راهنمای کامل دستگاه CMM و اندازه‌گیری

دستگاه CMM چیست؟

یک ماشین به سبک CNC را تصور کنید که قادر به انجام اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق به روشی کاملاً خودکار است. این همان کاری است که ماشین‌های CMM انجام می‌دهند!

CMM مخفف «ماشین اندازه‌گیری مختصات» است. این دستگاه‌ها شاید از نظر ترکیبی از انعطاف‌پذیری کلی، دقت و سرعت، بهترین دستگاه‌های اندازه‌گیری سه‌بعدی باشند.

کاربردهای ماشین‌های اندازه‌گیری مختصات

دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات هر زمان که نیاز به اندازه‌گیری‌های دقیق باشد، ارزشمند هستند. و هرچه اندازه‌گیری‌ها پیچیده‌تر یا متعددتر باشند، استفاده از CMM مزیت بیشتری دارد.

معمولاً از CMMها برای بازرسی و کنترل کیفیت استفاده می‌شود. یعنی، از آنها برای تأیید مطابقت قطعه با الزامات و مشخصات طراح استفاده می‌شود.

آنها همچنین ممکن است مورد استفاده قرار گیرندمهندسی معکوسقطعات موجود را با انجام اندازه‌گیری‌های دقیق از ویژگی‌های آنها، بررسی کنید.

چه کسی ماشین‌های CMM را اختراع کرد؟

اولین ماشین‌های CMM توسط شرکت Ferranti اسکاتلند در دهه ۱۹۵۰ توسعه داده شدند. آنها برای اندازه‌گیری دقیق قطعات در صنایع هوافضا و دفاعی مورد نیاز بودند. اولین ماشین‌ها فقط دو محور حرکتی داشتند. ماشین‌های سه محوره در دهه ۱۹۶۰ توسط DEA ایتالیا معرفی شدند. کنترل کامپیوتری در اوایل دهه ۱۹۷۰ از راه رسید و توسط شفیلد آمریکا معرفی شد.

انواع ماشین‌های CMM

پنج نوع دستگاه اندازه‌گیری مختصات وجود دارد:

• CMM نوع پل: در این طرح که رایج‌ترین نوع است، سر CMM روی یک پل سوار می‌شود. یک طرف پل روی ریل روی تخت سوار می‌شود و طرف دیگر روی یک بالشتک هوا یا روش دیگری روی تخت بدون ریل راهنما قرار می‌گیرد.
• CMM کنسول: کنسول فقط از یک طرف پل را پشتیبانی می‌کند.
• CMM دروازه‌ای: این نوع CMM مانند روتر CNC از یک ریل راهنما در دو طرف خود استفاده می‌کند. این نوع CMMها معمولاً بزرگترین هستند، بنابراین به پشتیبانی بیشتری نیاز دارند.
• CMM با بازوی افقی: یک کانتیلور را تصور کنید، اما کل پل به جای محور خود، به سمت بالا و پایین یک بازوی واحد حرکت می‌کند. این‌ها کم‌دقت‌ترین CMMها هستند، اما می‌توانند قطعات بزرگ و نازک مانند بدنه خودرو را اندازه‌گیری کنند.
• CMM نوع بازویی قابل حمل: این دستگاه‌ها از بازوهای مفصلی استفاده می‌کنند و معمولاً به صورت دستی موقعیت‌یابی می‌شوند. به جای اندازه‌گیری مستقیم XYZ، مختصات را از موقعیت چرخشی هر مفصل و طول معلوم بین مفاصل محاسبه می‌کنند.

هر کدام بسته به نوع اندازه‌گیری‌هایی که قرار است انجام شود، مزایا و معایبی دارند. این نوع‌ها به ساختار دستگاهی اشاره دارند که برای تعیین موقعیت آن استفاده می‌شود.کاوشگرنسبت به قطعه مورد اندازه گیری.

در اینجا یک جدول مفید برای کمک به درک مزایا و معایب آورده شده است:

پروب‌ها معمولاً در سه بعد X، Y و Z قرار می‌گیرند. با این حال، دستگاه‌های پیچیده‌تر می‌توانند زاویه پروب‌ها را نیز تغییر دهند و اندازه‌گیری در مکان‌هایی را که پروب در غیر این صورت قادر به دسترسی به آنها نیست، امکان‌پذیر سازند. میزهای دوار نیز ممکن است برای بهبود قابلیت دسترسی به ویژگی‌های مختلف استفاده شوند.

