Koordinat ölçüm makinesi nedir?

Akoordinat ölçüm makinesi(CMM), bir prob ile nesnenin yüzeyindeki ayrı noktaları algılayarak fiziksel nesnelerin geometrisini ölçen bir cihazdır.CMM'lerde mekanik, optik, lazer ve beyaz ışık dahil olmak üzere çeşitli tipte problar kullanılır.Makineye bağlı olarak prob konumu bir operatör tarafından manuel olarak kontrol edilebileceği gibi bilgisayarla da kontrol edilebilir.CMM'ler tipik olarak bir sondanın konumunu, üç boyutlu Kartezyen koordinat sistemindeki (yani XYZ eksenleriyle) bir referans konumundan yer değiştirmesi açısından belirtir.Probu X, Y ve Z eksenleri boyunca hareket ettirmenin yanı sıra birçok makine, normalde ulaşılamayacak yüzeylerin ölçümüne olanak sağlamak üzere prob açısının kontrol edilmesine de olanak tanır.

Tipik 3D "köprü" CMM, üç boyutlu 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 hassasiyetinde izleyen bir sensör bulunur.Prob nesne üzerinde belirli bir konuma temas ettiğinde (veya başka bir şekilde algıladığında), makine üç konum sensörünü örnekler, böylece nesnenin yüzeyindeki bir noktanın konumunun yanı sıra alınan ölçümün 3 boyutlu vektörünü de ölçer.Bu süreç, ilgilenilen yüzey alanlarını tanımlayan bir "nokta bulutu" oluşturmak için her seferinde probu hareket ettirerek gerektiği kadar tekrarlanır.

CMM'lerin yaygın bir kullanımı, bir parçayı veya montajı tasarım amacına göre test etmek için üretim ve montaj süreçlerindedir.Bu tür uygulamalarda, özelliklerin oluşturulması için regresyon algoritmaları aracılığıyla 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 robotun özel bir şeklidir.

Parçalar

Koordinat ölçüm makineleri üç ana bileşenden oluşur:

• Üç hareket ekseni içeren ana yapı.Hareketli çerçeveyi oluşturmak için kullanılan malzeme yıllar içinde değişiklik göstermiştir.İlk CMM'lerde granit ve çelik kullanıldı.Bugün tüm büyük CMM üreticileri alüminyum alaşımdan veya bazı türevlerden çerçeveler üretiyor ve ayrıca tarama uygulamaları için Z ekseninin sertliğini arttırmak için seramik kullanıyor.Pazarın gelişmiş metroloji dinamiklerine olan gereksinimi ve CMM'yi kalite laboratuvarı dışında kurma eğiliminin artması nedeniyle, günümüzde çok az sayıda CMM üreticisi hala granit çerçeveli CMM üretmektedir.Tipik olarak yalnızca düşük hacimli CMM imalatçıları ve Çin ve Hindistan'daki yerli imalatçılar, düşük teknoloji yaklaşımı ve CMM çerçeve imalatçısı olmak için kolay giriş nedeniyle hala granit CMM üretmektedir.Taramaya yönelik artan eğilim aynı zamanda CMM Z ekseninin daha sert olmasını ve seramik ve silisyum karbür gibi yeni malzemelerin tanıtılmasını gerektirmektedir.
• Problama sistemi
• Veri toplama ve azaltma sistemi — genellikle bir makine kontrolörü, masaüstü bilgisayar ve uygulama yazılımı içerir.

Kullanılabilirlik

Bu makineler ayaklı, el tipi ve taşınabilir olabilir.

Kesinlik

Koordinat ölçüm makinelerinin doğruluğu tipik olarak mesafeye bağlı bir fonksiyon olarak belirsizlik faktörü olarak verilir.Temaslı prob kullanan bir CMM için bu, probun tekrarlanabilirliği ve doğrusal ölçeklerin doğruluğu ile ilgilidir.Tipik prob tekrarlanabilirliği, tüm ölçüm hacmi boyunca 0,001 mm veya 0,00005 inç (onda yarım) dahilinde ölçümlerle sonuçlanabilir.3, 3+2 ve 5 eksenli makineler için problar, izlenebilir standartlar kullanılarak rutin olarak kalibre edilir ve doğruluğu sağlamak için makine hareketi mastarlar kullanılarak doğrulanır.

