Wat ass eng Koordinatenmiessmaschinn?

AKoordinatenmessmaschinn(CMM) ass en Apparat, deen d'Geometrie vu physikaleschen Objeten moosst, andeems en diskret Punkten op der Uewerfläch vum Objet mat enger Sond erkennt. Verschidden Aarte vu Sonden ginn a CMMs benotzt, dorënner mechanesch, optesch, Laser a wäisst Liicht. Ofhängeg vun der Maschinn kann d'Positioun vun der Sond manuell vun engem Bedreiwer kontrolléiert ginn oder si kann computergesteiert ginn. CMMs spezifizéieren typescherweis d'Positioun vun enger Sond a Bezuch op hir Verrécklung vun enger Referenzpositioun an engem dräidimensionalen kartesesche Koordinatesystem (dh mat XYZ-Achsen). Nieft der Beweegung vun der Sond laanscht d'X-, Y- an Z-Achsen erlaben vill Maschinnen och d'Kontroll vum Sondwénkel, fir d'Miessung vun Uewerflächen z'erméiglechen, déi soss net erreechbar wieren.

Déi typesch 3D-"Bréck"-CMM erlaabt d'Beweegung vun der Sond laanscht dräi Achsen, X, Y an Z, déi an engem dräidimensionale kartesesche Koordinatesystem orthogonal zueneen sinn. All Achs huet e Sensor, deen d'Positioun vun der Sond op där Achs iwwerwaacht, typescherweis mat Mikrometerpräzisioun. Wann d'Sond eng spezifesch Plaz um Objet beréiert (oder soss detektéiert), hëlt d'Maschinn déi dräi Positiounssensoren of a moosst domat d'Positioun vun engem Punkt op der Uewerfläch vum Objet, souwéi den dräidimensionale Vektor vun der duerchgefouerter Miessung. Dëse Prozess gëtt no Bedarf widderholl, andeems d'Sond all Kéier beweegt gëtt, fir eng "Punktwollek" ze produzéieren, déi d'Uewerfläche vun Interesse beschreift.

Eng heefeg Notzung vu CMMs ass a Fabrikatiouns- a Montageprozesser fir en Deel oder eng Baugrupp géint d'Designabsicht ze testen. An esou Uwendungen ginn Punktwolleken generéiert, déi iwwer Regressiounsalgorithmen fir d'Konstruktioun vu Features analyséiert ginn. Dës Punkte ginn duerch eng Sonde gesammelt, déi manuell vun engem Bedreiwer oder automatesch iwwer Direct Computer Control (DCC) positionéiert gëtt. DCC CMMs kënne programméiert ginn fir identesch Deeler widderholl ze moossen; dofir ass en automatiséierte CMM eng spezialiséiert Form vun engem Industrieroboter.

Deeler

Koordinatenmiessmaschinne bestinn aus dräi Haaptkomponenten:

• Déi Haaptstruktur, déi dräi Bewegungsachsen ëmfaasst. D'Material, dat fir de Bau vum bewegende Frame benotzt gëtt, huet sech iwwer d'Jore variéiert. Granit a Stol goufen an den fréie CMM'en benotzt. Haut bauen all grouss CMM-Hiersteller Rahmen aus Aluminiumlegierung oder engem Derivat a benotzen och Keramik fir d'Steifheet vun der Z-Achs fir Scanapplikatiounen ze erhéijen. Wéineg CMM-Bauer produzéieren haut nach ëmmer Granit-CMM'en wéinst dem Maartbedarf no enger verbesserter Metrologiedynamik an dem wuessenden Trend, CMM'en ausserhalb vum Qualitéitslaboratoire z'installéieren. Typesch produzéieren nëmme CMM-Bauer a klenge Volumen an inlännesch Hiersteller a China an Indien nach ëmmer Granit-CMM'en wéinst dem Low-Tech-Usaz an dem einfache Wee fir e CMM-Framebauer ze ginn. Den wuessenden Trend zum Scannen erfuerdert och, datt d'Z-Achs vun der CMM méi steif ass, an nei Materialien, wéi Keramik a Siliziumcarbid, goufen agefouert.
• Sondesystem
• Datenerfassungs- a Reduktiounssystem — ëmfaasst typescherweis e Maschinnecontroller, en Desktopcomputer an eng Applikatiounssoftware.

Disponibilitéit

Dës Maschinne kënne fräistehend, handheld a portabel sinn.

