Wat is coördinatenmeetmachine?

ACoördineer meetmachine(CMM) is een apparaat dat de geometrie van fysieke objecten meet door afzonderlijke punten op het oppervlak van het object met een sonde te voelen. Verschillende soorten sondes worden gebruikt in CMM's, waaronder mechanisch, optisch, laser en wit licht. Afhankelijk van de machine kan de sondepositie handmatig worden bestuurd door een operator of kan deze worden computergestuurd. CMM's specificeren meestal de positie van een sonde in termen van de verplaatsing vanuit een referentiepositie in een driedimensionaal Cartesiaans coördinatensysteem (dwz, met XYZ-assen). Naast het verplaatsen van de sonde langs de X-, Y- en Z -assen, kunnen veel machines ook de sondehoek worden geregeld om oppervlakken te meten die anders onbereikbaar zouden zijn.

De typische 3D-"brug" CMM maakt sondebewegingen langs drie assen, x, y en z, die orthogonaal voor elkaar zijn in een driedimensionaal Cartesiaans coördinatensysteem. Elke as heeft een sensor die de positie van de sonde op die as bewaakt, meestal met micrometer precisie. Wanneer de sondecontacten een bepaalde locatie op het object contacten (of anderszins detecteert), bemonstert de machine de drie positie-sensoren, waardoor de locatie van één punt op het oppervlak van het object wordt gemeten, evenals de driedimensionale vector van de genomen meting. Dit proces wordt indien nodig herhaald en de sonde elke keer verplaatst om een ​​"puntwolk" te produceren die de interessegebieden beschrijft.

Een gemeenschappelijk gebruik van CMM's is in productie- en assemblageprocessen om een ​​onderdeel of assemblage te testen tegen de ontwerpintentie. In dergelijke toepassingen worden puntwolken gegenereerd die worden geanalyseerd via regressie -algoritmen voor de constructie van functies. Deze punten worden verzameld met behulp van een sonde die handmatig door een operator of automatisch wordt geplaatst via directe computercontrole (DCC). DCC CMM's kunnen worden geprogrammeerd om herhaaldelijk identieke onderdelen te meten; Een geautomatiseerde CMM is dus een gespecialiseerde vorm van industriële robot.

Onderdelen

Coördinaatmachines omvatten drie hoofdcomponenten:

• De hoofdstructuur met drie bewegingsassen. Het materiaal dat wordt gebruikt om het bewegende frame te construeren, is in de loop der jaren gevarieerd. Graniet en staal werden gebruikt in de vroege CMM's. Tegenwoordig bouwen alle grote CMM -fabrikanten frames uit aluminiumlegering of wat afgeleide en gebruiken ze ook keramiek om de stijfheid van de Z -as voor scantoepassingen te vergroten. Weinig CMM -bouwers produceren tegenwoordig nog steeds granietframe CMM vanwege marktvereiste voor verbeterde metrologische dynamiek en toenemende trend om CMM buiten het kwaliteitslab te installeren. Meestal alleen CMM -bouwers met een laag volume en binnenlandse fabrikanten in China en India produceren nog steeds graniet CMM vanwege een lage technologische benadering en gemakkelijke toegang tot een CMM -framebuilder. De toenemende trend naar scannen vereist ook dat de CMM Z -as stijver is en nieuwe materialen zijn geïntroduceerd zoals keramiek en siliciumcarbide.
• Sombesysteem
• Gegevensverzameling en reductiesysteem - bevat meestal een machinecontroller, desktopcomputer en applicatiesoftware.

Beschikbaarheid

Deze machines kunnen vrijstaand, handheld en draagbaar zijn.

Nauwkeurigheid

De nauwkeurigheid van coördinaatmeetmachines wordt meestal gegeven als een onzekerheidsfactor als een functie over afstand. Voor een CMM met behulp van een touch -sonde, heeft dit betrekking op de herhaalbaarheid van de sonde en de nauwkeurigheid van de lineaire schalen. Typische herhaalbaarheid van sonde kan resulteren in metingen van binnen 0,001 mm of 0,00005 inch (een halve tiende) over het gehele meetvolume. Voor 3, 3+2 en 5 asmachines worden sondes routinematig gekalibreerd met behulp van traceerbare normen en wordt de machinebeweging geverifieerd met behulp van meters om de nauwkeurigheid te garanderen.

