Полное руководство по КИМ и измерениям

Что такое КИМ-машина?

Представьте себе станок с ЧПУ, способный производить чрезвычайно точные измерения в условиях высокой автоматизации. Именно этим и занимаются КИМ!

КИМ расшифровывается как «координатно-измерительная машина». Это, пожалуй, лучшие трёхмерные измерительные устройства с точки зрения сочетания гибкости, точности и скорости.

Применение координатно-измерительных машин

Координатно-измерительные машины незаменимы, когда требуется проведение точных измерений. И чем сложнее или многочисленнее измерения, тем выгоднее использовать КИМ.

Обычно КИМ используются для контроля качества, то есть для проверки соответствия детали требованиям и спецификациям конструктора.

Они также могут быть использованы дляобратная разработкасуществующих деталей путем проведения точных измерений их характеристик.

Кто изобрел КИМ-машины?

Первые КИМ-машины были разработаны шотландской компанией Ferranti в 1950-х годах. Они были необходимы для точного измерения деталей в аэрокосмической и оборонной промышленности. Самые первые машины имели всего две оси движения. Трёхкоординатные машины были представлены в 1960-х годах итальянским Управлением по борьбе с наркотиками (DEA). Компьютерное управление появилось в начале 1970-х годов и было внедрено американской компанией Sheffield.

Типы КИМ-машин

Существует пять типов координатно-измерительных машин:

• КИМ мостового типа: В этой конструкции, наиболее распространённой, головка КИМ перемещается по мосту. Одна сторона моста перемещается по рельсам на станине, а другая опирается на воздушную подушку или иным образом на станину без направляющих.
• Консольная КИМ: консоль поддерживает мост только с одной стороны.
• Портальная КИМ: Портальная КИМ оснащена направляющими с обеих сторон, как у фрезерного станка с ЧПУ. Обычно это самые большие КИМ, поэтому им требуется дополнительная поддержка.
• КИМ с горизонтальным рычагом: представьте себе консоль, но с мостом, движущимся вверх и вниз по одному рычагу, а не вокруг своей оси. Это наименее точные КИМ, но они могут измерять большие и тонкие детали, например, кузова автомобилей.
• Портативные КИМ с шарнирными руками: эти машины используют шарнирные руки и обычно позиционируются вручную. Вместо прямого измерения осей XYZ они вычисляют координаты на основе углового положения каждого сочленения и известного расстояния между ними.

Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от типа проводимых измерений. Эти типы зависят от конструкции машины, используемой для позиционирования.зондотносительно измеряемой части.

Вот удобная таблица, которая поможет понять плюсы и минусы:

Датчики обычно позиционируются в трёх измерениях: X, Y и Z. Однако более сложные машины позволяют изменять угол наклона датчиков, что позволяет проводить измерения в местах, куда датчик иначе не смог бы добраться. Поворотные столы также могут использоваться для улучшения доступности различных объектов.

КИМ часто изготавливаются из гранита и алюминия и используют воздушные подшипники.

Зонд — это датчик, который определяет, где находится поверхность детали во время измерения.

Типы зондов включают:

• Механический
• Оптический
• Лазер
• Белый свет

Координатно-измерительные машины используются тремя основными способами:

• Отделы контроля качества: Обычно их держат в чистых помещениях с контролируемым климатом, чтобы максимально повысить точность.
• Цех: Здесь КИМ расположены в нижней части списка станков с ЧПУ, что упрощает проведение проверок в рамках производственной ячейки с минимальным перемещением между КИМ и станком, на котором обрабатываются детали. Это позволяет проводить измерения раньше и, возможно, чаще, что приводит к экономии средств за счёт более быстрого выявления ошибок.
• Портативность: портативные КИМ легко перемещать. Их можно использовать в цехе или даже за пределами производственного объекта для измерения деталей в полевых условиях.

Насколько точны КИМ-машины (точность КИМ)?

Точность координатно-измерительных машин варьируется. Как правило, они стремятся к микрометровой точности или выше. Но не всё так просто. Во-первых, погрешность может быть функцией размера, поэтому погрешность измерения КИМ можно выразить короткой формулой, включающей длину измерения в качестве переменной.

Например, КИМ Global Classic компании Hexagon позиционируется как доступная универсальная КИМ, а ее точность определяется следующим образом:

1,0 + L/300мкм

Эти измерения указаны в микронах, а L — в мм. Допустим, мы пытаемся измерить длину элемента размером 10 мм. Формула будет выглядеть так: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30, или 1,03 микрона.

