Oct. 20, 2025
Mechanical Parts
```html
Координатно-измерительная машина (КИМ) — это устройство, которое измеряет геометрию физических объектов, фиксируя дискретные точки на поверхности объекта с помощью зонда. В КИМ используются различные типы зондов, наиболее распространенными из которых являются механические и лазерные датчики, хотя существуют также оптические и датчики белого света. В зависимости от машины, положение зонда может контролироваться оператором вручную или автоматически с помощью компьютера. КИМ указывает положение зонда в терминах его смещения от опорной позиции в трехмерной декартовой системе координат (т.е. с осями XYZ). В дополнение к перемещению зонда вдоль осей X, Y и Z, многие машины также позволяют контролировать угол зонда, чтобы обеспечить измерение поверхностей, которые в противном случае были бы недоступны.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите наш веб-сайт.
Типичная 3D "мостовая" КИМ позволяет перемещение зонда вдоль трех осей: X, Y и Z, которые ортогональны друг другу в трехмерной декартовой системе координат. Каждая ось имеет датчик, который отслеживает положение зонда на этой оси с типичной точностью в пределах микрон. Когда зонд касается (или иначе фиксирует) конкретную точку на объекте, машина считывает данные с датчиков положения осей, тем самым измеряя местоположение одной точки на поверхности объекта, а также трехмерный вектор полученного измерения. Этот процесс повторяется по мере необходимости, перемещая зонд каждый раз для получения "облака точек", описывающего интересующие поверхности. Точки могут измеряться вручную оператором, автоматически через прямое компьютерное управление (DCC) или автоматически с использованием программных скриптов; таким образом, автоматизированная КИМ является специализированной формой промышленного робота.
Общее использование КИМ заключается в производственных и сборочных процессах для тестирования детали или сборки на соответствие проектным требованиям. Измеренные точки могут быть использованы для проверки расстояний между элементами. Также они могут использоваться для построения геометрических характеристик, таких как цилиндры и плоскости для GD&T, чтобы оценить такие аспекты, как круглость, плоскостность и перпендикулярность.
Координатно-измерительные машины состоят из трех основных компонентов:
Эти машины доступны в стационарном или портативном исполнении.
Точность координатно-измерительных машин обычно указывается как коэффициент неопределенности в зависимости от расстояния. Для КИМ, использующих контактный зонд, это связано с повторяемостью зонда и точностью линейных масштабе. Типичная повторяемость зонда может привести к измерениям в пределах одного микрона или 0.0001 дюйма (половина десятитысячной доли) по всему объему измерения. Для машин с 3, 3+2 и 5 осями зонды регулярно калибруются с использованием отслеживаемых стандартов, а также движение машины проверяется с помощью измерительных приборов для обеспечения точности.
Первая КИМ была разработана компанией Ferranti в Шотландии в 1950-х годах в ответ на прямую необходимость измерения прецизионных компонентов в их военной продукции, хотя эта машина имела только 2 оси. Первые трехосные модели начали появляться в 1960-х годах (изготовленные DEA из Италии и LK из Великобритании), а компьютерное управление дебютировало в начале 1970-х годов, но первая работоспособная КИМ была разработана и выставлена на продажу компанией Browne & Sharpe в Мельбурне, Англия. Позднее компания Leitz в Германии произвела фиксированную машинную конструкцию с движущимся столом.[citation needed]
В современных машинах мостовая конструкция имеет две опоры и часто называется мостом. Она движется свободно вдоль гранитного стола, при этом одна опора (часто называемая внутренней опорой) следует за направляющей, прикрепленной к одной стороне гранитного стола. Противоположная опора (часто называемая наружной опорой) просто лежит на гранитном столе, следуя вертикальному контурному профилю поверхности. В качестве метода обеспечения безтрения используются воздушные подшипники. При этом сжатый воздух проходит через серию очень небольших отверстий в плоской поверхности подшипника, что обеспечивает гладкую, но контролируемую воздушную подушку, на которой КИМ может двигаться практически без трения, что может быть компенсировано программным обеспечением. Движение моста или галереи вдоль гранитного стола формирует одну ось плоскости XY. Мост галереи содержит тележку, которая перемещается между внутренними и наружными опорами и формирует другую горизонтальную ось. Третья ось движения (ось Z) обеспечивается добавлением вертикального вала или шпинделя, который движется вверх и вниз через центр тележки. Контактный зонд формирует сенсорное устройство на конце вала. Движение по осям X, Y и Z полностью описывает измерительную оболочку. Опциональные поворотные столы могут быть использованы для улучшения доступности измерительного зонда к сложным изделиям. Некоторые контактные зонды представляют собой элементы с собственным питанием, способные поворачиваться вертикально более чем на 180° и полностью вращаться на 360°.
