Beth yw peiriant mesur cydlynu?

Apeiriant mesur cydlynu(CMM) yn ddyfais sy'n mesur geometreg gwrthrychau corfforol drwy 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 lleoliad y stiliwr gael ei reoli â llaw gan weithredwr neu gall gael ei reoli gan gyfrifiadur.Mae CMMs fel arfer yn nodi safle stiliwr o ran ei ddadleoli o safle cyfeirio mewn system gyfesurynnau 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 “bont” 3D CMM nodweddiadol yn caniatáu symudiad 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 echelin honno, yn nodweddiadol gyda thrachywiredd 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 sefyllfa, 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 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 a osodir â llaw gan weithredwr neu'n awtomatig trwy Reoli Cyfrifiaduron Uniongyrchol (DCC).Gellir rhaglennu CMMs CSDd 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 cydlynu yn cynnwys tair prif gydran:

• Y prif strwythur sy'n cynnwys tair echel mudiant.Mae'r deunydd a ddefnyddiwyd i adeiladu'r ffrâm symudol wedi amrywio dros y blynyddoedd.Defnyddiwyd gwenithfaen a dur yn y CMM cynnar.Heddiw mae'r holl wneuthurwyr CMM mawr yn adeiladu fframiau o aloi alwminiwm neu rai deilliadol a hefyd yn defnyddio cerameg i gynyddu anystwythder yr echel Z ar gyfer ceisiadau sganio.Ychydig o adeiladwyr CMM heddiw sy'n dal i gynhyrchu ffrâm gwenithfaen CMM oherwydd gofyniad y farchnad am well 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'r echelin CMM Z fod yn llymach ac mae deunyddiau newydd wedi'u cyflwyno fel carbid ceramig a silicon.
• System stilio
• System casglu a lleihau data - fel arfer mae'n cynnwys rheolydd peiriant, cyfrifiadur bwrdd gwaith a meddalwedd cymhwysiad.

Argaeledd

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

Cywirdeb

Yn nodweddiadol, rhoddir cywirdeb peiriannau mesur cyfesurynnau fel ffactor ansicrwydd fel ffwythiant dros bellter.Ar gyfer CMM sy'n defnyddio 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 peiriannau 3, 3+2, a 5 echel, mae stilwyr yn cael eu graddnodi'n rheolaidd gan ddefnyddio safonau y gellir eu holrhain a chaiff symudiad y peiriant ei wirio gan ddefnyddio mesuryddion i sicrhau cywirdeb.

Rhannau penodol

Corff peiriant

Datblygwyd y CMM cyntaf gan Gwmni Ferranti yr 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 yr Eidal) a daeth rheolaeth gyfrifiadurol i ben yn gynnar yn y 1970au ond datblygwyd y CMM gweithredol cyntaf a'i roi ar werth gan Browne & Sharpe ym Melbourne, Lloegr.(Ar ôl hynny cynhyrchodd Leitz yr Almaen strwythur peiriant sefydlog gyda bwrdd symudol.

Mewn peiriannau modern, mae gan yr uwch-strwythur gantri ddwy goes ac fe'i gelwir yn aml yn bont.Mae hyn yn symud yn rhydd ar hyd y bwrdd gwenithfaen gydag un goes (y cyfeirir ati'n aml fel y goes fewnol) yn dilyn rheilen dywys sydd ynghlwm wrth un ochr i'r bwrdd gwenithfaen.Mae'r goes gyferbyn (coes allanol yn aml) yn gorwedd ar y bwrdd gwenithfaen yn dilyn cyfuchlin fertigol yr arwyneb.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 wedi'i reoli y gall y CMM symud arno mewn modd sydd 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 echelin o'r awyren XY.Mae pont y nenbont yn cynnwys cerbyd sy'n croesi rhwng y coesau tu mewn a'r tu allan ac yn ffurfio'r echelin lorweddol X neu Y arall.Darperir y drydedd echel symudiad (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 cwils.Mae symudiad yr echelinau X, Y a Z yn disgrifio'r amlen fesur yn llawn.Gellir defnyddio tablau cylchdro dewisol i wella hygyrchedd y stiliwr mesur i weithfannau cymhleth.Nid yw'r tabl cylchdro fel pedwerydd echel gyrru yn gwella'r dimensiynau mesur, sy'n parhau i fod yn 3D, ond mae'n darparu rhywfaint o hyblygrwydd.Mae rhai stilwyr cyffwrdd yn ddyfeisiau cylchdro wedi'u pweru eu hunain gyda blaen y stiliwr yn gallu troi'n fertigol trwy fwy na 180 gradd a thrwy gylchdroi 360 gradd llawn.

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 ar gymalau'r fraich i gyfrifo lleoliad blaen yr stylus, a gellir eu gwisgo â stilwyr ar gyfer sganio laser a delweddu optegol.Defnyddir CMM braich o'r fath yn aml lle mae eu hygludedd yn fantais dros CMMs gwely sefydlog traddodiadol - trwy storio lleoliadau mesuredig, 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.Gan fod breichiau CMM yn dynwared hyblygrwydd braich ddynol, maent hefyd yn aml yn gallu cyrraedd y tu mewn i rannau cymhleth na ellid eu harchwilio gan ddefnyddio peiriant tair echel safonol.

