Traditionell werden Messungen visuell mit Handwerkzeugen oder optischen Vergleichsmessgeräten durchgeführt. Diese Werkzeuge sind jedoch zeitaufwändig und haben eine begrenzte Genauigkeit. Auf der anderen Seite verwendet die Koordinatenmessmaschine (CMM) Koordinatenverarbeitungstechniken zur Messung von Höhe, Breite und Tiefe von Teilen. Darüber hinaus können solche Maschinen automatisch Ziele messen, Messdaten aufzeichnen und GD&T-Messungen durchführen. Wie verwendet man Koordinatenmessmaschinen, wie sind sie konstruiert und welche Vorteile haben sie? Darüber schreiben wir unten!
Was ist eine Koordinatenmessmaschine (CMM)?
Eine Koordinatenmessmaschine (CMM) ist ein Kontaktmodell, das eine Tastsonde, eine sphärische Objekt zur Messung oder ein berührungsloses Modell verwendet, das andere Methoden wie Kameras und Laser verwendet. Einige Modelle für die Automobilindustrie können sogar Objekte größer als 10 m messen.
Vorteile von Koordinatenmessmaschinen
Einer der Vorteile einer Koordinatenmessmaschine (CMM) besteht darin, dass sie hochpräzise Elemente messen kann, die mit anderen Messmaschinen schwer zu messen sind. Zum Beispiel ist es schwierig, die 3D-Koordinaten eines bestimmten Punktes (Loch usw.) von einem virtuellen Startpunkt aus mit Handwerkzeugen wie Messschiebern oder Mikrometern zu messen. Darüber hinaus sind Messungen mit virtuellen Punkten und virtuellen Linien sowie geometrischen Toleranzen auf anderen Messmaschinen schwierig durchzuführen, können jedoch auf 3D-Koordinatenmessmaschinen durchgeführt werden.
Aufbau einer Koordinatenmessmaschine (CMM)
Im Folgenden stellen wir den Aufbau einer Koordinatenmessmaschine CMM vor:
Controller
Normalerweise sind die meisten Koordinatenmessgeräte Brücken- oder Portalmaschinen. Legen Sie den kugelförmigen Berührungspunkt, der an der Spitze des Tasters befestigt ist, auf das Objekt auf der Plattform, bestimmen und messen Sie die Koordinatenwerte in drei Dimensionen (xyz-Achse). Der Controller wird hauptsächlich zum Messen von 3D-Formen wie Autoteilen und verschiedenen mechanischen Teilen, zum Messen von 3D-Objekten wie Prototypen und zum Messen von Abweichungen von Zeichnungen verwendet.
Zubehör für Koordinatenmessmaschinen (CMM)
Eine Koordinatenmessmaschine hat folgendes Zubehör:
- Messstift / Tastspitze
- Der Messstift der Koordinatenmessmaschine vom Kontakttyp hat einen kugelförmigen Durchmesser. Die Tastspitze ist oft aus harten Materialien wie Zirkonium oder Rubidium gefertigt.
Messtisch aus Granit
Um eine hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten, besteht die Oberfläche der CMM normalerweise aus einem Steinplatten. Die obere Steinplatte verändert sich im Laufe der Zeit nur sehr geringfügig und ist nicht leicht zu verkratzen, was den Vorteil hat, dass sie eine langfristige und stabile Nutzung gewährleistet.
Armatur
Eines der wichtigsten Werkzeuge bei der Arbeit mit einem Koordinatenmessgerät ist die Halterung, die dazu dient, die Messplatte in der richtigen Position zu halten. Wenn die Messvorrichtung eingespannt ist, bewegt sie sich nicht während der Arbeit mit dem Koordinatenmessgerät, da die Bewegung der Teile Fehler verursachen kann. Gebräuchliche Werkzeuge sind Montageplatten, Clips und Magnete.
Kompressoren und Lufttrockner
Mechanische Koordinatenmessmaschinen erfordern einen Luftkompressor mit Trockner. Sie können auf Standard-Koordinatenmessmaschinen, Brücken- oder Portalmaschinen gefunden werden.
Software für Koordinatenmessmaschinen (CMM)
Derzeit haben wir es mit zwei Arten von Software für Koordinatenmessmaschinen zu tun.
- Software für unsere eigenen Messmaschinen, die wir unabhängig für jeden Messmaschinenhersteller entwickelt haben.
- Software, die von einem externen Unternehmen entwickelt wurde und von Messgeräten vieler Hersteller verwendet werden kann.
Wie man ein Koordinatenmessgerät (CMM) verwendet
Warten Sie, bis sich das Messschild an die Raumtemperatur (normalerweise 68 °F) im metrologischen Labor gewöhnt hat, mindestens 5 Stunden vor der Messung. Dies wird Messfehler und Diskrepanzen vermeiden, die durch die thermische Ausdehnung verursacht werden. Die Messungen werden durch manuelles Richten der Sonde an die gewünschte Messstelle oder mit Hilfe eines Computersteuerungssystems durchgeführt. Das CMM registriert die X-, Y-, Z-Koordinaten der Sonde. Während weitere Punkte erfasst werden, berechnet die Systemsoftware bestimmte Maße, wie zum Beispiel:
- Durchmesser,
- Länge,
- Winkel und andere kritische Maße.
