Apa sing diarani mesin pangukur koordinat?

Amesin pangukur koordinat(CMM) iku piranti sing ngukur geometri obyek fisik kanthi ngrasakake titik-titik diskrit ing permukaan obyek nganggo probe. Macem-macem jinis probe digunakake ing CMM, kalebu mekanik, optik, laser, lan cahya putih. Gumantung saka mesin kasebut, posisi probe bisa dikontrol kanthi manual dening operator utawa bisa dikontrol komputer. CMM biasane nemtokake posisi probe babagan perpindahane saka posisi referensi ing sistem koordinat Cartesian telung dimensi (yaiku, nganggo sumbu XYZ). Saliyane mindhah probe ing sadawane sumbu X, Y, lan Z, akeh mesin uga ngidini sudut probe dikontrol kanggo ngidini pangukuran permukaan sing ora bisa digayuh.

CMM "jembatan" 3D khas ngidini gerakan probe ing sadawane telung sumbu, X, Y lan Z, sing ortogonal siji lan sijine ing sistem koordinat Cartesian telung dimensi. Saben sumbu duwe sensor sing ngawasi posisi probe ing sumbu kasebut, biasane kanthi presisi mikrometer. Nalika probe ngubungi (utawa ndeteksi) lokasi tartamtu ing obyek, mesin kasebut njupuk sampel telung sensor posisi, saengga ngukur lokasi siji titik ing permukaan obyek, uga vektor 3 dimensi saka pangukuran sing dijupuk. Proses iki diulang yen perlu, mindhah probe saben-saben, kanggo ngasilake "awan titik" sing nggambarake area permukaan sing diminati.

Panggunaan umum CMM yaiku ing proses manufaktur lan perakitan kanggo nguji bagean utawa perakitan miturut tujuan desain. Ing aplikasi kasebut, awan titik digawe sing dianalisis liwat algoritma regresi kanggo konstruksi fitur. Titik-titik kasebut dikumpulake kanthi nggunakake probe sing diposisikan kanthi manual dening operator utawa kanthi otomatis liwat Kontrol Komputer Langsung (DCC). CMM DCC bisa diprogram kanggo ngukur bagean sing identik bola-bali; mula CMM otomatis minangka wujud khusus robot industri.

Onderdil

Mesin pangukur koordinat kalebu telung komponen utama:

• Struktur utama sing kalebu telung sumbu gerakan. Bahan sing digunakake kanggo mbangun rangka sing obah wis beda-beda sajrone pirang-pirang taun. Granit lan baja digunakake ing CMM awal. Saiki kabeh produsen CMM utama mbangun rangka saka paduan aluminium utawa sawetara turunan lan uga nggunakake keramik kanggo nambah kekakuan sumbu Z kanggo aplikasi pemindaian. Sawetara tukang CMM saiki isih nggawe CMM rangka granit amarga kabutuhan pasar kanggo dinamika metrologi sing luwih apik lan tren sing saya tambah kanggo nginstal CMM ing njaba lab kualitas. Biasane mung tukang CMM volume rendah lan produsen domestik ing China lan India sing isih nggawe CMM granit amarga pendekatan teknologi sing kurang lan gampang mlebu kanggo dadi tukang rangka CMM. Tren sing saya tambah menyang pemindaian uga mbutuhake sumbu Z CMM supaya luwih kaku lan bahan anyar wis dikenalake kayata keramik lan silikon karbida.
• Sistem probing
• Sistem pangumpulan lan reduksi data — biasane kalebu pengontrol mesin, komputer desktop, lan piranti lunak aplikasi.

Kasedhiyan

Mesin-mesin iki bisa madeg dhewe, digawa tangan, lan portabel.

Akurasi

Akurasi mesin pangukuran koordinat biasane diwenehake minangka faktor ketidakpastian minangka fungsi saka jarak. Kanggo CMM sing nggunakake probe tutul, iki ana hubungane karo kemampuan pengulangan probe lan akurasi skala linier. Kemampuan pengulangan probe khas bisa nyebabake pangukuran ing jarak 0,001mm utawa 0,00005 inci (setengah sepersepuluh) saka kabeh volume pangukuran. Kanggo mesin 3, 3+2, lan 5 sumbu, probe dikalibrasi kanthi rutin nggunakake standar sing bisa dilacak lan gerakan mesin diverifikasi nggunakake gauge kanggo njamin akurasi.