CMM ها اغلب از گرانیت و آلومینیوم ساخته می‌شوند و از یاتاقان‌های هوایی استفاده می‌کنند.

پروب حسگری است که هنگام اندازه‌گیری، موقعیت سطح قطعه را تعیین می‌کند.

انواع پروب عبارتند از:

• مکانیکی
• نوری
• لیزر
• نور سفید

دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات تقریباً به سه روش کلی استفاده می‌شوند:

• بخش‌های کنترل کیفیت: در اینجا آنها معمولاً در اتاق‌های تمیز با دمای کنترل‌شده نگهداری می‌شوند تا دقت آنها به حداکثر برسد.
• کارگاه: در اینجا CMMها در میان ماشین‌های CNC قرار دارند تا انجام بازرسی‌ها به عنوان بخشی از یک سلول تولیدی با حداقل سفر بین CMM و دستگاهی که قطعات در آن ماشینکاری می‌شوند، آسان شود. این امر امکان اندازه‌گیری‌های زودتر و به طور بالقوه بیشتر را فراهم می‌کند که منجر به صرفه‌جویی می‌شود زیرا خطاها زودتر شناسایی می‌شوند.
• قابل حمل: CMM های قابل حمل به راحتی قابل جابجایی هستند. آنها را می‌توان در کارگاه یا حتی به مکانی دور از مرکز تولید برای اندازه‌گیری قطعات در محل استفاده کرد.

دقت دستگاه‌های CMM (دقت CMM) چقدر است؟

دقت دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات متفاوت است. به‌طورکلی، آن‌ها به دنبال دقت میکرومتر یا بهتر هستند. اما به این آسانی نیست. اولاً، خطای موجود می‌تواند تابعی از اندازه باشد، بنابراین خطای اندازه‌گیری یک CMM می‌تواند به صورت یک فرمول کوتاه که شامل طول اندازه‌گیری به عنوان یک متغیر است، مشخص شود.

برای مثال، CMM کلاسیک جهانی هگزاگون به عنوان یک CMM همه منظوره مقرون به صرفه فهرست شده است و دقت آن به شرح زیر است:

۱.۰ + لیتر/۳۰۰ میکرومتر

این اندازه‌گیری‌ها بر حسب میکرون هستند و L بر حسب میلی‌متر مشخص می‌شود. بنابراین فرض کنید می‌خواهیم طول یک قطعه ۱۰ میلی‌متری را اندازه‌گیری کنیم. فرمول به صورت ۱.۰ + ۱۰/۳۰۰ = ۱.۰ + ۱/۳۰ یا ۱.۰۳ میکرون خواهد بود.

یک میکرون یک هزارم میلی‌متر است که تقریباً معادل 0.00003937 اینچ است. بنابراین خطا هنگام اندازه‌گیری طول 10 میلی‌متری ما 0.00103 میلی‌متر یا 0.00004055 اینچ است. این مقدار کمتر از نصف یک دهم است - خطای بسیار کوچکی است!

از طرف دیگر، باید دقتی ده برابر آنچه که می‌خواهیم اندازه‌گیری کنیم، داشته باشیم. بنابراین، اگر فقط بتوانیم به این اندازه‌گیری ده برابر آن مقدار، یا 0.00005 اینچ، اعتماد کنیم، باز هم خطای بسیار کمی خواهیم داشت.

اوضاع برای اندازه‌گیری‌های CMM در کارگاه حتی مبهم‌تر هم می‌شود. اگر CMM در یک آزمایشگاه بازرسی با دمای کنترل‌شده قرار گیرد، خیلی کمک‌کننده است. اما در کارگاه، دماها می‌توانند بسیار متفاوت باشند. روش‌های مختلفی وجود دارد که یک CMM می‌تواند تغییرات دما را جبران کند، اما هیچ‌کدام کامل نیستند.

سازندگان CMM اغلب دقت را برای یک باند دما مشخص می‌کنند و طبق استاندارد ISO 10360-2 برای دقت CMM، یک باند معمول 64-72F (18-22C) است. این عالی است مگر اینکه دمای کارگاه شما در تابستان 86F باشد. در این صورت شما مشخصات خوبی برای خطا ندارید.