Genauegkeet

D'Genauegkeet vu Koordinatenmiessmaschinne gëtt typescherweis als Onsécherheetsfaktor als Funktioun iwwer d'Distanz uginn. Fir eng CMM mat engem Touchsonde bezitt sech dëst op d'Widderhuelbarkeet vun der Sonde an d'Genauegkeet vun de lineare Skalen. Typesch Sondewidderhuelbarkeet kann zu Miessunge bannent 0,001 mm oder 0,00005 Zoll (en hallwen Zéngtel) iwwer dat ganzt Miessvolumen féieren. Fir 3-, 3+2- an 5-Achsmaschinne ginn d'Sonden routineméisseg mat nofolgbare Standarden kalibréiert an d'Maschinnebewegung gëtt mat Moossinstrumenter verifizéiert fir d'Genauegkeet ze garantéieren.

Spezifesch Deeler

Maschinnekierper

Déi éischt CMM gouf vun der Ferranti Company aus Schottland an den 1950er Joren entwéckelt als Resultat vun engem direkten Besoin fir Präzisiounskomponenten an hire Militärprodukter ze moossen, obwuel dës Maschinn nëmmen 2 Achsen hat. Déi éischt 3-Achs Modeller hunn an den 1960er Joren ugefaangen ze erschéngen (DEA aus Italien) an d'Computersteierung huet an den fréien 1970er Joren hiren Debut gemaach, awer déi éischt funktionéierend CMM gouf entwéckelt a vu Browne & Sharpe zu Melbourne, England, verkaaft. (Leitz Däitschland huet duerno eng fix Maschinnstruktur mat engem beweeglechen Dësch produzéiert.)

A modernen Maschinnen huet den Iwwerbau vum Portal-Typ zwee Been a gëtt dacks Bréck genannt. Dës beweegt sech fräi laanscht den Granitdësch, woubäi ee Been (dacks als bannenzegt Been bezeechent) enger Führungsschinn folgt, déi un enger Säit vum Granitdësch befestegt ass. Dat géigeniwwerlecht Been (dacks baussenzegt Been) läit einfach um Granitdësch a follegt der vertikaler Uewerflächenkontur. Loftlager sinn déi gewielte Method fir eng reibungsfräi Bewegung ze garantéieren. Dobäi gëtt kompriméiert Loft duerch eng Serie vu ganz klenge Lächer an enger flaacher Lagerfläch gezwongen, fir e glaten, awer kontrolléierten Loftkëssen ze bilden, op deem de CMM sech bal reibungslos beweege kann, wat duerch Software kompenséiert ka ginn. D'Bewegung vun der Bréck oder dem Portal laanscht den Granitdësch bilt eng Achs vun der XY-Fläch. D'Bréck vum Portal enthält e Schiff, deen tëscht dem bannenzegen an dem baussenzege Been beweegt an déi aner X- oder Y-horizontalachs bilt. Déi drëtt Bewegungsachs (Z-Achs) gëtt duerch d'Zousätz vun enger vertikaler Fieder oder Spindel geliwwert, déi sech duerch d'Mëtt vum Schiff erop an erof beweegt. De Touchsonde bilt d'Sensoren um Enn vun der Fieder. D'Bewegung vun den X-, Y- an Z-Achsen beschreift vollstänneg den Ëmfang vun der Miessung. Optional Drehdëscher kënne benotzt ginn, fir d'Zougänglechkeet vun der Miessprobe op komplizéiert Werkstécker ze verbesseren. Den Drehdësch als véiert Undriffsachs verbessert d'Miessdimensiounen net, déi 3D bleiwen, awer bitt e gewësse Grad u Flexibilitéit. E puer Touchproben sinn selwer ugedriwwen Drehgeräter, woubei d'Probespëtz vertikal ëm méi wéi 180 Grad an eng voll 360-Grad-Rotatioun dréie kann.

CMMs sinn elo och a verschiddenen anere Formen verfügbar. Dozou gehéieren CMM-Äerm, déi Winkelmiessunge vun de Gelenker vum Aarm benotzen, fir d'Positioun vun der Stylusspëtz ze berechnen, a kënnen mat Sonden fir Laserscannen an optesch Bildgebung ausgestatt ginn. Sou Aarm-CMMs ginn dacks benotzt, wou hir Portabilitéit e Virdeel géintiwwer traditionelle Festbett-CMMs ass - andeems se gemoossene Plazen späicheren, erlaabt d'Programméierungssoftware och, de Miessarm selwer a säi Miessvolumen ronderëm den ze moossenen Deel während enger Miessroutine ze beweegen. Well CMM-Äerm d'Flexibilitéit vun engem mënschlechen Aarm imitéieren, kënne se och dacks d'Innere vu komplexen Deeler erreechen, déi net mat enger Standard-Dräiachsmaschinn ofgetastet kënne ginn.