Bagean tartamtu

Awak mesin

CMM pisanan dikembangake dening Perusahaan Ferranti saka Skotlandia ing taun 1950-an minangka asil saka kabutuhan langsung kanggo ngukur komponen presisi ing produk militer, sanajan mesin iki mung duwe 2 sumbu. Model 3-sumbu pisanan wiwit muncul ing taun 1960-an (DEA saka Italia) lan kontrol komputer debut ing awal taun 1970-an nanging CMM sing bisa digunakake pisanan dikembangake lan didol dening Browne & Sharpe ing Melbourne, Inggris. (Leitz Jerman banjur ngasilake struktur mesin tetep kanthi meja sing obah.)

Ing mesin modern, struktur ndhuwur jinis gantry nduweni rong sikil lan asring diarani jembatan. Iki obah kanthi bebas ing sadawane meja granit kanthi siji sikil (asring diarani sikil njero) ngetutake rel pandhuan sing dipasang ing salah siji sisih meja granit. Sikil sing ngelawan (asring sikil njaba) mung dumunung ing meja granit ngetutake kontur permukaan vertikal. Bantalan udara minangka metode sing dipilih kanggo njamin perjalanan bebas gesekan. Ing iki, udara sing dikompres dipeksa liwat serangkaian bolongan cilik banget ing permukaan bantalan sing rata kanggo nyedhiyakake bantalan udara sing alus nanging dikontrol ing ngendi CMM bisa obah kanthi cara sing meh tanpa gesekan sing bisa dikompensasi liwat piranti lunak. Gerakan jembatan utawa gantry ing sadawane meja granit mbentuk siji sumbu bidang XY. Kreteg gantry ngemot gerbong sing ngliwati antarane sikil njero lan njaba lan mbentuk sumbu horisontal X utawa Y liyane. Sumbu gerakan katelu (sumbu Z) diwenehake kanthi tambahan pena vertikal utawa spindle sing obah munggah lan mudhun liwat tengah gerbong. Probe tutul mbentuk piranti sensor ing pungkasan pena. Obahe sumbu X, Y, lan Z kanthi lengkap nggambarake amplop pangukuran. Meja putar opsional bisa digunakake kanggo nambah kemampuan probe pangukuran kanggo nyedhaki benda kerja sing rumit. Meja putar minangka sumbu penggerak kaping papat ora nambah dimensi pangukuran, sing tetep 3D, nanging menehi tingkat fleksibilitas. Sawetara probe tutul dhewe minangka piranti putar sing digerakake kanthi pucuk probe sing bisa muter vertikal liwat luwih saka 180 derajat lan liwat rotasi 360 derajat lengkap.

CMM saiki uga kasedhiya ing macem-macem wujud liyane. Iki kalebu lengen CMM sing nggunakake pangukuran sudut sing dijupuk ing sendi lengen kanggo ngetung posisi pucuk stylus, lan bisa dilengkapi probe kanggo pemindaian laser lan pencitraan optik. CMM lengen kaya ngono asring digunakake ing ngendi portabilitase minangka kauntungan tinimbang CMM amben tetep tradisional - kanthi nyimpen lokasi sing diukur, piranti lunak pemrograman uga ngidini mindhah lengen pangukur dhewe, lan volume pangukurane, ing sekitar bagean sing bakal diukur sajrone rutinitas pangukuran. Amarga lengen CMM niru keluwesan lengen manungsa, dheweke uga asring bisa tekan njero bagean kompleks sing ora bisa dipriksa nggunakake mesin telung sumbu standar.

