MỘTPhối hợp máy đo(CMM) là một thiết bị đo hình học của các đối tượng vật lý bằng cách cảm nhận các điểm riêng biệt trên bề mặt của đối tượng với đầu dò. Nhiều loại đầu dò được sử dụng trong CMM, bao gồm cơ học, quang học, laser và ánh sáng trắng. Tùy thuộc vào máy, vị trí đầu dò có thể được điều khiển thủ công bởi người vận hành hoặc nó có thể được điều khiển bằng máy tính. CMMS thường chỉ định vị trí của một đầu dò về sự dịch chuyển của nó từ vị trí tham chiếu trong hệ tọa độ Cartesian ba chiều (nghĩa là với trục XYZ). Ngoài việc di chuyển đầu dò dọc theo trục X, Y và Z, nhiều máy cũng cho phép góc đầu dò được điều khiển để cho phép đo các bề mặt mà không thể truy cập được.
CMM 3D CMM điển hình cho phép chuyển động của đầu dò dọc theo ba trục, X, Y và Z, trực giao với nhau trong hệ tọa độ Cartesian ba chiều. Mỗi trục có một cảm biến theo dõi vị trí của đầu dò trên trục đó, thường là độ chính xác của micromet. Khi các tiếp xúc đầu dò (hoặc phát hiện khác) một vị trí cụ thể trên đối tượng, máy lấy mẫu ba cảm biến vị trí, do đó đo vị trí của một điểm trên bề mặt của đối tượng, cũng như vectơ 3 chiều của phép đo được thực hiện. Quá trình này được lặp đi lặp lại khi cần thiết, di chuyển đầu dò mỗi lần, để tạo ra một đám mây điểm của người Hồi giáo mô tả các diện tích bề mặt quan tâm.
Việc sử dụng CMMS phổ biến là trong các quy trình sản xuất và lắp ráp để kiểm tra một phần hoặc lắp ráp theo ý định thiết kế. Trong các ứng dụng như vậy, các đám mây điểm được tạo ra được phân tích thông qua các thuật toán hồi quy để xây dựng các tính năng. Các điểm này được thu thập bằng cách sử dụng đầu dò được định vị thủ công bởi người vận hành hoặc tự động thông qua điều khiển máy tính trực tiếp (DCC). DCC CMM có thể được lập trình để lặp đi lặp lại các phần giống hệt nhau; Do đó, CMM tự động là một hình thức chuyên dụng của robot công nghiệp.
Các bộ phận
Các máy đo tọa độ bao gồm ba thành phần chính:
- Cấu trúc chính bao gồm ba trục chuyển động. Các vật liệu được sử dụng để xây dựng khung di chuyển đã thay đổi trong những năm qua. Đá granit và thép đã được sử dụng trong CMM sớm. Ngày nay, tất cả các nhà sản xuất CMM chính xây dựng khung từ hợp kim nhôm hoặc một số phái sinh và cũng sử dụng gốm để tăng độ cứng của trục Z để quét các ứng dụng. Rất ít nhà xây dựng CMM ngày nay vẫn sản xuất khung granit CMM do yêu cầu thị trường cho các động lực học đo lường được cải thiện và tăng xu hướng cài đặt CMM bên ngoài phòng thí nghiệm chất lượng. Thông thường chỉ các nhà xây dựng CMM và nhà sản xuất trong nước ở Trung Quốc và Ấn Độ vẫn đang sản xuất Granit CMM do cách tiếp cận công nghệ thấp và dễ dàng trở thành người xây dựng khung CMM. Xu hướng ngày càng tăng đối với việc quét cũng đòi hỏi trục CMM Z phải cứng hơn và các vật liệu mới đã được giới thiệu như cacbua gốm và silicon.
- Hệ thống thăm dò
- Hệ thống thu thập và giảm dữ liệu - thường bao gồm bộ điều khiển máy, máy tính để bàn và phần mềm ứng dụng.
Có sẵn
Những máy này có thể tự do, cầm tay và di động.
Sự chính xác
Độ chính xác của các máy đo tọa độ thường được đưa ra như một yếu tố không chắc chắn như là một hàm trên khoảng cách. Đối với CMM bằng cách sử dụng đầu dò cảm ứng, điều này liên quan đến độ lặp lại của đầu dò và độ chính xác của thang đo tuyến tính. Độ lặp lại của đầu dò điển hình có thể dẫn đến các phép đo trong vòng 0,001mm hoặc 0,00005 inch (nửa một phần mười) trên toàn bộ thể tích đo. Đối với các máy 3, 3+2 và 5, các đầu dò được hiệu chỉnh thường xuyên bằng các tiêu chuẩn có thể truy nguyên và chuyển động của máy được xác minh bằng đồng hồ đo để đảm bảo độ chính xác.
