دستگاه اندازه گیری مختصات چیست؟

بوهادستگاه اندازه گیری مختصات(CMM) وسیله ای است که هندسه اشیاء فیزیکی را با سنجش نقاط گسسته روی سطح جسم با یک کاوشگر اندازه گیری می کند. انواع مختلفی از پروب ها در CMM ها از جمله مکانیکی ، نوری ، لیزر و نور سفید استفاده می شود. بسته به دستگاه ، موقعیت کاوشگر ممکن است توسط یک اپراتور به صورت دستی کنترل شود یا ممکن است آن را کنترل کند. CMM ها به طور معمول موقعیت کاوشگر را از نظر جابجایی آن از موقعیت مرجع در یک سیستم مختصات روزمی سه بعدی (یعنی با محورهای XYZ) مشخص می کنند. علاوه بر جابجایی پروب در محورهای X ، Y و Z ، بسیاری از دستگاه ها همچنین اجازه می دهند تا زاویه پروب کنترل شود تا اندازه گیری سطوح که در غیر این صورت غیرقابل دسترسی هستند ، امکان پذیر شود.

CMM معمولی سه بعدی "Bridge" اجازه می دهد تا در طول سه محور ، x ، y و z ، که در یک سیستم مختصات روزمره سه بعدی به یکدیگر تعاملی هستند ، حرکت پروب را در امتداد سه محور ، x ، y و z انجام دهد. هر محور دارای یک سنسور است که به طور معمول با دقت میکرومتر ، موقعیت پروب را در آن محور نظارت می کند. هنگامی که پروب با یک مکان خاص روی جسم تماس می گیرد (یا در غیر این صورت تشخیص می دهد) ، دستگاه از سه سنسور موقعیت نمونه می گیرد ، بنابراین محل یک نقطه را روی سطح شی و همچنین بردار 3 بعدی اندازه گیری گرفته شده اندازه گیری می کند. این فرآیند در صورت لزوم تکرار می شود ، هر بار کاوشگر را حرکت می دهد تا "ابر نقطه" تولید کند که مناطق مورد علاقه را توصیف می کند.

استفاده مشترک از CMMS در فرآیندهای تولید و مونتاژ برای آزمایش بخشی یا مونتاژ در برابر هدف طراحی است. در چنین برنامه هایی ، ابرهای نقطه ای تولید می شوند که از طریق الگوریتم های رگرسیون برای ساخت ویژگی ها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. این نقاط با استفاده از یک کاوشگر که به صورت دستی توسط یک اپراتور یا به صورت خودکار از طریق کنترل مستقیم رایانه (DCC) قرار می گیرد ، جمع آوری می شود. CMM های DCC را می توان برای اندازه گیری مکرر قطعات یکسان برنامه ریزی کرد. بنابراین یک CMM خودکار یک شکل تخصصی از ربات صنعتی است.

قسمت

ماشین های اندازه گیری هماهنگ شامل سه مؤلفه اصلی هستند:

• ساختار اصلی که شامل سه محور حرکت است. مواد مورد استفاده برای ساخت قاب متحرک طی سالها متفاوت است. از گرانیت و فولاد در اوایل CMM استفاده شد. امروزه همه تولید کنندگان اصلی CMM قاب هایی را از آلیاژ آلومینیوم یا برخی از مشتق ها می سازند و همچنین از سرامیک برای افزایش سفتی محور z برای کاربردهای اسکن استفاده می کنند. امروزه تعداد کمی از سازندگان CMM به دلیل نیاز بازار برای بهبود پویایی اندازه گیری اندازه گیری و افزایش روند نصب CMM در خارج از آزمایشگاه کیفیت ، هنوز هم قاب گرانیتی CMM تولید می کنند. به طور معمول فقط سازندگان CMM با حجم کم و تولید کنندگان داخلی در چین و هند به دلیل رویکرد کم فناوری و ورود آسان برای تبدیل شدن به یک سازنده قاب CMM ، هنوز هم در حال تولید CMM گرانیتی هستند. روند فزاینده به سمت اسکن همچنین نیاز به محور CMM Z دارد و مواد جدید مانند کاربید سرامیک و سیلیکون معرفی شده اند.
• سیستم کاوشگر
• سیستم جمع آوری و کاهش داده ها - به طور معمول شامل یک کنترلر دستگاه ، رایانه رومیزی و نرم افزار کاربردی است.