Probe mekanik

Ing jaman wiwitan pangukuran koordinat (CMM), probe mekanik dipasang ing wadhah khusus ing pucuk pena bulu. Probe sing umum banget digawe kanthi nyolder bal atos ing pucuk poros. Iki cocog kanggo ngukur macem-macem permukaan rata, silinder, utawa bunder. Probe liyane digiling dadi bentuk tartamtu, contone kuadran, kanggo ngaktifake pangukuran fitur khusus. Probe iki dicekel sacara fisik ing benda kerja kanthi posisi ing ruang diwaca saka pembacaan digital 3-sumbu (DRO) utawa, ing sistem sing luwih maju, dicathet ing komputer kanthi footswitch utawa piranti sing padha. Pangukuran sing dijupuk nganggo metode kontak iki asring ora bisa dipercaya amarga mesin dipindhah nganggo tangan lan saben operator mesin ngetrapake jumlah tekanan sing beda ing probe utawa nggunakake teknik sing beda kanggo pangukuran.

Pangembangan luwih lanjut yaiku tambahan motor kanggo nggerakake saben sumbu. Operator ora perlu ndemek mesin kanthi fisik nanging bisa nggerakake saben sumbu nggunakake handbox nganggo joystick kanthi cara sing padha karo mobil modern sing dikontrol jarak jauh. Akurasi lan presisi pangukuran saya apik kanthi penemuan probe pemicu tutul elektronik. Pelopor piranti probe anyar iki yaiku David McMurtry sing banjur mbentuk apa sing saiki dadi Renishaw plc. Sanajan isih dadi piranti kontak, probe kasebut duwe stylus bal baja pegas (mengko bal ruby). Nalika probe ndemek permukaan komponen, stylus kasebut mbengkongake lan bebarengan ngirim informasi koordinat X,Y,Z menyang komputer. Kesalahan pangukuran sing disebabake dening operator individu dadi luwih sithik lan panggung wis disiapake kanggo introduksi operasi CNC lan jaman CMM.

Probe optik iku sistem lensa-CCD, sing dipindhah kaya sistem mekanik, lan ditujokake menyang titik sing diminati, tinimbang ndemek materi. Gambar permukaan sing dijupuk bakal ditutup ing wates jendela pangukuran, nganti residu cukup kanggo kontras antarane zona ireng lan putih. Kurva pamisah bisa diitung menyang titik, yaiku titik pangukuran sing dikarepake ing ruang angkasa. Informasi horisontal ing CCD yaiku 2D (XY) lan posisi vertikal yaiku posisi sistem probing lengkap ing stand Z-drive (utawa komponen piranti liyane).

Sistem probe pemindaian

Ana model anyar sing duwe probe sing nyeret sadawane permukaan titik njupuk bagean ing interval tartamtu, sing dikenal minangka probe pindai. Cara inspeksi CMM iki asring luwih akurat tinimbang cara probe tutul konvensional lan umume luwih cepet uga.

Generasi pemindaian sabanjure, sing dikenal minangka pemindaian non-kontak, sing kalebu triangulasi titik tunggal laser kecepatan tinggi, pemindaian garis laser, lan pemindaian cahya putih, saya maju kanthi cepet. Cara iki nggunakake sinar laser utawa cahya putih sing diproyeksikan ing permukaan bagean kasebut. Ewonan titik banjur bisa dijupuk lan digunakake ora mung kanggo mriksa ukuran lan posisi, nanging uga kanggo nggawe gambar 3D bagean kasebut. "Data titik-awan" iki banjur bisa ditransfer menyang piranti lunak CAD kanggo nggawe model 3D bagean sing bisa digunakake. Pemindai optik iki asring digunakake ing bagean sing alus utawa alus utawa kanggo nggampangake rekayasa balik.

Probe mikrometrologi

Sistem probing kanggo aplikasi metrologi mikroskala minangka bidang liyane sing lagi muncul. Ana sawetara mesin pangukur koordinat (CMM) sing kasedhiya sacara komersial sing duwe mikroprobe sing terintegrasi menyang sistem, sawetara sistem khusus ing laboratorium pemerintah, lan sawetara platform metrologi sing digawe universitas kanggo metrologi mikroskala. Sanajan mesin kasebut apik lan ing pirang-pirang kasus platform metrologi sing apik banget kanthi skala nanometrik, watesan utamane yaiku probe mikro/nano sing bisa dipercaya, kuat, lan mumpuni.^{[kutipan dibutuhake]}Tantangan kanggo teknologi probing skala mikro kalebu kabutuhan probe rasio aspek sing dhuwur sing menehi kemampuan kanggo ngakses fitur sing jero lan sempit kanthi gaya kontak sing sithik supaya ora ngrusak permukaan lan presisi sing dhuwur (tingkat nanometer).^{[kutipan dibutuhake]}Kajaba iku, probe mikro rentan marang kahanan lingkungan kayata kelembapan lan interaksi permukaan kayata stiksi (disebabake dening adhesi, meniskus, lan/utawa gaya Van der Waals lan liya-liyane).^{[kutipan dibutuhake]}

