Tradycyjnie pomiary wykonuje się wizualnie za pomocą narzędzi ręcznych lub komparatorów optycznych. Narzędzia te są jednak czasochłonne i mają ograniczoną dokładność. Z drugiej strony współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM) wykorzystuje techniki przetwarzania współrzędnych do pomiaru wysokości, szerokości i głębokości części. Ponadto takie maszyny mogą automatycznie mierzyć cele, rejestrować dane pomiarowe i uzyskiwać pomiary GD&T. Jak używać współrzędnościowych maszyn pomiarowych, jak są skonstruowane i jakie są tego zalety? O tym piszemy poniżej!
Co to jest współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM)?
Współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM) to model kontaktowy wykorzystujący sondę dotykową, obiekt sferyczny do pomiaru lub model bezkontaktowy wykorzystujący inne metody, takie jak kamery i lasery. Niektóre modele przeznaczone dla przemysłu motoryzacyjnego mogą mierzyć nawet obiekty większe niż 10 m.
Współrzędnościowe maszyny pomiarowe – zalety
Jedną z zalet współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM) jest to, że może ona mierzyć elementy o wysokiej precyzji, które są trudne do zmierzenia za pomocą innych maszyn pomiarowych. Na przykład trudno jest zmierzyć współrzędne 3D określonego punktu (otworu itp.) z wirtualnego punktu startowego za pomocą narzędzi ręcznych, takich jak suwmiarki lub mikrometry. Ponadto pomiary przy użyciu punktów wirtualnych i linii wirtualnych oraz tolerancji geometrycznych są trudne do wykonania na innych maszynach pomiarowych, ale można je wykonywać na maszynach współrzędnościowych 3D.
Budowa współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM)
Poniżej przedstawiamy konstrukcję współrzędnościowej maszyny pomiarowej CMM:
Sterownik
Zazwyczaj większość maszyn współrzędnościowych to maszyny mostowe lub bramowe. Przyłóż kulisty punkt styku przymocowany do końcówki sondy do obiektu na platformie, wyznacz i zmierz wartości współrzędnych w trzech wymiarach (osi xyz. Sterownik służy głównie do pomiaru 3D form, takich jak części samochodowe i różne części mechaniczne, pomiaru 3D obiektów, takich jak prototypy, oraz pomiaru różnic z rysunkami.
Akcesoria współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM)
Współrzędnościowa maszyna pomiarowa posiada następujące akcesoria:
- Trzpień pomiarowy / końcówka sondy
- Trzpień pomiarowy maszyny współrzędnościowej o typie stykowym posiada średnicę kulistą. Końcówka sondy często zbudowana jest z twardych materiałów np. cyrkonu, czy rubniu.
Stół pomiarowy z granitu
W celu zapewnienia wysokiej precyzji pomiaru powierzchnię CMM stanowi zazwyczaj płyta wykonana z kamienia. Kamienna płyta górna zmienia się z czasem bardzo nieznacznie i nie jest łatwa do zarysowania, dzięki czemu ma tę zaletę, że zapewnia długotrwałe i stabilne użytkowanie.
Armatura
Jednym z najważniejszych narzędzi w pracy z maszyną współrzędnościową jest uchwyt służący do utrzymywania tarczy pomiarowej we właściwej pozycji. Jeśli jednostka pomiarowa jest zaciśnięta, nie będzie się poruszać podczas pracy maszyny współrzędnościowej, ponieważ ruch części może powodować błędy. Powszechnymi narzędziami są płytki montażowe, klipsy i magnesy.
Sprężarki i osuszacze powietrza
Mechaniczne maszyny współrzędnościowe wymagają sprężarki powietrza z osuszaczem. Można je znaleźć na standardowych maszynach współrzędnościowych mostowych lub bramowych.
Oprogramowanie współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM)
W chwili obecnej mamy do czynienia z dwoma rodzajami oprogramowania dla współrzędnościowych maszyn pomiarowych.
- Oprogramowanie dla naszych własnych maszyn pomiarowych, które opracowaliśmy niezależnie dla każdego producenta maszyn pomiarowych.
- Oprogramowanie opracowane przez firmę zewnętrzną, które może być używane przez urządzenia pomiarowe wielu producentów.
Jak używać współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM)
Poczekaj, aż tarcza pomiarowa przyzwyczai się do temperatury pokojowej (zwykle 68 °F) w laboratorium metrologicznym co najmniej 5 godzin przed wykonaniem pomiaru. Pozwoli to uniknąć błędów pomiarowych i rozbieżności spowodowanych rozszerzalnością cieplną. Pomiary są wykonywane poprzez ręczne skierowanie sondy w żądane miejsce pomiaru lub za pomocą komputera sterującego. CMM zarejestruje współrzędne X, Y, Z pozycji sondy. W miarę dalszego pobierania punktów oprogramowanie systemowe obliczy określone wymiary, takie jak:
- średnica,
- długość,
- kąt i inne krytyczne wymiary.