برخی از تولیدکنندگان مجموعه‌ای از پله‌ها یا نوارهای دما با مشخصات دقت متفاوت را به شما ارائه می‌دهند. اما اگر در ساعات مختلف روز یا روزهای مختلف هفته، برای یک سری قطعات یکسان، در بیش از یک محدوده باشید، چه اتفاقی می‌افتد؟

فرد مجبور می‌شود بودجه‌ای برای عدم قطعیت ایجاد کند که بدترین حالت‌ها را نیز در نظر بگیرد. اگر این بدترین حالت‌ها منجر به تلرانس‌های غیرقابل قبول برای قطعات شما شوند، تغییرات فرآیند بیشتری مورد نیاز است:

• شما می‌توانید استفاده از CMM را به زمان‌های خاصی از روز که دما در محدوده مطلوب‌تری قرار دارد، محدود کنید.
• شما می‌توانید فقط قطعات یا ویژگی‌های با تلرانس پایین‌تر را در ساعات خاصی از روز ماشینکاری کنید.
• CMM های بهتر ممکن است مشخصات بهتری برای محدوده دمایی شما داشته باشند. آنها ممکن است ارزشش را داشته باشند، حتی اگر خیلی گران‌تر باشند.

البته این اقدامات به توانایی شما در برنامه‌ریزی دقیق کارهایتان آسیب می‌رساند. ناگهان به این فکر می‌افتید که کنترل بهتر دما در کارگاه می‌تواند یک سرمایه‌گذاری ارزشمند باشد.

می‌بینید که چطور کل این ماجرای اندازه‌گیری حسابی دردسرساز می‌شود.

عنصر دیگری که در این امر دخیل است، نحوه تعیین تلرانس‌هایی است که باید توسط CMM بررسی شوند. استاندارد طلایی، تلرانس‌گذاری و ابعاد هندسی (GD&T) است. برای کسب اطلاعات بیشتر، دوره مقدماتی ما در مورد GD&T را بررسی کنید.

نرم‌افزار CMM

CMMها انواع مختلفی از نرم‌افزارها را اجرا می‌کنند. این استاندارد DMIS نام دارد که مخفف عبارت Dimensional Measurement Interface Standard است. اگرچه این رابط نرم‌افزاری اصلی برای هر سازنده CMM نیست، اما اکثر آنها حداقل از آن پشتیبانی می‌کنند.

تولیدکنندگان، مدل‌های منحصر به فرد خود را ایجاد کرده‌اند تا بتوانند وظایف اندازه‌گیری را که توسط DMIS پشتیبانی نمی‌شوند، اضافه کنند.

دی‌ام‌آی‌اس

همانطور که گفته شد، DMIS استاندارد است، اما مانند g-code مربوط به CNC، گویش‌های زیادی از جمله موارد زیر وجود دارد:

• PC-DMIS: نسخه هگزاگون
• OpenDMIS
• TouchDMIS: پرسپترون

مک‌کاسموس

MCOSTMOS نرم‌افزار CMM نیکون است.

کالیپسو

کالیپسو (Calypso) نرم‌افزار CMM از شرکت زایس (Zeiss) است.

نرم‌افزارهای CMM و CAD/CAM

نرم‌افزار و برنامه‌نویسی CMM چه ارتباطی با نرم‌افزار CAD/CAM دارد؟

فرمت‌های فایل CAD مختلفی وجود دارد، بنابراین بررسی کنید که نرم‌افزار CMM شما با کدام یک سازگار است. ادغام نهایی، تعریف مبتنی بر مدل (MBD) نامیده می‌شود. با MBD، می‌توان از خود مدل برای استخراج ابعاد برای CMM استفاده کرد.

MDB کاملاً پیشرو است، بنابراین هنوز در اکثر موارد مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

پروب‌ها، فیکسچرها و لوازم جانبی CMM

پروب‌های CMM

انواع و اشکال مختلف پروب برای تسهیل کاربردهای مختلف در دسترس هستند.

فیکسچرهای CMM

فیکسچرها هنگام بارگیری و تخلیه قطعات در CMM، درست مانند دستگاه CNC، در زمان صرفه‌جویی می‌کنند. شما حتی می‌توانید CMMهایی را تهیه کنید که دارای بارگذار پالت خودکار هستند تا توان عملیاتی را به حداکثر برسانند.

قیمت دستگاه CMM

دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات جدید از محدوده ۲۰،۰۰۰ تا ۳۰،۰۰۰ دلار شروع می‌شوند و تا بیش از ۱ میلیون دلار نیز می‌رسند.

مشاغل مرتبط با CMM در یک فروشگاه ماشین آلات

مدیر CMM

برنامه نویس CMM

اپراتور CMM