Belirli parçalar

Makine gövdesi

İlk CMM, 1950'lerde İskoçya'daki Ferranti Şirketi tarafından askeri ürünlerindeki hassas bileşenlerin doğrudan ölçülmesi ihtiyacının bir sonucu olarak geliştirildi, ancak bu makinenin yalnızca 2 ekseni vardı.İlk 3 eksenli modeller 1960'larda (İtalya'da DEA) ortaya çıkmaya başladı ve bilgisayar kontrolü 1970'lerin başında piyasaya sürüldü ancak ilk çalışan CMM, Browne & Sharpe tarafından Melbourne, İngiltere'de geliştirildi ve satışa sunuldu.(Leitz Almanya daha sonra hareketli tablalı sabit bir makine yapısı üretti.

Modern makinelerde portal tipi üst yapının iki ayağı vardır ve genellikle köprü olarak adlandırılır.Bu, granit masanın bir tarafına tutturulmuş bir kılavuz rayı takip eden bir ayakla (genellikle iç bacak olarak anılır) granit masa boyunca serbestçe hareket eder.Karşı bacak (çoğunlukla dış bacak) dikey yüzey konturunu takip ederek granit masanın üzerinde durur.Hava yatakları sürtünmesiz hareket sağlamak için seçilen yöntemdir.Bunlarda, sıkıştırılmış hava, düz bir yatak yüzeyindeki bir dizi çok küçük delikten geçirilerek, CMM'nin üzerinde neredeyse sürtünmesiz bir şekilde hareket edebildiği pürüzsüz ama kontrollü bir hava yastığı sağlamak üzere zorlanır ve bu, yazılım aracılığıyla telafi edilebilir.Köprünün veya portalın granit masa boyunca hareketi XY düzleminin bir eksenini oluşturur.Portalın köprüsü, iç ve dış bacaklar arasından geçen ve diğer X veya Y yatay eksenini oluşturan bir taşıyıcı içerir.Üçüncü hareket ekseni (Z ekseni), taşıyıcının merkezi boyunca yukarı ve aşağı hareket eden dikey bir kalem veya milin eklenmesiyle sağlanır.Dokunma probu, tüy kalemin ucundaki algılama cihazını oluşturur.X, Y ve Z eksenlerinin hareketi ölçüm zarfını tam olarak tanımlar.Ölçüm probunun karmaşık iş parçalarına yaklaşılabilirliğini arttırmak için isteğe bağlı döner tablalar kullanılabilir.Dördüncü tahrik ekseni olarak döner tabla, 3 boyutlu kalan ölçüm boyutlarını geliştirmez ancak bir miktar esneklik sağlar.Bazı dokunmatik probların kendileri, prob ucunun 180 dereceden fazla dikey olarak ve 360 ​​derecelik tam bir dönüşle dönebildiği, güç sağlayan döner cihazlardır.

CMM'ler artık çeşitli başka formlarda da mevcuttur.Bunlar arasında, kalem ucunun konumunu hesaplamak için kolun eklem yerlerinde alınan açısal ölçümleri kullanan ve lazer tarama ve optik görüntüleme için problarla donatılabilen CMM kolları yer alır.Bu tür kol CMM'leri genellikle taşınabilirliklerinin geleneksel sabit yataklı CMM'lere göre bir avantaj olduğu durumlarda kullanılır; ölçülen konumları depolayarak, programlama yazılımı aynı zamanda ölçüm kolunun kendisinin ve ölçüm hacminin bir ölçüm rutini sırasında ölçülecek parça etrafında hareket etmesine de olanak tanır.CMM kolları insan kolunun esnekliğini taklit ettiğinden, standart üç eksenli bir makine kullanılarak problanamayan karmaşık parçaların iç kısımlarına da sıklıkla ulaşabilmektedir.