در دسترس بودن

این دستگاه ها می توانند آزاد ، دستی و قابل حمل باشند.

دقت

دقت دستگاه های اندازه گیری مختصات به طور معمول به عنوان یک عامل عدم قطعیت به عنوان یک عملکرد در فاصله ارائه می شود. برای CMM با استفاده از یک کاوشگر لمسی ، این مربوط به تکرارپذیری پروب و صحت مقیاس های خطی است. تکرارپذیری کاوشگر معمولی می تواند منجر به اندازه گیری در 0.001 میلی متر یا .00005 اینچ (نیم دهم) در کل حجم اندازه گیری شود. برای دستگاه های 3 ، 3+2 و 5 محور ، پروب ها به طور معمول با استفاده از استانداردهای قابل ردیابی کالیبره می شوند و حرکت دستگاه با استفاده از سنجها برای اطمینان از صحت تأیید می شود.

قسمتهای خاص

بدنه ماشین

اولین CMM توسط شرکت Ferranti اسکاتلند در دهه 1950 به دلیل نیاز مستقیم برای اندازه گیری اجزای دقیق در محصولات نظامی خود توسعه یافت ، اگرچه این دستگاه فقط 2 محور داشت. اولین مدل های 3 محوره در دهه 1960 (DEA ایتالیا) ظاهر شد و کنترل رایانه در اوایل دهه 1970 آغاز شد اما اولین CMM کار توسط Browne & Sharpe در ملبورن ، انگلیس ساخته و به فروش می رسید. (لیتز آلمان متعاقباً یک ساختار دستگاه ثابت با جدول متحرک تولید کرد.

در ماشینهای مدرن ، روبنا از نوع گانی دارای دو پا است و اغلب به آن پل گفته می شود. این کار آزادانه در امتداد میز گرانیت با یک پا (که اغلب به آن پای داخل گفته می شود) حرکت می کند و به دنبال یک راه آهن راهنما که به یک طرف جدول گرانیت متصل است. پای مخالف (اغلب در خارج از پای) به سادگی روی میز گرانیت به دنبال کانتور سطح عمودی قرار می گیرد. یاتاقان های هوا روش انتخاب شده برای اطمینان از سفر بدون اصطکاک است. در این موارد ، هوای فشرده شده از طریق یک سری سوراخ های بسیار کوچک در یک سطح یاتاقان مسطح مجبور می شود تا یک کوسن هوای صاف اما کنترل شده را فراهم کند که CMM بتواند به روشی نزدیک بدون اصطکاک حرکت کند که می تواند از طریق نرم افزار جبران شود. حرکت پل یا پارتی در امتداد جدول گرانیت یک محور هواپیمای XY را تشکیل می دهد. پل گانری حاوی کالسکه ای است که بین پاهای داخل و خارج عبور می کند و محورهای افقی x یا y دیگر را تشکیل می دهد. محور سوم حرکت (محور Z) با افزودن یک کویل عمودی یا اسپیندل که از طریق مرکز کالسکه به سمت بالا و پایین حرکت می کند ، ارائه می شود. کاوشگر لمسی دستگاه سنجش را در انتهای Quill تشکیل می دهد. حرکت محورهای X ، Y و Z به طور کامل پاکت اندازه گیری را توصیف می کند. از جداول دوار اختیاری می توان برای افزایش قابلیت دسترسی به کاوشگر اندازه گیری به قطعه های پیچیده استفاده کرد. جدول دوار به عنوان یک محور درایو چهارم ، ابعاد اندازه گیری را که سه بعدی باقی مانده است ، افزایش نمی دهد ، اما میزان انعطاف پذیری را فراهم می کند. برخی از پروب های لمسی خود دستگاه های چرخشی با نوک پروب هستند که می توانند از طریق بیش از 180 درجه و از طریق چرخش کامل 360 درجه به صورت عمودی چرخانده شوند.

