Beth yw peiriant mesur cydlynu?

ACydlynu peiriant mesurMae (CMM) yn ddyfais sy'n mesur geometreg gwrthrychau corfforol trwy synhwyro pwyntiau arwahanol ar wyneb y gwrthrych gyda stiliwr. Defnyddir gwahanol fathau o stilwyr mewn CMMs, gan gynnwys golau mecanyddol, optegol, laser a gwyn. Yn dibynnu ar y peiriant, gall gweithredwr reoli safle'r stiliwr â llaw neu gellir ei reoli gan gyfrifiadur. Mae CMMs fel arfer yn nodi safle stiliwr o ran ei ddadleoli o safle cyfeirio mewn system gydlynu Cartesaidd tri dimensiwn (hy, gydag echelinau XYZ). Yn ogystal â symud y stiliwr ar hyd yr echelinau X, Y, a Z, mae llawer o beiriannau hefyd yn caniatáu i ongl y stiliwr gael ei reoli i ganiatáu mesur arwynebau a fyddai fel arall yn anghyraeddadwy.

Mae'r CMM “Bridge” 3D nodweddiadol yn caniatáu symud stiliwr ar hyd tair echel, X, Y a Z, sy'n orthogonal i'w gilydd mewn system gydlynu Cartesaidd tri dimensiwn. Mae gan bob echel synhwyrydd sy'n monitro lleoliad y stiliwr ar yr echel honno, yn nodweddiadol â manwl gywirdeb micromedr. Pan fydd y stiliwr yn cysylltu (neu'n canfod fel arall) lleoliad penodol ar y gwrthrych, mae'r peiriant yn samplu'r tri synhwyrydd safle, gan fesur lleoliad un pwynt ar wyneb y gwrthrych, yn ogystal â fector 3 dimensiwn y mesuriad a gymerwyd. Mae'r broses hon yn cael ei hailadrodd yn ôl yr angen, gan symud y stiliwr bob tro, i gynhyrchu “cwmwl pwynt” sy'n disgrifio'r arwynebedd o ddiddordeb.

Defnydd cyffredin o CMMs yw mewn prosesau gweithgynhyrchu a chydosod i brofi rhan neu gynulliad yn erbyn y bwriad dylunio. Mewn cymwysiadau o'r fath, cynhyrchir cymylau pwynt sy'n cael eu dadansoddi trwy algorithmau atchweliad ar gyfer adeiladu nodweddion. Cesglir y pwyntiau hyn trwy ddefnyddio stiliwr sydd wedi'i leoli â llaw gan weithredwr neu'n awtomatig trwy reolaeth gyfrifiadurol uniongyrchol (DCC). Gellir rhaglennu CMMs DCC i fesur rhannau union yr un fath dro ar ôl tro; Felly mae CMM awtomataidd yn fath arbenigol o robot diwydiannol.

Rhannau

Mae peiriannau mesur cydgysylltu yn cynnwys tair prif gydran:

• Y prif strwythur sy'n cynnwys tair echel o gynnig. Mae'r deunydd a ddefnyddir i adeiladu'r ffrâm symudol wedi amrywio dros y blynyddoedd. Defnyddiwyd gwenithfaen a dur yn gynnar yn y CMM's. Heddiw mae'r holl brif wneuthurwyr CMM yn adeiladu fframiau o aloi alwminiwm neu ryw ddeilliad a hefyd yn defnyddio cerameg i gynyddu stiffrwydd yr echel z ar gyfer sganio ceisiadau. Ychydig o adeiladwyr CMM heddiw sy'n dal i gynhyrchu ffrâm gwenithfaen CMM oherwydd gofyniad y farchnad ar gyfer gwell dynameg metroleg a thuedd gynyddol i osod CMM y tu allan i'r labordy ansawdd. Yn nodweddiadol dim ond adeiladwyr CMM cyfaint isel a gweithgynhyrchwyr domestig yn Tsieina ac India sy'n dal i weithgynhyrchu Gwenithfaen CMM oherwydd dull technoleg isel a mynediad hawdd i ddod yn adeiladwr ffrâm CMM. Mae'r duedd gynyddol tuag at sganio hefyd yn ei gwneud yn ofynnol i echel CMM Z fod yn fwy styfnig a chyflwynwyd deunyddiau newydd fel carbid cerameg a silicon.
• System Treiddio
• System Casglu a Lleihau Data - Yn nodweddiadol yn cynnwys rheolydd peiriant, cyfrifiadur bwrdd gwaith a meddalwedd cymhwysiad.

