Beth yw peiriant mesur cyfesurynnau?

Apeiriant mesur cyfesurynnauDyfais yw (CMM) sy'n mesur geometreg gwrthrychau ffisegol trwy synhwyro pwyntiau arwahanol ar wyneb y gwrthrych gyda chwiliedydd. Defnyddir gwahanol fathau o chwiliedydd mewn CMMs, gan gynnwys mecanyddol, optegol, laser, a golau gwyn. Yn dibynnu ar y peiriant, gellir rheoli safle'r chwiliedydd â llaw gan weithredwr neu gellir ei reoli gan gyfrifiadur. Mae CMMs fel arfer yn nodi safle chwiliedydd o ran ei ddadleoliad o safle cyfeirio mewn system gyfesurynnau Cartesaidd tri dimensiwn (h.y., gydag echelinau XYZ). Yn ogystal â symud y chwiliedydd ar hyd yr echelinau X, Y, a Z, mae llawer o beiriannau hefyd yn caniatáu rheoli ongl y chwiliedydd i ganiatáu mesur arwynebau na fyddai modd eu cyrraedd fel arall.

Mae'r CMM "pont" 3D nodweddiadol yn caniatáu symudiad y chwiliedydd ar hyd tair echelin, X, Y a Z, sy'n orthogonal i'w gilydd mewn system gyfesurynnau Cartesaidd tri dimensiwn. Mae gan bob echelin synhwyrydd sy'n monitro safle'r chwiliedydd ar yr echelin honno, fel arfer gyda chywirdeb micromedr. Pan fydd y chwiliedydd yn cysylltu (neu'n canfod fel arall) â 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. Ailadroddir y broses hon yn ôl yr angen, gan symud y chwiliedydd bob tro, i gynhyrchu "cwmwl pwyntiau" sy'n disgrifio'r ardaloedd wyneb o ddiddordeb.

Defnydd cyffredin o CMMs yw mewn prosesau gweithgynhyrchu a chydosod i brofi rhan neu gydosodiad yn erbyn bwriad y dyluniad. 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 chwiliedydd sy'n cael ei osod 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 cyfesurynnau yn cynnwys tair prif gydran:

• Y prif strwythur sy'n cynnwys tair echel symudiad. Mae'r deunydd a ddefnyddir i adeiladu'r ffrâm symudol wedi amrywio dros y blynyddoedd. Defnyddiwyd gwenithfaen a dur yn y CMM cynnar. Heddiw mae pob un o'r prif wneuthurwyr CMM yn adeiladu fframiau o aloi alwminiwm neu ryw ddeilliad ac maent hefyd yn defnyddio cerameg i gynyddu anystwythder yr echel Z ar gyfer cymwysiadau sganio. Ychydig o adeiladwyr CMM heddiw sy'n dal i gynhyrchu CMM ffrâm gwenithfaen oherwydd gofyniad y farchnad am ddeinameg metroleg well 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 gynhyrchu CMM gwenithfaen oherwydd y 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 Z y CMM fod yn anystwythach ac mae deunyddiau newydd wedi'u cyflwyno fel cerameg a silicon carbid.
• System archwilio
• System casglu a lleihau data — fel arfer yn cynnwys rheolydd peiriant, cyfrifiadur bwrdd gwaith a meddalwedd cymhwysiad.

Argaeledd

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

Cywirdeb

Rhoddir cywirdeb peiriannau mesur cyfesurynnau fel arfer fel ffactor ansicrwydd fel ffwythiant dros bellter. Ar gyfer CMM sy'n defnyddio chwiliedydd cyffwrdd, mae hyn yn ymwneud ag ailadroddadwyedd y chwiliedydd a chywirdeb y graddfeydd llinol. Gall ailadroddadwyedd chwiliedydd nodweddiadol arwain at fesuriadau o fewn .001mm neu .00005 modfedd (hanner degfed) dros y gyfaint mesur cyfan. Ar gyfer peiriannau 3, 3+2, a 5 echel, caiff chwiliedyddion eu calibro'n rheolaidd gan ddefnyddio safonau olrheiniadwy a chaiff symudiad y peiriant ei wirio gan ddefnyddio mesuryddion i sicrhau cywirdeb.

