Koordinat ölçüm makinesi - Coordinate-measuring machine

Bir koordinat ölçüm makinesi (CMM), bir prob ile nesnenin yüzeyindeki ayrı noktaları algılayarak fiziksel nesnelerin geometrisini ölçen bir cihazdır. CMM'lerde mekanik, optik, lazer ve beyaz ışık dahil olmak üzere çeşitli prob türleri kullanılır. Makineye bağlı olarak, prob konumu bir operatör tarafından manuel olarak kontrol edilebilir veya bilgisayar kontrollü olabilir. CMM'ler tipik olarak bir probun konumunu, üç boyutlu bir Kartezyen koordinat sistemindeki (yani XYZ eksenleriyle) bir referans konumundan yer değiştirmesi açısından belirtir. Probun X, Y ve Z eksenleri boyunca hareket ettirilmesine ek olarak, birçok makine, aksi takdirde ulaşılamayacak yüzeylerin ölçülmesine izin vermek için prob açısının kontrol edilmesine de izin verir.

Koordinat ölçüm makinesi
Koordinat ölçüm makinesi

Açıklama

Tipik 3D "köprü" CMM, üç boyutlu bir Kartezyen koordinat sisteminde birbirine dik olan X, Y ve Z olmak üzere üç eksen boyunca prob hareketine izin verir. Her eksen, probun o eksendeki konumunu izleyen bir sensöre sahiptir. mikrometre hassasiyeti. Prob, nesne üzerinde belirli bir konuma temas ettiğinde (veya başka şekilde algıladığında), makine üç konum sensörünü örnekler, böylece nesnenin yüzeyindeki bir noktanın konumunu ve alınan ölçümün 3 boyutlu vektörünü ölçer. Bu işlem gerektiği kadar tekrar edilir, ilgili yüzey alanlarını tanımlayan bir "nokta bulutu" oluşturmak için probu her seferinde hareket ettirir.

CMM'lerin yaygın bir kullanımı, bir parçayı veya montajı tasarım amacına göre test etmek için üretim ve montaj süreçleridir. Bu tür uygulamalarda, analiz edilen nokta bulutları oluşturulur. regresyon algoritmaları özelliklerin yapımı için. Bu noktalar, bir operatör tarafından manuel olarak veya Doğrudan Bilgisayar Kontrolü (DCC) aracılığıyla otomatik olarak konumlandırılan bir prob kullanılarak toplanır. DCC CMM'ler, aynı parçaları tekrar tekrar ölçmek için programlanabilir; dolayısıyla otomatik bir CMM, özel bir endüstriyel robot.

Teknik gerçekler

Parçalar

Koordinat ölçüm makineleri üç ana bileşenden oluşur:

  • Üç eksenli hareket içeren ana yapı. Hareketli çerçeveyi oluşturmak için kullanılan malzeme yıllar içinde değişmiştir. Erken CMM'lerde granit ve çelik kullanıldı. Bugün tüm büyük CMM üreticileri, alüminyum alaşımından veya bazı türevlerinden çerçeveler üretiyor ve ayrıca tarama uygulamaları için Z ekseninin sertliğini artırmak için seramik kullanıyor. Gelişmiş metroloji dinamikleri için pazar gereksinimi ve kalite laboratuvarı dışında CMM kurma eğiliminin artması nedeniyle günümüzde çok az CMM kurucusu hala granit çerçeve CMM üretmektedir. Tipik olarak yalnızca düşük hacimli CMM üreticileri ve Çin ve Hindistan'daki yerli üreticiler, düşük teknoloji yaklaşımı ve CMM çerçeve oluşturucu haline gelmenin kolay girişi nedeniyle hala granit CMM üretmektedir. Taramaya yönelik artan eğilim, CMM Z ekseninin daha sert olmasını ve seramik ve silisyum karbür gibi yeni malzemelerin kullanılmasını gerektirmektedir.
  • Prob sistemi
  • Veri toplama ve indirgeme sistemi - tipik olarak bir makine kontrolörü, masaüstü bilgisayar ve uygulama yazılımı içerir.

Kullanılabilirlik

Bu makineler ayaklı, el tipi ve taşınabilir olabilir.