КИМ теперь доступны также в различных других формах. Существуют КИМ-руки, которые используют угловые измерения, полученные в суставах руки, чтобы вычислить положение конца стилуса, и могут быть оснащены зондами для лазерного сканирования и оптической визуализации. Такие КИМ-руки часто используются, где их портативность является преимуществом по сравнению с традиционными КИМ с фиксированной базой: сохраняя измеренные положения, программное обеспечение для программирования также позволяет перемещать сам измерительный рычаг и его объем измерения вокруг детали, подлежащей измерению, в процессе измерения. Поскольку КИМ-руки имитируют гибкость человеческой руки, они также часто способны достигать внутренних частей сложных деталей, которые не могут быть измерены стандартной трехосной машиной.
В начало эры координатного измерения механические зонды устанавливались в специальный держатель на конце вала. Очень распространенный зонд изготавливался путем пайки твердого шара на конце вала. Это было идеально для измерения всего диапазона плоских, цилиндрических или сферических поверхностей. Другие зонды обрабатывались под определенные формы, например, четверть круга, для обеспечения измерения особых характеристик. Эти зонды физически прижимались к рабочему изделию, и положение в пространстве считывалось с 3-осевого цифрового дисплея (DRO) или, в более прогрессивных системах, записывалось в компьютер с помощью ножного переключателя или аналогичного устройства. Измерения, полученные этим контактным методом, часто были ненадежными, так как машины перемещались вручную, и каждый оператор применял разное количество давления на зонд или использовал разные техники для измерения.[citation needed]
Следующим этапом стало добавление моторов для привода каждой оси. Операторам больше не нужно было физически прикасаться к машине, они могли управлять каждой осью с помощью пульта с джойстиками, подобно современным радиоуправляемым автомобилям. Точность измерений и прецизионность значительно улучшились с изобретением электронного контактного зонда. Пионером этого нового зондирующего устройства стал Дэвид Макамуртри, который затем создал то, что теперь называется Renishaw plc.[2] Хотя это все еще контактное устройство, зонд имел стилус со стальной шариковой пружиной (позднее - рубиновой). Когда зонд касался поверхности компонента, стилус отклонялся и одновременно отправлял информацию о координатах X, Y, Z в компьютер. Ошибки измерений, вызванные индивидуальными операторами, становились менее частыми, и было подготовлено почва для внедрения операций с ЧПУ и взрослой эпохи КИМ.
Оптические зонды — это системы с линзами и CCD, которые перемещаются так же, как механические зонды, и направлены на интересующую точку, не касаясь материала. Зафиксированное изображение поверхности будет заключено в пределах измерительного окна, пока остаток не станет достаточным для контраста между черными и белыми зонами. Разделяющая кривая может быть рассчитана до точки, которая является искомой измерительной точкой в пространстве. Горизонтальная информация на CCD является 2D (XY), а вертикальная позиция — это положение всей зондирующей системы на вертикальном приводе Z (или другом компоненте устройства).
Существуют новые модели с зондами, которые скользят по поверхности детали, беря точки на заданных интервалах, так называемые сканирующие зонды. Этот метод проверки КИМ часто более точен, чем традиционный метод касания зонда и, как правило, быстрее.
Следующее поколение сканирования, известное как бесконтактное сканирование, которое включает высокоскоростную лазерную одноточечную триангуляцию,[3] лазерное линейное сканирование,[4] и белый свет,[5] стремительно развивается. Этот метод использует лазерные лучи или белый свет, которые проецируются на поверхность детали. Многие тысячи точек могут быть затем зафиксированы и использованы не только для проверки размера и положения, но и для создания 3D-изображения детали. Эти "данные облака точек" могут быть затем переданы в ПО CAD для создания рабочей 3D-модели детали. Эти оптические сканеры часто используются для мягких или деликатных деталей или для облегчения обратного проектирования.