Các bộ phận cụ thể
Thân máy
CMM đầu tiên được phát triển bởi Công ty Ferranti của Scotland vào những năm 1950 do nhu cầu trực tiếp đo lường các thành phần chính xác trong các sản phẩm quân sự của họ, mặc dù máy này chỉ có 2 trục. Các mô hình 3 trục đầu tiên bắt đầu xuất hiện vào những năm 1960 (DEA của Ý) và kiểm soát máy tính đã ra mắt vào đầu những năm 1970 nhưng CMM làm việc đầu tiên được phát triển và bán bởi Browne & Sharpe ở Melbourne, Anh. (Leitz Đức sau đó đã tạo ra một cấu trúc máy cố định với bảng di chuyển.
Trong các máy móc hiện đại, cấu trúc kiểu Gantry có hai chân và thường được gọi là cây cầu. Điều này di chuyển tự do dọc theo bàn đá granit bằng một chân (thường được gọi là chân bên trong) theo một đường ray dẫn hướng được gắn vào một bên của bàn đá granit. Chân đối diện (thường là chân bên ngoài) chỉ cần nằm trên bàn đá granit theo đường viền bề mặt thẳng đứng. Vòng bi không khí là phương pháp được chọn để đảm bảo di chuyển không ma sát. Trong đó, không khí nén được buộc qua một loạt các lỗ rất nhỏ trong bề mặt ổ trục phẳng để cung cấp một đệm không khí mịn nhưng được kiểm soát mà CMM có thể di chuyển theo cách gần như không ma sát có thể được bù qua phần mềm. Chuyển động của cây cầu hoặc giàn dọc theo bàn đá granit tạo thành một trục của mặt phẳng XY. Cây cầu của giàn chứa một cỗ xe đi qua giữa hai chân bên trong và bên ngoài và tạo thành trục ngang X hoặc Y khác. Trục chuyển động thứ ba (trục Z) được cung cấp bằng cách bổ sung một cái kẹp hoặc trục chính dọc di chuyển lên xuống qua trung tâm của xe ngựa. Đầu dò cảm ứng tạo thành thiết bị cảm biến ở cuối quill. Chuyển động của các trục X, Y và Z mô tả đầy đủ phong bì đo. Các bảng quay tùy chọn có thể được sử dụng để tăng cường khả năng tiếp cận của đầu dò đo cho các phôi phức tạp. Bảng quay dưới dạng trục ổ đĩa thứ tư không tăng cường kích thước đo, vẫn còn 3D, nhưng nó cung cấp một mức độ linh hoạt. Một số đầu dò cảm ứng là các thiết bị quay được cung cấp năng lượng với đầu dò có thể xoay theo chiều dọc theo hơn 180 độ và thông qua vòng quay 360 độ đầy đủ.
CMMS hiện cũng có sẵn trong nhiều hình thức khác. Chúng bao gồm các cánh tay CMM sử dụng các phép đo góc được thực hiện ở các khớp của cánh tay để tính toán vị trí của đầu bút stylus, và có thể được trang bị các đầu dò để quét laser và hình ảnh quang học. CMMS ARM như vậy thường được sử dụng trong đó tính di động của chúng là một lợi thế so với CMMS cố định truyền thống- bằng cách lưu trữ các vị trí đo, phần mềm lập trình cũng cho phép tự di chuyển cánh tay đo và thể tích đo của nó, xung quanh phần được đo trong thói quen đo. Bởi vì cánh tay CMM bắt chước tính linh hoạt của một cánh tay người, chúng cũng thường có thể đạt được bên trong các bộ phận phức tạp không thể được thử nghiệm bằng cách sử dụng máy ba trục tiêu chuẩn.
