Koordinat ölçüm makinesi nedir?

AÖlçüm Makinesi Koordinat(CMM), nesnenin yüzeyindeki ayrık noktaları bir probla algılayarak fiziksel nesnelerin geometrisini ölçen bir cihazdır. Mekanik, optik, lazer ve beyaz ışık dahil olmak üzere CMM'lerde çeşitli prob türleri kullanılır. Makineye bağlı olarak, prob konumu bir operatör tarafından manuel olarak kontrol edilebilir veya bilgisayar kontrollü olabilir. CMMS tipik olarak bir probun konumunu, üç boyutlu Kartezyen koordinat sistemindeki (yani XYZ eksenleriyle) referans konumundan yerinden edilmesi açısından belirtir. Probu X, Y ve Z eksenleri boyunca hareket ettirmenin yanı sıra, birçok makine ayrıca, aksi takdirde ulaşılamayacak yüzeylerin ölçülmesine izin vermek için prob açısının kontrol edilmesine izin verir.

Tipik 3D “Köprü” CMM, üç boyutlu bir Kartezyen koordinat sisteminde birbirine dik olan üç eksen, X, Y ve Z boyunca prob hareketine izin verir. Her eksende, probun o eksen üzerindeki konumunu, tipik olarak mikrometre hassasiyeti ile izleyen bir sensör bulunur. Prob, nesne üzerindeki belirli bir konumu temas ettiğinde (veya başka türlü algıladığında), makine üç konum sensörünü örnekler, böylece nesnenin yüzeyindeki bir noktanın yerini ve alınan ölçümün 3 boyutlu vektörünü ölçer. Bu işlem, ilgili yüzey alanlarını tanımlayan bir “nokta bulutu” üretmek için probu her seferinde hareket ettirir.

CMM'lerin yaygın bir kullanımı, bir parçayı veya montajı tasarım amacına karşı test etmek için imalat ve montaj süreçleridir. Bu tür uygulamalarda, özelliklerin inşası için regresyon algoritmaları yoluyla analiz edilen nokta bulutları oluşturulur. Bu noktalar, bir operatör tarafından manuel olarak veya doğrudan bilgisayar kontrolü (DCC) aracılığıyla otomatik olarak konumlandırılan bir prob kullanılarak toplanır. DCC CMM'ler aynı parçaları tekrar tekrar ölçecek şekilde programlanabilir; Dolayısıyla otomatik bir CMM, endüstriyel bir robot biçimidir.

Parça

Koordinat ölçüm makineleri üç ana bileşen içerir:

• Üç hareket ekseni içeren ana yapı. Hareketli çerçeveyi oluşturmak için kullanılan malzeme yıllar içinde değişmiştir. Granit ve çelik erken CMM'lerde kullanıldı. Bugün tüm büyük CMM üreticileri alüminyum alaşımından veya bazı türevlerden çerçeveler oluşturur ve ayrıca tarama uygulamaları için Z ekseninin sertliğini arttırmak için seramik kullanırlar. Günümüzde birkaç CMM inşaatçısı hala granit çerçeve CMM üretmektedir. Metroloji dinamikleri ve CMM'yi kalite laboratuvarının dışına yükleme eğilimi için pazar gereksinimi nedeniyle. Tipik olarak sadece düşük hacimli CMM inşaatçıları ve Çin ve Hindistan'daki yerli üreticiler, düşük teknoloji yaklaşımı ve bir CMM çerçeve oluşturucu olmak için kolay giriş nedeniyle hala granit CMM üretiyor. Taramaya yönelik artan eğilim ayrıca CMM Z ekseninin daha sert olmasını gerektirir ve seramik ve silikon karbür gibi yeni malzemeler eklenmiştir.
• Problama sistemi
• Veri toplama ve azaltma sistemi - genellikle bir makine denetleyicisi, masaüstü bilgisayar ve uygulama yazılımı içerir.

Kullanılabilirlik

Bu makineler serbest duran, el ve taşınabilir olabilir.

Kesinlik

Koordinat ölçüm makinelerinin doğruluğu tipik olarak mesafe üzerinde bir fonksiyon olarak bir belirsizlik faktörü olarak verilir. Bir dokunmatik prob kullanan bir CMM için, bu probun tekrarlanabilirliği ve doğrusal ölçeklerin doğruluğu ile ilgilidir. Tipik prob tekrarlanabilirliği, tüm ölçüm hacminde .001mm veya .00005 inç (yarım onda) içinde ölçümlere neden olabilir. 3, 3+2 ve 5 eksenli makineler için problar izlenebilir standartlar kullanılarak rutin olarak kalibre edilir ve doğruluğu sağlamak için makine hareketi göstergeler kullanılarak doğrulanır.