Archwiliwr mecanyddol

Yn nyddiau cynnar y mesuriad cyfesurynnol (CMM), gosodwyd stilwyr mecanyddol i mewn i ddaliwr arbennig ar ddiwedd y cwils.Gwnaed stiliwr cyffredin iawn trwy sodro pêl galed i ben siafft.Roedd hyn yn ddelfrydol ar gyfer mesur ystod gyfan o wynebau gwastad, arwynebau silindrog neu sfferig.Cafodd stilwyr eraill eu malu ar siapiau penodol, er enghraifft cwadrant, er mwyn gallu 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, 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 bod pob gweithredwr peiriant yn rhoi pwysau gwahanol ar y stiliwr neu'n mabwysiadu 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 rheoli yn yr un ffordd fwy neu lai â cheir modern a reolir o bell.Gwellodd cywirdeb a manwl gywirdeb mesur yn ddramatig gyda dyfeisio'r chwiliwr sbardun cyffwrdd electronig.Arloeswr y ddyfais archwilio 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 stylus pêl ddur wedi'i lwytho â sbring (pelen rhuddem yn ddiweddarach).Wrth i'r stiliwr gyffwrdd ag arwyneb y gydran, gwyrodd y stylus ac ar yr un pryd anfonodd y wybodaeth gyfesuryn X,Y,Z i'r cyfrifiadur.Daeth llai o wallau mesur a achoswyd gan weithredwyr unigol a gosodwyd y cam ar gyfer cyflwyno gweithrediadau CNC a CMMs yn dod i oed.

Mae stilwyr optegol yn systemau lens-CCD, sy'n cael eu symud fel y rhai mecanyddol, ac wedi'u hanelu at y pwynt o ddiddordeb, yn lle cyffwrdd â'r deunydd.Bydd y ddelwedd a ddaliwyd o'r wyneb yn cael ei 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 gofynnol yn y gofod.Y wybodaeth lorweddol ar y CCD yw 2D (XY) a'r safle fertigol yw lleoliad y system archwilio gyflawn ar y stondin Z-drive (neu gydran dyfais arall).

Systemau archwilio sganio

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

Mae'r genhedlaeth nesaf o sganio, a elwir yn sganio digyswllt, sy'n cynnwys triongli un pwynt laser cyflymder uchel, 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 miloedd lawer o bwyntiau a'u defnyddio nid yn unig i wirio maint a lleoliad, 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 dyner neu i hwyluso peirianneg wrthdroi.

Chwilwyr micrometroleg

Mae systemau archwilio ar gyfer cymwysiadau metroleg micro-raddfa yn faes arall sy'n dod i'r amlwg.Mae yna nifer o beiriannau mesur cyfesurynnau (CMM) sydd ar gael yn fasnachol sydd â micro-chwiliwr wedi'i integreiddio i'r system, sawl system arbenigol yn labordai'r llywodraeth, ac unrhyw nifer o lwyfannau metroleg a adeiladwyd gan brifysgolion ar gyfer metroleg micro-raddfa.Er bod y peiriannau hyn yn llwyfannau mesureg da ac mewn llawer o achosion rhagorol gyda graddfeydd nanometreg, eu prif gyfyngiad yw chwiliedydd micro/nano dibynadwy, cadarn a galluog.^{[angen dyfyniad]}Ymhlith yr heriau ar gyfer technolegau stilio micro-raddfa mae'r 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 difrodi'r wyneb a manwl gywirdeb uchel (lefel nanometr).^{[angen dyfyniad]}Yn ogystal, mae stilwyr micro-raddfa yn agored i amodau amgylcheddol megis lleithder a rhyngweithiadau arwyneb megis lymiad (a achosir gan adlyniad, menisws, a / neu rymoedd Van der Waals ymhlith eraill).^{[angen dyfyniad]}

Mae technolegau i gyflawni stilio micro-raddfa yn cynnwys fersiwn llai 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, gul, ac mae datrysiad optegol wedi'i gyfyngu gan donfedd y golau.Mae delweddu pelydr-X yn rhoi darlun o'r nodwedd ond dim gwybodaeth mesureg y gellir ei holrhain.

Egwyddorion corfforol

Gellir defnyddio stilwyr optegol a/neu stilwyr laser (mewn cyfuniad os yn bosibl), sy'n newid CMMs i ficrosgopau mesur neu beiriannau mesur aml-synhwyrydd.Nid yw systemau taflunio ymylol, systemau triongli theodolit na systemau pell a triongli laser yn cael eu galw'n 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 sinematig (hy: diwedd y gydran Z-drive).Gall hyn ddefnyddio swyddogaeth interferometrical, amrywiad ffocws, gwyriad golau neu egwyddor cysgodi trawst.

Peiriannau mesur cydgysylltu cludadwy

Tra 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 heb fraich sy'n defnyddio dulliau triongli optegol ac sy'n galluogi rhyddid llwyr i symud. o amgylch y gwrthrych.

Mae gan CMMs cludadwy gyda breichiau cymalog chwech neu saith echelin sydd ag amgodyddion cylchdro, yn lle echelinau llinol.Mae breichiau cludadwy yn ysgafn (llai nag 20 pwys fel arfer) 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 cyfres llinol neu fatrics cryno (fel y Microsoft Kinect), mae CMMs optegol yn llai na CMMs cludadwy gyda breichiau, heb unrhyw wifrau, ac 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 nad ydynt yn ailadrodd fel peirianneg wrthdroi, prototeipio cyflym, ac archwilio rhannau o bob maint ar raddfa fawr yn ddelfrydol ar gyfer CMMs cludadwy.Mae manteision CMMs cludadwy yn lluosog.Mae gan ddefnyddwyr yr hyblygrwydd i gymryd mesuriadau 3D o bob math o rannau ac yn y lleoliadau mwyaf anghysbell / anodd.Maent yn hawdd i'w defnyddio ac nid oes angen amgylchedd rheoledig i gymryd mesuriadau cywir.At hynny, mae CMMs cludadwy yn tueddu i gostio llai na CMMs traddodiadol.

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

Peiriannau mesur amlsynhwyrydd

Heddiw mae technoleg CMM draddodiadol sy'n defnyddio 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 fesuriad amlsynhwyrydd.