Hướng dẫn đo lường và máy CMM hoàn chỉnh

Máy CMM là gì?

Hãy tưởng tượng một cỗ máy kiểu CNC có khả năng thực hiện các phép đo cực kỳ chính xác theo cách tự động hóa cao.Đó là những gì Máy CMM làm!

CMM là viết tắt của Máy đo tọa độ.Chúng có lẽ là thiết bị đo 3D tối ưu về sự kết hợp giữa tính linh hoạt, độ chính xác và tốc độ tổng thể.

Ứng dụng của máy đo tọa độ

Máy đo tọa độ có giá trị bất cứ lúc nào cần thực hiện các phép đo chính xác.Và các phép đo càng phức tạp hoặc nhiều thì việc sử dụng CMM càng có lợi.

Thông thường CMM được sử dụng để kiểm tra và kiểm soát chất lượng.Nghĩa là, chúng được sử dụng để xác minh bộ phận đáp ứng các yêu cầu và thông số kỹ thuật của nhà thiết kế.

Chúng cũng có thể được sử dụng đểkỹ sư đảo ngượccác bộ phận hiện có bằng cách thực hiện các phép đo chính xác về các tính năng của chúng.

Ai đã phát minh ra máy CMM?

Máy CMM đầu tiên được phát triển bởi Công ty Ferranti của Scotland vào những năm 1950.Chúng cần thiết để đo lường chính xác các bộ phận trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng.Những chiếc máy đầu tiên chỉ có 2 trục chuyển động.Máy 3 trục được DEA của Ý giới thiệu vào những năm 1960.Điều khiển máy tính xuất hiện vào đầu những năm 1970 và được giới thiệu bởi Sheffield của Hoa Kỳ.

Các loại máy CMM

Có 5 loại máy đo tọa độ:

• Loại cầu CMM: Trong thiết kế này, phổ biến nhất là đầu CMM đặt trên cầu.Một bên cầu nằm trên thanh ray trên giường, còn bên kia được đỡ trên đệm hơi hoặc phương pháp khác trên giường mà không có ray dẫn hướng.
• Công xôn CMM: Công xôn chỉ đỡ cầu một bên.
• Gantry CMM: Gantry sử dụng ray dẫn hướng ở cả hai bên, giống như Bộ định tuyến CNC.Đây thường là những CMM lớn nhất nên chúng cần được hỗ trợ thêm.
• CMM tay đòn ngang: Hình ảnh một công xôn, nhưng với toàn bộ cây cầu di chuyển lên xuống bằng một tay đòn chứ không phải trên trục của chính nó.Đây là những CMM kém chính xác nhất, nhưng chúng có thể đo các bộ phận mỏng lớn như thân ô tô.
• Loại cánh tay di động CMM: Những máy này sử dụng cánh tay có khớp nối và thường được định vị bằng tay.Thay vì đo XYZ một cách trực tiếp, họ tính toán tọa độ từ vị trí quay của từng khớp và chiều dài đã biết giữa các khớp.

Mỗi cái đều có ưu điểm và nhược điểm tùy thuộc vào loại phép đo được thực hiện.Các loại này đề cập đến cấu trúc của máy được sử dụng để định vịthăm dòso với phần được đo.

Đây là một bảng tiện dụng để giúp hiểu những ưu và nhược điểm:

Đầu dò thường được định vị theo 3 chiều – X, Y và Z. Tuy nhiên, các máy phức tạp hơn cũng có thể cho phép thay đổi góc của đầu dò cho phép đo ở những nơi mà đầu dò không thể tiếp cận được.Bàn quay cũng có thể được sử dụng để cải thiện khả năng tiếp cận của các đối tượng khác nhau.

CMM thường được làm bằng đá granit và nhôm và sử dụng vòng bi không khí

Đầu dò là cảm biến xác định vị trí bề mặt của bộ phận khi thực hiện phép đo.

Các loại đầu dò bao gồm:

• Cơ khí
• Quang học
• Tia laze
• Ánh sáng trắng

Máy đo tọa độ được sử dụng theo ba cách chung:

• Phòng Kiểm soát Chất lượng: Chúng thường được giữ trong phòng sạch có kiểm soát khí hậu để tối đa hóa độ chính xác.
• Tầng xưởng: Ở đây, CMM nằm trong số các Máy CNC để giúp dễ dàng thực hiện kiểm tra như một phần của xưởng sản xuất với khoảng cách di chuyển tối thiểu giữa CMM và máy nơi các bộ phận đang được gia công.Điều này cho phép thực hiện các phép đo sớm hơn và thường xuyên hơn, giúp tiết kiệm chi phí vì lỗi được xác định sớm hơn.
• Di động: CMM di động rất dễ di chuyển.Chúng có thể được sử dụng trên Tầng cửa hàng hoặc thậm chí được đưa đến địa điểm cách xa cơ sở sản xuất để đo lường các bộ phận tại hiện trường.

Máy CMM (Độ chính xác CMM) chính xác đến mức nào?

Độ chính xác của Máy đo tọa độ khác nhau.Nói chung, họ đang hướng tới độ chính xác đến từng micromet hoặc cao hơn.Nhưng nó không dễ dàng như vậy.Thứ nhất, sai số có thể là một hàm của kích thước, do đó sai số đo của CMM có thể được chỉ định dưới dạng một công thức ngắn bao gồm độ dài của phép đo dưới dạng một biến.

Ví dụ: Global Classic CMM của Hexagon được liệt kê là CMM đa năng giá cả phải chăng và chỉ định độ chính xác của nó là:

1,0 + L/300um

Các phép đo đó được tính bằng micron và L được chỉ định bằng mm.Vì vậy, giả sử chúng ta đang cố gắng đo chiều dài của một đối tượng địa lý 10mm.Công thức sẽ là 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 hoặc 1,03 micron.