Belirli parçalar

Makine gövdesi

İlk CMM, 1950'lerde İskoçya Ferranti Şirketi tarafından, askeri ürünlerindeki hassas bileşenleri ölçmek için doğrudan bir ihtiyaç sonucunda geliştirildi, ancak bu makinenin sadece 2 eksenine sahipti. İlk 3 eksenli modeller 1960'larda (İtalya DEA) ortaya çıkmaya başladı ve 1970'lerin başında bilgisayar kontrolü çıktı, ancak ilk çalışan CMM geliştirildi ve İngiltere'nin Melbourne kentinde Browne & Sharpe tarafından satışa sunuldu. (Leitz Almanya daha sonra hareketli tablo ile sabit bir makine yapısı üretti.

Modern makinelerde, portal tipi üst yapının iki ayağı vardır ve genellikle köprü olarak adlandırılır. Bu, granit masanın bir tarafına bağlı bir kılavuz rayı takiben bir bacak (genellikle iç bacak olarak adlandırılır) ile granit masa boyunca serbestçe hareket eder. Karşı bacak (genellikle bacağın dışında) dikey yüzey konturunu takiben granit masaya dayanır. Hava rulmanları, sürtünmesiz seyahat sağlamak için seçilen yöntemdir. Bunlarda, basınçlı hava, CMM'nin yazılım yoluyla telafi edilebilecek yakın sürtünmesiz bir şekilde hareket edebileceği pürüzsüz ama kontrollü bir hava yastığı sağlamak için düz bir yatak yüzeyinde bir dizi çok küçük delikten zorlanır. Köprünün veya pürüzlü granit masa boyunca hareketi, XY düzleminin bir eksenini oluşturur. Portal köprüsü, iç ve dış bacaklar arasında geçen ve diğer X veya Y yatay ekseni oluşturan bir taşıma içerir. Üçüncü hareket ekseni (z ekseni), taşıyıcının merkezinden yukarı ve aşağı hareket eden dikey bir tüy veya mil eklenerek sağlanır. Dokunma sondası, dulağın ucundaki algılama cihazını oluşturur. X, Y ve Z eksenlerinin hareketi ölçüm zarfını tam olarak tanımlar. Ölçüm probunun karmaşık iş parçalarına ulaşılabilirliğini arttırmak için isteğe bağlı döner tablolar kullanılabilir. Dördüncü tahrik ekseni olarak döner tablo, 3D olarak kalan ölçüm boyutlarını arttırmaz, ancak bir dereceye kadar esneklik sağlar. Bazı dokunmatik probların kendileri, 180 dereceden fazla ve tam 360 derece rotasyon yoluyla dikey olarak dönebilen prob ucu ile güçlendirilmiş döner cihazlardır.

CMM'ler artık çeşitli diğer formlarda da mevcuttur. Bunlar, kalem ucunun konumunu hesaplamak için kolun eklemlerinde alınan açısal ölçümleri kullanan CMM kolları içerir ve lazer taraması ve optik görüntüleme için problarla donatılabilir. Bu tür ARM CMM'leri genellikle taşınabilirliklerinin geleneksel sabit yatak CMM'lerine göre bir avantaj olduğu durumlarda kullanılır- ölçülen yerleri saklayarak, programlama yazılımı aynı zamanda ölçüm kolunun kendisinin ve ölçüm hacminin bir ölçüm rutini sırasında ölçülmesini sağlar. CMM kolları bir insan kolunun esnekliğini taklit ettiğinden, genellikle standart bir üç eksen makinesi kullanılarak problanamayan karmaşık parçaların içlerine ulaşabilirler.

