Мошини ченкунии координатаҳо чист?

Амошини ченкунии координатаҳо(CMM) дастгоҳест, ки геометрияи объектҳои физикиро тавассути эҳсос кардани нуқтаҳои дискретӣ дар сатҳи объект бо зонд чен мекунад. Дар CMM намудҳои гуногуни зондҳо, аз ҷумла механикӣ, оптикӣ, лазерӣ ва нури сафед истифода мешаванд. Вобаста аз мошин, мавқеи зонд метавонад аз ҷониби оператор дастӣ идора карда шавад ё он метавонад аз ҷониби компютер идора карда шавад. CMM одатан мавқеи зондро аз рӯи ҷойивазкунии он аз мавқеи истинодӣ дар системаи координатаҳои сеченака-декартӣ (яъне, бо меҳварҳои XYZ) муайян мекунад. Илова бар ҳаракат додани зонд дар тӯли меҳварҳои X, Y ва Z, бисёр мошинҳо инчунин имкон медиҳанд, ки кунҷи зонд назорат карда шавад, то сатҳҳоеро, ки дар акси ҳол дастнорас мебуданд, чен кунанд.

CMM-и маъмулии сеченака "пул" имкон медиҳад, ки зонд дар тӯли се меҳвар, X, Y ва Z, ки дар системаи координатаҳои сеченака-декартӣ ба якдигар ортогоналӣ мебошанд, ҳаракат кунад. Ҳар як меҳвар сенсоре дорад, ки мавқеи зондро дар он меҳвар, одатан бо дақиқии микрометрӣ, назорат мекунад. Вақте ки зонд бо макони мушаххас дар объект тамос мегирад (ё ба таври дигар муайян мекунад), дастгоҳ се сенсори мавқеъро намунагирӣ мекунад ва бо ин васила макони як нуқтаро дар сатҳи объект, инчунин вектори сеченака-ченакаи андозагирии гирифташударо чен мекунад. Ин раванд дар ҳолати зарурӣ такрор карда мешавад ва ҳар дафъа зондро ҳаракат медиҳад, то "абри нуқта"-ро ба вуҷуд орад, ки минтақаҳои сатҳи мавриди таваҷҷӯҳро тавсиф мекунад.

Истифодаи маъмули CMM-ҳо дар равандҳои истеҳсолӣ ва васлкунӣ барои санҷидани қисм ё васлкунӣ мувофиқи нияти тарроҳӣ мебошад. Дар чунин барномаҳо абрҳои нуқтаӣ тавлид мешаванд, ки тавассути алгоритмҳои регрессия барои сохтани хусусиятҳо таҳлил карда мешаванд. Ин нуқтаҳо бо истифода аз зонд, ки аз ҷониби оператор дастӣ ё ба таври худкор тавассути идоракунии мустақими компютерӣ (DCC) ҷойгир карда мешавад, ҷамъоварӣ карда мешаванд. CMM-ҳои DCC метавонанд барои чен кардани қисмҳои якхела такроран барномарезӣ карда шаванд; аз ин рӯ, CMM-и автоматӣ як шакли махсуси роботи саноатӣ мебошад.

Қисмҳо

Мошинҳои ченкунии координатаҳо аз се қисми асосӣ иборатанд:

• Сохтори асосӣ, ки се меҳвари ҳаракатро дар бар мегирад. Маводи истифодашуда барои сохтани чаҳорчӯбаи ҳаракаткунанда дар тӯли солҳо тағйир ёфтааст. Гранит ва пӯлод дар CMM-ҳои аввал истифода мешуданд. Имрӯз ҳамаи истеҳсолкунандагони асосии CMM чаҳорчӯбаҳоро аз хӯлаи алюминий ё ягон ҳосила месозанд ва инчунин барои баланд бардоштани сахтии меҳвари Z барои барномаҳои сканкунӣ аз сафол истифода мебаранд. Имрӯз шумораи ками сохтмончиёни CMM то ҳол CMM-и чаҳорчӯбаи гранитиро истеҳсол мекунанд, зеро талаботи бозор барои беҳтар кардани динамикаи метрологӣ ва тамоюли афзояндаи насби CMM берун аз лабораторияи сифат вуҷуд дорад. Одатан, танҳо сохтмончиёни CMM-и ҳаҷми кам ва истеҳсолкунандагони ватанӣ дар Чин ва Ҳиндустон то ҳол CMM-и гранитиро истеҳсол мекунанд, зеро онҳо ба равиши пасти технологӣ ва воридшавии осон барои сохтани чаҳорчӯбаи CMM табдил меёбанд. Тамоюли афзоянда ба сӯи сканкунӣ инчунин талаб мекунад, ки меҳвари Z-и CMM сахттар бошад ва маводҳои нав ба монанди керамикӣ ва карбиди кремний ҷорӣ карда шудаанд.
• Системаи зондкунӣ
• Системаи ҷамъоварӣ ва кам кардани маълумот — одатан контроллери мошин, компютери мизи корӣ ва нармафзори барномавиро дар бар мегирад.