Argaeledd

Gall y peiriannau hyn fod yn annibynnol, yn llaw ac yn gludadwy.

Nghywirdeb

Yn nodweddiadol, rhoddir cywirdeb peiriannau mesur cyfesurynnau fel ffactor ansicrwydd fel swyddogaeth dros bellter. Ar gyfer CMM gan ddefnyddio stiliwr cyffwrdd, mae hyn yn ymwneud ag ailadroddadwyedd y stiliwr a chywirdeb y graddfeydd llinol. Gall ailadroddadwyedd stiliwr nodweddiadol arwain at fesuriadau o fewn .001mm neu .00005 modfedd (hanner degfed) dros y cyfaint mesur cyfan. Ar gyfer 3, 3+2, a 5 peiriant echelin, mae stilwyr yn cael eu graddnodi fel mater o drefn gan ddefnyddio safonau y gellir eu holrhain ac mae'r symudiad peiriant yn cael ei wirio gan ddefnyddio mesuryddion i sicrhau cywirdeb.

Rhannau penodol

Pheiriant

Datblygwyd y CMM cyntaf gan Gwmni Ferranti yr Alban yn y 1950au o ganlyniad i angen uniongyrchol i fesur cydrannau manwl yn eu cynhyrchion milwrol, er mai dim ond 2 echel oedd gan y peiriant hwn. Dechreuodd y modelau 3-echel cyntaf ymddangos yn y 1960au (DEA yr Eidal) a rheolaeth gyfrifiadurol yn gynnar yn y 1970au ond datblygwyd y CMM gweithio cyntaf a'i roi ar werth gan Browne & Sharpe ym Melbourne, Lloegr. (Yn dilyn hynny, cynhyrchodd Leitz yr Almaen strwythur peiriant sefydlog gyda bwrdd symudol.

Mewn peiriannau modern, mae dwy goes yn yr uwch-strwythur math gantry ac fe'i gelwir yn aml yn bont. Mae hyn yn symud yn rhydd ar hyd y bwrdd gwenithfaen gydag un goes (y cyfeirir ato'n aml fel y goes y tu mewn) yn dilyn rheilffordd ganllaw sydd ynghlwm wrth un ochr i'r bwrdd gwenithfaen. Mae'r goes gyferbyn (yn aml y tu allan i'r goes) yn syml yn gorwedd ar y bwrdd gwenithfaen yn dilyn cyfuchlin yr wyneb fertigol. Bearings aer yw'r dull a ddewiswyd ar gyfer sicrhau teithio heb ffrithiant. Yn y rhain, mae aer cywasgedig yn cael ei orfodi trwy gyfres o dyllau bach iawn mewn arwyneb dwyn gwastad i ddarparu clustog aer llyfn ond rheoledig y gall y CMM symud mewn modd bron yn ddi -ffrithiant y gellir gwneud iawn amdano trwy feddalwedd. Mae symudiad y bont neu'r gantri ar hyd y bwrdd gwenithfaen yn ffurfio un echel o'r awyren XY. Mae pont y gantri yn cynnwys cerbyd sy'n croesi rhwng y coesau y tu mewn a'r tu allan ac yn ffurfio'r echel lorweddol X neu Y arall. Darperir y drydedd echel symud (echel z) trwy ychwanegu cwilsyn fertigol neu werthyd sy'n symud i fyny ac i lawr trwy ganol y cerbyd. Mae'r stiliwr cyffwrdd yn ffurfio'r ddyfais synhwyro ar ddiwedd y cwilsyn. Mae symudiad yr echelinau x, y a z yn disgrifio'r amlen fesur yn llawn. Gellir defnyddio tablau cylchdro dewisol i wella agosatrwydd y stiliwr mesur i workpieces cymhleth. Nid yw'r tabl cylchdro fel pedwerydd echel gyriant yn gwella'r dimensiynau mesur, sy'n aros yn 3D, ond mae'n darparu rhywfaint o hyblygrwydd. Mae rhai stilwyr cyffwrdd eu hunain yn ddyfeisiau cylchdro wedi'u pweru gyda'r domen stiliwr yn gallu troi yn fertigol trwy fwy na 180 gradd a thrwy gylchdro 360 gradd llawn.