Mekanik prob

Koordinat ölçümünün (CMM) ilk günlerinde, mekanik problar, tüyün sonunda özel bir tutucuya yerleştirildi. Bir şaftın ucuna sert bir topun lehimlenmesi ile çok yaygın bir prob yapıldı. Bu, bir dizi düz yüz, silindirik veya küresel yüzeyleri ölçmek için idealdi. Diğer problar, özel özelliklerin ölçülmesini sağlamak için, örneğin bir kadran gibi spesifik şekillere zemindi. Bu problar, 3 eksenli bir dijital okuma (DRO) veya daha gelişmiş sistemlerde bir ayak scağı veya benzeri bir cihaz vasıtasıyla bir bilgisayara kaydedilen uzay konumu ile iş parçasına karşı fiziksel olarak tutuldu. Bu temas yöntemi ile alınan ölçümler, makineler elle hareket ettirildikçe ve her makine operatörü prob üzerinde farklı miktarlarda basınç uyguladığı veya ölçüm için farklı teknikler benimsediğinden genellikle güvenilmezdi.

Diğer bir gelişme, her ekseni sürmek için motorların eklenmesiydi. Operatörler artık makineye fiziksel olarak dokunmak zorunda kalmadı, ancak her ekseni modern uzaktan kumandalı arabalarla aynı şekilde joystick ile bir el kutusu kullanarak sürebilir. Elektronik dokunma tetik probunun icadı ile ölçüm doğruluğu ve hassasiyeti önemli ölçüde iyileşti. Bu yeni prob cihazının öncüsü, daha sonra şimdi Renishaw Plc olanı oluşturan David McMurtry idi. Hala bir temas cihazı olmasına rağmen, probun yaylı bir çelik bilyası (daha sonra yakut top) kalemine sahipti. Prob bileşenin yüzeyine dokunduğunda, Stylus saptırıldı ve aynı anda x, y, z koordinat bilgilerini bilgisayara gönderdi. Bireysel operatörlerin neden olduğu ölçüm hataları daha az hale geldi ve CNC operasyonlarının tanıtılması ve CMM'lerin yaşı için sahne ayarlandı.

Optik problar, mekanik olanlar gibi hareket eden ve malzemeye dokunmak yerine ilgi noktasına yönelik olan lens-CCD sistemleridir. Yüzeyin yakalanan görüntüsü, kalıntı siyah beyaz bölgeler arasındaki kontrast için yeterli olana kadar, bir ölçüm penceresinin sınırlarına yerleştirilecektir. Bölme eğrisi, uzayda aranan ölçüm noktası olan bir noktaya hesaplanabilir. CCD üzerindeki yatay bilgi 2D (XY) ve dikey konum, tam problama sisteminin Stant Z-Drive (veya diğer cihaz bileşeni) üzerindeki konumudur.

Tarama prob sistemleri

Tarama probları olarak bilinen, belirli aralıklarla puan alan parçanın yüzeyi boyunca sürükleyen problara sahip daha yeni modeller vardır. Bu CMM inceleme yöntemi genellikle geleneksel dokunmatik prob yönteminden daha doğrudur ve çoğu zaman daha hızlıdır.

Yüksek hızlı lazer tek nokta üçgenleme, lazer hattı taraması ve beyaz ışık taraması içeren temassız tarama olarak bilinen yeni nesil tarama çok hızlı ilerliyor. Bu yöntem, parçanın yüzeyine yansıtılan lazer ışınları veya beyaz ışık kullanır. Daha sonra binlerce puan alınabilir ve sadece boyutu ve pozisyonu kontrol etmek için değil, aynı zamanda parçanın 3D görüntüsünü de oluşturmak için kullanılabilir. Bu “nokta-bulut verileri” daha sonra parçanın çalışan bir 3D modelini oluşturmak için CAD yazılımına aktarılabilir. Bu optik tarayıcılar genellikle yumuşak veya hassas parçalarda veya ters mühendisliği kolaylaştırmak için kullanılır.

Mikrometroloji probları

Mikro ölçekli metroloji uygulamaları için problama sistemleri gelişmekte olan başka bir alandır. Sisteme entegre bir mikroprob, devlet laboratuvarlarında çeşitli uzmanlık sistemleri ve mikro ölçekli metroloji için herhangi bir sayıda üniversite yapımı metroloji platformuna sahip ticari olarak temin edilebilen birkaç koordinat ölçüm makinesi (CMM) vardır. Bu makineler iyi ve çoğu durumda nanometrik ölçekli mükemmel metroloji platformları olmasına rağmen, birincil sınırlamaları güvenilir, sağlam, yetenekli bir mikro/nano probudur.^{[Atıf Gerekiyor]}Mikro ölçekli problama teknolojileri için zorluklar, yüzeye zarar vermemek için düşük temas kuvvetlerine sahip derin, dar özelliklere ve yüksek hassasiyete (nanometre seviyesi) erişim yeteneği veren yüksek en boy oranlı bir prob ihtiyacına ihtiyaç duyulur.^{[Atıf Gerekiyor]}Ek olarak mikro ölçekli problar, nem gibi çevre koşullarına ve stice (yapışma, menisküs ve/veya van der Waals kuvvetlerinden kaynaklanan yüzey etkileşimleri gibi çevresel koşullara duyarlıdır.^{[Atıf Gerekiyor]}