Mechanesch Sond

An den Ufankszäiten vun der Koordinatenmiessung (CMM) goufen mechanesch Sonden an eng speziell Halterung um Enn vun der Fieder agebaut. Eng ganz üblech Sonde gouf hiergestallt andeems eng haart Kugel um Enn vun enger Well geléit gouf. Dëst war ideal fir eng ganz Rei vu flaache Flächen, zylindresch oder sphäresch Flächen ze moossen. Aner Sonden goufen a spezifesch Formen geschliffen, zum Beispill e Quadrant, fir d'Miessung vu spezielle Charakteristiken z'erméiglechen. Dës Sonden goufen kierperlech géint d'Werkstéck gehalen, woubäi d'Positioun am Raum vun engem 3-Achs digitalen Ausleser (DRO) gelies gouf oder, a méi fortgeschrattene Systemer, mat engem Foussschalter oder engem ähnlechen Apparat an engem Computer geloggt gouf. Miessunge mat dëser Kontaktmethod waren dacks onzouverlässeg, well d'Maschinne manuell beweegt goufen an all Maschinnebetreiber ënnerschiddlech Drock op d'Sond ausgeübt huet oder ënnerschiddlech Technike fir d'Miessung benotzt huet.

Eng weider Entwécklung war d'Zousätzlech vu Motoren fir all Achs unzedreiwen. D'Betreiber missten d'Maschinn net méi kierperlech beréieren, mä konnten all Achs mat enger Handbox mat Joysticks undreiwen, ähnlech wéi bei modernen ferngesteierten Autoen. D'Miessgenauegkeet an d'Prezisioun hunn sech dramatesch mat der Erfindung vun der elektronescher Touch-Trigger-Sond verbessert. De Pionéier vun dësem neie Sondgerät war den David McMurtry, deen duerno déi haiteg Renishaw plc gegrënnt huet. Och wann et nach ëmmer e Kontaktgerät war, hat d'Sond e federbelaaschten Stylus mat Stolkugel (spéider Rubinkugel). Wéi d'Sond d'Uewerfläch vum Baudeel beréiert huet, huet sech de Stylus ofgelenkt an gläichzäiteg d'X-, Y-, Z-Koordinateninformatioun un de Computer geschéckt. Miessfeeler, déi vun eenzelnen Betreiber verursaacht goufen, goufen manner an d'Bühn war bereet fir d'Aféierung vun CNC-Betriber an d'Erëffnung vun de CMMs.

Optesch Sonden sinn Lënsen-CCD-Systemer, déi wéi déi mechanesch beweegt ginn a sech op de Punkt vum Interesse ausriichten, anstatt d'Material ze beréieren. Dat opgeholl Bild vun der Uewerfläch gëtt an de Grenze vun engem Miessfenster agespaart, bis de Rescht ausreechend ass fir de Kontrast tëscht schwaarzen a wäissen Zonen ze erstellen. D'Trennkurv kann op e Punkt berechent ginn, deen de gewënschte Miesspunkt am Raum ass. Déi horizontal Informatioun um CCD ass 2D (XY) an déi vertikal Positioun ass d'Positioun vum komplette Sondesystem um Stativ Z-Drive (oder engem anere Komponent vum Apparat).

Scannend Sondesystemer

Et gëtt méi nei Modeller mat Sonden, déi sech a spezifizéierten Intervaller laanscht d'Uewerfläch vun den Deeler zéien, déi als Scansonden bekannt sinn. Dës Method vun der CMM-Inspektioun ass dacks méi genee wéi déi konventionell Touch-Probe-Method a meeschtens och méi séier.

Déi nächst Generatioun vum Scannen, bekannt als kontaktlos Scannen, déi High-Speed-Laser-Eenzelpunkt-Trianguléierung, Laser-Linn-Scanning a Wäissliicht-Scanning ëmfaasst, entwéckelt sech ganz séier. Dës Method benotzt entweder Laserstralen oder wäisst Liicht, dat géint d'Uewerfläch vum Deel projetéiert gëtt. Vill Dausende vu Punkte kënnen dann opgeholl a benotzt ginn, net nëmme fir d'Gréisst an d'Positioun ze kontrolléieren, mä och fir en 3D-Bild vum Deel ze kreéieren. Dës "Punktwollekendaten" kënnen dann an eng CAD-Software transferéiert ginn, fir en funktionéierend 3D-Modell vum Deel ze kreéieren. Dës optesch Scanner ginn dacks op mëllen oder empfindlechen Deeler benotzt oder fir Reverse Engineering ze erliichteren.