CMM ها هم اکنون در انواع مختلفی نیز موجود هستند. این موارد شامل بازوهای CMM است که از اندازه گیری های زاویه ای گرفته شده در اتصالات بازو برای محاسبه موقعیت نوک قلم استفاده می کنند و می توانند برای اسکن لیزر و تصویربرداری نوری با کاوشگرها مجهز شوند. چنین CMM های بازو غالباً مورد استفاده قرار می گیرند که قابلیت حمل آنها یک مزیت نسبت به CMMS تخت ثابت سنتی است- با ذخیره مکان های اندازه گیری شده ، نرم افزار برنامه نویسی همچنین امکان حرکت خود بازوی اندازه گیری و حجم اندازه گیری آن را در اطراف قسمت در طی یک روال اندازه گیری اندازه گیری می کند. از آنجا که بازوهای CMM از انعطاف پذیری یک بازوی انسانی تقلید می کنند ، آنها همچنین اغلب قادر به رسیدن به قسمت های پیچیده ای هستند که با استفاده از یک دستگاه سه محور استاندارد قابل بررسی نیستند.

کاوش مکانیکی

در روزهای اولیه اندازه گیری مختصات (CMM) ، پروب های مکانیکی در انتهای Quill در یک دارنده ویژه قرار گرفتند. یک کاوشگر بسیار متداول با لحیم کردن یک توپ سخت تا انتهای یک شافت انجام شد. این ایده آل برای اندازه گیری طیف وسیعی از سطوح مسطح صورت ، استوانه ای یا کروی بود. پروب های دیگر به شکل های خاص ، به عنوان مثال یک ربع ، برای اندازه گیری ویژگی های خاص بودند. این پروب ها از نظر جسمی در برابر قطعه کار با موقعیت در فضا که از یک خواندن دیجیتال 3 محوره (DRO) خوانده می شود ، یا در سیستم های پیشرفته تر ، با استفاده از یک پایه پا یا دستگاه مشابه وارد یک رایانه می شوند. اندازه گیری های انجام شده توسط این روش تماس اغلب غیرقابل اعتماد بودند زیرا ماشین ها با دست منتقل می شدند و هر اپراتور دستگاه فشار مختلفی را بر روی کاوشگر اعمال می کرد یا تکنیک های مختلف را برای اندازه گیری اتخاذ می کرد.

پیشرفت بیشتر افزودن موتورها برای رانندگی هر محور بود. اپراتورها دیگر مجبور نبودند از نظر جسمی دستگاه را لمس کنند اما می توانند هر محور را با استفاده از جعبه دستی با جوی استیک به همان روشی که با اتومبیل های کنترل شده از راه دور مدرن هدایت می کنند ، هدایت کنند. دقت و دقت اندازه گیری با اختراع پروب ماشه لمسی الکترونیکی به طرز چشمگیری بهبود یافته است. پیشگام این دستگاه جدید کاوشگر دیوید مک مورتری بود که متعاقباً آنچه را که اکنون Renishaw plc است تشکیل داد. اگرچه هنوز یک دستگاه تماس بود ، این کاوشگر دارای قلم استیل بهار (بعداً توپ یاقوت) بود. همانطور که کاوشگر سطح مؤلفه را لمس کرد ، قلم منحرف شده و همزمان اطلاعات مختصات x ، y ، z را به رایانه ارسال کرد. خطاهای اندازه گیری ناشی از اپراتورهای انفرادی کمتر شد و مرحله برای معرفی عملیات CNC و آمدن سن CMM ها تنظیم شد.