Doğruluk

Koordinat ölçüm makinelerinin doğruluğu, tipik olarak, mesafe üzerinden bir fonksiyon olarak bir belirsizlik faktörü olarak verilir. Tarama probu kullanan bir CMM için bu, probun tekrarlanabilirliği ve doğrusal ölçeklerin doğruluğu ile ilgilidir. Tipik prob tekrarlanabilirliği, tüm ölçüm hacmi boyunca .001 mm veya .00005 inç (onda birinin yarısı) dahilinde ölçümlerle sonuçlanabilir. 3, 3 + 2 ve 5 eksenli makineler için, problar izlenebilir standartlar kullanılarak rutin olarak kalibre edilir ve doğruluğu sağlamak için makine hareketi göstergeler kullanılarak doğrulanır.

Belirli parçalar

Makine gövdesi

İlk CMM, Ferranti 1950'lerde İskoçya Şirketi[1] Bu makinenin sadece 2 ekseni olmasına rağmen, askeri ürünlerindeki hassas parçaların doğrudan ölçülmesi ihtiyacının bir sonucu olarak. İlk 3 eksenli modeller 1960'larda (İtalya DEA) ortaya çıkmaya başladı ve bilgisayar kontrolü 1970'lerin başında piyasaya çıktı, ancak ilk çalışan CMM geliştirildi ve Browne & Sharpe tarafından Melbourne, İngiltere'de satışa sunuldu. (Leitz Almanya daha sonra hareketli tablalı sabit bir makine yapısı üretti.[kaynak belirtilmeli ]

Modern makinelerde, portal tipi üst yapının iki ayağı vardır ve genellikle bir köprü olarak adlandırılır. Bu, granit masanın bir tarafına tutturulmuş bir kılavuz rayı takip eden bir ayakla (genellikle iç ayak olarak adlandırılır) granit masa boyunca serbestçe hareket eder. Karşı bacak (genellikle dış bacak) dikey yüzey konturunu izleyen granit masanın üzerine oturur. Hava yatakları sürtünmesiz seyahat sağlamak için seçilen yöntemdir. Bunlarda sıkıştırılmış hava, CMM'nin sürtünmesiz bir şekilde üzerinde hareket edebileceği pürüzsüz ancak kontrollü bir hava yastığı sağlamak için düz bir yatak yüzeyindeki bir dizi çok küçük delikten zorlanır. Köprü veya portalın granit masa boyunca hareketi, XY düzleminin bir eksenini oluşturur. Portalın köprüsü, iç ve dış ayaklar arasında geçen ve diğer X veya Y yatay eksenini oluşturan bir araba içerir. Üçüncü hareket ekseni (Z ekseni), arabanın merkezinde yukarı ve aşağı hareket eden dikey bir tüy veya milin eklenmesiyle sağlanır. Dokunmatik prob, tüy kaleminin ucundaki algılama cihazını oluşturur. X, Y ve Z eksenlerinin hareketi, ölçüm zarfını tam olarak tanımlar. Ölçüm probunun karmaşık iş parçalarına yaklaşabilirliğini artırmak için isteğe bağlı döner tablalar kullanılabilir. Dördüncü bir sürücü ekseni olarak döner tabla, 3D olarak kalan ölçüm boyutlarını geliştirmez, ancak bir derece esneklik sağlar. Bazı dokunmatik problar, 90 derece dikey olarak ve 360 ​​derecelik tam dönüş boyunca dönebilen prob ucuna sahip, kendileri ile güçlendirilmiş döner cihazlardır.

Geleneksel üç eksenli makinelerin (yukarıda gösterildiği gibi) yanı sıra, CMM'ler artık çeşitli başka formlarda da mevcuttur. Bunlar, prob ucunun konumunu hesaplamak için kolun eklemlerinde alınan açısal ölçümleri kullanan CMM kollarını içerir. Bu tür kollu CMM'ler, genellikle taşınabilirliklerinin geleneksel sabit yataklı CMM'lere göre bir avantaj olduğu durumlarda kullanılır. CMM kolları, bir insan kolunun esnekliğini taklit ettiğinden, standart bir üç eksenli makine kullanılarak problanamayan karmaşık parçaların iç kısımlarına da ulaşabilirler.

