფილია ვერტიკალური ღერძის ან ღერძის დამატებით, რომელიც მოძრაობს მაღლა და ქვევით ვაგონის ცენტრში.სენსორული ზონდი აყალიბებს სენსორულ მოწყობილობას კვალის ბოლოზე.X, Y და Z ღერძების მოძრაობა სრულად აღწერს საზომი კონვერტს.სურვილისამებრ მბრუნავი მაგიდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას საზომი ზონდის მიდგომის გასაუმჯობესებლად რთული სამუშაო ნაწილებისთვის.მბრუნავი მაგიდა, როგორც მეოთხე წამყვანი ღერძი, არ აძლიერებს საზომ ზომებს, რომლებიც რჩება 3D, მაგრამ ის უზრუნველყოფს გარკვეულ მოქნილობას.ზოგიერთი სენსორული ზონდი თავად არის მბრუნავი მოწყობილობა, რომელსაც აქვს ზონდის წვერით ვერტიკალურად ტრიალი 180 გრადუსზე მეტი და სრული 360 გრადუსიანი ბრუნვის გზით.

CMM-ები ახლა ასევე ხელმისაწვდომია სხვადასხვა ფორმით.ეს მოიცავს CMM მკლავებს, რომლებიც იყენებენ მკლავის სახსრებში აღებულ კუთხურ ზომებს სტილუსის წვერის პოზიციის გამოსათვლელად და შეიძლება აღჭურვილი იყოს ზონდებით ლაზერული სკანირებისთვის და ოპტიკური გამოსახულების მისაღებად.ასეთი მკლავის CMM-ები ხშირად გამოიყენება იქ, სადაც მათი პორტაბელურობა უპირატესობაა ტრადიციული ფიქსირებული საწოლის CMM-ებთან შედარებით - გაზომილი ადგილების შენახვით, პროგრამირების პროგრამული უზრუნველყოფა ასევე იძლევა საშუალებას გადაადგილდეს თავად საზომი მკლავი და მისი გაზომვის მოცულობა იმ ნაწილის გარშემო, რომელიც უნდა გაიზომოს გაზომვის რუტინის დროს.იმის გამო, რომ CMM მკლავები მიბაძავს ადამიანის მკლავის მოქნილობას, მათ ასევე ხშირად შეუძლიათ მიაღწიონ რთული ნაწილების შიდა ნაწილებს, რომელთა გამოკვლევა შეუძლებელია სტანდარტული სამღერძიანი აპარატის გამოყენებით.

მექანიკური ზონდი

კოორდინატების გაზომვის (CMM) ადრეულ დღეებში, მექანიკური ზონდები მოთავსებული იყო სპეციალურ დამჭერში კვალის ბოლოზე.ძალიან გავრცელებული ზონდი გაკეთდა ლილვის ბოლომდე მყარი ბურთის შედუღებით.ეს იდეალური იყო ბრტყელი სახის, ცილინდრული ან სფერული ზედაპირის მთელი რიგის გასაზომად.სხვა ზონდები დაფქული იყო კონკრეტულ ფორმებზე, მაგალითად, კვადრატში, რათა შესაძლებელი ყოფილიყო სპეციალური მახასიათებლების გაზომვა.ეს ზონდები ფიზიკურად იყო დაჭერილი სამუშაო ნაწილის წინააღმდეგ სივრცეში მდებარეობის დროს, რომელიც იკითხებოდა 3-ღერძიანი ციფრული ამოკითხვით (DRO) ან, უფრო მოწინავე სისტემებში, შესული იყო კომპიუტერში ფეხის ჩამრთველის ან მსგავსი მოწყობილობის საშუალებით.ამ კონტაქტის მეთოდით მიღებული გაზომვები ხშირად არასანდო იყო, რადგან მანქანები გადაადგილდებოდნენ ხელით და თითოეული მანქანის ოპერატორი ახორციელებდა სხვადასხვა ზეწოლას ზონდზე ან იყენებდა სხვადასხვა ტექნიკას გაზომვისთვის.

შემდგომი განვითარება იყო ძრავების დამატება თითოეული ღერძის მართვისთვის.ოპერატორებს აღარ უწევდათ მანქანას ფიზიკურად შეხება, მაგრამ შეეძლოთ ყოველი ღერძის მართვა ჯოისტიკებით ხელის ყუთის გამოყენებით, ისევე, როგორც თანამედროვე დისტანციური მართვის მანქანებს.გაზომვის სიზუსტე და სიზუსტე მკვეთრად გაუმჯობესდა ელექტრონული სენსორული ზონდის გამოგონებით.ამ ახალი ზონდის მოწყობილობის პიონერი იყო დევიდ მაკმურტრი, რომელმაც შემდგომში შექმნა ის, რაც ახლა არის Renishaw plc.მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ კონტაქტური მოწყობილობა იყო, ზონდს ჰქონდა ზამბარით დატვირთული ფოლადის ბურთი (მოგვიანებით ლალის ბურთი) სტილუსი.როდესაც ზონდი შეეხო კომპონენტის ზედაპირს, სტილუსი გადაიხარა და ერთდროულად გაგზავნა X,Y,Z კოორდინატების ინფორმაცია კომპიუტერში.შემცირდა ცალკეული ოპერატორების მიერ გამოწვეული გაზომვის შეცდომები და შეიქმნა ეტაპი CNC ოპერაციების დანერგვისა და CMM-ების ასაკის მოახლოებისთვის.