پروب های نوری سیستم های لنز-CCD هستند که مانند مکانیکی جابجا می شوند و به جای لمس کردن مواد ، هدف مورد علاقه قرار می گیرند. تصویر ضبط شده از سطح در مرزهای یک پنجره اندازه گیری محصور خواهد شد ، تا زمانی که باقیمانده برای تضاد بین مناطق سیاه و سفید کافی باشد. منحنی تقسیم کننده را می توان به یک نقطه محاسبه کرد ، که نقطه اندازه گیری تحت تعقیب در فضا است. اطلاعات افقی در مورد CCD 2D (XY) است و موقعیت عمودی موقعیت سیستم کاوش کامل روی پایه z-drive (یا سایر مؤلفه های دستگاه) است.

اسکن سیستم های کاوشگر

مدل های جدیدتری وجود دارد که دارای کاوشگر هستند که در سطح قسمت در فواصل مشخص ، به عنوان کاوشگرهای اسکن می شوند. این روش بازرسی CMM اغلب دقیق تر از روش معمولی-پروب لمس و بیشتر اوقات سریعتر است.

نسل بعدی اسکن ، معروف به اسکن غیرقانونی ، که شامل مثلث تک نقطه ای لیزر با سرعت بالا ، اسکن خط لیزر و اسکن نور سفید است ، خیلی سریع پیشرفت می کند. این روش از پرتوهای لیزری یا نور سفید استفاده می کند که در برابر سطح قسمت پیش بینی شده است. هزاران نقطه پس از آن می توان نه تنها برای بررسی اندازه و موقعیت ، بلکه برای ایجاد یک تصویر سه بعدی از قسمت نیز استفاده کرد و از آن استفاده کرد. این "داده های ابر نقطه" می تواند به نرم افزار CAD منتقل شود تا یک مدل سه بعدی کار از قسمت ایجاد شود. این اسکنرهای نوری اغلب در قسمت های نرم یا ظریف یا برای تسهیل مهندسی معکوس استفاده می شوند.

کاوشگرهای میکرومتر شناسی

سیستم های کاوشگر برای برنامه های اندازه گیری میکروسکوپ یکی دیگر از مناطق نوظهور است. چندین دستگاه اندازه گیری مختصات تجاری در دسترس (CMM) وجود دارد که دارای ریزگردها در سیستم ، چندین سیستم تخصصی در آزمایشگاه های دولتی و هر تعداد سیستم عامل اندازه گیری دانشگاه برای اندازه گیری میکروسکوپ هستند. اگرچه این دستگاه ها خوب هستند و در بسیاری موارد سیستم عامل های اندازه گیری عالی با مقیاس نانومتری ، محدودیت اصلی آنها یک کاوشگر میکرو/نانو قابل اعتماد ، قوی و توانمند است.^{[استناد مورد نیاز است]}چالش های فن آوری های پروب میکروسکوپ شامل نیاز به یک پروب نسبت ابعاد بالا است که امکان دسترسی به ویژگی های عمیق و باریک با نیروهای تماس کم را فراهم می کند تا به سطح و دقت بالا آسیب نرساند (سطح نانومتر).^{[استناد مورد نیاز است]}علاوه بر این ، پروب های میکروسکوپی مستعد ابتلا به شرایط محیطی مانند رطوبت و فعل و انفعالات سطحی مانند استیکال هستند (ناشی از چسبندگی ، منیسک و/یا نیروهای ون در والس در میان دیگران).^{[استناد مورد نیاز است]}

فن آوری ها برای دستیابی به کاوشگر میکروسکوپ شامل نسخه پایین کاوشگرهای کلاسیک CMM ، پروب های نوری و یک کاوشگر موج ایستاده در میان دیگران است. با این حال ، فن آوری های نوری فعلی نمی توانند به اندازه کافی کوچک برای اندازه گیری ویژگی عمیق ، باریک اندازه گیری شوند و وضوح نوری با طول موج نور محدود است. تصویربرداری اشعه ایکس تصویری از این ویژگی را ارائه می دهد اما اطلاعات اندازه گیری قابل ردیابی وجود ندارد.