Kalibrierung des Messstifts (Tastkopfkalibrierung)
Um eine genaue Messung zu beginnen, müssen Sie die Nadel (Tastspitze), die das Objekt berührt, aus zwei Gründen kalibrieren:
- Der erste ist die Bestimmung der Koordinaten des Zentrums des kugelförmigen Stifts.
- Der zweite ist die Einstellung des Durchmessers der Nadelkugel.
Indem Sie den Durchmesser einstellen, können Sie ihn berechnen, indem Sie den Radius vom tatsächlichen Berührungspunkt (außerhalb der Kugel) zu den Koordinaten des Kugelmittelpunkts verschieben.
Vorsichtsmaßnahmen bei der Bedienung von CMM
Während einige Modelle eine Genauigkeit von bis zu 0,1 μm messen können, sind korrekter Gebrauch und Wartung entscheidend für die Messgenauigkeit. Überprüfen Sie, ob sich bewegliche Teile während des Betriebs horizontal und vertikal bewegen. Sie sollten auch einen Messstandard oder Ähnliches verwenden, um Ablesungsfehler zu überprüfen. Um genaue Messungen zu erhalten, stellen Sie die Zieltemperatur im metrologischen Labor auf Raumtemperatur ein. Alternativ müssen die Messparameter so eingestellt werden, dass sie Temperaturunterschiede korrigieren. Bei Tastsonden ist es wichtig, dass die Kontaktgeschwindigkeit zwischen der Sonde und dem Objekt während der Messung konstant ist.
Wartung und Kalibrierung von CMM-Maschinen
Gewöhnliche Koordinatenmessmaschinen erfordern regelmäßige Wartung und Inspektion, um kontinuierlich sehr präzise Messungen durchführen zu können. Insbesondere bei Brücken-Koordinatenmessmaschinen mit mechanisch angetriebenen Gleitteilen ist ein regelmäßiger Austausch verschlissener Teile, Schmierung und Reinigung des Systems erforderlich, um eine optimale Leistung zu erzielen.
Messungen auf dem Koordinatenmessgerät (CMM)
Die Koordinaten und Ausrichtung von CMM-Maschinen sind in der Regel auf dem Objekt auf ein Gerätekoordinatensystem eingestellt. Das Gerätekoordinatensystem wird durch das Gerät definiert, zum Beispiel bewegt sich die Achse quer als X-Achse und die Richtung senkrecht zur Tischoberfläche ist die Z-Achse. Da die physische Positionierung in den Maschinenkoordinaten schwierig und ungenau ist, wird das Arbeitskoordinatensystem mit der Referenzebene oder der Referenzlinie des Objekts ausgerichtet. Diese Methode zur Ausrichtung der Orientierung des Werkstücks mit der Orientierung der Referenzkoordinaten wird als Ausrichtung bezeichnet.
Wie setzt man Koordinaten?
Das Einrichten eines Arbeitskoordinatensystems erfordert drei Informationen:
- Die erste Ebene ist die Referenzebene, und die senkrechte Richtung zu dieser Ebene ist die Z-Achse.
- Die zweite ist die Referenzlinie, normalerweise die X- und Y-Achse vertikal. Eine gerade Linie kann direkt vom Objekt gemessen werden oder es kann eine gerade Linie sein, die zwei verschiedene Punkte verbindet (z.B. zwei Löcher). eine gestrichelte Linie.
- Der dritte Punkt ist der Anfang. Dieser Anfang ist der Punkt 0 für jeden X, Y, Z-Koordinatenwert.
Es ist auch möglich, einen bestimmten Punkt (zum Beispiel die Mitte eines bestimmten Lochs) als Anfang oder einen virtuellen Punkt (Schnittstelle), an dem sich zwei Linien kreuzen, zu definieren.
Messung von 3D-Abmessungen und -Merkmale
Normalerweise wählt der Benutzer das Messziel über das Softwaremenü aus und startet die Messung. Bei einem taktile Koordinatenmessgerät berührt die Nadelspitze das zu messende Objekt und bestimmt den Messpunkt. Objekte werden gemessen, indem die minimale Anzahl von Messpunkten für jedes Objekt gemessen wird. Wenn die Anzahl der Messpunkte größer ist, wird sie normalerweise nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet. Neben Ebenen umfassen die Messkomponenten:
- Linien,
- Punkte,
- Kreise,
- Zylinder,
- Kegel und Kugeln.
Messen Sie die Größe und Form von 3D, indem Sie die Entfernungen und Winkel zwischen den gemessenen Elementen berechnen.