Дастрасӣ

Ин мошинҳо метавонанд мустақилона, сайёр ва дастӣ бошанд.

Дақиқӣ

Дақиқии мошинҳои ченкунии координатаҳо одатан ҳамчун омили номуайянӣ ҳамчун функсия дар масофа дода мешавад. Барои CMM, ки зонди ламсӣ дорад, ин ба такроршавандагии зонд ва дақиқии миқёсҳои хаттӣ алоқаманд аст. Такроршавандагии маъмулии зонд метавонад боиси андозагириҳои дар ҳудуди 0,001 мм ё 0,00005 дюйм (ним даҳяк) дар тамоми ҳаҷми ченкунӣ гардад. Барои мошинҳои 3, 3+2 ва 5-меҳварӣ, зондҳо мунтазам бо истифода аз стандартҳои пайгирӣшаванда калибр карда мешаванд ва ҳаракати мошин бо истифода аз ченакҳо барои таъмини дақиқӣ тасдиқ карда мешавад.

Қисмҳои мушаххас

Бадани мошин

Аввалин CMM аз ҷониби ширкати Ferranti-и Шотландия дар солҳои 1950-ум дар натиҷаи зарурати мустақими чен кардани ҷузъҳои дақиқ дар маҳсулоти низомии худ таҳия шудааст, гарчанде ки ин мошин танҳо 2 меҳвар дошт. Моделҳои аввалини 3-меҳварӣ дар солҳои 1960 (DEA-и Италия) пайдо шуданд ва идоракунии компютерӣ дар аввали солҳои 1970-ум пайдо шуд, аммо аввалин CMM-и корӣ аз ҷониби Browne & Sharpe дар Мелбурн, Англия таҳия ва ба фурӯш гузошта шуд. (Leitz Олмон баъдан сохтори мошини собит бо мизи ҳаракаткунанда истеҳсол кард.)

Дар мошинҳои муосир, сохтори болоии навъи гантри ду пой дорад ва аксар вақт пул номида мешавад. Ин бо як пой (аксар вақт ҳамчун пои дохилӣ номида мешавад) дар мизи гранитӣ озодона ҳаракат мекунад, ки аз паси рельси роҳнамо, ки ба як тарафи мизи гранитӣ пайваст карда шудааст, мегузарад. Пойи муқобил (аксар вақт пои берунӣ) танҳо дар мизи гранитӣ дар паси контури сатҳи амудӣ такя мекунад. Подшипникҳои ҳавоӣ усули интихобшуда барои таъмини ҳаракати беисқиш мебошанд. Дар инҳо, ҳавои фишурда тавассути як қатор сӯрохиҳои хеле хурд дар сатҳи ҳамвори подшипникӣ маҷбур карда мешавад, то болишти ҳавоии ҳамвор, вале назоратшавандаро таъмин кунад, ки дар он CMM метавонад ба таври қариб беисқиш ҳаракат кунад, ки онро тавассути нармафзор ҷуброн кардан мумкин аст. Ҳаракати пул ё гантри дар мизи гранитӣ як меҳвари ҳамвории XY-ро ташкил медиҳад. Пули гантри дорои аробачаест, ки аз байни пойҳои дарунӣ ва берунӣ мегузарад ва меҳвари дигари уфуқии X ё Y-ро ташкил медиҳад. Меҳвари сеюми ҳаракат (меҳвари Z) бо илова кардани чӯбча ё шпиндели амудӣ, ки аз маркази ароба боло ва поён ҳаракат мекунад, таъмин карда мешавад. Зондҳои ламсӣ дастгоҳи ҳассосро дар охири чӯбча ташкил медиҳанд. Ҳаракати меҳварҳои X, Y ва Z лифофаи ченкуниро пурра тавсиф мекунад. Мизҳои гардиши ихтиёрӣ метавонанд барои беҳтар кардани дастрасии зонди ченкунӣ ба қисмҳои мураккаб истифода шаванд. Мизи гардишкунанда ҳамчун меҳвари чоруми гардонанда андозаҳои ченкуниро, ки сеченакаи онҳо боқӣ мемонад, беҳтар намекунад, аммо он дараҷаи муайяни чандирӣ медиҳад. Баъзе зондҳои ламсӣ худ дастгоҳҳои гардишкунанда мебошанд, ки нӯги зонд қодиранд амудӣ дар беш аз 180 дараҷа ва тавассути гардиши пурраи 360 дараҷа гардиш кунанд.