Mekanik prob

Koordinat ölçümünün (CMM) ilk günlerinde, mekanik problar tüy kaleminin ucundaki özel bir tutucuya yerleştirildi. Şaftın ucuna sert bir top lehimlenerek çok yaygın bir prob yapıldı. Bu, bir dizi düz yüz, silindirik veya küresel yüzeyleri ölçmek için idealdir. Diğer problar, özel özelliklerin ölçülmesini sağlamak için belirli şekillere, örneğin bir kadrana taşlandı. Bu problar, uzaydaki konumu 3 eksenli bir dijital okumadan (DRO) okunarak veya daha gelişmiş sistemlerde, bir ayak pedalı veya benzer bir cihaz aracılığıyla bir bilgisayara kaydedilerek iş parçasına fiziksel olarak tutuldu. Bu temas yöntemiyle alınan ölçümler, makineler elle hareket ettirildiği ve her makine operatörü proba farklı miktarlarda basınç uyguladığı veya ölçüm için farklı teknikler benimsediği için genellikle güvenilmezdi.[kaynak belirtilmeli ]

Diğer bir gelişme, her ekseni sürmek için motorların eklenmesi oldu. Operatörlerin artık makineye fiziksel olarak dokunması gerekmiyordu, ancak modern uzaktan kumandalı arabalarda olduğu gibi her ekseni kumanda kollarına sahip bir el kutusu kullanarak sürebiliyorlardı. Ölçüm doğruluk ve hassasiyet elektronik temasla tetiklemeli probun icadıyla önemli ölçüde geliştirilmiştir. Bu yeni prob cihazının öncüsü, David McMurtry kim sonradan şimdi olanı oluşturdu Renishaw plc.[2] Hâlâ bir temas cihazı olmasına rağmen, sonda bir yaylı çelik bilye (daha sonra yakut bilye) kalemine sahipti. Prob bileşenin yüzeyine dokunduğunda, prob ucu saptı ve aynı anda X, Y, Z koordinat bilgilerini bilgisayara gönderdi. Bireysel operatörlerin neden olduğu ölçüm hataları azaldı ve CNC işlemlerinin başlatılması ve CMM'lerin çağının gelmesi için sahne hazırlandı.

Elektronik temasla tetiklemeli problu motorlu otomatik prob kafası

Optik problar, mekanik olanlar gibi hareket ettirilen ve malzemeye dokunmak yerine ilgi noktasını hedef alan lens-CCD sistemleridir. Yüzeyin yakalanan görüntüsü, kalıntı siyah ve beyaz bölgeler arasında kontrast oluşturmaya yeterli olana kadar bir ölçüm penceresinin sınırları içine alınacaktır. Bölme eğrisi, uzayda istenen ölçüm noktası olan bir noktaya kadar hesaplanabilir. CCD'deki yatay bilgi 2B'dir (XY) ve dikey konum, tüm problama sisteminin stand Z sürücüsü (veya diğer cihaz bileşeni) üzerindeki konumudur.

Yeni problama sistemleri

Tarama probları olarak bilinen, belirli aralıklarla noktalar alarak parçanın yüzeyi boyunca sürüklenen problara sahip olan daha yeni modeller vardır. Bu CMM inceleme yöntemi, genellikle geleneksel temaslı prob yönteminden daha doğrudur ve çoğu kez daha hızlıdır.

Temassız tarama olarak bilinen ve yüksek hızlı lazer tek noktalı üçgenleme içeren yeni nesil tarama,[3] lazer çizgi taraması,[4] ve beyaz ışık taraması,[5] çok hızlı ilerliyor. Bu yöntemde, parçanın yüzeyine yansıtılan lazer ışınları veya beyaz ışık kullanılır. Daha sonra binlerce nokta alınabilir ve yalnızca boyutu ve konumu kontrol etmek için değil, aynı zamanda parçanın bir 3D görüntüsünü oluşturmak için de kullanılabilir. Bu "nokta bulutu verileri" daha sonra parçanın çalışan bir 3B modelini oluşturmak için CAD yazılımına aktarılabilir. Bu optik tarayıcılar genellikle yumuşak veya hassas parçalar üzerinde veya bunları kolaylaştırmak için kullanılır. tersine mühendislik.