Kalibracja trzpienia pomiarowego (kalibracja sondy)
Aby rozpocząć dokładny pomiar, należy skalibrować igłę (końcówkę sondy), która styka się z przedmiotem, z dwóch powodów:
- Pierwszym z nich jest określenie współrzędnych środka rylca kulistego.
- Drugim jest ustawienie średnicy kulki igły.
Ustawiając średnicę, możesz ją obliczyć, przesuwając promień od punktu rzeczywistego kontaktu (poza kulą) do współrzędnych środka kuli.
Środki ostrożności przy obsłudze CMM
Podczas gdy niektóre modele mogą mierzyć z dokładnością do 0,1 μm, prawidłowe użytkowanie i obsługa mają kluczowe znaczenie dla dokładności pomiaru. Sprawdź, czy ruchome części poruszają się poziomo i pionowo podczas pracy. Powinieneś również użyć standardu pomiarowego lub podobnego, aby sprawdzić błędy odczytu. Aby uzyskać dokładne pomiary, ustaw temperaturę docelową w laboratorium metrologicznym na temperaturę pokojową. Alternatywnie parametry pomiaru muszą być ustawione tak, aby skorygować różnice temperatur. W przypadku sond dotykowych ważne jest, aby podczas pomiaru prędkość kontaktu między sondą a obiektem była stała.
Konserwacja i kalibracja maszyny CMM
Zwykłe maszyny współrzędnościowe wymagają regularnej konserwacji i inspekcji, aby móc w sposób ciągły wykonywać bardzo precyzyjne pomiary. Zwłaszcza w przypadku mostowych maszyn współrzędnościowych z mechanicznie napędzanymi częściami ślizgowymi wymagana jest regularna wymiana zużytych części, smarowanie i czyszczenie systemu w celu uzyskania optymalnej wydajności.
Pomiary na współrzędnościowej maszynie pomiarowej (CMM)
Współrzędne i wyrównanie Maszyny CMM zazwyczaj mają na obiekcie ustawiony układ współrzędnych urządzenia. Układ współrzędnych urządzenia jest definiowany przez urządzenie, na przykład oś porusza się poprzecznie jako oś X, a kierunek prostopadły do blatu stołu jest osią Z. Ponieważ fizyczne pozycjonowanie we współrzędnych maszyny jest trudne i niedokładne, układ współrzędnych roboczych jest wyrównany z płaszczyzną odniesienia lub linią odniesienia obiektu. Ten sposób wyrównania orientacji przedmiotu obrabianego z orientacją współrzędnych odniesienia nazywa się wyrównaniem.
Jak ustawić współrzędne?
Ustawienie roboczego układu współrzędnych wymaga trzech informacji:
- Pierwsza płaszczyzna to płaszczyzna odniesienia, a kierunek prostopadły do tej płaszczyzny to oś Z.
- Druga to linia odniesienia, zwykle oś X i oś Y w pionie. Linia prosta może być mierzona bezpośrednio od obiektu lub może to być linia prosta łącząca dwa różne punkty (np. dwa otwory). linia przerywana.
- Trzeci punkt to początek. Ten początek jest punktem 0 dla każdej wartości współrzędnych X, Y, Z.
Można również określić określony punkt (na przykład środek określonego otworu) jako początek lub wirtualny punkt (przecięcie), w którym przecinają się dwie linie.
Pomiar wymiarów i cech 3D
Zazwyczaj użytkownik wybiera cel pomiaru za pomocą menu oprogramowania i rozpoczyna pomiar. W przypadku stykowej współrzędnościowej maszyny pomiarowej, końcówka igły dotyka mierzonego przedmiotu i wyznacza punkt pomiarowy. Przedmioty są mierzone poprzez pomiar minimalnej liczby punktów pomiarowych określonych dla każdego przedmiotu. Jeśli liczba punktów pomiarowych jest większa, zwykle oblicza się ją metodą najmniejszych kwadratów. Oprócz płaszczyzn elementy pomiarowe obejmują:
- linie,
- punkty,
- okręgi,
- walce,
- stożki i kule.
Mierz rozmiar i kształt 3D, obliczając odległości i kąty między mierzonymi elementami.
