Πλήρης οδηγός μηχανών και μετρήσεων CMM

Τι είναι μια μηχανή CMM;

Φανταστείτε μια μηχανή τύπου CNC ικανή να κάνει εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις με έναν εξαιρετικά αυτοματοποιημένο τρόπο. Αυτό κάνουν οι μηχανές CMM!

Το CMM σημαίνει «Μηχανή Μέτρησης Συντεταγμένων». Είναι ίσως οι απόλυτες συσκευές μέτρησης 3D όσον αφορά τον συνδυασμό συνολικής ευελιξίας, ακρίβειας και ταχύτητας.

Εφαρμογές Μηχανών Μέτρησης Συντεταγμένων

Οι μηχανές μέτρησης συντεταγμένων είναι πολύτιμες κάθε φορά που χρειάζεται να γίνουν ακριβείς μετρήσεις. Και όσο πιο σύνθετες ή πολυάριθμες είναι οι μετρήσεις, τόσο πιο πλεονεκτική είναι η χρήση ενός CMM.

Συνήθως, τα CMM χρησιμοποιούνται για επιθεώρηση και ποιοτικό έλεγχο. Δηλαδή, χρησιμοποιούνται για να επαληθεύσουν ότι το εξάρτημα πληροί τις απαιτήσεις και τις προδιαγραφές του σχεδιαστή.

Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για νααντίστροφος μηχανικόςυπάρχοντα εξαρτήματα κάνοντας ακριβείς μετρήσεις των χαρακτηριστικών τους.

Ποιος εφηύρε τις μηχανές CMM;

Οι πρώτες μηχανές CMM αναπτύχθηκαν από την εταιρεία Ferranti της Σκωτίας τη δεκαετία του 1950. Χρειάζονταν για ακριβείς μετρήσεις εξαρτημάτων στις αεροδιαστημικές και αμυντικές βιομηχανίες. Οι πρώτες μηχανές είχαν μόνο 2 άξονες κίνησης. Οι μηχανές 3 αξόνων εισήχθησαν τη δεκαετία του 1960 από την DEA της Ιταλίας. Ο έλεγχος μέσω υπολογιστή εμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και εισήχθη στο Σέφιλντ των ΗΠΑ.

Τύποι μηχανών CMM

Υπάρχουν πέντε τύποι μηχανών μέτρησης συντεταγμένων:

• Τύπος γέφυρας CMM: Σε αυτόν τον σχεδιασμό, τον πιο συνηθισμένο, η κεφαλή CMM τοποθετείται πάνω σε μια γέφυρα. Η μία πλευρά της γέφυρας τοποθετείται πάνω σε μια ράγα στην κλίνη και η άλλη στηρίζεται σε ένα μαξιλάρι αέρα ή με άλλη μέθοδο στην κλίνη χωρίς οδηγό.
• Πρόβολος CMM: Ο πρόβολος στηρίζει τη γέφυρα μόνο στη μία πλευρά.
• CMM γερανού: Ο γερανός χρησιμοποιεί μια ράγα οδηγό και στις δύο πλευρές, όπως ένα ρούτερ CNC. Αυτά είναι συνήθως τα μεγαλύτερα CMM, επομένως χρειάζονται επιπλέον στήριξη.
• Οριζόντιας Διάταξης CMM με Βραχίονα: Φανταστείτε μια πρόβολο, αλλά με ολόκληρη τη γέφυρα να κινείται πάνω και κάτω κατά μήκος του ενός βραχίονα και όχι στον άξονά της. Αυτά είναι τα λιγότερο ακριβή CMM, αλλά μπορούν να μετρήσουν μεγάλα και λεπτά εξαρτήματα, όπως αμαξώματα αυτοκινήτων.
• Φορητός βραχίονας τύπου CMM: Αυτά τα μηχανήματα χρησιμοποιούν βραχίονες με άρθρωση και συνήθως τοποθετούνται χειροκίνητα. Αντί να μετρούν απευθείας το XYZ, υπολογίζουν τις συντεταγμένες από την περιστροφική θέση κάθε άρθρωσης και το γνωστό μήκος μεταξύ των αρθρώσεων.

Κάθε μία έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ανάλογα με τους τύπους μετρήσεων που πρέπει να γίνουν. Αυτοί οι τύποι αναφέρονται στη δομή της μηχανής που χρησιμοποιείται για την τοποθέτησή της.καθετήραςσε σχέση με το μέρος που μετράται.

Ακολουθεί ένας χρήσιμος πίνακας για να κατανοήσετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα:

Οι αισθητήρες τοποθετούνται συνήθως σε 3 διαστάσεις – X, Y και Z. Ωστόσο, πιο εξελιγμένα μηχανήματα μπορούν επίσης να επιτρέψουν την αλλαγή της γωνίας των αισθητήρων, επιτρέποντας τη μέτρηση σε σημεία που διαφορετικά ο αισθητήρας δεν θα μπορούσε να φτάσει. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν περιστροφικά τραπέζια για τη βελτίωση της δυνατότητας προσέγγισης διαφόρων χαρακτηριστικών.