Системы зондирования для метрологических приложений микроразмеров — это еще одна развивающаяся область.[6][7] Существует несколько координатно-измерительных машин, доступных в коммерческой продаже, которые имеют микрозонд, интегрированный в систему, несколько специализированных систем в государственных лабораториях, а также множество построенных университетами платформ для метрологии микроразмеров. Хотя эти машины являются хорошими, и в многих случаях отличными платформами метрологии с нанометрическими шкалами, их основное ограничение — надежный, прочный, способный микрон/нано зонд.[citation needed]. Проблемы для технологий зондирования микроразмеров включают необходимость высокой соотношения сторон зонда, обеспечивающего доступ к глубоким, узким характеристикам с низкими контактными силами, чтобы не повредить поверхность и высокой точности (уровень нанометров).[citation needed]. Кроме того, микрозонды восприимчивы к внешним условиям, таким как влажность, и взаимодействиям с поверхностью, таким как прилипание (вызванное адгезией, мениском и/или силами Ван-дер-Ваальса и др.).[citation needed]
Технологии для достижения микрозондирования включают уменьшенные версии классических зондов КИМ, оптические зонды и зонд стоячей волны,[8] среди прочих. Однако современные оптические технологии не могут быть уменьшены до достаточных размеров для измерения глубоких, узких особей, а оптическое разрешение ограничено длиной волны света. Рентгеновская визуализация предоставляет изображение особенности, но не обеспечивает отслеживаемую метрологическую информацию.
Оптические зонды и лазерные зонды могут быть использованы (если возможно в комбинации), что изменяет КИМ в измерительные микроскопы или много сенсорные измерительные машины. Системы проекции fringe, системы триангуляции теодолитов и системы лазерного расстояния и триангуляции не называются измерительными машинами, но результат измерения остается тем же: пространственная точка. Лазерные зонды используются для определения расстояния между поверхностью и опорной точкой на конце кинематической цепи (то есть на конце компонента привода Z). Это может использовать интерферометрическую функцию, вариацию фокуса, отклонение света или принцип затенения пучка.
В то время как традиционные КИМ используют зонд, который перемещается по трем декартовым осям для измерения физических характеристик объекта, портативные КИМ используют либо шарнирные руки, либо, в случае оптических КИМ, системы бесшарнирного сканирования, которые используют методы оптической триангуляции и обеспечивают полную свободу перемещения вокруг объекта.
Портативные КИМ с шарнирными руками имеют шесть или семь осей, которые оснащены вращающимися энкодерами, вместо линейных осей. Портативные руки легкие (обычно менее 20 фунтов) и могут носиться и использоваться почти в любом месте. Однако оптические КИМ используются все чаще в отрасли. Оборудованные компактными линейными или матричными массивами камер (такими как Microsoft Kinect), оптические КИМ меньше, чем портативные КИМ с руками, не имеют проводов и позволяют пользователям легко делать 3D измерения всех типов объектов, расположенных почти где угодно.
Некоторые неповторяющиеся приложения, такие как обратное проектирование, быстрое прототипирование и крупномасштабная проверка деталей любого размера, идеально подходят для портативных КИМ. Преимущества портативных КИМ многообразны. Пользователи имеют гибкость в проведении 3D измерений всех типов деталей и в самых удаленных и сложных местах. Они просты в использовании и не требуют контролируемой среды для получения точных измерений. Более того, портативные КИМ, как правило, стоят дешевле, чем традиционные КИМ.
Внутренние недостатки портативных КИМ состоят в ручном управлении (они всегда требуют человека для использования). Кроме того, их общая точность может быть несколько ниже, чем у мостового типа КИМ, и менее подходит для некоторых приложений.
Традиционная технология КИМ, использующая контактные зонды, часто сочетается с другими методами измерения. Это включает лазеры, видеозонды или датчики белого света, чтобы обеспечить то, что называется многофункциональным измерением.[9]
Дополнительные материалы:Измеряемая деталь прочно закреплена на столешнице, чтобы она не перемещалась и не изгибалась во время измерения. Она фиксируется прищепочными устройствами или другими средствами. Тип зонда с прижатием или другой тип зонда подвешен на головке с адаптерами и валом, нарезанным под шар, известный как «стилиус». Сборка зонда имеет интегрированный датчик, который передает данные о касаниях стилиуса и положении его наконечника. Эти данные передаются обратно к контроллерам зонда и машины. Вся система взаимодействует с программным обеспечением, встроенным в компьютерную рабочую станцию. Машина программируется программным обеспечением СКМ, а полученные данные математически обрабатываются, организуются, сравниваются и представляются программным обеспечением.