Mekanik prob

Koordinat ölçümünün (CMM) ilk günlerinde, mekanik problar kalemin ucundaki özel bir tutucuya takıldı.Çok yaygın bir prob, bir şaftın ucuna sert bir topun lehimlenmesiyle yapılmıştır.Bu, çok çeşitli düz yüzeylerin, silindirik veya küresel yüzeylerin ölçümü için idealdi.Diğer problar, özel özelliklerin ölçümünü mümkün kılmak için çeyrek daire gibi belirli şekillere göre taşlandı.Bu problar fiziksel olarak iş parçasına karşı tutuldu ve uzaydaki konumu 3 eksenli bir dijital okumadan (DRO) okundu veya daha gelişmiş sistemlerde ayak pedalı veya benzeri bir cihaz aracılığıyla bir bilgisayara giriş yapıldı.Bu temas yöntemiyle alınan ölçümler, makinelerin elle hareket ettirilmesi ve her makine operatörünün prob üzerine farklı miktarlarda basınç uygulaması veya ölçüm için farklı teknikler benimsemesi nedeniyle genellikle güvenilmezdi.

Daha ileri bir gelişme, her ekseni tahrik etmek için motorların eklenmesiydi.Operatörlerin artık makineye fiziksel olarak dokunması gerekmiyordu, ancak modern uzaktan kumandalı arabalarda olduğu gibi her ekseni joystick'li bir el kutusu kullanarak çalıştırabiliyorlardı.Elektronik temasla tetiklemeli probun icadıyla ölçüm doğruluğu ve hassasiyeti önemli ölçüde arttı.Bu yeni prob cihazının öncüsü, daha sonra şu anda Renishaw plc olarak adlandırılan şirketi kuran David McMurtry idi.Hala bir temas cihazı olmasına rağmen, sonda yay yüklü bir çelik bilyeye (daha sonra yakut top) bir kaleme sahipti.Prob bileşenin yüzeyine dokunduğunda prob ucu yön değiştirdi ve aynı anda X,Y,Z koordinat bilgilerini bilgisayara gönderdi.Bireysel operatörlerin neden olduğu ölçüm hataları azaldı ve CNC işlemlerinin başlatılması ve CMM'lerin çağının gelmesi için ortam hazırlandı.

Optik problar, mekanik olanlar gibi hareket eden ve malzemeye dokunmak yerine ilgi noktasını hedef alan lens-CCD sistemleridir.Yüzeyin yakalanan görüntüsü, kalıntı siyah ve beyaz bölgeler arasındaki kontrastı sağlamaya yeterli oluncaya kadar bir ölçüm penceresinin sınırları içine alınacaktır.Bölme eğrisi, uzayda istenen ölçüm noktası olan bir noktaya kadar hesaplanabilir.CCD üzerindeki yatay bilgi 2D'dir (XY) ve dikey konum, tüm problama sisteminin stand Z sürücüsü (veya diğer cihaz bileşeni) üzerindeki konumudur.

Tarama probu sistemleri

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

Temassız tarama olarak bilinen ve yüksek hızlı lazer tek nokta üçgenleme, lazer çizgi tarama ve beyaz ışık taramayı içeren yeni nesil tarama çok hızlı ilerlemektedir.Bu yöntem, parçanın yüzeyine yansıtılan lazer ışınlarını veya beyaz ışığı kullanır.Daha sonra binlerce nokta alınıp yalnızca boyutu ve konumu kontrol etmek için değil, aynı zamanda parçanın 3 boyutlu görüntüsünü oluşturmak için de kullanılabilir.Bu "nokta bulutu verileri" daha sonra parçanın çalışan bir 3D modelini oluşturmak için CAD yazılımına aktarılabilir.Bu optik tarayıcılar genellikle yumuşak veya hassas parçalarda veya tersine mühendisliği kolaylaştırmak için kullanılır.

Mikrometroloji probları

Mikro ölçekli metroloji uygulamalarına yönelik prob sistemleri, gelişmekte olan başka bir alandır.Sisteme entegre edilmiş bir mikroproba sahip, ticari olarak temin edilebilen çeşitli koordinat ölçüm makineleri (CMM), devlet laboratuvarlarında çeşitli özel sistemler ve mikro ölçekli metroloji için üniversite tarafından inşa edilmiş herhangi bir sayıda metroloji platformu bulunmaktadır.Bu makineler iyi ve çoğu durumda nanometrik ölçeklere sahip mükemmel metroloji platformları olmasına rağmen, bunların birincil sınırlaması güvenilir, sağlam ve yetenekli bir mikro/nano probtur.^{[kaynak belirtilmeli]}Mikro ölçekli problama teknolojilerinin zorlukları arasında, yüzeye zarar vermeyecek şekilde düşük temas kuvvetleriyle derin, dar özelliklere erişme yeteneği ve yüksek hassasiyet (nanometre düzeyinde) sağlayan yüksek en-boy oranlı prob ihtiyacı yer almaktadır.^{[kaynak belirtilmeli]}Ek olarak mikro ölçekli problar, nem gibi çevresel koşullara ve sürtünme (diğerlerinin yanı sıra yapışma, menisküs ve/veya Van der Waals kuvvetlerinin neden olduğu) gibi yüzey etkileşimlerine karşı hassastır.^{[kaynak belirtilmeli]}