Rhannau penodol

Corff peiriant

Datblygwyd y CMM cyntaf gan Gwmni Ferranti o'r Alban yn y 1950au o ganlyniad i angen uniongyrchol i fesur cydrannau manwl gywir 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 o'r Eidal) a daeth rheolaeth gyfrifiadurol i'r amlwg ddechrau'r 1970au ond datblygwyd y CMM gweithredol cyntaf a'i roi ar werth gan Browne & Sharpe ym Melbourne, Lloegr. (Wedi hynny, cynhyrchodd Leitz yr Almaen strwythur peiriant sefydlog gyda bwrdd symudol.)

Mewn peiriannau modern, mae gan yr uwchstrwythur math gantri ddwy goes ac fe'i gelwir yn aml yn bont. Mae hwn yn symud yn rhydd ar hyd y bwrdd gwenithfaen gydag un goes (a elwir yn aml yn goes fewnol) yn dilyn rheilen ganllaw sydd ynghlwm wrth un ochr i'r bwrdd gwenithfaen. Mae'r goes gyferbyn (yn aml y goes allanol) yn gorffwys ar y bwrdd gwenithfaen gan ddilyn cyfuchlin yr wyneb fertigol. Berynnau aer yw'r dull a ddewisir ar gyfer sicrhau teithio di-ffrithiant. Yn y rhain, mae aer cywasgedig yn cael ei orfodi trwy gyfres o dyllau bach iawn mewn arwyneb beryn gwastad i ddarparu clustog aer llyfn ond rheoledig y gall y CMM symud arno mewn modd bron yn ddi-ffrithiant y gellir ei ddigolledu trwy feddalwedd. Mae symudiad y bont neu'r gantri ar hyd y bwrdd gwenithfaen yn ffurfio un echel o'r plân XY. Mae pont y gantri yn cynnwys cerbyd sy'n croesi rhwng y coesau mewnol ac allanol ac yn ffurfio'r echelin lorweddol X neu Y arall. Darperir y drydedd echel symudiad (echel Z) trwy ychwanegu cwil neu werthyd fertigol sy'n symud i fyny ac i lawr trwy ganol y cerbyd. Mae'r stiliwr cyffwrdd yn ffurfio'r ddyfais synhwyro ar ben y cwil. Mae symudiad echelinau X, Y a Z yn disgrifio'r amlen fesur yn llawn. Gellir defnyddio byrddau cylchdro dewisol i wella hygyrchedd y stiliwr mesur i ddarnau gwaith cymhleth. Nid yw'r bwrdd cylchdro fel pedwerydd echel yrru 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 pwerus gyda blaen y stiliwr yn gallu troi'n fertigol trwy fwy na 180 gradd a thrwy gylchdro llawn o 360 gradd.

Mae CMMs bellach ar gael mewn amrywiaeth o ffurfiau eraill hefyd. Mae'r rhain yn cynnwys breichiau CMM sy'n defnyddio mesuriadau onglog a gymerir wrth gymalau'r fraich i gyfrifo safle blaen y stylus, a gellir eu cyfarparu â phrobiau ar gyfer sganio laser a delweddu optegol. Defnyddir CMMs braich o'r fath yn aml lle mae eu cludadwyedd yn fantais dros CMMs gwely sefydlog traddodiadol - trwy storio lleoliadau a fesurir, mae meddalwedd rhaglennu hefyd yn caniatáu symud y fraich fesur ei hun, a'i chyfaint mesur, o amgylch y rhan i'w mesur yn ystod trefn fesur. Gan fod breichiau CMM yn dynwared hyblygrwydd braich ddynol, maent hefyd yn aml yn gallu cyrraedd tu mewn rhannau cymhleth na ellid eu profi gan ddefnyddio peiriant tair echel safonol.