Подробный разбор основных компонентов СКМ
Существуют различные подходы к достижению целей измерения с помощью СКМ. Многое зависит от области применения, правил и стандартов приема, требований к точности и повторяемости. Трехмерные контурные формы не могут быть проверены с помощью ручных инструментов, таких как микрометры, штангенциркули и штифты. Даже высотные щупы или другие инструменты для 2-димензональных измерений не подходят. Многие измерения взаимосвязей, такие как вызовы GD&T, такие как параллелизм, центровка и т. д., требуют значительного времени на настройку и измерение с помощью индикаторных часов или «старомодных» техник. Штангенциркули и микрометры касаются измеряемой детали только в двух точках контакта. Измерения могут колебаться в зависимости от захвата инспектора за измерительный инструмент и деталь, причем показания могут различаться от одного инспектора к другому.
Измерения должны быть записаны и, следовательно, замедляют процесс и подвержены ошибкам в передаче. Поэтому в многих случаях СКМ являются решением. При оценке того, какой тип дизайна и функций СКМ подходит вашим нуждам, всегда следует тестировать некоторые из ваших деталей по вашим спецификациям на различных типах СКМ, а также взвесить все за и против.
Координатно-измерительная машина (СКМ) существует уже несколько десятилетий, и она прошла долгий путь в своей эволюции. Для этих измерительных систем конкуренция среди производителей оригинального оборудования (OEM) является частью того, что поднимает технологии на новые высоты. Кроме того, сторонние разработчики программного обеспечения, сервисные провайдеры, дилеры, клиенты и конкурирующие технологии способствуют улучшению возможностей и эффективности СКМ. Основная цель СКМ заключается в точном измерении размерных формы и размеров, которые включают положение и ориентации характеристик детали и взаимосвязи между характеристиками.
СКМ приходят в разных размерах, чтобы соответствовать размерам деталей и необходимой им точности. Также бюджет и другие практические соображения являются важными факторами. Существует небольшое количество типов машин, которые эволюционировали и преобладают на рынке. Эта статья предназначена для того, чтобы представить общий обзор основных характеристик их конструктивных компоновок. Это может помочь в понимании того, какой стиль лучше всего подходит вашим потребностям при поиске системы.
Это самый распространенный стиль. Его ключевой конструктивной особенностью, от которой он и получил свое название, является вертикальная «тележка», состоящая из двух вертикальных балок, которые поддерживают горизонтальную (мостовую) балку, соединяющую два вертикальных элемента. Мост перемещается вперед и назад по столешнице, управляемый электрическим сервомотором, а его положение отслеживается прецизионными измерительными шкалами. Шкалы состоят из фиксированной кодированной ленты, которая интерпретируется считывающими головками, прикрепленными к двигающемуся конструктивному элементу. Более ранние системы передавали данные через аналоговую систему, которая читала положение через электрический сигнал, интерпретируемый декодером, за которым следовала передача сигнала положения контроллеру машины. Аналоговые системы были заменены цифровыми шкалами, которые общаются через шестнадцатеричный поток данных (хотя аналоговые системы все еще используются). Цифровые шкалы теперь являются стандартом.
Под мостовой балкой находится вертикальная движущаяся балка (ось Z), также моторизированная, и положение читается по ее собственной шкале. У нее есть основной деталирующий элемент, который несет сборку зонда и зонд. Дизайн моста оптимизирован для точности, хотя это немного снижает доступ к измерительной таблице (что означает уменьшенный доступ к проверяемой детали). Благодаря своей точности и широкому принятию и распространению мостовые СКМ доступны в различных размерах. Они доступны в размерах от небольших, максимальным по размеру с деталью, сравнимой с размером микроволновой печи, до больших, размером со Smart Car.
Преимущества – Точность. Доступность. Умеренная стоимость. Широкое использование и, следовательно, доступ к услугам, экспертизе/консультациям и запасным частям.Недостатки – Большее препятствие к доступу к проверяемой детали, чем у конструкций с консольным или горизонтальным плечом.
Эта конструкция отличается от мостового типа СКМ тем, что у нее поддержка только с одной стороны. Поэтому она консольно выдвигается с этой стороны в качестве единственной опорной ноги. Боковая поддержка имеет направляющую в верхней части, вдоль которой перемещается поперечная балка (например, в направлении X). Вертикальная балка поддержки зонда проходит через поперечную балку (в направлении Y) и имеет механизм, который перемещает вертикальную штангу Z, несущую зонд. Эта конструкция обеспечивает лучший доступ к измерительной таблице, но страдает некоторой потерей точности. Поскольку эффект провисания будет увеличиваться по мере увеличения расстояния от балки Z, консольная конструкция лучше подходит для меньших деталей и в тех случаях, когда доступ важнее точности.