Τα CMM κατασκευάζονται συχνά από γρανίτη και αλουμίνιο και χρησιμοποιούν ρουλεμάν αέρα.

Ο αισθητήρας είναι ο αισθητήρας που καθορίζει πού βρίσκεται η επιφάνεια του εξαρτήματος όταν γίνεται μια μέτρηση.

Οι τύποι ανιχνευτών περιλαμβάνουν:

• Μηχανικός
• Οπτικός
• Λέιζερ
• Λευκό Φως

Οι μηχανές μέτρησης συντεταγμένων χρησιμοποιούνται με περίπου τρεις γενικούς τρόπους:

• Τμήματα Ποιοτικού Ελέγχου: Συνήθως φυλάσσονται σε καθαρούς χώρους με ελεγχόμενο κλίμα για μεγιστοποίηση της ακρίβειάς τους.
• Παράρτημα: Εδώ, οι μηχανές CMM βρίσκονται κάτω από τις μηχανές CNC, ώστε να διευκολύνεται η εκτέλεση επιθεωρήσεων ως μέρος ενός κελιού παραγωγής με ελάχιστη διαδρομή μεταξύ της CMM και του μηχανήματος όπου κατεργάζονται τα εξαρτήματα. Αυτό επιτρέπει τη διενέργεια μετρήσεων νωρίτερα και ενδεχομένως συχνότερα, γεγονός που οδηγεί σε εξοικονόμηση χρημάτων, καθώς τα σφάλματα εντοπίζονται νωρίτερα.
• Φορητά: Τα φορητά CMM είναι εύκολα στη μετακίνηση. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα εργοστάσιο ή ακόμα και να μεταφερθούν σε ένα χώρο απομακρυσμένο από την εγκατάσταση παραγωγής για τη μέτρηση εξαρτημάτων στο πεδίο.

Πόσο ακριβείς είναι οι μηχανές CMM (ακρίβεια CMM);

Η ακρίβεια των Μηχανών Μέτρησης Συντεταγμένων ποικίλλει. Γενικά, στοχεύουν στην ακρίβεια μικρομέτρου ή και καλύτερη. Αλλά δεν είναι τόσο εύκολο. Καταρχάς, το σφάλμα τους μπορεί να είναι συνάρτηση του μεγέθους, επομένως το σφάλμα μέτρησης ενός CMM μπορεί να καθοριστεί ως ένας σύντομος τύπος που περιλαμβάνει το μήκος της μέτρησης ως μεταβλητή.

Για παράδειγμα, το Global Classic CMM της Hexagon αναφέρεται ως ένα προσιτό CMM γενικής χρήσης και καθορίζει την ακρίβειά του ως εξής:

1,0 + L/300um

Αυτές οι μετρήσεις είναι σε μικρά και το L καθορίζεται σε mm. Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι προσπαθούμε να μετρήσουμε το μήκος ενός στοιχείου 10 mm. Ο τύπος θα ήταν 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 ή 1,03 μικρά.

Ένα μικρό είναι ένα χιλιοστό του χιλιοστού, που είναι περίπου 0,00003937 ίντσες. Έτσι, το σφάλμα κατά τη μέτρηση του μήκους των 10 χιλιοστών είναι 0,00103 χιλιοστά ή 0,00004055 ίντσες. Αυτό είναι λιγότερο από μισό δέκατο - αρκετά μικρό σφάλμα!

Από την άλλη πλευρά, θα πρέπει να έχουμε ακρίβεια 10 φορές μεγαλύτερη από αυτήν που προσπαθούμε να μετρήσουμε. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να εμπιστευτούμε αυτήν τη μέτρηση μόνο στο 10πλάσιο αυτής της τιμής ή 0,00005 ίντσες. Ακόμα ένα αρκετά μικρό σφάλμα.

Τα πράγματα γίνονται ακόμη πιο σκοτεινά για τις μετρήσεις CMM στο χώρο του καταστήματος. Εάν το CMM στεγάζεται σε ένα εργαστήριο επιθεώρησης με ελεγχόμενη θερμοκρασία, βοηθάει πολύ. Αλλά στο χώρο του καταστήματος, οι θερμοκρασίες μπορεί να διαφέρουν αρκετά. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους ένα CMM μπορεί να αντισταθμίσει τη διακύμανση της θερμοκρασίας, αλλά κανένας δεν είναι τέλειος.

Οι κατασκευαστές CMM συχνά καθορίζουν την ακρίβεια για μια ζώνη θερμοκρασίας και, σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10360-2 για την ακρίβεια CMM, μια τυπική ζώνη είναι 18-22°C (64-72°F). Αυτό είναι εξαιρετικό, εκτός αν η θερμοκρασία στο κατάστημά σας είναι 86°F το καλοκαίρι. Τότε δεν έχετε μια καλή προδιαγραφή για το σφάλμα.