Mikrometroloji probları

Mikro ölçekli metroloji uygulamaları için problama sistemleri, ortaya çıkan bir başka alandır.[6][7] Sisteme entegre bir mikro sondaya sahip, ticari olarak temin edilebilen birkaç koordinat ölçüm makinesi (CMM), devlet laboratuvarlarında çeşitli özel sistemler ve mikro ölçekli metroloji için üniversite tarafından inşa edilmiş herhangi bir sayıda metroloji platformu vardır. Bu makineler iyi olmasına ve çoğu durumda nanometrik ölçeklere sahip mükemmel metroloji platformları olmasına rağmen, birincil sınırlamaları güvenilir, sağlam, yetenekli bir mikro / nano probdur.[kaynak belirtilmeli ] Mikro ölçekli prob ile ölçüm teknolojilerinin zorlukları arasında, yüzeye zarar vermemek ve yüksek hassasiyet (nanometre seviyesi) için düşük temas kuvvetleriyle derin, dar özelliklere erişme yeteneği sağlayan yüksek en boy oranlı bir proba olan ihtiyaç bulunmaktadır.[kaynak belirtilmeli ] Ek olarak, mikro ölçekli problar aşağıdaki gibi çevresel koşullara duyarlıdır: nem ve stiction gibi yüzey etkileşimleri (neden yapışma, menisküs ve / veya Van der Waals kuvvetleri diğerleri arasında).[kaynak belirtilmeli ]

Mikro ölçekli problama elde etmeye yönelik teknolojiler arasında klasik CMM problarının küçültülmüş versiyonu, optik problar ve durağan dalga incelemek, bulmak [8] diğerleri arasında. Bununla birlikte, mevcut optik teknolojiler derin, dar özelliği ölçmek için yeterince küçük ölçeklenemez ve optik çözünürlük, ışığın dalga boyu ile sınırlıdır. X-ışını görüntüleme, özelliğin bir resmini sağlar ancak izlenebilir metroloji bilgisi sağlamaz.

Fiziksel ilkeler

CMM'leri ölçüm mikroskoplarına veya çok sensörlü ölçüm makinelerine dönüştüren optik problar ve / veya lazer probları (mümkünse kombinasyon halinde) kullanılabilir. Saçak projeksiyon sistemleri, teodolit nirengi sistemleri veya lazer uzak ve nirengi sistemleri ölçüm makineleri olarak adlandırılmaz, ancak ölçüm sonucu aynıdır: bir uzay noktası. Kinematik zincirin ucundaki yüzey ile referans noktası arasındaki mesafeyi saptamak için lazer probları kullanılır (yani: Z-sürücü bileşeninin sonu). Bu, interferometrik bir işlevi kullanabilir, odak varyasyonu, ışık sapması veya ışın gölgeleme prensibi.

Taşınabilir koordinat ölçüm makineleri

Geleneksel CMM'ler bir nesnenin fiziksel özelliklerini ölçmek için üç Kartezyen eksen üzerinde hareket eden bir prob kullanırken, taşınabilir CMM'ler eklemli kolları veya optik CMM'ler söz konusu olduğunda, optik üçgenleme yöntemlerini kullanan ve tam hareket özgürlüğü sağlayan kolsuz tarama sistemlerini kullanır. nesnenin etrafında.

Mafsallı kollara sahip taşınabilir CMM'ler, doğrusal eksenler yerine döner kodlayıcılarla donatılmış altı veya yedi eksene sahiptir. Taşınabilir kollar hafiftir (tipik olarak 20 pound'dan az) ve neredeyse her yerde taşınabilir ve kullanılabilir. Bununla birlikte, optik CMM'ler endüstride giderek daha fazla kullanılmaktadır. Kompakt doğrusal veya matris dizili kameralarla (Microsoft Kinect gibi) tasarlanan optik CMM'ler kollu taşınabilir CMM'lerden daha küçüktür, kablo içermez ve kullanıcıların hemen hemen her yerde bulunan her tür nesnenin 3D ölçümlerini kolayca almasını sağlar.

Aşağıdakiler gibi bazı tekrarlayıcı olmayan uygulamalar tersine mühendislik, Hızlı prototipleme ve her boyuttaki parçanın büyük ölçekli muayenesi, taşınabilir CMM'ler için idealdir. Taşınabilir CMM'lerin faydaları çok yönlüdür. Kullanıcılar, her tür parçanın 3 boyutlu ölçümlerini ve en uzak / zor yerlerde alma esnekliğine sahiptir. Kullanımı kolaydır ve doğru ölçümler almak için kontrollü bir ortama ihtiyaç duymazlar. Dahası, taşınabilir CMM'ler geleneksel CMM'lerden daha ucuzdur.