chwiliedydd mecanyddol

Yn nyddiau cynnar mesur cyfesurynnau (CMM), roedd chwiliedyddion mecanyddol yn cael eu gosod mewn deiliad arbennig ar ben y cwil. Gwnaed chwiliedydd cyffredin iawn trwy sodro pêl galed i ben siafft. Roedd hyn yn ddelfrydol ar gyfer mesur ystod gyfan o arwynebau gwastad, silindrog neu sfferig. Roedd chwiliedyddion eraill yn cael eu malu i siapiau penodol, er enghraifft cwadrant, i alluogi mesur nodweddion arbennig. Roedd y chwiliedyddion 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, yn cael eu mewngofnodi i gyfrifiadur trwy gyfrwng switsh troed neu ddyfais debyg. Roedd mesuriadau a gymerwyd gan y dull cyswllt hwn yn aml yn annibynadwy gan fod peiriannau'n cael eu symud â llaw a phob gweithredwr peiriant yn rhoi gwahanol symiau o bwysau ar y chwiliedydd neu'n mabwysiadu gwahanol dechnegau ar gyfer y mesuriad.

Datblygiad pellach oedd ychwanegu moduron ar gyfer gyrru pob echelin. Nid oedd yn rhaid i weithredwyr gyffwrdd â'r peiriant yn gorfforol mwyach ond gallent yrru pob echelin gan ddefnyddio blwch llaw gyda ffon reoli yn yr un ffordd ag y mae ceir modern a reolir o bell yn ei wneud. Gwellodd cywirdeb a manylder mesur yn sylweddol gyda dyfeisio'r stiliwr sbardun cyffwrdd electronig. Arloeswr y ddyfais stiliwr newydd hon oedd David McMurtry a ffurfiodd yr hyn sydd bellach yn Renishaw plc. Er ei fod yn dal i fod yn ddyfais gyswllt, roedd gan y stiliwr steilus pêl ddur â llwyth sbring (pêl rwbi yn ddiweddarach). Wrth i'r stiliwr gyffwrdd ag wyneb y gydran, gwyrodd y steilus ac anfonodd y wybodaeth gyfesurynnau X, Y, Z i'r cyfrifiadur ar yr un pryd. Daeth gwallau mesur a achoswyd gan weithredwyr unigol yn llai a gosodwyd y llwyfan ar gyfer cyflwyno gweithrediadau CNC a dyfodiad oedran CMMs.

Systemau lens-CCD yw chwiliedyddion optegol, sy'n cael eu symud fel y rhai mecanyddol, ac maent wedi'u hanelu at y pwynt o ddiddordeb, yn lle cyffwrdd â'r deunydd. Bydd y ddelwedd a gipiwyd o'r wyneb yn cael ei hamgáu o fewn 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 a ddymunir yn y gofod. Mae'r wybodaeth lorweddol ar y CCD yn 2D (XY) a'r safle fertigol yw safle'r system chwiliedydd gyflawn ar yriant Z y stondin (neu gydran dyfais arall).

Systemau chwiliedydd sganio

Mae modelau mwy newydd sydd â phrobiau sy'n llusgo ar hyd wyneb y pwyntiau cymryd rhan ar gyfnodau penodol, a elwir yn brobiau sganio. Mae'r dull hwn o archwilio CMM yn aml yn fwy cywir na'r dull profi cyffwrdd confensiynol ac yn gyflymach hefyd y rhan fwyaf o'r amser.

Mae'r genhedlaeth nesaf o sganio, a elwir yn sganio digyswllt, sy'n cynnwys triongli pwynt sengl laser cyflym, sganio llinell laser, a sganio golau gwyn, yn datblygu'n 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 miloedd lawer o bwyntiau a'u defnyddio 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 fregus neu i hwyluso peirianneg gwrthdroi.