CMM-ҳо ҳоло дар шаклҳои гуногуни дигар низ дастрасанд. Инҳо дастҳои CMM-ро дар бар мегиранд, ки андозагириҳои кунҷӣ дар пайвандҳои даст барои ҳисоб кардани мавқеи нӯги стилус истифода мебаранд ва метавонанд бо зондҳо барои сканкунии лазерӣ ва тасвири оптикӣ муҷаҳҳаз бошанд. Чунин CMM-ҳои дастӣ аксар вақт дар ҷойҳое истифода мешаванд, ки қобилияти сайёр будани онҳо нисбат ба CMM-ҳои анъанавии кати собит бартарӣ дорад - бо нигоҳ доштани ҷойҳои ченшуда, нармафзори барномасозӣ инчунин имкон медиҳад, ки худи дасти ченкунӣ ва ҳаҷми ченкунии онро дар атрофи қисме, ки ҳангоми тартиби ченкунӣ чен карда мешавад, ҳаракат диҳад. Азбаски дастҳои CMM чандирии дасти инсонро тақлид мекунанд, онҳо инчунин аксар вақт метавонанд ба дохили қисмҳои мураккабе, ки бо истифода аз дастгоҳи стандартии семеҳварӣ санҷида намешуданд, бирасанд.

Зондҳои механикӣ

Дар рӯзҳои аввали андозагирии координатаҳо (CMM), зондҳои механикӣ дар дорандаи махсус дар нӯги қалам ҷойгир карда мешуданд. Зонд бо роҳи кафшер кардани тӯби сахт ба нӯги мил сохта мешуд. Ин барои чен кардани як қатор сатҳҳои ҳамвор, силиндрӣ ё курашакл беҳтарин буд. Зондҳои дигар ба шаклҳои мушаххас, масалан, квадрант, барои имкон додани андозагирии хусусиятҳои махсус, орд карда мешуданд. Ин зондҳо аз ҷиҳати ҷисмонӣ ба рӯи кор нигоҳ дошта мешуданд ва мавқеъ дар фазо аз хониши рақамии 3-меҳварӣ (DRO) хонда мешуд ё дар системаҳои пешрафтатар, тавассути тугмаи пой ё дастгоҳи монанд ба компютер ворид карда мешуд. Андозагириҳое, ки бо ин усули тамос гирифта мешуданд, аксар вақт нобовар буданд, зеро мошинҳо бо даст ҳаракат мекарданд ва ҳар як оператори мошин ба зонд миқдори гуногуни фишор меовард ё усулҳои гуногунро барои андозагирӣ истифода мебурд.

Тараққиёти минбаъда илова кардани муҳаррикҳо барои рондани ҳар як меҳвар буд. Операторҳо дигар маҷбур набуданд, ки ба дастгоҳ даст расонанд, балки метавонистанд ҳар як меҳварро бо истифода аз қуттии дастӣ бо ҷойстикҳо ба мисли мошинҳои муосири идоракунии дурдаст ронанд. Дақиқӣ ва дақиқии андозагирӣ бо ихтирои зонди ламсии электронӣ ба таври назаррас беҳтар шуд. Пешравандаи ин дастгоҳи нави зонд Дэвид МакМертри буд, ки баъдтар он чизеро, ки ҳоло Renishaw plc аст, таъсис дод. Гарчанде ки ҳанӯз дастгоҳи тамосӣ буд, зонд қалами тӯби пӯлодии пружинӣ (баъдтар тӯби ёқутӣ) дошт. Вақте ки зонд ба сатҳи ҷузъ ламс мекард, қалам майл мекард ва ҳамзамон маълумоти координатаҳои X, Y, Z-ро ба компютер мефиристод. Хатогиҳои андозагирӣ, ки аз ҷониби операторҳои алоҳида ба вуҷуд омада буданд, камтар шуданд ва замина барои ҷорӣ кардани амалиётҳои CNC ва пайдоиши CMM-ҳо фароҳам омад.