Teknologi kanggo nggayuh probing skala mikro kalebu versi probe CMM klasik sing luwih cilik, probe optik, lan probe gelombang ngadeg. Nanging, teknologi optik saiki ora bisa diskalakake cukup cilik kanggo ngukur fitur sing jero lan sempit, lan resolusi optik diwatesi dening dawa gelombang cahya. Pencitraan sinar-X menehi gambar fitur kasebut nanging ora ana informasi metrologi sing bisa dilacak.

Prinsip-prinsip fisik

Probe optik lan/utawa probe laser bisa digunakake (yen bisa digabungake), sing ngganti CMM dadi mikroskop pangukur utawa mesin pangukur multi-sensor. Sistem proyeksi pinggiran, sistem triangulasi teodolit utawa sistem laser sing adoh lan triangulasi ora diarani mesin pangukur, nanging asil pangukurane padha: titik ruang. Probe laser digunakake kanggo ndeteksi jarak antarane permukaan lan titik referensi ing pungkasan rantai kinematik (yaiku: pungkasan komponen drive-Z). Iki bisa nggunakake fungsi interferometri, variasi fokus, defleksi cahya utawa prinsip bayangan sinar.

Mesin pangukur koordinat portabel

Dene CMM tradisional nggunakake probe sing obah ing telung sumbu Cartesian kanggo ngukur karakteristik fisik obyek, CMM portabel nggunakake lengen sing diartikulasikake utawa, ing kasus CMM optik, sistem pemindaian tanpa lengen sing nggunakake metode triangulasi optik lan ngaktifake kebebasan gerakan total ing sekitar obyek.

CMM portabel kanthi lengen artikulasi duwé enem utawa pitu sumbu sing dilengkapi encoder putar, tinimbang sumbu linier. Lengen portabel iku entheng (biasane kurang saka 20 pon) lan bisa digawa lan digunakake meh ing ngendi wae. Nanging, CMM optik saya tambah akeh digunakake ing industri. Dirancang nganggo kamera linier utawa matriks array sing kompak (kaya Microsoft Kinect), CMM optik luwih cilik tinimbang CMM portabel kanthi lengen, ora duwe kabel, lan ngidini pangguna kanthi gampang njupuk pangukuran 3D saka kabeh jinis obyek sing ana meh ing ngendi wae.

Aplikasi tartamtu sing ora bola-bali kaya ta rekayasa balik, prototipe cepet, lan inspeksi skala gedhe saka kabeh ukuran cocog banget kanggo CMM portabel. Keuntungan saka CMM portabel akeh banget. Pangguna duwe keluwesan kanggo njupuk pangukuran 3D saka kabeh jinis bagean lan ing lokasi sing paling adoh/angel. Gampang digunakake lan ora mbutuhake lingkungan sing dikontrol kanggo njupuk pangukuran sing akurat. Kajaba iku, CMM portabel cenderung luwih murah tinimbang CMM tradisional.

Kauntungan saka CMM portabel yaiku operasi manual (mesthi mbutuhake manungsa kanggo nggunakake). Kajaba iku, akurasi sakabèhé bisa uga kurang akurat tinimbang CMM jinis jembatan lan kurang cocog kanggo sawetara aplikasi.

Mesin pangukur multisensor

Teknologi CMM tradisional sing nggunakake probe tutul saiki asring digabungake karo teknologi pangukuran liyane. Iki kalebu sensor laser, video utawa cahya putih kanggo nyedhiyakake apa sing dikenal minangka pangukuran multisensor.