Mae CMMs bellach ar gael hefyd mewn amrywiaeth o ffurfiau eraill. Mae'r rhain yn cynnwys breichiau CMM sy'n defnyddio mesuriadau onglog a gymerwyd wrth gymalau'r fraich i gyfrifo lleoliad y domen stylus, a gellir eu gwisgo â stilwyr ar gyfer sganio laser a delweddu optegol. Defnyddir CMMs ARM o'r fath yn aml lle mae eu cludadwyedd yn fantais dros CMMs gwely sefydlog traddodiadol- trwy storio lleoliadau wedi'u mesur, mae meddalwedd rhaglennu hefyd yn caniatáu symud y fraich fesur ei hun, a'i gyfaint mesur, o amgylch y rhan i'w fesur yn ystod trefn fesur. Oherwydd bod breichiau CMM yn dynwared hyblygrwydd braich ddynol maent hefyd yn aml yn gallu cyrraedd y tu mewn i rannau cymhleth na ellid eu profi gan ddefnyddio peiriant tair echel safonol.

Stiliwr mecanyddol

Yn nyddiau cynnar mesur cydgysylltiad (CMM), gosodwyd stilwyr mecanyddol mewn deiliad arbennig ar ddiwedd y cwilsyn. Gwnaed stiliwr cyffredin iawn trwy sodro pêl galed i ddiwedd siafft. Roedd hyn yn ddelfrydol ar gyfer mesur ystod eang o wynebau gwastad, arwynebau silindrog neu sfferig. Roedd stilwyr eraill yn cael eu seilio ar siapiau penodol, er enghraifft cwadrant, er mwyn galluogi mesur nodweddion arbennig. Roedd y stilwyr hyn yn cael eu dal yn gorfforol yn erbyn y darn gwaith gyda'r safle yn y gofod yn cael ei ddarllen o ddarlleniad digidol 3-echel (DRO) neu, mewn systemau mwy datblygedig, cael eu mewngofnodi i gyfrifiadur trwy drechu troed neu ddyfais debyg. Roedd y mesuriadau a gymerwyd gan y dull cyswllt hwn yn aml yn annibynadwy wrth i beiriannau gael eu symud â llaw a chymhwysodd pob gweithredwr peiriant wahanol symiau o bwysau ar y stiliwr neu fabwysiadu technegau gwahanol ar gyfer y mesuriad.

Datblygiad pellach oedd ychwanegu moduron ar gyfer gyrru pob echel. Nid oedd yn rhaid i weithredwyr gyffwrdd â'r peiriant yn gorfforol mwyach ond gallent yrru pob echel gan ddefnyddio blwch llaw gyda ffyn llawenydd yn yr un ffordd fwy neu lai â cheir modern a reolir o bell. Gwellodd cywirdeb mesur a manwl gywirdeb yn ddramatig wrth ddyfeisio'r stiliwr sbardun cyffwrdd electronig. Arloeswr y ddyfais stiliwr newydd hon oedd David McMurtry a ffurfiodd wedi hynny yr hyn sydd bellach yn Renishaw Plc. Er ei fod yn dal i fod yn ddyfais gyswllt, roedd gan y stiliwr stylus pêl ddur wedi'i llwytho yn y gwanwyn (pêl ruby ​​yn ddiweddarach). Wrth i'r stiliwr gyffwrdd ag wyneb y gydran fe wnaeth y stylus gwyro ac anfon y wybodaeth X, Y, Z ar yr un pryd i'r cyfrifiadur. Daeth gwallau mesur a achoswyd gan weithredwyr unigol yn llai a gosodwyd y llwyfan ar gyfer cyflwyno gweithrediadau CNC a dod i oed CMMS.