Зондҳои оптикӣ системаҳои линза-CCD мебошанд, ки мисли системаҳои механикӣ ҳаракат мекунанд ва ба ҷои ламс кардани мавод ба нуқтаи таваҷҷӯҳ нигаронида шудаанд. Тасвири гирифташудаи сатҳ дар канори тирезаи ченкунӣ ҷойгир карда мешавад, то он даме ки боқимонда барои контрасти байни минтақаҳои сиёҳ ва сафед кофӣ бошад. Каҷхати тақсимкуниро метавон то нуқтае ҳисоб кард, ки нуқтаи ченкунии дилхоҳ дар фазо аст. Маълумоти уфуқӣ дар CCD 2D (XY) аст ва мавқеи амудӣ мавқеи системаи пурраи зондкунӣ дар гардонандаи Z-стандарт (ё дигар ҷузъи дастгоҳ) мебошад.

Системаҳои сканкунии зондҳо

Моделҳои навтаре мавҷуданд, ки зондҳое доранд, ки дар сатҳи қисм кашола карда, нуқтаҳои гирифташударо дар фосилаҳои муайян мегиранд, ки онро зондҳои сканкунӣ меноманд. Ин усули санҷиши CMM аксар вақт нисбат ба усули анъанавии ламсӣ дақиқтар ва аксар вақт тезтар аст.

Насли ояндаи сканкунӣ, ки бо номи сканкунии ғайритамосӣ маълум аст, ки секунҷабандии якнуқтаи лазерии баландсуръат, сканкунии хатти лазерӣ ва сканкунии нури сафедро дар бар мегирад, хеле босуръат пеш меравад. Ин усул ё нури лазерӣ ё нури сафедро истифода мебарад, ки ба сатҳи қисм тарҳрезӣ мешаванд. Сипас ҳазорҳо нуқтаҳоро гирифтан мумкин аст ва на танҳо барои санҷиши андоза ва мавқеъ, балки барои эҷоди тасвири сеченакаи қисм низ истифода мешавад. Сипас ин "маълумоти нуқта-абри"-ро метавон ба нармафзори CAD барои эҷоди модели сеченакаи кории қисм интиқол дод. Ин сканерҳои оптикӣ аксар вақт дар қисмҳои нарм ё нозук ё барои осон кардани муҳандисии баръакс истифода мешаванд.

Зондҳои микрометрологӣ

Системаҳои зондкунӣ барои татбиқи метрологияи микромиқёс як самти дигари рушдёбанда мебошанд. Якчанд мошинҳои андозагирии координатӣ (CMM) мавҷуданд, ки дорои микрозонд дар система мебошанд, якчанд системаҳои махсус дар лабораторияҳои давлатӣ ва шумораи зиёди платформаҳои метрологии сохташудаи донишгоҳҳо барои метрологияи микромиқёс мавҷуданд. Гарчанде ки ин мошинҳо платформаҳои хуб ва дар бисёр мавридҳо аълои метрологӣ бо миқёсҳои нанометрӣ мебошанд, маҳдудияти асосии онҳо зондҳои боэътимод, мустаҳкам ва қобилиятноки микро/нано мебошанд.^{[иқтибос лозим аст]}Мушкилот барои технологияҳои зондкунии микромасштабӣ ниёз ба зонд бо таносуби баланди паҳлӯиро дар бар мегиранд, ки имкон медиҳад ба хусусиятҳои амиқ ва танг бо қувваҳои ками тамос дастрасӣ пайдо карда шавад, то ба сатҳ зарар нарасонад ва дақиқии баланд (сатҳи нанометр) дошта бошад.^{[иқтибос лозим аст]}Илова бар ин, зондҳои микросхема ба шароити муҳити зист, аз қабили намӣ ва таъсири мутақобилаи сатҳӣ, ба монанди часпидан (ки аз сабаби часпидан, мениск ва/ё қувваҳои Ван дер Ваалс ва ғайра ба вуҷуд меоянд), осебпазиранд.^{[иқтибос лозим аст]}

Технологияҳо барои ноил шудан ба зондкунии микромиқёс версияи камкардашудаи зондҳои классикии CMM, зондҳои оптикӣ ва зондҳои мавҷи истодаро дар бар мегиранд. Аммо, технологияҳои кунунии оптикиро барои чен кардани хусусияти амиқ ва танг ба қадри кофӣ хурд кардан мумкин нест ва қарори оптикӣ бо дарозии мавҷи рӯшноӣ маҳдуд аст. Тасвири рентгенӣ тасвири хусусиятро медиҳад, аммо маълумоти метрологии пайгирӣшавандаро надорад.