Đầu dò cơ học
Trong những ngày đầu đo tọa độ (CMM), các đầu dò cơ học được lắp vào một giá đỡ đặc biệt ở cuối câu. Một đầu dò rất phổ biến đã được thực hiện bằng cách hàn một quả bóng cứng vào cuối trục. Đây là lý tưởng để đo toàn bộ một loạt các bề mặt phẳng, hình trụ hoặc hình cầu. Các đầu dò khác được nối tiếp với các hình dạng cụ thể, ví dụ như một góc phần tư, để cho phép đo các tính năng đặc biệt. Các đầu dò này được giữ vật lý chống lại phôi có vị trí trong không gian được đọc từ một lần đọc kỹ thuật số 3 trục (DRO) hoặc, trong các hệ thống tiên tiến hơn, được đăng nhập vào máy tính bằng phương tiện của một footswitch hoặc thiết bị tương tự. Các phép đo được thực hiện bằng phương pháp tiếp xúc này thường không đáng tin cậy khi các máy được di chuyển bằng tay và mỗi toán tử máy áp dụng một lượng áp lực khác nhau đối với đầu dò hoặc các kỹ thuật khác nhau được thông qua cho phép đo.
Một sự phát triển hơn nữa là việc bổ sung động cơ cho mỗi trục. Các nhà khai thác không còn phải chạm vào máy nhưng có thể lái mỗi trục bằng một hộp tay với cần điều khiển theo cách tương tự như với những chiếc xe điều khiển từ xa hiện đại. Độ chính xác đo lường và độ chính xác được cải thiện đáng kể với việc phát minh ra đầu dò kích hoạt cảm ứng điện tử. Người tiên phong của thiết bị thăm dò mới này là David McMurtry, người sau đó đã thành lập nơi hiện là Renishaw plc. Mặc dù vẫn là một thiết bị tiếp xúc, nhưng đầu dò có một quả bóng thép được nạp lò xo (sau đó là Ruby Ball). Khi đầu dò chạm vào bề mặt của thành phần, bút stylus bị lệch và đồng thời gửi thông tin tọa độ X, Y, Z đến máy tính. Các lỗi đo lường do các nhà khai thác riêng lẻ trở nên ít hơn và giai đoạn được thiết lập cho việc giới thiệu các hoạt động CNC và sự xuất hiện của Age of CMM.
Đầu dò tự động cơ giới với đầu dò kích hoạt cảm ứng điện tử
Các đầu dò quang học là các hệ thống ống kính-CCD, được di chuyển giống như các hệ thống cơ học, và được nhắm vào điểm quan tâm, thay vì chạm vào vật liệu. Hình ảnh được chụp của bề mặt sẽ được đặt trong biên giới của cửa sổ đo, cho đến khi dư lượng đủ để tương phản giữa các vùng đen và trắng. Đường cong phân chia có thể được tính đến một điểm, đó là điểm đo mong muốn trong không gian. Thông tin ngang trên CCD là 2D (XY) và vị trí dọc là vị trí của hệ thống thăm dò hoàn chỉnh trên hệ thống dẫn động Z (hoặc thành phần thiết bị khác).
Hệ thống thăm dò quét
Có những mô hình mới hơn có các đầu dò kéo theo bề mặt của phần lấy các điểm trong các khoảng thời gian được chỉ định, được gọi là đầu dò quét. Phương pháp kiểm tra CMM này thường chính xác hơn phương pháp thăm dò cảm ứng thông thường và tốt nhất cũng nhanh hơn.
Thế hệ quét tiếp theo, được gọi là quét không tiếp xúc, bao gồm tam giác đơn lẻ laser tốc độ cao, quét đường laser và quét ánh sáng trắng, đang tiến rất nhanh. Phương pháp này sử dụng chùm tia laser hoặc ánh sáng trắng được chiếu trên bề mặt của bộ phận. Hàng ngàn điểm sau đó có thể được lấy và sử dụng không chỉ để kiểm tra kích thước và vị trí mà còn tạo ra hình ảnh 3D của phần. Dữ liệu đám mây điểm này sau đó có thể được chuyển sang phần mềm CAD để tạo mô hình 3D hoạt động của bộ phận. Các máy quét quang học này thường được sử dụng trên các bộ phận mềm hoặc tinh tế hoặc để tạo điều kiện cho kỹ thuật đảo ngược.