Specifieke delen

Machinaal lichaam

De eerste CMM werd ontwikkeld door de Ferranti Company van Schotland in de jaren 1950 als gevolg van een directe behoefte om precisiecomponenten in hun militaire producten te meten, hoewel deze machine slechts 2 assen had. De eerste 3-assige modellen begonnen in de jaren zestig (DEA van Italië) en computercontrole debuteerde in de vroege jaren 1970, maar de eerste werkende CMM werd ontwikkeld en te koop aangeboden door Browne & Sharpe in Melbourne, Engeland. (Leitz Duitsland produceerde vervolgens een vaste machinestructuur met verplaatstafel.

In moderne machines heeft de bovenbouw van het portaaltype twee benen en wordt vaak een brug genoemd. Dit beweegt vrij langs de granietentabel met één been (vaak aangeduid als de binnenpoot) volgens een geleidrail bevestigd aan één zijde van de granietentafel. Het tegenoverliggende been (vaak buitenbeen) rust eenvoudig op de graniettafel na de verticale oppervlaktecontour. Luchtlagers zijn de gekozen methode om wrijvingsvrije reizen te waarborgen. Hierin wordt gecomprimeerde lucht door een reeks van zeer kleine gaten in een plat lageroppervlak gedwongen om een ​​glad maar gecontroleerd luchtkussen te bieden waarop de CMM op een bijna wrijvingsloze manier kan bewegen die kan worden gecompenseerd via software. De beweging van de brug of portaal langs de granieten tafel vormt een as van het XY -vlak. De brug van het portaal bevat een koets die doorkruist tussen de binnen- en buitenpoten en de andere X of Y horizontale as vormt. De derde bewegingsas (Z -as) wordt geleverd door de toevoeging van een verticale kill of spindel die op en neer door het midden van de koets beweegt. De aanraaksonde vormt het detectieapparaat aan het uiteinde van de kill. De beweging van de x-, y- en z -assen beschrijft de meetomhulling volledig. Optionele rotatietabellen kunnen worden gebruikt om de benaderbaarheid van de meetprobe tot gecompliceerde werkstukken te verbeteren. De rotatietafel als een vierde aandrijfas verbetert de meetdimensies niet, die 3D blijven, maar het biedt wel een mate van flexibiliteit. Sommige aanraakprobes zijn zelf aangedreven roterende apparaten met de sondepunt die in staat is om verticaal meer dan 180 graden en door een volledige rotatie van 360 graden te draaien.

CMM's zijn nu ook verkrijgbaar in verschillende andere vormen. Deze omvatten CMM -armen die hoekmetingen gebruiken die worden genomen bij de gewrichten van de arm om de positie van de stylus -tip te berekenen en kunnen worden uitgerust met sondes voor laserscannen en optische beeldvorming. Dergelijke arm-cmms worden vaak gebruikt waar hun draagbaarheid een voordeel is ten opzichte van traditionele vaste bed CMMS- door gemeten locaties op te slaan, programmeersoftware maakt het ook mogelijk om de meetarm zelf te verplaatsen, en het meetvolume, rond het deel dat moet worden gemeten tijdens een meetroutine. Omdat CMM -armen de flexibiliteit van een menselijke arm imiteren, zijn ze ook vaak in staat om de binnenkant van complexe onderdelen te bereiken die niet konden worden onderzocht met behulp van een standaard drie asmachine.