Принсипҳои физикӣ

Зондҳои оптикӣ ва/ё зондҳои лазерӣ метавонанд истифода шаванд (агар имкон бошад, дар якҷоягӣ), ки CMM-ҳоро ба микроскопҳои ченкунӣ ё мошинҳои ченкунии бисёрсенсорӣ табдил медиҳанд. Системаҳои проексияи фринҷӣ, системаҳои триангуляцияи теодолитӣ ё системаҳои дурдасти лазерӣ ва триангуляция мошинҳои ченкунӣ номида намешаванд, аммо натиҷаи ченкунӣ якхела аст: нуқтаи фазоӣ. Зондҳои лазерӣ барои муайян кардани масофа байни сатҳ ва нуқтаи истинод дар охири занҷири кинематикӣ (яъне: охири ҷузъи Z-гардонанда) истифода мешаванд. Ин метавонад функсияи интерферометрӣ, тағирёбии фокус, каҷшавии рӯшноӣ ё принсипи сояафкании шуоъро истифода барад.

Мошинҳои сайёри ченкунии координатаҳо

Дар ҳоле ки CMM-ҳои анъанавӣ аз зонд истифода мебаранд, ки дар се меҳвари декартӣ ҳаракат мекунад, CMM-ҳои сайёр ё дастҳои буғумдор ё дар мавриди CMM-ҳои оптикӣ, системаҳои сканкунии бе дастро истифода мебаранд, ки усулҳои триангуляцияи оптикиро истифода мебаранд ва озодии пурраи ҳаракатро дар атрофи объект фароҳам меоранд.

CMM-ҳои сайёр бо дастаҳои буғумдор шаш ё ҳафт меҳвар доранд, ки ба ҷои меҳварҳои хаттӣ бо рамзгузорҳои гардишкунанда муҷаҳҳаз шудаанд. Дастҳои сайёр сабук (одатан камтар аз 20 фунт) мебошанд ва онҳоро қариб дар ҳама ҷо бурдан ва истифода бурдан мумкин аст. Бо вуҷуди ин, CMM-ҳои оптикӣ дар саноат бештар истифода мешаванд. CMM-ҳои оптикӣ, ки бо камераҳои фишурдаи хаттӣ ё массиви матритсавӣ (ба монанди Microsoft Kinect) тарҳрезӣ шудаанд, нисбат ба CMM-ҳои сайёр бо дастҳо хурдтаранд, сим надоранд ва ба корбарон имкон медиҳанд, ки андозагириҳои сеченакаи ҳама намуди ашёро, ки қариб дар ҳама ҷо ҷойгиранд, ба осонӣ анҷом диҳанд.

Баъзе барномаҳои такрорнашаванда, аз қабили муҳандисии баръакс, прототипсозии босуръат ва санҷиши миқёси калони қисмҳои ҳама андозаҳо, барои CMM-ҳои сайёр хеле мувофиқанд. Бартариҳои CMM-ҳои сайёр бисёрҷонибаанд. Истифодабарандагон имкони гирифтани андозагириҳои сеченакаи ҳама намуди қисмҳо ва дар ҷойҳои дурдаст/душвортаринро доранд. Истифодаи онҳо осон аст ва барои андозагириҳои дақиқ муҳити назоратшавандаро талаб намекунад. Ғайр аз ин, CMM-ҳои сайёр нисбат ба CMM-ҳои анъанавӣ арзонтаранд.

Мубодилаи дохилии CMM-ҳои сайёр кори дастӣ аст (онҳо ҳамеша барои истифодаи онҳо ба як инсон ниёз доранд). Илова бар ин, дақиқии умумии онҳо метавонад нисбат ба CMM-и навъи пулӣ каме камтар дақиқ бошад ва барои баъзе барномаҳо камтар мувофиқ бошад.

Мошинҳои ченкунии бисёрсенсорӣ

Технологияи анъанавии CMM, ки зондҳои ламсӣ истифода мебарад, имрӯз аксар вақт бо дигар технологияҳои андозагирӣ якҷоя карда мешавад. Ин сенсорҳои лазерӣ, видеоӣ ё нури сафедро дар бар мегирад, ки он чизеро, ки бо номи андозагирии бисёрсенсор маълум аст, таъмин мекунанд.