Mikro ölçekli problamayı gerçekleştirmeye yönelik teknolojiler arasında klasik CMM problarının küçültülmüş versiyonu, optik problar ve duran dalga probu yer alır.Ancak mevcut optik teknolojiler, derin ve dar özellikleri ölçecek kadar küçük ölçeklendirilemez ve optik çözünürlük, ışığın dalga boyuyla sınırlıdır.X-ışını görüntüleme özelliğin bir resmini sağlar ancak izlenebilir metroloji bilgisi sağlamaz.

Fiziksel prensipler

CMM'leri ölçüm mikroskoplarına veya çok sensörlü ölçüm makinelerine dönüştüren optik problar ve/veya lazer problar (mümkünse kombinasyon halinde) kullanılabilir.Saçak projeksiyon sistemleri, teodolit üçgenleme sistemleri veya lazer uzaklık ve üçgenleme sistemleri ölçüm makinesi olarak adlandırılmaz ancak ölçüm sonucu aynıdır: bir uzay noktası.Lazer probları, yüzey ile kinematik zincirin ucundaki (yani Z tahrik bileşeninin sonu) referans noktası arasındaki mesafeyi tespit etmek için kullanılır.Bu, bir interferometrik fonksiyonu, odak değişimini, ışık sapmasını veya ışın gölgeleme ilkesini 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 mafsallı kollar veya optik CMM söz konusu olduğunda optik üçgenleme yöntemlerini kullanan ve tam hareket özgürlüğü sağlayan kolsuz tarama sistemleri kullanır. nesnenin etrafında.

Mafsallı kollara sahip taşınabilir CMM'ler, doğrusal eksenler yerine döner kodlayıcılarla donatılmış altı veya yedi eksene sahiptir.Taşınabilir kollar hafiftir (tipik olarak 20 pound'dan az) ve neredeyse her yere taşınabilir ve kullanılabilir.Ancak optik CMM'ler sektörde giderek daha fazla kullanılıyor.Kompakt doğrusal veya matris dizili kameralarla (Microsoft Kinect gibi) tasarlanan optik CMM'ler, kolları olan taşınabilir CMM'lerden daha küçüktür, kablo içermez ve kullanıcıların neredeyse her yerde bulunan her tür nesnenin 3 boyutlu ölçümlerini kolayca almasına olanak tanır.

Tersine mühendislik, hızlı prototip oluşturma ve her boyuttaki parçaların büyük ölçekli denetimi gibi tekrarlanmayan belirli uygulamalar, taşınabilir CMM'ler için idealdir.Taşınabilir CMM'lerin faydaları çok yönlüdür.Kullanıcılar her türlü parçanın 3 boyutlu ölçümlerini en uzak/zor konumlarda alma esnekliğine sahiptir.Kullanımı kolaydır ve doğru ölçümler almak için kontrollü bir ortama ihtiyaç duymazlar.Üstelik taşınabilir CMM'ler geleneksel CMM'lerden daha düşük maliyete sahiptir.

Taşınabilir CMM'lerin doğasında olan değiş tokuşlar manuel işlemdir (bunları kullanmak için her zaman bir insana ihtiyaç duyarlar).Ayrıca bunların genel doğruluğu, köprü tipi CMM'ye göre daha az doğru olabilir ve bazı uygulamalar için daha az uygundur.

Çok sensörlü ölçüm makineleri

Temaslı probları kullanan geleneksel CMM teknolojisi, günümüzde sıklıkla diğer ölçüm teknolojileri ile birleştirilmektedir.Buna, çoklu sensör ölçümü olarak bilinen şeyi sağlamak için lazer, video veya beyaz ışık sensörleri dahildir.