- Đầu dò micrometrology
Hệ thống thăm dò cho các ứng dụng đo lường siêu nhỏ là một khu vực mới nổi khác. Có một số máy đo tọa độ (CMM) có bán trên thị trường có một vi sinh vật được tích hợp vào hệ thống, một số hệ thống đặc sản tại các phòng thí nghiệm của chính phủ và bất kỳ số lượng nền tảng đo lường nào được xây dựng ở trường đại học cho đo lường siêu nhỏ. Mặc dù các máy này là tốt và trong nhiều trường hợp, các nền tảng đo lường tuyệt vời với thang đo nanomet, nhưng giới hạn chính của chúng là một đầu dò micro/nano đáng tin cậy, mạnh mẽ, có khả năng.[Trích dẫn cần thiết]Những thách thức đối với các công nghệ thăm dò kính hiển vi bao gồm sự cần thiết của đầu dò tỷ lệ khung hình cao cho phép khả năng truy cập các tính năng sâu, hẹp với lực tiếp xúc thấp để không làm hỏng bề mặt và độ chính xác cao (mức độ nanomet).[Trích dẫn cần thiết]Ngoài ra, các đầu dò của kính hiển vi dễ bị các điều kiện môi trường như độ ẩm và tương tác bề mặt như stiction (gây ra bởi sự bám dính, sụn và/hoặc lực Van der Waals giữa những người khác).[Trích dẫn cần thiết]
Các công nghệ để đạt được thăm dò kính hiển vi bao gồm phiên bản thu nhỏ của các đầu dò CMM cổ điển, đầu dò quang học và đầu dò sóng đứng giữa các đầu dò khác. Tuy nhiên, các công nghệ quang hiện tại không thể được thu nhỏ đủ nhỏ để đo tính năng sâu, hẹp và độ phân giải quang bị giới hạn bởi bước sóng của ánh sáng. Hình ảnh tia X cung cấp một hình ảnh về tính năng nhưng không có thông tin đo lường có thể truy nguyên.
- Nguyên tắc vật lý
Các đầu dò quang và/hoặc đầu dò laser có thể được sử dụng (nếu có thể kết hợp), thay đổi CMM để đo kính hiển vi hoặc máy đo đa cảm biến. Các hệ thống chiếu rìa, hệ thống tam giác Theodolite hoặc các hệ thống hình tam giác và hình tam giác không được gọi là máy đo, nhưng kết quả đo là như nhau: một điểm không gian. Các đầu dò laser được sử dụng để phát hiện khoảng cách giữa bề mặt và điểm tham chiếu ở đầu chuỗi động học (tức là: đầu của thành phần ổ Z). Điều này có thể sử dụng hàm giao thoa kế, biến thể tiêu điểm, độ lệch ánh sáng hoặc nguyên tắc bóng chùm.
Máy tọa độ di động
Trong khi CMM truyền thống sử dụng một đầu dò di chuyển trên ba trục Cartesian để đo các đặc điểm vật lý của một vật thể, CMM di động sử dụng các cánh tay khớp nối hoặc, trong trường hợp CMM quang, các hệ thống quét không có cánh tay sử dụng các phương pháp tam giác quang và cho phép tự do di chuyển toàn bộ đối tượng.
CMM di động với cánh tay khớp có sáu hoặc bảy trục được trang bị bộ mã hóa quay, thay vì trục tuyến tính. Cánh tay di động nhẹ (thường là dưới 20 pounds) và có thể được mang và sử dụng gần như ở bất cứ đâu. Tuy nhiên, CMM quang học đang ngày càng được sử dụng trong ngành. Được thiết kế với camera mảng tuyến tính hoặc ma trận nhỏ gọn (như Microsoft Kinect), CMM quang nhỏ hơn CMM di động với cánh tay, không có dây và cho phép người dùng dễ dàng thực hiện các phép đo 3D của tất cả các loại đối tượng nằm ở hầu hết mọi nơi.
Một số ứng dụng không hồi phục như kỹ thuật đảo ngược, tạo mẫu nhanh và kiểm tra quy mô lớn các bộ phận của tất cả các kích cỡ là lý tưởng phù hợp với CMM di động. Những lợi ích của CMM di động là nhiều người. Người dùng có sự linh hoạt trong việc thực hiện các phép đo 3D của tất cả các loại bộ phận và ở các vị trí xa/khó nhất. Chúng rất dễ sử dụng và không yêu cầu môi trường được kiểm soát để thực hiện các phép đo chính xác. Hơn nữa, CMM di động có xu hướng chi phí thấp hơn CMM truyền thống.
Sự đánh đổi vốn có của CMM di động là hoạt động thủ công (chúng luôn yêu cầu con người sử dụng chúng). Ngoài ra, độ chính xác tổng thể của chúng có thể ít chính xác hơn so với loại CMM loại cầu và ít phù hợp hơn đối với một số ứng dụng.
Máy đo đa bộ
Công nghệ CMM truyền thống sử dụng các đầu dò cảm ứng ngày nay thường được kết hợp với công nghệ đo lường khác. Điều này bao gồm các cảm biến laser, video hoặc ánh sáng trắng để cung cấp những gì được gọi là đo đa bộ.
Thời gian đăng: tháng 12-29-2021