Войти
A Координатно-измерительная машина (КИМ) - это устройство, которое измеряет геометрию физических объектов путем измерения дискретных точек на поверхность объекта зондом. В КИМ используются различные типы датчиков, включая механические, оптические, лазерные и датчики белого света. В зависимости от машины положение датчика может управляться вручную оператором или управляться компьютером. КИМ обычно определяют положение зонда в терминах его смещения от исходного положения в трехмерной декартовой системе координат (то есть с осями XYZ). В дополнение к перемещению зонда по осям X, Y и Z, многие машины также позволяют управлять углом зонда, что позволяет измерять поверхности, которые в противном случае были бы недоступны.
Координатно-измерительная машина 
Координатно-измерительная машина Типичная трехмерная «мостовая» КИМ позволяет перемещать датчик по трем осям, X, Y и Z, которые ортогональны друг другу в трехмерной декартовой системе координат. На каждой оси есть датчик, который отслеживает положение зонда на этой оси, обычно с точностью микрометра. Когда зонд соприкасается (или иным образом обнаруживает) конкретное место на объекте, машина производит замеры с трех датчиков положения, таким образом измеряя положение одной точки на поверхности объекта. Этот процесс повторяется по мере необходимости, перемещая зонд каждый раз, чтобы создать «облако точек», которое описывает интересующие участки поверхности.
Обычно КИМ используются в процессах производства и сборки для проверки детали или сборки на соответствие замыслам проекта. В таких приложениях создаются облака точек, которые анализируются с помощью алгоритмов регрессии для построения объектов. Эти точки собираются с помощью датчика, который устанавливается вручную оператором или автоматически с помощью прямого компьютерного управления (DCC). КИМ DCC можно запрограммировать на многократное измерение идентичных деталей; Таким образом, автоматизированная КИМ - это специализированная форма промышленного робота.
Координатно-измерительные машины включают три основных компонента:
Эти машины могут быть отдельно стоящими, портативными и переносными.
Первая КИМ была разработана компанией Ferranti в Шотландии в 1950-х годах в результате прямой необходимости измерять прецизионные компоненты в своей продукции военного назначения, хотя у этой машины было только 2 оси. Первые 3-осевые модели начали появляться в 1960-х (DEA в Италии), а компьютерное управление дебютировало в начале 1970-х, но первая рабочая КИМ была разработана и выставлена на продажу компанией Browne Sharpe в Мельбурне, Англия. (Leitz Germany впоследствии произвела стационарную конструкцию машины с подвижным столом.
В современных машинах надстройка портального типа имеет две опоры и часто называется мостом. Она свободно перемещается по гранитному столу на одной опоре (часто называемая внутренней ножкой) по направляющей, прикрепленной к одной стороне гранитного стола. Противоположная ножка (часто внешняя ножка) просто опирается на гранитный стол, следуя вертикальному контуру поверхности. Воздушные подшипники являются Выбранный метод для обеспечения трения свободного хода. в них сжатый воздухе нагнетается через серию очень маленьких отверстия в плоской опорной поверхности, чтобы обеспечить воздушную подушку гладкой, но контролируемой, на которой СММЫ могут перемещаться в невязких образом. Движении мост или портал вдоль гранитного стола образует одну ось плоскости XY. Мост портала содержит каретку, которая перемещается между внутренней и внешней стойками и образует другую горизонтальную ось X или Y. Третья ось движения (ось Z) это p обеспечивается добавлением вертикального пиноли или шпинделя, который перемещается вверх и вниз через центр каретки. Измерительный щуп образует чувствительное устройство на конце пиноли. Движение осей X, Y и Z полностью описывает диапазон измерения. Дополнительные поворотные столы могут использоваться для повышения доступности измерительного зонда к сложным деталям. Поворотный стол как четвертая приводная ось не увеличивает размеры измерения, которые остаются трехмерными, но обеспечивает определенную гибкость. Некоторые контактные щупы сами по себе являются вращающимися устройствами с приводом, наконечник щупа может поворачиваться вертикально на 90 градусов и на полные 360 градусов.