Probau micrometroleg

Mae systemau profi ar gyfer cymwysiadau metroleg ar raddfa micro yn faes arall sy'n dod i'r amlwg. Mae sawl peiriant mesur cyfesurynnau (CMM) sydd ar gael yn fasnachol sydd â microprob wedi'i integreiddio i'r system, sawl system arbenigol mewn labordai llywodraeth, ac unrhyw nifer o lwyfannau metroleg a adeiladwyd gan brifysgolion ar gyfer metroleg ar raddfa micro. Er bod y peiriannau hyn yn lwyfannau metroleg da ac mewn llawer o achosion yn rhagorol gyda graddfeydd nanometreg, eu prif gyfyngiad yw micro/nano-brob dibynadwy, cadarn a galluog.^{[angen dyfynnu]}Mae'r heriau i dechnolegau profi ar raddfa fach yn cynnwys yr angen am chwiliedydd â chymhareb 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 chywirdeb uchel (lefel nanometr).^{[angen dyfynnu]}Yn ogystal, mae stilwyr microsgopig 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 dyfynnu]}

Mae technolegau i gyflawni chwiliedydd microsgopig yn cynnwys fersiwn llai o chwiliedydd CMM clasurol, chwiliedydd optegol, a chwiliedydd ton sefydlog ymhlith eraill. Fodd bynnag, ni ellir graddio technolegau optegol cyfredol yn ddigon bach i fesur nodwedd ddofn, gul, ac mae datrysiad optegol wedi'i gyfyngu gan donfedd golau. Mae delweddu pelydr-X yn darparu llun o'r nodwedd ond dim gwybodaeth fetroleg y gellir ei holrhain.

Egwyddorion ffisegol

Gellir defnyddio chwiliedyddion optegol a/neu chwiliedyddion laser (os yn bosibl mewn cyfuniad), sy'n newid CMMs yn ficrosgopau mesur neu beiriannau mesur aml-synhwyrydd. Ni elwir systemau taflunio ymylol, systemau triongli theodolit neu systemau pellter a thriongli laser yn beiriannau mesur, ond mae'r canlyniad mesur yr un peth: pwynt gofod. Defnyddir chwiliedyddion laser i ganfod y pellter rhwng yr wyneb a'r pwynt cyfeirio ar ddiwedd y gadwyn ginematig (h.y.: diwedd y gydran Z-drive). Gall hyn ddefnyddio swyddogaeth ymyrraethol, amrywiad ffocws, gwyriad golau neu egwyddor cysgodi trawst.

Peiriannau mesur cyfesurynnau cludadwy

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

Mae gan CMMs cludadwy â breichiau cymalog chwech neu saith echelin sydd â chodogwyr cylchdro, yn lle echelinau llinol. Mae breichiau cludadwy yn ysgafn (fel arfer 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'u cynllunio gyda chamerâu llinol neu fatrics cryno (fel y Microsoft Kinect), mae CMMs optegol yn llai na CMMs cludadwy â breichiau, nid oes ganddynt wifrau, ac maent yn galluogi defnyddwyr i gymryd mesuriadau 3D yn hawdd o bob math o wrthrychau sydd wedi'u lleoli bron yn unrhyw le.

Mae rhai cymwysiadau anailadroddus fel peirianneg gwrthdro, prototeipio cyflym, ac archwilio rhannau o bob maint ar raddfa fawr yn ddelfrydol ar gyfer CMMs cludadwy. Mae manteision CMMs cludadwy yn amlochrog. Mae gan ddefnyddwyr yr hyblygrwydd i 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.

Y cyfaddawdau cynhenid ​​​​gyda CMMs cludadwy yw eu bod yn cael eu gweithredu â llaw (maent bob amser angen bod dynol i'w defnyddio). Yn ogystal, gall eu cywirdeb cyffredinol fod ychydig yn llai cywir na chywirdeb CMM math pont ac mae'n llai addas ar gyfer rhai cymwysiadau.

Peiriannau mesur aml-synhwyrydd

Mae technoleg CMM draddodiadol sy'n defnyddio chwiliedyddion cyffwrdd yn aml yn cael ei chyfuno â thechnoleg fesur arall heddiw. Mae hyn yn cynnwys synwyryddion laser, fideo neu olau gwyn i ddarparu'r hyn a elwir yn fesuriad aml-synhwyrydd.