اصول جسمی

پروب های نوری و/یا پروب های لیزر می توانند مورد استفاده قرار گیرند (در صورت امکان در ترکیب) ، که CMM ها را به اندازه گیری میکروسکوپ ها یا دستگاه های اندازه گیری چند حسگر تغییر می دهند. سیستم های طرح ریزی حاشیه ، سیستمهای مثلثی تئودولیت یا سیستم های دور و مثلث لیزر و سیستم های اندازه گیری نامیده نمی شوند ، اما نتیجه اندازه گیری یکسان است: یک نقطه فضایی. پروب های لیزر برای تشخیص فاصله بین سطح و نقطه مرجع در انتهای زنجیره سینماتیک استفاده می شود (یعنی: انتهای مؤلفه z-drive). این می تواند از یک عملکرد تداخل سنجی ، تغییر تمرکز ، انحراف نور یا یک اصل سایه پرتو استفاده کند.

ماشین های اندازه گیری مختصات قابل حمل

در حالی که CMM های سنتی از یک کاوشگر استفاده می کنند که برای اندازه گیری خصوصیات بدنی یک شیء در سه محور دکارتی حرکت می کند ، CMM های قابل حمل از بازوها یا در صورت استفاده از CMM های نوری ، سیستم های اسکن بدون بازو استفاده می کنند که از روش های مثلث نوری استفاده می کنند و امکان آزادی کامل حرکت در اطراف جسم را دارند.

CMM های قابل حمل با بازوهای مفصل دارای شش یا هفت محور هستند که به جای محورهای خطی مجهز به رمزگذارهای دوار هستند. بازوهای قابل حمل سبک وزن هستند (به طور معمول کمتر از 20 پوند) و تقریباً در هر نقطه قابل حمل و استفاده می شوند. با این حال ، CMM های نوری به طور فزاینده ای در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی شده با دوربین های آرایه خطی یا ماتریس جمع و جور (مانند مایکروسافت Kinect) ، CMM های نوری از CMM های قابل حمل با اسلحه کوچکتر هستند ، دارای سیم نیستند و کاربران را قادر می سازد تا به راحتی اندازه گیری های سه بعدی از انواع اشیاء واقع در هر نقطه را انجام دهند.

برخی از برنامه های غیرحضوری مانند مهندسی معکوس ، نمونه سازی سریع و بازرسی در مقیاس بزرگ از قطعات از همه اندازه ها برای CMM های قابل حمل مناسب هستند. مزایای CMM های قابل حمل چند منظوره است. کاربران در استفاده از اندازه گیری های سه بعدی انواع قطعات و در مکان های از راه دور/دشوار ، انعطاف پذیری دارند. استفاده از آنها آسان است و برای اندازه گیری دقیق نیازی به یک محیط کنترل ندارند. علاوه بر این ، CMM های قابل حمل تمایل به هزینه کمتر از CMM های سنتی دارند.

تجارت ذاتی CMM های قابل حمل عملکرد دستی است (آنها همیشه به انسان نیاز دارند تا از آنها استفاده کنند). علاوه بر این ، دقت کلی آنها می تواند کمی دقیق تر از نوع CMM از نوع پل باشد و برای برخی از برنامه ها مناسب تر است.

دستگاه های اندازه گیری چند سانسور

فناوری سنتی CMM با استفاده از پروب های لمسی امروزه اغلب با سایر فناوری های اندازه گیری ترکیب می شود. این شامل سنسورهای لیزر ، فیلم یا نور سفید برای ارائه آنچه به عنوان اندازه گیری چند سانسور شناخته می شود ، ارائه می شود.