Помимо традиционных трехкоординатных станков (как показано на фото выше), КИМ теперь доступны во множестве других форм. К ним относятся руки КИМ, которые используют угловые измерения, сделанные в суставах руки, для расчета положения кончика иглы. Такие КИМ с манипулятором часто используются там, где их портативность является преимуществом по сравнению с традиционными КИМ с неподвижным слоем. Поскольку руки КИМ имитируют гибкость руки человека, они также часто могут проникать внутрь сложных деталей, которые невозможно исследовать с помощью стандартного трехосевого станка.
В первые дни координатных измерений (КИМ) механические датчики помещались в специальный держатель на конце стержня. Очень распространенный зонд изготавливали путем припаивания твердого шарика к концу вала. Это идеально подходило для измерения целого ряда плоских, цилиндрических или сферических поверхностей. Другие зонды были отшлифованы до определенной формы, например, квадранта, чтобы можно было измерять особые характеристики. Эти датчики физически прижимались к заготовке, при этом положение в пространстве считывалось с 3-осевого цифрового считывающего устройства (DRO) или, в более продвинутых системах, регистрировалось в компьютере с помощью педального переключателя или аналогичного устройства. Измерения, проводимые этим контактным методом, часто были ненадежными, так как машины перемещались вручную, и каждый оператор машины прикладывал разное давление к датчику или использовал разные методы измерения.
Дальнейшим развитием было добавление двигателей для управляя каждой осью. Операторам больше не нужно было физически прикасаться к машине, они могли управлять каждой осью с помощью пульта управления с джойстиками почти так же, как в современных автомобилях с дистанционным управлением. Точность измерения и прецизионность значительно улучшились с изобретением электронного датчика касания. Пионером этого нового зонда был Дэвид МакМёртри, который впоследствии сформировал то, что сейчас называется Renishaw plc. Хотя зонд по-прежнему является контактным устройством, он имел иглу с подпружиненным стальным шариком (позже - рубиновым шариком). Когда зонд коснулся поверхности компонента, стилус отклонился и одновременно отправил информацию о координатах X, Y, Z на компьютер. Ошибок измерения, вызванных отдельными операторами, стало меньше, и была подготовлена почва для внедрения операций с ЧПУ и совершеннолетия КИМ.
Моторизованная автоматическая головка датчика с электронным датчиком касания Оптические датчики представляют собой системы линз-ПЗС, которые перемещаются, как механические, и нацелены на интересующую точку, а не касаются материала. Захваченное изображение поверхности будет заключено в границы измерительного окна до тех пор, пока остаток не станет достаточным для контраста между черной и белой зонами. Разделительную кривую можно рассчитать до точки, которая является желаемой точкой измерения в пространстве. Горизонтальная информация на ПЗС-матрице представлена в 2D (XY), а вертикальное положение - это положение всей измерительной системы на Z-приводе стойки (или другом компоненте устройства).
Существуют более новые модели, в которых датчики перемещаются по поверхности детали и фиксируют точки с заданными интервалами, известные как сканирующие датчики. Этот метод контроля КИМ часто более точен, чем традиционный метод контактного щупа, и в большинстве случаев также быстрее.
Следующее поколение сканирования, известное как бесконтактное сканирование, которое включает высокоскоростную лазерную одноточечную триангуляцию, лазерное линейное сканирование и сканирование в белом свете, развивается очень быстро. В этом методе используются лазерные лучи или белый свет, которые проецируются на поверхность детали. Затем можно взять многие тысячи точек и использовать их не только для проверки размера и положения, но и для создания трехмерного изображения детали. Эти «данные облака точек» затем можно передать в программное обеспечение САПР для создания рабочей 3D-модели детали. Эти оптические сканеры часто используются на мягких или хрупких деталях или для облегчения обратного проектирования.