Taşınabilir CMM'lerin doğasında var olan ödünleşimler manuel işlemdir (bunları kullanmak için her zaman bir insan gerektirirler). Ek olarak, genel doğrulukları bir köprü tipi CMM'den biraz daha az doğru olabilir ve bazı uygulamalar için daha az uygundur.

Çok sensörlü ölçüm makineleri

Dokunmatik probları kullanan geleneksel CMM teknolojisi, günümüzde genellikle diğer ölçüm teknolojileriyle birleştirilmektedir. Bu, çok sensörlü ölçüm olarak bilinen şeyi sağlamak için lazer, video veya beyaz ışık sensörlerini içerir.[9]

Standardizasyon

Bir koordinat ölçüm makinesinin performansını doğrulamak için ISO 10360 serisi mevcuttur. Bu standartlar serisi, prob ile ölçüm sisteminin özelliklerini ve uzunluk ölçüm hatasını tanımlar:

  • PForm: bir kürenin şeklini ölçerken sapmayı inceleme
  • PBoyut: bir kürenin boyutunu ölçerken problama sapması
  • EUni: kürelerde ölçüm uzunluğunun bir yönden sapması
  • EBi: kürelerde ölçüm uzunluğunun soldan ve sağdan sapması

ISO 10360 serisi aşağıdaki bölümlerden oluşur:

  • ISO 10360-1 Geometrik ürün özellikleri (GPS) - Koordinat ölçüm makineleri (CMM) için kabul ve yeniden doğrulama testleri - Bölüm 1: Kelime hazinesi
  • ISO 10360-2 Geometrik ürün özellikleri (GPS) - Koordinat ölçüm makineleri (CMM) için kabul ve yeniden doğrulama testleri - Bölüm 2: Doğrusal boyutları ölçmek için kullanılan CMM'ler
  • ISO 10360-7 Geometrik ürün özellikleri (GPS) - Koordinat ölçüm makineleri (CMM) için kabul ve yeniden doğrulama testleri - Bölüm 7: Görüntüleme sondalama sistemleriyle donatılmış CMM'ler
  • ISO 10360-8 Geometrik ürün özellikleri (GPS) - Koordinat ölçüm sistemleri (CMS) için kabul ve yeniden doğrulama testleri - Bölüm 8: Optik mesafe sensörlü CMM'ler

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ "Koordinat Ölçüm Makinesi Geçmişi - Ölçüm Devrime Yol Açan Elli Yıllık CMM Geçmişi", COORD3 Metroloji Arşivlendi 2013-09-08 de Wayback Makinesi. 23 Ağustos 2013 erişildi
  2. ^ Renishaw: Biyografi
  3. ^ "WIZprobe Kiti". nextec-wiz.com. Arşivlenen orijinal 2010-11-01 tarihinde. Alındı 2010-06-26.
  4. ^ "Lazer Tarayıcılar". HexagonMetrology.us. Alındı 2013-04-23.
  5. ^ "Kromatik Beyaz Işık (CWS)". HexagonMetrology.us. Alındı 2013-04-23.
  6. ^ Hansen H.N .; Carneiro K .; Haitjema H .; De Chiffre L. (2006). "Boyutlu Mikro ve Nano Metroloji". CIRP Annals, 55-2, 721–743. Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  7. ^ Weckenmann A .; Peggs G .; Hoffmann J. (2006). "Boyutsal mikro ve nano metroloji için problama sistemleri". Ölçüm Bilimi ve Teknolojisi. Meas. Sci. Technol. 17, 504–509. 17 (3): 504. Bibcode:2006MeScT..17..504W. doi:10.1088 / 0957-0233 / 17/3 / S08.
  8. ^ M.B. Bauza; R.J Hocken; S.T Smith; S.C Woody (2005). "Yüksek en boy oranına sahip mikro ölçek özelliklerine uygulama ile sanal bir prob ucunun geliştirilmesi". Rev. Sci Enstrümanlar, 76 (9) 095112. Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  9. ^ "OGP Çoklu Sensör Teknolojisi". www.ogpnet.com. Alındı 2017-01-10.[kalıcı ölü bağlantı ]