Mechanische sonde

In de begindagen van de coördinaatmeting (CMM) werden mechanische sondes aangebracht in een speciale houder aan het einde van de kill. Een veel voorkomende sonde werd gemaakt door een harde bal te solderen tot het einde van een schacht. Dit was ideaal voor het meten van een hele reeks plat gezicht, cilindrische of bolvormige oppervlakken. Andere sondes werden gemalen tot specifieke vormen, bijvoorbeeld een kwadrant, om meting van speciale kenmerken mogelijk te maken. Deze sondes werden fysiek tegen het werkstuk vastgehouden met de positie in de ruimte die werd gelezen uit een 3-assige digitale uitlezing (DRO) of, in meer geavanceerde systemen, die worden aangemeld bij een computer door middel van een voetschakelaar of soortgelijk apparaat. Metingen die door deze contactmethode werden uitgevoerd, waren vaak onbetrouwbaar omdat machines met de hand werden verplaatst en elke machine -operator verschillende hoeveelheden druk uitoefende op de sonde of verschillende technieken voor de meting aangenomen.

Een verdere ontwikkeling was de toevoeging van motoren voor het besturen van elke as. Operators hoefden de machine niet langer fysiek aan te raken, maar konden elke as rijden met een handbox met joysticks op vrijwel dezelfde manier als bij moderne externe gecontroleerde auto's. De meetnauwkeurigheid en precisie verbeterden dramatisch met de uitvinding van de elektronische touch -trigger -sonde. De pionier van dit nieuwe sonde -apparaat was David McMurtry die vervolgens vormde wat nu Renishaw Plc is. Hoewel nog steeds een contactapparaat, had de sonde een veerbelaste stalen bal (later Ruby Ball) stylus. Terwijl de sonde het oppervlak van de component raakte, stuurde de stylus de afgebogen en tegelijkertijd de X, Y, Z -coördinateninformatie naar de computer. Meetfouten veroorzaakt door individuele operators werden minder en het stadium was vastgesteld voor de introductie van CNC -bewerkingen en de leeftijd van CMM's.

Optische sondes zijn lens-CCD-systemen, die worden verplaatst als de mechanische, en zijn gericht op het belang van interessante, in plaats van het materiaal aan te raken. Het vastgelegde beeld van het oppervlak zal worden ingesloten in de grenzen van een meetraam, totdat het residu voldoende is om te contrasteren tussen zwarte en witte zones. De scheidingscurve kan worden berekend tot een punt, dat het gewenste meetpunt in de ruimte is. De horizontale informatie op de CCD is 2D (xy) en de verticale positie is de positie van het volledige sonderingsysteem op de standaard z-drive (of andere apparaatcomponent).

Scanning -sondesystemen

Er zijn nieuwere modellen die sondes hebben die langs het oppervlak van het onderdeel slepen dat punten met gespecificeerde intervallen neemt, bekend als scansondes. Deze methode van CMM-inspectie is vaak nauwkeuriger dan de conventionele touch-probe-methode en de meeste keren ook sneller.

De volgende generatie scannen, bekend als non -contactscanning, inclusief hoge snelheid laser -triangulatie met één punt, laserlijnscanning en wit lichtscanning, is zeer snel vooruit. Deze methode maakt gebruik van laserstralen of wit licht die worden geprojecteerd tegen het oppervlak van het onderdeel. Vervolgens kunnen vele duizenden punten worden genomen en niet alleen worden gebruikt om de grootte en positie te controleren, maar ook om een ​​3D -afbeelding van het onderdeel te maken. Deze "point-cloud-gegevens" kunnen vervolgens worden overgedragen naar CAD-software om een ​​werkend 3D-model van het onderdeel te maken. Deze optische scanners worden vaak gebruikt op zachte of delicate onderdelen of om reverse engineering te vergemakkelijken.