Преимущества – Легкий доступ с трех из четырех сторон к измерительной таблице. Лучше подходит для автоматизации и смены деталей. Менее дорогой. Подходит для больших деталей.Недостатки – Степень сокращенной точности. В настоящее время менее распространены, поэтому поддержка, запчасти и ремонт могут быть проблемами.
Эта схема была более популярна в прошлом, но все еще предлагается для конкретных нужд сегодня. Это более доступное решение, но обеспечивает открытый доступ к столу, хотя и немного менее, чем конструкция консоли. Эта машина была очень популярна для проектирования автомобилей и разработки форм, особенно для моделирования и лепки из глины. Она активно использовалась для измерения панелей кузова, где важны точки крепления и взаимосвязь между панелями. Кстати, бесконтактные сканеры практически полностью заменили работу по анализу контуров панелей кузова и штампованных деталей. Сканирование стало основной технологией для соблюдения требований класса A, гладкости и непрерывности при заказе у клиента. Это также актуально для обратного проектирования, формирования, а также разработки инструментов для штампования или неметаллического «кузова» автомобилей.
Распространенной вариацией настройки горизонтального плеча является парное соединение двух башен с зондирующими головками, как будто это два СКМ в одном. В этой конфигурации обе стороны автомобиля легко доступны в одной установке. Версии горизонтального плеча СКМ были низкосортным, достаточно точным, основанным на гранитной таблице дизайном. Версии для кузова обычно монтируются на пол, а не на гранитную столешницу, что дает им большой диапазон измерений.
Преимущества – Доступная цена и открытый доступ. Исторически выбраны для оцифровки и инспекции кузова автомобиля.Недостатки – Становится все сложнее найти запчасти для старых основанных на столах версий. Менее точные. Технологии бесконтактного лазерного или белого светового сканирования заменили часть основного рынка этого машинного дизайна.
Эта конструкция часто рассматривается как СКМ для больших деталей. Но есть и меньшие версии. Для больших машин существуют две большие металлические конструкции, являющиеся боковыми структурами машины. Поперечная балка проходит по верхним направляющим вдоль длины этих структур. С балкой оси Z, подвешенной к поперечной балке, она может перемещаться вдоль поперечной балки, поднимаясь и опускаясь для выполнения движения по оси Z. Большие ганты обычно монтируются на пол, тогда как маленькие имеют стандартную гранитную столешницу.
Преимущества – Подходит и точен для больших деталей, поскольку между зондом и полом есть много пространства. Стабильная, жесткая конструкция для больших форматов. Этот дизайн часто выбирается как предпочтительный для производственной среды.Недостатки – Наименьшая степень доступа к столу и области проверки, где зафиксирована проверяемая деталь. Большие ганты являются дорогостоящими, если они нужны для деталей с точными допусками. Лазерные трекеры стали основным решением для переносного СКМ-инспекции больших деталей и инструментах. Поэтому они заменили большие гантри в многих случаях.
Самая распространенная установка СКМ требует климатически контролируемой комнаты для СКМ или метрологической лаборатории, которая содержит одну или несколько СКМ, изолированных от окружения. Это контролируемая установка снижает непостоянство и неизвестные факторы нестабильной среды. Колебания температуры и тепловое расширение являются большими проблемами в метрологии. Тем не менее, есть несколько преимуществ, если СКМ находится близко к рабочему месту, как в рабочей ячейке. Одним из вариантов может быть внедрение СКМ с автоматизацией. Если добавляется робот или другая система, возможно выполнение «операции без света».
Не обязательно новое, но становится все более распространенным применение СКМ на производственных площадках. СКМ на производственном этаже могут даже быть использованы тем же человеком, который произвел деталь. Эти машины исключают обычно используемые воздушные подшипники, экологически контролируемые комнаты и высокие напряжения, требуемые для типичных СКМ. Они приносят машину к работе. Они учитывают колебания температуры в цехе с помощью встроенного оборудования и программного обеспечения для компенсации.
Хотите получить больше информации о Трехосевой измерительной машине? Не стесняйтесь обращаться к нам.
Previous: Revolutionizing Automotive Welding Assembly Solutions for Efficiency
Next: Wie verbessert eine Manuelle Drehmaschine meine Fertigungsqualität nachhaltig?
If you are interested in sending in a Guest Blogger Submission,welcome to write for us!
All Comments ( 0 )