ოპტიკური ზონდები არის ლინზები-CCD-სისტემები, რომლებიც მოძრაობენ მექანიკური სისტემების მსგავსად და მიმართულია ინტერესის წერტილზე, მასალის შეხების ნაცვლად.ზედაპირის გადაღებული გამოსახულება იქნება ჩასმული საზომი ფანჯრის საზღვრებში, სანამ ნარჩენი ადეკვატური იქნება შავი და თეთრი ზონების კონტრასტისთვის.გამყოფი მრუდი შეიძლება გამოითვალოს წერტილამდე, რომელიც არის სასურველი საზომი წერტილი სივრცეში.CCD-ზე ჰორიზონტალური ინფორმაცია არის 2D (XY) და ვერტიკალური პოზიცია არის სრული საცდელი სისტემის პოზიცია სადგამზე Z-დისკზე (ან მოწყობილობის სხვა კომპონენტზე).

სკანირების ზონდების სისტემები

არსებობს უფრო ახალი მოდელები, რომლებსაც აქვთ ზონდები, რომლებიც წევენ ნაწილის აღების წერტილების ზედაპირზე განსაზღვრული ინტერვალებით, რომლებიც ცნობილია როგორც სკანირების ზონდები.CMM შემოწმების ეს მეთოდი ხშირად უფრო ზუსტია, ვიდრე ჩვეულებრივი სენსორული ზონდის მეთოდი და უმეტესად უფრო სწრაფიც.

სკანირების შემდეგი თაობა, რომელიც ცნობილია როგორც უკონტაქტო სკანირება, რომელიც მოიცავს მაღალსიჩქარიან ლაზერულ ერთ წერტილოვან სამკუთხედს, ლაზერული ხაზის სკანირებას და თეთრი სინათლის სკანირებას, ძალიან სწრაფად ვითარდება.ეს მეთოდი იყენებს ან ლაზერის სხივებს ან თეთრ შუქს, რომელიც პროეცირებულია ნაწილის ზედაპირზე.ათასობით ქულის აღება და გამოყენება შესაძლებელია არა მხოლოდ ზომისა და პოზიციის შესამოწმებლად, არამედ ნაწილის 3D გამოსახულების შესაქმნელად.ეს „წერტილი ღრუბლის მონაცემები“ შემდეგ შეიძლება გადაეცეს CAD პროგრამულ უზრუნველყოფას, რათა შეიქმნას ნაწილის სამუშაო 3D მოდელი.ეს ოპტიკური სკანერები ხშირად გამოიყენება რბილ ან დელიკატურ ნაწილებზე ან საპირისპირო ინჟინერიის გასაადვილებლად.

მიკრომეტროლოგიური ზონდები

მიკრომასშტაბიანი მეტროლოგიის აპლიკაციების გამოკვლევის სისტემები კიდევ ერთი განვითარებადი სფეროა.არსებობს რამდენიმე კომერციულად ხელმისაწვდომი კოორდინატთა საზომი მანქანა (CMM), რომლებსაც აქვთ სისტემაში ინტეგრირებული მიკროზონდი, რამდენიმე სპეციალიზებული სისტემა სამთავრობო ლაბორატორიებში და ნებისმიერი რაოდენობის უნივერსიტეტში აშენებული მეტროლოგიური პლატფორმა მიკრომასშტაბიანი მეტროლოგიისთვის.მიუხედავად იმისა, რომ ეს მანქანები კარგი და ხშირ შემთხვევაში შესანიშნავი მეტროლოგიური პლატფორმაა ნანომეტრიული მასშტაბებით, მათი ძირითადი შეზღუდვა არის საიმედო, მტკიცე, უნარიანი მიკრო/ნანო ზონდი.^{[საჭიროა ციტატა]}მიკრომასშტაბიანი ზონდირების ტექნოლოგიების გამოწვევები მოიცავს მაღალი ასპექტის თანაფარდობის ზონდის საჭიროებას, რომელიც იძლევა ღრმა, ვიწრო მახასიათებლებზე წვდომის შესაძლებლობას დაბალი საკონტაქტო ძალებით, რათა არ დაზიანდეს ზედაპირი და მაღალი სიზუსტე (ნანომეტრის დონე).^{[საჭიროა ციტატა]}გარდა ამისა, მიკრომასშტაბიანი ზონდები მგრძნობიარეა ისეთი გარემო პირობების მიმართ, როგორიცაა ტენიანობა და ზედაპირული ურთიერთქმედება, როგორიცაა წებოვნება (გამოწვეული ადჰეზიის, მენისკის და/ან ვან დერ ვაალსის ძალებით, მათ შორის).^{[საჭიროა ციტატა]}

მიკრომასშტაბიანი ზონდების მიღწევის ტექნოლოგიები მოიცავს კლასიკური CMM ზონდების შემცირებულ ვერსიას, ოპტიკურ ზონდებს და მუდმივი ტალღის ზონდს სხვათა შორის.თუმცა, მიმდინარე ოპტიკური ტექნოლოგიები არ შეიძლება იყოს საკმარისად მცირე ზომის ღრმა, ვიწრო მახასიათებლის გასაზომად და ოპტიკური გარჩევადობა შეზღუდულია სინათლის ტალღის სიგრძით.რენტგენის გამოსახულება იძლევა მახასიათებლის სურათს, მაგრამ არ არის მიკვლევადი მეტროლოგიური ინფორმაცია.