Mae stilwyr optegol yn systemau lens-CCD, sy'n cael eu symud fel y rhai mecanyddol, ac wedi'u hanelu at y pwynt diddordeb, yn lle cyffwrdd â'r deunydd. Bydd y ddelwedd a ddaliwyd o'r wyneb wedi'i hamgáu ar ffiniau ffenestr fesur, nes bod y gweddillion yn ddigonol i gyferbynnu rhwng parthau du a gwyn. Gellir cyfrifo'r gromlin rannu i bwynt, sef y pwynt mesur eisiau yn y gofod. Y wybodaeth lorweddol ar y CCD yw 2D (XY) a'r safle fertigol yw lleoliad y system dreiddio gyflawn ar yrru Z-Drive (neu gydran ddyfais arall).

Sganio systemau stiliwr

Mae yna fodelau mwy newydd sydd â stilwyr sy'n llusgo ar hyd wyneb y rhan sy'n cymryd pwyntiau ar gyfnodau penodol, a elwir yn stilwyr sganio. Mae'r dull hwn o archwilio CMM yn aml yn fwy cywir na'r dull cyffwrdd-probe confensiynol ac y rhan fwyaf o weithiau'n gyflymach hefyd.

Mae'r genhedlaeth nesaf o sganio, a elwir yn sganio noncontact, sy'n cynnwys triongli un pwynt laser cyflym, sganio llinell laser, a sganio golau gwyn, yn symud ymlaen yn gyflym iawn. Mae'r dull hwn yn defnyddio naill ai trawstiau laser neu olau gwyn sy'n cael eu taflunio yn erbyn wyneb y rhan. Yna gellir cymryd a defnyddio miloedd lawer o bwyntiau nid yn unig i wirio maint a safle, ond i greu delwedd 3D o'r rhan hefyd. Yna gellir trosglwyddo'r “data cwmwl pwynt” hwn i feddalwedd CAD i greu model 3D gweithredol o'r rhan. Defnyddir y sganwyr optegol hyn yn aml ar rannau meddal neu ysgafn neu i hwyluso peirianneg gwrthdroi.

Stilwyr micrometroleg

Mae systemau archwilio ar gyfer cymwysiadau metroleg microscale yn faes arall sy'n dod i'r amlwg. Mae yna sawl peiriant mesur cydlynu ar gael yn fasnachol (CMM) sydd â microprobe wedi'i integreiddio i'r system, sawl system arbenigedd yn Lywodraeth y Llywodraeth, ac unrhyw nifer o lwyfannau metroleg a adeiladwyd gan y Brifysgol ar gyfer metroleg microscale. Er bod y peiriannau hyn yn dda ac mewn llawer o achosion llwyfannau metroleg rhagorol gyda graddfeydd nanometrig, mae eu prif gyfyngiad yn stiliwr micro/nano dibynadwy, cadarn, galluog.^{[Angen Dyfyniad]}Mae'r heriau ar gyfer technolegau archwilio microscale yn cynnwys yr angen am stiliwr cymhareb agwedd uchel sy'n rhoi'r gallu i gael mynediad at nodweddion dwfn, cul gyda grymoedd cyswllt isel er mwyn peidio â niweidio'r wyneb a manwl gywirdeb uchel (lefel nanomedr).^{[Angen Dyfyniad]}Yn ogystal, mae stilwyr microscale yn agored i amodau amgylcheddol fel lleithder a rhyngweithiadau arwyneb fel stiction (a achosir gan adlyniad, menisgws, a/neu rymoedd van der Waals ymhlith eraill).^{[Angen Dyfyniad]}

Ymhlith y technolegau i gyflawni archwilio microscale mae fersiwn graddedig o stilwyr CMM clasurol, stilwyr optegol, a stiliwr tonnau sefyll ymhlith eraill. Fodd bynnag, ni ellir graddio technolegau optegol cyfredol yn ddigon bach i fesur nodwedd ddwfn, cul, ac mae datrysiad optegol wedi'i gyfyngu gan donfedd y golau. Mae delweddu pelydr-X yn darparu llun o'r nodwedd ond dim gwybodaeth metroleg y gellir ei olrhain.