Микрон — это тысячная часть миллиметра, что составляет примерно 0,00003937 дюйма. Таким образом, погрешность измерения длины 10 мм составляет 0,00103 мм или 0,00004055 дюйма. Это меньше половины десятой доли — довольно небольшая погрешность!

С другой стороны, точность должна быть в 10 раз больше, чем та, которую мы пытаемся измерить. Это значит, что мы можем доверять этому измерению только с точностью в 10 раз больше, то есть 0,00005 дюйма. Всё равно это довольно небольшая погрешность.

С измерениями, проводимыми с помощью КИМ в цехе, ситуация становится ещё сложнее. Если КИМ находится в испытательной лаборатории с контролируемой температурой, это очень помогает. Но в цехе температура может колебаться довольно сильно. Существуют различные способы компенсации колебаний температуры в КИМ, но ни один из них не идеален.

Производители КИМ часто указывают точность для температурного диапазона, и, согласно стандарту точности КИМ ISO 10360-2, типичный диапазон составляет 18–22 °C (64–72 °F). Это замечательно, если только в вашем цеху летом не бывает 86 °F. В таком случае у вас нет точных характеристик погрешности.

Некоторые производители предлагают набор ступенчатых диапазонов или температурных диапазонов с разными характеристиками точности. Но что, если вы используете несколько диапазонов для одной и той же партии деталей в разное время суток или в разные дни недели?

Приходится создавать бюджет неопределенности, учитывающий наихудшие случаи. Если эти наихудшие случаи приводят к неприемлемым допускам для ваших деталей, необходимы дальнейшие изменения в процессе:

• Вы можете ограничить использование КИМ определенным временем суток, когда температура находится в более благоприятном диапазоне.
• Вы можете выбрать обработку только деталей или элементов с более низким допуском в определенное время суток.
• Более качественные КИМ могут иметь лучшие характеристики для вашего температурного диапазона. Они могут быть оправданы, хотя и значительно дороже.

Конечно, эти меры негативно повлияют на вашу способность точно планировать работу. Внезапно вы задумываетесь, что улучшение климат-контроля в цехе может оказаться стоящей инвестицией.

Видите, как все эти измерения становятся чертовски запутанными.

Другим важным фактором является то, как определяются допуски, проверяемые КИМ. Золотым стандартом является определение геометрических размеров и допусков (GD&T). Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашим вводным курсом по GD&T.

Программное обеспечение КИМ

КИМ используют различное программное обеспечение. Стандарт называется DMIS (Digential Measurement Interface Standard). Хотя он не является основным программным интерфейсом для всех производителей КИМ, большинство из них, по крайней мере, его поддерживают.

Производители создали собственные уникальные версии, чтобы добавить задачи измерения, не поддерживаемые DMIS.

ДМИС

Как уже упоминалось, DMIS является стандартом, но, как и в случае с G-кодом ЧПУ, существует множество диалектов, в том числе:

• PC-DMIS: версия Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Персептрон

МКОСМОС

MCOSTMOS — это программное обеспечение КИМ от Nikon.

Калипсо

Calypso — программное обеспечение для КИМ от Zeiss.

Программное обеспечение для КИМ и CAD/CAM

Как программное обеспечение и программирование КИМ связаны с программным обеспечением CAD/CAM?

Существует множество различных форматов файлов САПР, поэтому проверьте, с какими из них совместимо ваше программное обеспечение КИМ. Максимальный уровень интеграции называется определением на основе модели (MBD). С помощью MBD сама модель может быть использована для извлечения размеров КИМ.

MDB — это передовая технология, поэтому в большинстве случаев она пока не используется.

Зонды, приспособления и аксессуары КИМ

Зонды КИМ

Доступны различные типы и формы зондов для различных вариантов применения.

Приспособления для КИМ

Все приспособления экономят время при загрузке и выгрузке деталей на КИМ, как и на станке с ЧПУ. Вы даже можете приобрести КИМ с автоматическим загрузчиком паллет для максимальной производительности.

Цена КИМ-машины

Цены на новые координатно-измерительные машины начинаются от 20 000 до 30 000 долларов и доходят до более чем 1 миллиона долларов.

Работы, связанные с КИМ, в механическом цехе

Менеджер КИМ

Программист КИМ

Оператор КИМ