ფიზიკური პრინციპები

შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური ზონდები და/ან ლაზერული ზონდები (თუ შესაძლებელია კომბინაციაში), რომლებიც ცვლიან CMM-ებს საზომ მიკროსკოპებად ან მრავალსენსორული საზომი აპარატებით.საპროექციო სისტემებს, თეოდოლიტის სამკუთხედის სისტემებს ან ლაზერული დისტანციური და სამკუთხედის სისტემებს არ უწოდებენ საზომ მანქანას, მაგრამ გაზომვის შედეგი იგივეა: სივრცის წერტილი.ლაზერული ზონდები გამოიყენება ზედაპირსა და საცნობარო წერტილს შორის მანძილის დასადგენად კინემატიკური ჯაჭვის ბოლოზე (ანუ: Z-drive კომპონენტის ბოლო).მას შეუძლია გამოიყენოს ინტერფერომეტრიული ფუნქცია, ფოკუსის ცვალებადობა, სინათლის გადახრა ან სხივის დაჩრდილვის პრინციპი.

პორტატული კოორდინატების საზომი მანქანები

მაშინ როდესაც ტრადიციული CMM იყენებს ზონდს, რომელიც მოძრაობს სამ დეკარტის ღერძზე ობიექტის ფიზიკური მახასიათებლების გასაზომად, პორტატული CMM იყენებს ან არტიკულირებულ მკლავებს ან, ოპტიკური CMM-ების შემთხვევაში, სკანირების სისტემებს, რომლებიც იყენებენ ოპტიკურ სამკუთხედის მეთოდებს და უზრუნველყოფენ გადაადგილების სრულ თავისუფლებას. ობიექტის გარშემო.

პორტატული CMM-ებს არტიკულირებული მკლავებით აქვთ ექვსი ან შვიდი ღერძი, რომლებიც აღჭურვილია მბრუნავი ენკოდერებით, ხაზოვანი ღერძების ნაცვლად.პორტატული იარაღი მსუბუქი წონაა (როგორც წესი, 20 ფუნტზე ნაკლები) და მისი ტარება და გამოყენება შესაძლებელია თითქმის ყველგან.თუმცა, ოპტიკური CMM-ები სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ინდუსტრიაში.შექმნილია კომპაქტური ხაზოვანი ან მატრიცული მასივის კამერებით (მაგალითად, Microsoft Kinect), ოპტიკური CMM-ები უფრო მცირეა, ვიდრე პორტატული CMM-ები მკლავებით, არ გააჩნიათ მავთულები და საშუალებას აძლევს მომხმარებლებს ადვილად მიიღონ 3D გაზომვები ყველა ტიპის ობიექტისთვის, რომელიც მდებარეობს თითქმის ყველგან.

ზოგიერთი არაგანმეორებადი აპლიკაციები, როგორიცაა საპირისპირო ინჟინერია, სწრაფი პროტოტიპირება და ყველა ზომის ნაწილების ფართომასშტაბიანი შემოწმება, იდეალურად შეეფერება პორტატულ CMM-ებს.პორტატული CMM-ების სარგებელი მრავალმხრივია.მომხმარებლებს აქვთ მოქნილობა ყველა ტიპის ნაწილების 3D გაზომვისას და ყველაზე შორეულ/რთულ ადგილებში.მათი გამოყენება მარტივია და არ საჭიროებს კონტროლირებად გარემოს ზუსტი გაზომვების მისაღებად.უფრო მეტიც, პორტატული CMM-ები უფრო იაფი ღირს ვიდრე ტრადიციული CMM.

პორტატული CMM-ების თანდაყოლილი კომპრომისები არის ხელით მუშაობა (ისინი ყოველთვის მოითხოვს ადამიანის გამოყენებას).გარდა ამისა, მათი საერთო სიზუსტე შეიძლება იყოს გარკვეულწილად ნაკლებად ზუსტი, ვიდრე ხიდის ტიპის CMM და ნაკლებად შესაფერისია ზოგიერთი აპლიკაციისთვის.

მულტისენსორული საზომი მანქანები

ტრადიციული CMM ტექნოლოგია სენსორული ზონდების გამოყენებით დღეს ხშირად შერწყმულია სხვა გაზომვის ტექნოლოგიასთან.ეს მოიცავს ლაზერულ, ვიდეოს ან თეთრი სინათლის სენსორებს, რათა უზრუნველყოს ის, რაც ცნობილია როგორც მულტისენსორული გაზომვა.