Mikro ölçekli problama elde etmek için teknolojiler arasında klasik CMM problarının ölçeklendirilmiş versiyonu, optik problar ve diğerleri arasında bir ayakta dalga probu bulunmaktadır. Bununla birlikte, mevcut optik teknolojiler derin, dar özelliği ölçecek kadar küçük ölçeklendirilemez ve optik çözünürlük ışığın dalga boyu ile sınırlıdır. X-ışını görüntüleme özelliğin bir resmini sağlar, ancak izlenebilir metroloji bilgisi yoktur.

Fiziksel ilkeler

Optik problar ve/veya lazer probları (mümkünse kombinasyon halinde) kullanılabilir, bu da CMM'leri ölçüm mikroskopları veya çok sensör ölçüm makinelerine değiştirir. Fringe projeksiyon sistemleri, teodolit üçgenleme sistemleri veya lazer uzak ve üçgenleme sistemlerine ölçüm makineleri olarak adlandırılmaz, ancak ölçüm sonucu aynıdır: bir boşluk noktası. Lazer probları, kinematik zincirin ucundaki yüzey ve referans noktasını (yani: Z-drive bileşeninin sonu) saptamak için kullanılır. Bu, interferometrik bir fonksiyon, odak varyasyonu, ışık sapması veya ışın gölgeleme prensibi kullanabilir.

Taşınabilir koordinat ölçüm makineleri

Geleneksel CMM'ler, bir nesnenin fiziksel özelliklerini ölçmek için üç Kartezyen eksen üzerinde hareket eden bir prob kullanırken, taşınabilir CMM'ler ya mafsallı kollar veya optik CMM'ler, optik üçgenleme yöntemlerini kullanan ve nesnenin etrafındaki toplam hareket özgürlüğünü sağlayan kolsuz tarama sistemleri kullanır.

Mafsallı kollu taşınabilir CMM'ler, doğrusal eksenler yerine döner kodlayıcılarla donatılmış altı veya yedi eksen vardır. Taşınabilir kollar hafiftir (tipik olarak 20 pounddan az) ve neredeyse her yerde taşınabilir ve kullanılabilir. Bununla birlikte, optik CMM'ler sektörde giderek daha fazla kullanılıyor. Kompakt doğrusal veya matris dizi kameraları (Microsoft Kinect gibi) ile tasarlanan optik CMM'ler, kollu taşınabilir CMM'lerden daha küçüktür, kablo yoktur ve kullanıcıların hemen hemen her yerde bulunan her türlü nesnenin 3D ölçümlerini kolayca almasını sağlar.

Ters mühendislik, hızlı prototipleme ve her boyuttaki parçaların büyük ölçekli incelemesi gibi bazı tekrarlayan uygulamalar taşınabilir CMM'ler için idealdir. Taşınabilir CMM'lerin faydaları çok katlıdır. Kullanıcılar, her türlü parçanın 3D ölçümlerini ve en uzak/zor yerlerde alma esnekliğine sahiptir. Kullanımı kolaydır ve doğru ölçümler almak için kontrollü bir ortam gerektirmezler. Ayrıca, taşınabilir CMM'ler geleneksel CMM'lerden daha düşük maliyetlidir.

Taşınabilir CMM'lerin doğal ödünleşmeleri manuel işlemdir (bunları her zaman kullanmaları için bir insan gerektirir). Buna ek olarak, genel doğrulukları bir köprü tipi CMM'den biraz daha az doğru olabilir ve bazı uygulamalar için daha az uygundur.

Çok sensör ölçüm makineleri

Dokunmatik probları kullanan geleneksel CMM teknolojisi bugün genellikle diğer ölçüm teknolojisi ile birleştirilmiştir. Bu, multisensor ölçüm olarak bilinen şeyi sağlamak için lazer, video veya beyaz ışık sensörleri içerir.