Μερικοί κατασκευαστές θα σας δώσουν ένα σύνολο σκαλοπατιών ή ζωνών θερμοκρασίας με διαφορετικές προδιαγραφές ακρίβειας. Αλλά τι συμβαίνει εάν βρίσκεστε σε περισσότερα από ένα εύρη για την ίδια σειρά εξαρτημάτων σε διαφορετικές ώρες της ημέρας ή διαφορετικές ημέρες της εβδομάδας;

Αρχικά, πρέπει να δημιουργηθεί ένας προϋπολογισμός αβεβαιότητας που να επιτρέπει τις χειρότερες περιπτώσεις. Εάν αυτές οι χειρότερες περιπτώσεις οδηγήσουν σε απαράδεκτες ανοχές για τα εξαρτήματά σας, απαιτούνται περαιτέρω αλλαγές στη διαδικασία:

• Μπορείτε να περιορίσετε τη χρήση του CMM σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας, όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν σε πιο ευνοϊκά εύρη.
• Μπορείτε να επιλέξετε να επεξεργάζεστε μηχανικά μόνο εξαρτήματα ή χαρακτηριστικά χαμηλότερης ανοχής σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας.
• Τα καλύτερα CMM μπορεί να έχουν καλύτερες προδιαγραφές για το εύρος θερμοκρασιών σας. Μπορεί να αξίζουν τον κόπο, παρόλο που μπορεί να είναι πολύ πιο ακριβά.

Φυσικά, αυτά τα μέτρα θα επηρεάσουν αρνητικά την ικανότητά σας να προγραμματίζετε με ακρίβεια τις εργασίες σας. Ξαφνικά σκέφτεστε ότι ο καλύτερος κλιματισμός στο χώρο του καταστήματος μπορεί να είναι μια αξιόλογη επένδυση.

Μπορείτε να δείτε πώς όλο αυτό το θέμα με τις μετρήσεις γίνεται απίστευτα ιδιότροπο.

Το άλλο συστατικό που συμβαδίζει είναι ο τρόπος με τον οποίο καθορίζονται οι ανοχές που πρέπει να ελέγχονται από το CMM. Το χρυσό πρότυπο είναι η Γεωμετρική Διαστασιολόγηση και Ανοχές (GD&T). Δείτε το εισαγωγικό μας μάθημα για το GD&T για να μάθετε περισσότερα.

Λογισμικό CMM

Τα CMM χρησιμοποιούν διάφορα είδη λογισμικού. Το πρότυπο ονομάζεται DMIS, που σημαίνει Dimensional Measurement Interface Standard. Παρόλο που δεν είναι η κύρια διεπαφή λογισμικού για κάθε κατασκευαστή CMM, οι περισσότεροι από αυτούς τουλάχιστον την υποστηρίζουν.

Οι κατασκευαστές έχουν δημιουργήσει τις δικές τους μοναδικές γεύσεις για να προσθέσουν εργασίες μέτρησης που δεν υποστηρίζονται από το DMIS.

DMIS

Όπως αναφέρθηκε, το DMIS είναι το πρότυπο, αλλά όπως και ο κώδικας g του CNC, υπάρχουν πολλές διάλεκτοι, όπως:

• PC-DMIS: Έκδοση Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

Το MCOSTMOS είναι το λογισμικό CMM της Nikon.

Είδος χορού των δυτικών ινδίων

Το Calypso είναι ένα λογισμικό CMM της Zeiss.

Λογισμικό CMM και CAD/CAM

Πώς σχετίζεται το Λογισμικό και ο Προγραμματισμός CMM με το Λογισμικό CAD/CAM;

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μορφές αρχείων CAD, επομένως ελέγξτε με ποιες είναι συμβατό το Λογισμικό CMM σας. Η απόλυτη ενσωμάτωση ονομάζεται Ορισμός Βασισμένου σε Μοντέλο (MBD). Με το MBD, το ίδιο το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή διαστάσεων για το CMM.

Το MDB είναι αρκετά πρωτοποριακό, επομένως δεν χρησιμοποιείται ακόμη στις περισσότερες περιπτώσεις.

Αισθητήρες, εξαρτήματα και αξεσουάρ CMM

Αισθητήρες CMM

Διατίθεται μια ποικιλία τύπων και σχημάτων ανιχνευτών για να διευκολύνει πολλές διαφορετικές εφαρμογές.

CMM Fixtures

Τα εξαρτήματα εξοικονομούν χρόνο κατά τη φόρτωση και εκφόρτωση εξαρτημάτων σε ένα CMM, όπως ακριβώς σε ένα μηχάνημα CNC. Μπορείτε ακόμη και να προμηθευτείτε CMM που διαθέτουν αυτόματους φορτωτές παλετών για μεγιστοποίηση της απόδοσης.

Τιμή μηχανής CMM

Οι νέες μηχανές μέτρησης συντεταγμένων ξεκινούν από 20.000 έως 30.000 δολάρια και φτάνουν έως και πάνω από 1 εκατομμύριο δολάρια.

Θέσεις εργασίας σχετικές με CMM σε μηχανουργείο

Διευθυντής CMM

Προγραμματιστής CMM

Χειριστής CMM