Virtuelle Figuren (Projektion)
Einige Elemente haben dreidimensionale Formen, wie Zylinder und Kegel, während andere keine dreidimensionalen Formen haben, wie Linien und Kreise. Diese Elemente werden normalerweise auf eine Ebene projiziert (senkrecht zur Ebene verschoben), um sie korrekt messen zu können. Die projizierte Ebene wird als Referenzebene oder Projektionsebene bezeichnet.
Messung virtueller Figuren
Koordinatenmessmaschinen können auch Messungen mit virtuellen Linien und Punkten durchführen. Es werden verschiedene Beispiele für virtuelle Körper verwendet, wie Linienkreuzungen, Ebenentoleranzen, Kreuzungen zwischen Ebenen und Kreise zwischen Kegeln und Ebenen. Man kann sagen, dass die Messung mit diesen virtuellen Elementen, die schwer mit Handwerkzeugen wie Messschiebern zu messen sind, einzigartig für 3D-Messungen ist.
Probleme mit Koordinatenmessmaschinen (CMM)
Wie jede Ausrüstung können auch Koordinatenmessmaschinen CMM ihre Vor- und Nachteile haben, über die wir unten schreiben:
- Messstabilität - Eine korrekte Einstellung und Durchführung der Messungen erfordert spezialisiertes Wissen und Fähigkeiten. Es ist notwendig, die richtige Temperatur in der Messkammer aufrechtzuerhalten, um die Temperatur des Objekts zu stabilisieren.
- Reaktionsfähigkeit - Es ist schwierig, häufige Produktänderungen zu bewältigen, da jedes Mal, wenn eine andere Sondeneinstellung und ein anderer Winkel geändert werden, eine Kalibrierung erforderlich ist. Aufgrund der Notwendigkeit, eine Messkammer zu haben, ist es schwierig, häufige Messungen während der Manipulation von Objekten durchzuführen.
- Kosten und Aufwand - Die Installation erfordert viel Platz und darüber hinaus muss ein Qualitätskontrolllabor aufgebaut werden, was äußerst kostspielig ist. Die Kosten für die Aufrechterhaltung der Messumgebung und der Messgeräte können prohibitiv sein. Die Programmierung von CMM nimmt aus vielen Gründen viel Zeit in Anspruch. Die Zeit, die benötigt wird, um das Objekt zum Qualitätslabor zu schicken, die richtige Temperatur des Objekts zu erreichen, Reparaturen durchzuführen, jede Tastspitze zu kalibrieren und die Messung durchzuführen.
Optische Koordinatenmessmaschine
Optische Koordinatenmessmaschinen sind tragbare Näherungssensoren. Diese Koordinatenmessmaschinen verwenden ein armloses System mit optischer Triangulationsmethode zum Scannen und Messen von 3D-Objekten. Dank fortschrittlicher Bildverarbeitungstechnologie ist die optische Koordinatenmessmaschine sehr schnell und garantiert eine metrologische Genauigkeit. Optische 3D-Scanner sind besonders vorteilhaft für die Entwicklung der Industrie 4.0. Obwohl optische Koordinatenmessmaschinen etwas weniger genau sind, werden sie dennoch in einem breiten Anwendungsbereich eingesetzt. Tatsächlich werden optische Koordinatenmessmaschinen in Kombination mit konventionellen Koordinatenmessmaschinen verwendet, um Produktionsengpässe zu beseitigen. Daher werden Teile, die eine hohe Genauigkeit erfordern, mit herkömmlichen Koordinatenmessmaschinen überprüft. Alle anderen Komponenten können mit der kostengünstigeren optischen Koordinatenmessmaschine bewertet werden, die eine zufriedenstellende Leistung bietet:
- Genauigkeit,
- Tragbarkeit,
- Flexibilität und Geschwindigkeit.
Dank Koordinatenmessmaschinen können wir Präzisionstechniken zur Verarbeitung von Koordinaten zur Messung von Höhe, Breite und Tiefe von Teilen genau nutzen. Dies ist äußerst wichtig, da unser bearbeitetes Material auf diese Weise genau und präzise hergestellt wird. Darüber hinaus können solche Maschinen automatisch Ziele messen, Messdaten aufzeichnen und GD&T-Messungen durchführen. Aus diesem Grund lohnt es sich, die oben genannte Ausrüstung zu verwenden! Koordinatenmessmaschinen bieten eine Qualitätssicherung für die Produktbearbeitung. Mit ihrer Hilfe können folgende Untersuchungen durchgeführt werden:
- physische Objekte,
- dreidimensional,
- Blech.
Die Maschine selbst kann verschiedene Arten haben und abhängig davon sein, welcher Typ von Brücke oder Tor-Typ es ist. Unabhängig davon, welche Ausrüstung wir wählen, ist es wert, sie zur Verbesserung unserer Produktion einzusetzen.