Еще одной развивающейся областью являются измерительные системы для микромасштабных метрологических приложений. Существует несколько коммерчески доступных координатно-измерительных машин (КИМ), которые имеют встроенный в систему микрозонд, несколько специализированных систем в государственных лабораториях и любое количество метрологических платформ, созданных университетами для микромасштабной метрологии. Хотя эти машины являются хорошими и во многих случаях превосходными метрологическими платформами с нанометрическими масштабами, их основным ограничением является надежный, прочный, способный микро / нанозонд. Проблемы, связанные с технологиями микромасштабного зондирования, включают потребность в зонде с высоким соотношением сторон, дающем возможность доступа к глубоким узким элементам с низкими контактными силами, чтобы не повредить поверхность и с высокой точностью (нанометровый уровень). Кроме того, микромасштабные зонды чувствительны к условиям окружающей среды, таким как влажность и поверхностным взаимодействиям, таким как трение (вызванное адгезией, мениском и / или силами Ван-дер-Ваальса среди
Технологии микромасштабного зондирования включают, среди прочего, уменьшенную версию классических зондов КИМ, оптических зондов и зонда стоячей волны. Однако современные оптические технологии не могут быть достаточно малы для измерения глубоких узких пространственных объектов, а оптическое разрешение ограничено длиной волны света. Рентгеновское изображение дает представление о функции, но не дает прослеживаемой метрологической информации.
Могут использоваться оптические датчики и / или лазерные датчики (если возможно в комбинации), которые заменяют КИМ на измерительные микроскопы или многосенсорные измерительные машины. Системы проекции бахромы, теодолит триангуляционные системы или лазерные дальномеры и триангуляционные системы не называются измерительными машинами, но результат измерения один и тот же: космическая точка. Лазерные датчики используются для определения расстояния между поверхностью и опорной точкой на конце кинематической цепи (т.е.: конца компонента Z-Drive). Это может использовать интерферометрическую функцию, изменение фокуса, отклонение света или принцип затенения луча.
В то время как в традиционных КИМ для измерения физических характеристик объекта используется датчик, перемещающийся по трем декартовым осям, в портативных КИМ используются шарнирные манипуляторы или, в случае оптических КИМ, системы сканирования без рук, которые используют методы оптической триангуляции и обеспечивают полную свободу передвижения вокруг объекта.
Переносные КИМ с шарнирно-сочлененными рычагами имеют шесть или семь осей, которые оснащены датчиками вращения, вместо линейных осей. Портативное оружие легкое (обычно менее 20 фунтов), его можно носить и использовать практически где угодно. Однако оптические КИМ все чаще используются в промышленности. Разработанные с компактными линейными или матричными камерами (такими как Microsoft Kinect), оптические КИМ меньше портативных КИМ с кронштейнами, не имеют проводов и позволяют пользователям легко выполнять трехмерные измерения всех типов объектов, расположенных практически в любом месте.
Некоторые неповторяющиеся приложения, такие как обратный инжиниринг, быстрое прототипирование и крупномасштабный контроль деталей любых размеров, идеально подходят для портативных КИМ. Преимущества переносных КИМ многочисленны. Пользователи могут выполнять трехмерные измерения всех типов деталей в самых удаленных и труднодоступных местах. Они просты в использовании и не требуют контролируемой среды для точных измерений. Более того, портативные КИМ, как правило, дешевле традиционных КИМ.
Неотъемлемым недостатком портативных КИМ является ручное управление (для их использования всегда требуется человек). Кроме того, их общая точность может быть несколько менее точной, чем у КИМ мостового типа, и она менее подходит для некоторых приложений.
Традиционная технология КИМ с использованием контактных щупов сегодня часто сочетается с другой измерительной техникой. Сюда входят лазерные, видеодатчики или датчики белого света, обеспечивающие так называемое мультисенсорное измерение.
Для проверки производительности координатно-измерительной машины доступна серия ISO 10360. Эта серия стандартов определяет характеристики измерительной системы и погрешность измерения длины:
Серия ISO 10360 состоит из следующих частей:
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Координатно-измерительными машинами. |