Micrometrologieprobes

Sonderingsystemen voor metrologische toepassingen op microschaal zijn een ander opkomend gebied. Er zijn verschillende in de handel verkrijgbare coördinatenmeetmachines (CMM) met een microprobe die in het systeem is geïntegreerd, verschillende specialistische systemen bij overheidslaboratoria en een aantal universitair gebouwde metrologieplatforms voor microschaal metrologie. Hoewel deze machines goed zijn en in veel gevallen uitstekende metrologieplatforms met nanometrische schalen, is hun primaire beperking een betrouwbare, robuuste, capabele micro/nanosonde.^{[citaat nodig]}Uitdagingen voor sonderingtechnologieën op microschaal zijn onder meer de noodzaak van een sonde met een hoge beeldverhouding die de mogelijkheid biedt om toegang te krijgen tot diepe, smalle functies met lage contactkrachten om het oppervlak en de hoge precisie (nanometerniveau) niet te beschadigen.^{[citaat nodig]}Bovendien zijn microschaalsondes vatbaar voor omgevingscondities zoals vochtigheid en oppervlakte -interacties zoals stictie (veroorzaakt door hechting, meniscus en/of van der Waals -krachten onder andere).^{[citaat nodig]}

Technologieën om te bereiken op microschaalonderzoek omvat de verkleinde versie van klassieke CMM -sondes, optische sondes en een staande golfsonde onder andere. De huidige optische technologieën kunnen echter niet klein genoeg worden geschaald om diep, smal kenmerk en optische resolutie te meten wordt beperkt door de golflengte van licht. Röntgenbeeldvorming biedt een foto van de functie maar geen traceerbare metrologie-informatie.

Fysieke principes

Optische sondes en/of laserprobes kunnen worden gebruikt (indien mogelijk in combinatie), die CMM's veranderen in het meten van microscopen of multi-sensormeetmachines. Fringe Projection Systems, theodoliet triangulatiesystemen of laser -verre en triangulatiesystemen worden geen meetmachines genoemd, maar het meetresultaat is hetzelfde: een ruimtepunt. Laserprobes worden gebruikt om de afstand tussen het oppervlak en het referentiepunt op het uiteinde van de kinematische keten te detecteren (dwz: einde van de z-drive-component). Dit kan een interferometrische functie, focusvariatie, lichtafbuiging of een bundelschaduwprincipe gebruiken.

Portable coördinaatmeetmachines

Terwijl traditionele CMM's een sonde gebruiken die op drie Cartesiaanse assen beweegt om de fysieke kenmerken van een object te meten, gebruiken draagbare CMM's gearticuleerde armen of, in het geval van optische CMM's, armvrije scansystemen die optische triangulatiemethoden gebruiken en totale vrijheid van beweging rond het object mogelijk maken.

Draagbare CMM's met gearticuleerde armen hebben zes of zeven assen die zijn uitgerust met roterende encoders, in plaats van lineaire assen. Draagbare armen zijn lichtgewicht (meestal minder dan 20 pond) en kunnen bijna overal worden gedragen en worden gebruikt. Optische CMM's worden echter in toenemende mate gebruikt in de industrie. Ontworpen met compacte lineaire of matrix array -camera's (zoals de Microsoft Kinect), zijn optische CMM's kleiner dan draagbare CMM's met armen, hebben geen draden en kunnen gebruikers gemakkelijk 3D -metingen van alle soorten objecten bijna overal uitvoeren.

Bepaalde niet-repetitieve toepassingen zoals reverse engineering, snelle prototyping en grootschalige inspectie van delen van alle groottes zijn ideaal geschikt voor draagbare CMM's. De voordelen van draagbare CMM's zijn meervoudig. Gebruikers hebben de flexibiliteit bij het uitvoeren van 3D -metingen van alle soorten onderdelen en op de meest afgelegen/moeilijke locaties. Ze zijn gemakkelijk te gebruiken en vereisen geen gecontroleerde omgeving om nauwkeurige metingen te doen. Bovendien kosten draagbare CMM's meestal minder dan traditionele CMM's.

De inherente afwegingen van draagbare CMM's zijn handmatige werking (ze vereisen altijd een mens om ze te gebruiken). Bovendien kan hun algehele nauwkeurigheid iets minder nauwkeurig zijn dan die van een brugtype CMM en is ze voor sommige toepassingen minder geschikt.

Multisensor-meetmachines

Traditionele CMM -technologie met behulp van aanraakprobes wordt tegenwoordig vaak gecombineerd met andere meettechnologie. Dit omvat laser-, video- of witte lichtsensoren om te bieden wat bekend staat als multisensor -meting.