Figury wirtualne (rzutowanie)
Niektóre elementy mają kształty trójwymiarowe, takie jak walce i stożki, podczas gdy inne nie mają kształtów trójwymiarowych, takich jak linie i okręgi. Elementy te są zwykle rzutowane na płaszczyznę (przemieszczane prostopadle do płaszczyzny), aby można je było prawidłowo zmierzyć. Rzutowana płaszczyzna nazywana jest płaszczyzną odniesienia lub płaszczyzną rzutowania.
Pomiar figur wirtualnych
Maszyny współrzędnościowe mogą również dokonywać pomiarów za pomocą wirtualnych linii i punktów. Wykorzystywane są różne przykłady wirtualnych brył, takie jak przecięcia linii, tolerancje płaszczyzn, przecięcia między płaszczyznami oraz okręgi między stożkami i płaszczyznami. Można powiedzieć, że pomiar za pomocą tych wirtualnych elementów, które trudno zmierzyć za pomocą narzędzi ręcznych, takich jak suwmiarki, jest unikalny dla pomiarów 3D.
Problemy współrzędnościowych maszyn pomiarowych (CMM)
Jak każdy sprzęt, tak i maszyny współrzędnościowe CMM mogą mieć swoje zalety i wady o których piszemy poniżej:
- Stabilność pomiarów – Prawidłowe ustawienie i wykonanie pomiarów wymaga specjalistycznej wiedzy i umiejętności. Wymagane jest utrzymanie odpowiedniej temperatury w komorze pomiarowej w celu ustabilizowania temperatury obiektu.
- Responsywność – Trudno jest obsłużyć częste zmiany produktu ze względu na potrzebę kalibracji za każdym razem, gdy zmieniane jest inne ustawienie sondy i kąt. Ze względu na konieczność posiadania komory pomiarowej trudno jest wykonywać częste pomiary podczas manipulacji przedmiotami.
- Koszty i wysiłek – Instalacja wymaga dużo miejsca, a ponadto trzeba zbudować laboratorium kontroli jakości, co jest niezwykle kosztowne. Koszt utrzymania środowiska pomiarowego i sprzętu pomiarowego może być zaporowy. Programowanie CMM zajmuje dużo czasu z wielu powodów. Czas potrzebny na wysłanie przedmiotu do laboratorium jakości, uzyskanie odpowiedniej temperatury przedmiotu, naprawienie, kalibrację każdej końcówki sondy i wykonanie pomiaru.
Optyczna maszyna współrzędnościowa
Optyczne maszyny współrzędnościowe to przenośne urządzenia zbliżeniowe. Te maszyny współrzędnościowe wykorzystują system bez ramienia z metodą triangulacji optycznej do skanowania i pomiaru obiektów w 3D. Dzięki zaawansowanej technologii przetwarzania obrazu optyczna maszyna współrzędnościowa jest bardzo szybka i gwarantuje dokładność na poziomie metrologicznym. Optyczne skanery trójwspółrzędne są szczególnie korzystne dla rozwoju Przemysłu 4.0. Chociaż optyczne maszyny współrzędnościowe są nieco mniej dokładne, nadal są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań. W rzeczywistości optyczne maszyny współrzędnościowe są używane w połączeniu z konwencjonalnymi maszynami współrzędnościowymi w celu wyeliminowania wąskich gardeł produkcyjnych. Dlatego części, które wymagają znacznego poziomu dokładności, są sprawdzane przy użyciu tradycyjnych maszyn współrzędnościowych. Wszystkie inne komponenty można oceniać za pomocą bardziej ekonomicznej optycznej maszyny współrzędnościowej, która zapewnia zadowalającą:
- dokładność,
- przenośność,
- elastyczność i szybkość.
Dzięki współrzędnościowym maszynom pomiarowym możemy precyzyjnie wykorzystać techniki przetwarzania współrzędnych do pomiaru wysokości, szerokości i głębokości części. To niezwykle istotne, gdyż dzięki temu działaniu nasz obrabiany materiał zostanie wykonany w sposób dokładny i precyzyjny.Ponadto takie maszyny mogą automatycznie mierzyć cele, rejestrować dane pomiarowe i uzyskiwać pomiary GD&T. Z tego powodu warto stosować powyższy sprzęt! Wspórzędnościowe maszyny pomiarowe dają zapewnienie jakości obróbki produktów. Dzięki nim mogą być badane:
- obiekty fizyczne,
- trójwymiarowe,
- blacha.
Sama maszyna może mieć różne rodzaje i być uzależniona od tego, jaki jest typ mostu, czy typ bramowy. Niezależnie od tego, który sprzęt wybierzemy, warto go wdrażać do polepszenia naszej produkcji.