Mikrometrologiesonden

Sondesystemer fir Metrologieapplikatiounen op Mikroskala sinn en anere Schwéierpunkt. Et gëtt verschidde kommerziell verfügbar Koordinatenmiessmaschinnen (CMM), déi eng Mikrosonde am System integréiert hunn, verschidde Spezialsystemer a Regierungslaboratoiren, an eng Onmass vun Universitéiten, déi Metrologieplattforme fir Mikroskala-Metrologie gebaut hunn. Och wann dës Maschinne gutt a ville Fäll exzellent Metrologieplattforme mat nanometresche Skalen sinn, ass hir primär Limitatioun eng zouverléisseg, robust a fäeg Mikro-/Nano-Sond.^{[Zitatioun néideg]}Zu den Erausfuerderunge fir Mikroskala-Sondetechnologien gehéieren de Besoin fir eng Sonde mat engem héijen Aspektverhältnis, déi d'Méiglechkeet gëtt, op déif, schmuel Strukturen mat geréngen Kontaktkräften zouzegräifen, fir d'Uewerfläch net ze beschiedegen, an eng héich Präzisioun (Nanometerniveau).^{[Zitatioun néideg]}Zousätzlech si Mikroskala-Sonden ufälleg fir Ëmweltbedingungen wéi Fiichtegkeet an Uewerflächeninteraktiounen wéi Stiktioun (verursaacht duerch Adhäsioun, Meniskus an/oder Van der Waals Kräften ënner anerem).^{[Zitatioun néideg]}

Technologien fir Mikroskala-Sonden z'erreechen enthalen ënner anerem verklengert Versioune vu klassesche CMM-Sonden, optesch Sonden an eng Standwelle-Sond. Aktuell optesch Technologien kënnen awer net kleng genuch skaléiert ginn, fir déif, schmuel Strukturen ze moossen, an d'optesch Opléisung ass duerch d'Wellenlängt vum Liicht limitéiert. Röntgenbildgebung liwwert e Bild vum Strukturen, awer keng noverfollegbar metrologesch Informatiounen.

Physikalesch Prinzipien

Optesch Sonden an/oder Lasersonden kënne benotzt ginn (wann et méiglech ass a Kombinatioun), déi CMMen a Miessmikroskope oder Multisensor-Miessmaschinne verwandelen. Fringeprojektiounssystemer, Theodolit-Trianguléierungssystemer oder Laser-Distanz- an Trianguléierungssystemer ginn net Miessmaschinne genannt, awer d'Miessresultat ass datselwecht: e Raumpunkt. Lasersonden gi benotzt fir den Ofstand tëscht der Uewerfläch an dem Referenzpunkt um Enn vun der kinematescher Kette (dh: Enn vun der Z-Drive-Komponent) ze detektéieren. Dëst kann eng interferometresch Funktioun, Fokusvariatioun, Liichtoflenkung oder e Strahlschattprinzip benotzen.

Portable Koordinatenmiessmaschinnen

Während traditionell CMMen eng Sonde benotzen, déi sech op dräi kartesesch Achsen beweegt, fir d'physikalesch Charakteristike vun engem Objet ze moossen, benotzen portabel CMMen entweder artikuléiert Äerm oder, am Fall vun opteschen CMMen, aarmfräi Scansystemer, déi optesch Trianguléierungsmethoden benotzen an eng total Bewegungsfräiheet ronderëm den Objet erméiglechen.

Portabel CMMs mat Gelenkarm hunn sechs oder siwen Achsen, déi mat Rotatiounsencoderen ausgestatt sinn, amplaz vu linearen Achsen. Portabel Äerm si liicht (typesch manner wéi 20 Pond) a kënne bal iwwerall gedroe ginn a benotzt ginn. Optesch CMMs ginn awer ëmmer méi an der Industrie benotzt. Entworf mat kompakten linearen oder Matrix-Array-Kameraen (wéi de Microsoft Kinect), si si méi kleng wéi portabel CMMs mat Äerm, hunn keng Drot a erméiglechen et de Benotzer, einfach 3D-Miessunge vun all Zorte vun Objeten ze maachen, déi bal iwwerall sinn.

Bestëmmt net-repetitiv Uwendungen, wéi Reverse Engineering, Rapid Prototyping a grouss Inspektioun vun Deeler vun alle Gréissten, si ideal fir portabel CMMs. D'Virdeeler vu portable CMMs si villfälteg. D'Benotzer hunn d'Flexibilitéit fir 3D-Miessunge vun allen Zorte vun Deeler an op de wäitste/schwieregste Plazen ze maachen. Si si einfach ze benotzen a brauchen keng kontrolléiert Ëmwelt fir korrekt Miessunge ze maachen. Ausserdeem kaschten portabel CMMs meeschtens manner wéi traditionell CMMs.

Den inherenten Nodeel vu portable CMMs ass de manuelle Betrib (si brauchen ëmmer e Mënsch fir se ze benotzen). Zousätzlech kann hir allgemeng Genauegkeet e bësse manner genee sinn wéi déi vun engem Bréck-Typ CMM a si manner gëeegent fir verschidden Uwendungen.

Multisensor-Miessmaschinnen

Traditionell CMM-Technologie mat Touchsonden gëtt haut dacks mat anere Miesstechnologien kombinéiert. Dozou gehéieren Laser-, Video- oder Wäissliichtsensoren, fir déi sougenannt Multisensormiessung ze erméiglechen.