Egwyddorion corfforol

Gellir defnyddio stilwyr optegol a/neu stilwyr laser (os yn bosibl mewn cyfuniad), sy'n newid CMMs i fesur microsgopau neu beiriannau mesur aml-synhwyrydd. Nid yw systemau taflunio ymylol, systemau triongli Theodolite neu systemau laser pell a thriongli yn beiriannau mesur, ond mae'r canlyniad mesur yr un peth: pwynt gofod. Defnyddir stilwyr laser i ganfod y pellter rhwng yr wyneb a'r pwynt cyfeirio ar ddiwedd y gadwyn cinematig (h.y.: pen y gydran Z-Drive). Gall hyn ddefnyddio swyddogaeth interferometrical, amrywiad ffocws, gwyro golau neu egwyddor cysgodi trawst.

Peiriannau mesur cydgysylltiad cludadwy

Tra bod CMMs traddodiadol yn defnyddio stiliwr sy'n symud ar dair echel Cartesaidd i fesur nodweddion corfforol gwrthrych, mae CMMs cludadwy yn defnyddio naill ai breichiau cymalog neu, yn achos CMMs optegol, systemau sganio heb fraich sy'n defnyddio dulliau triongli optegol ac yn galluogi rhyddid symud llwyr o amgylch y gwrthrych.

Mae gan CMMs cludadwy gyda breichiau cymalog chwech neu saith echel sydd ag amgodyddion cylchdro, yn lle bwyeill llinellol. Mae breichiau cludadwy yn ysgafn (yn nodweddiadol llai nag 20 pwys) a gellir eu cario a'u defnyddio bron yn unrhyw le. Fodd bynnag, mae CMMs optegol yn cael eu defnyddio fwyfwy yn y diwydiant. Wedi'i ddylunio gyda chamerâu arae llinol neu fatrics cryno (fel y Microsoft Kinect), mae CMMs optegol yn llai na CMMs cludadwy gyda breichiau, yn cynnwys dim gwifrau, ac yn galluogi defnyddwyr i gymryd mesuriadau 3D o bob math o wrthrychau yn hawdd sydd wedi'u lleoli bron yn unrhyw le.

Mae rhai cymwysiadau nonferpetitive fel peirianneg gwrthdroi, prototeipio cyflym, ac archwilio rhannau o bob maint ar raddfa fawr yn ddelfrydol ar gyfer CMMs cludadwy. Mae buddion CMMs cludadwy yn amlochrog. Mae gan ddefnyddwyr yr hyblygrwydd wrth gymryd mesuriadau 3D o bob math o rannau ac yn y lleoliadau mwyaf anghysbell/anodd. Maent yn hawdd eu defnyddio ac nid oes angen amgylchedd rheoledig arnynt i gymryd mesuriadau cywir. Ar ben hynny, mae CMMs cludadwy yn tueddu i gostio llai na CMMs traddodiadol.

Mae cyfaddawdau cynhenid ​​CMMs cludadwy yn weithredu â llaw (mae angen bod dynol arnynt bob amser). Yn ogystal, gall eu cywirdeb cyffredinol fod ychydig yn llai cywir na chywirdeb math pont CMM ac mae'n llai addas ar gyfer rhai cymwysiadau.

Peiriannau Multisensor-Mesur

Heddiw mae technoleg CMM draddodiadol gan ddefnyddio stilwyr cyffwrdd yn aml yn cael ei chyfuno â thechnoleg mesur arall. Mae hyn yn cynnwys synwyryddion laser, fideo neu olau gwyn i ddarparu'r hyn a elwir yn fesur amlsynhwyrydd.