Một micron là một phần nghìn mm, tức là khoảng 0,00003937 inch.Vậy sai số khi đo chiều dài 10mm của chúng ta là 0,00103 mm hay 0,00004055 inch.Đó là chưa đến nửa phần mười–một lỗi khá nhỏ!

Mặt khác, người ta phải có độ chính xác gấp 10 lần những gì chúng ta đang cố gắng đo.Vì vậy, điều đó có nghĩa là nếu chúng ta chỉ có thể tin cậy phép đo này ở mức gấp 10 lần giá trị đó hoặc 0,00005 inch.Vẫn là một lỗi khá nhỏ.

Mọi thứ thậm chí còn trở nên tồi tệ hơn đối với các phép đo CMM tại xưởng.Nếu CMM được đặt trong phòng thí nghiệm kiểm tra được kiểm soát nhiệt độ thì nó sẽ giúp ích rất nhiều.Nhưng trên Tầng Cửa hàng, nhiệt độ có thể thay đổi khá nhiều.Có nhiều cách khác nhau để CMM có thể bù đắp cho sự thay đổi nhiệt độ, nhưng không có cách nào là hoàn hảo.

Các nhà sản xuất CMM thường chỉ định độ chính xác cho một dải nhiệt độ và theo tiêu chuẩn ISO 10360-2 cho độ chính xác của CMM, dải thông thường là 64-72F (18-22C).Điều đó thật tuyệt trừ khi Tầng cửa hàng của bạn là 86F vào mùa hè.Sau đó, bạn không có thông số kỹ thuật tốt cho lỗi.

Một số nhà sản xuất sẽ cung cấp cho bạn một bộ bậc thang hoặc dải nhiệt độ với các thông số kỹ thuật có độ chính xác khác nhau.Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn ở nhiều phạm vi cho cùng một loạt sản phẩm vào các thời điểm khác nhau trong ngày hoặc các ngày khác nhau trong tuần?

Người ta bắt đầu phải tạo ra một ngân sách không chắc chắn để cho phép xảy ra những trường hợp xấu nhất.Nếu những trường hợp xấu nhất đó dẫn đến dung sai không thể chấp nhận được đối với các bộ phận của bạn thì cần phải thay đổi quy trình thêm:

• Bạn có thể giới hạn việc sử dụng CMM vào những thời điểm nhất định trong ngày khi nhiệt độ rơi vào phạm vi thuận lợi hơn.
• Bạn có thể chọn chỉ gia công các chi tiết hoặc chi tiết có dung sai thấp hơn vào những thời điểm cụ thể trong ngày.
• CMM tốt hơn có thể có thông số kỹ thuật tốt hơn cho phạm vi nhiệt độ của bạn.Chúng có thể đáng giá mặc dù chúng có thể đắt hơn rất nhiều.

Tất nhiên những biện pháp này sẽ tàn phá khả năng sắp xếp công việc của bạn một cách chính xác.Đột nhiên bạn nghĩ rằng việc kiểm soát khí hậu tốt hơn ở Tầng phân xưởng có thể là một khoản đầu tư đáng giá.

Bạn có thể thấy toàn bộ việc đo lường này trở nên khá cầu kỳ như thế nào.

Thành phần khác đi đôi với nhau là cách chỉ định dung sai được CMM kiểm tra.Tiêu chuẩn vàng là Kích thước và dung sai hình học (GD&T).Hãy xem khóa học giới thiệu của chúng tôi về GD&T để tìm hiểu thêm.

Phần mềm CMM

CMM chạy nhiều loại phần mềm.Tiêu chuẩn này được gọi là DMIS, viết tắt của Tiêu chuẩn giao diện đo kích thước.Mặc dù nó không phải là giao diện phần mềm chính cho mọi nhà sản xuất CMM nhưng ít nhất hầu hết họ đều hỗ trợ nó.

Các nhà sản xuất đã tạo ra những hương vị độc đáo của riêng họ để thêm các tác vụ đo lường không được DMIS hỗ trợ.

DMIS

Như đã đề cập DMIS, là tiêu chuẩn, nhưng giống như g-code của CNC, có nhiều phương ngữ bao gồm:

• PC-DMIS: Phiên bản của Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS là phần mềm CMM của Nikon.

Calypso

Calypso là phần mềm CMM của Zeiss.

Phần mềm CMM và CAD/CAM

Phần mềm và Lập trình CMM liên quan đến Phần mềm CAD/CAM như thế nào?

Có nhiều định dạng tệp CAD khác nhau, vì vậy hãy kiểm tra xem Phần mềm CMM của bạn tương thích với định dạng nào.Sự tích hợp cuối cùng được gọi là Định nghĩa dựa trên mô hình (MBD).Với MBD, bản thân mô hình có thể được sử dụng để trích xuất kích thước cho CMM.

MDB khá tiên tiến nên nó vẫn chưa được sử dụng trong phần lớn các trường hợp.

Đầu dò, đồ đạc và phụ kiện CMM

Đầu dò CMM

Có sẵn nhiều loại và hình dạng đầu dò khác nhau để tạo thuận lợi cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Lịch thi đấu CMM

Tất cả các đồ gá đều tiết kiệm thời gian khi tải và dỡ các bộ phận trên CMM, giống như trên Máy CNC.Bạn thậm chí có thể mua CMM có bộ tải pallet tự động để tối đa hóa công suất.

Giá máy CMM

Máy đo tọa độ mới có giá khởi điểm từ 20.000 đến 30.000 USD và có thể lên tới hơn 1 triệu USD.

Các công việc liên quan đến CMM trong cửa hàng máy móc

Người quản lý CMM

Lập trình viên CMM

Nhà điều hành CMM