Новости - Полное руководство по координатно-измерительным машинам и измерительным приборам

Что такое координатно-измерительная машина (КИМ)?

Представьте себе станок с ЧПУ, способный выполнять чрезвычайно точные измерения в высокоавтоматизированном режиме. Именно этим и занимаются координатно-измерительные машины (КИМ)!

CMM расшифровывается как «координатно-измерительная машина». По сочетанию гибкости, точности и скорости это, пожалуй, лучшие устройства для 3D-измерений.

Применение координатно-измерительных машин

Координатно-измерительные машины (КИМ) незаменимы всякий раз, когда необходимо выполнить точные измерения. И чем сложнее или многочисленнее измерения, тем выгоднее использовать КИМ.

Как правило, координатно-измерительные машины (КИМ) используются для контроля качества и проверки изделий. То есть, они применяются для подтверждения соответствия детали требованиям и спецификациям конструктора.

Они также могут использоваться дляобратное проектированиеизмерив имеющиеся детали, выполнив точные замеры их характеристик.

Кто изобрел координатно-измерительные машины (КИМ)?

Первые координатно-измерительные машины (КИМ) 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 только две оси движения. Трехосевые машины были представлены в 1960-х годах итальянской компанией DEA. Компьютерное управление появилось в начале 1970-х годов и было внедрено американской компанией Sheffield.

Типы координатно-измерительных машин (КИМ)

Существует пять типов координатно-измерительных машин:

Координатно-измерительная машина мостового типа: В этой наиболее распространенной конструкции головка КИМ перемещается по мосту. Одна сторона моста скользит по направляющей на станине, а другая поддерживается на воздушной подушке или иным способом на станине без направляющей.
Консольная КИМ: консольная опора поддерживает мост только с одной стороны.
Портальная координатно-измерительная машина (КИМ): Портальная система использует направляющие рельсы с обеих сторон, как у фрезерного станка с ЧПУ. Как правило, это самые большие КИМ, поэтому им необходима дополнительная опора.
Горизонтально-рычажная координатно-измерительная машина (КИМ): Представьте себе консоль, но весь мост перемещается вверх и вниз по единственному рычагу, а не вокруг своей оси. Это наименее точные КИМ, но они могут измерять крупные тонкие детали, такие как кузова автомобилей.
Переносные координатно-измерительные машины с манипулятором: В этих машинах используются шарнирные манипуляторы, и их позиционирование, как правило, осуществляется вручную. Вместо прямого измерения координат XYZ, они вычисляют координаты на основе положения вращения каждого шарнира и известной длины между шарнирами.

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

Вот удобная таблица, которая поможет понять преимущества и недостатки:

Тип КИМ	Точность	Гибкость	Лучше всего подходит для измерения
Мост	Высокий	Середина	Компоненты среднего размера, требующие высокой точности.
Консольная балка	Высший	Низкий	Мелкие компоненты, требующие очень высокой точности.
Горизонтальный рычаг	Низкий	Высокий	Крупные компоненты, требующие низкой точности
Портал	Высокий	Середина	Крупногабаритные компоненты, требующие высокой точности
Переносной кронштейн	Самый низкий	Высший	Когда портативность является важнейшим критерием.

Датчики обычно располагаются в трех измерениях – по осям X, Y и Z. Однако более совершенные станки позволяют изменять угол наклона датчиков, что дает возможность проводить измерения в местах, недоступных для других датчиков. Для улучшения доступности различных элементов также могут использоваться поворотные столы.

Координатно-измерительные машины (КИМ) часто изготавливаются из гранита и алюминия и используют воздушные подшипники.

Зонд — это датчик, определяющий положение поверхности детали в момент проведения измерения.

К типам зондов относятся:

Механический
Оптический
Лазер
Белый свет

Координатно-измерительные машины используются примерно тремя основными способами:

Отделы контроля качества: как правило, они располагаются в чистых помещениях с контролируемым климатом для обеспечения максимальной точности.
Производственный цех: Здесь координатно-измерительные машины (КИМ) расположены среди станков с ЧПУ, что упрощает проведение контрольных работ 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, поскольку ошибки выявляются на ранних стадиях.
Портативность: Портативные координатно-измерительные машины легко перемещать. Их можно использовать в цеху или даже доставлять на удаленные от производственного предприятия площадки для измерения деталей на месте.

Насколько точны координатно-измерительные машины (КИМ)?

Точность координатно-измерительных машин варьируется. Как правило, они стремятся к точности в микрометры или выше. Но это не так просто. Во-первых, погрешность может зависеть от размера, поэтому погрешность измерения КИМ может быть определена в виде короткой формулы, включающей длину измерения в качестве переменной.

Например, координатно-измерительная машина Hexagon Global Classic CMM позиционируется как доступная универсальная КИМ и указывает свою точность следующим образом:

1,0 + л/300 мкм

Эти измерения производятся в микронах, а длина L указывается 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 доля миллиметра, что составляет примерно 0,00003937 дюйма. Таким образом, погрешность при измерении нашей длины в 10 мм составляет 0,00103 мм или 0,00004055 дюйма. Это меньше половины десятой — довольно малая погрешность!

С другой стороны, точность должна быть в 10 раз выше, чем то, что мы пытаемся измерить. Это значит, что если мы можем доверять этому измерению только с точностью до 10 раз большей величины, или 0,00005 дюйма, то это все равно довольно малая погрешность.

Ситуация становится еще более запутанной при измерениях с помощью координатно-измерительных машин (КИМ) в цеху. Если КИМ находится в лаборатории с контролируемой температурой, это значительно облегчает работу. Но в цеху температура может сильно колебаться. Существуют различные способы компенсации колебаний температуры, но ни один из них не является идеальным.

Производители КИМ часто указывают точность для определенного температурного диапазона, и согласно стандарту ISO 10360-2 для точности КИМ, типичный диапазон составляет 64-72°F (18-22°C). Это отлично, если только в вашем цехе летом не бывает 86°F. В этом случае у вас нет подходящей спецификации для погрешности.

Некоторые производители предлагают набор ступенчатых или температурных диапазонов с различными показателями точности. Но что произойдет, если вы будете работать в нескольких диапазонах для одной и той же партии деталей в разное время суток или в разные дни недели?

В первую очередь необходимо составить бюджет неопределенности, учитывающий наихудшие сценарии. Если эти наихудшие сценарии приводят к неприемлемым допускам для ваших деталей, необходимы дальнейшие изменения в технологическом процессе:

Вы можете ограничить использование КИМ определенным временем суток, когда температура находится в более благоприятном диапазоне.
Вы можете выбрать обработку деталей или элементов с низким допуском только в определенное время суток.
Более совершенные координатно-измерительные машины (КИМ) могут иметь лучшие характеристики для ваших температурных диапазонов. Они могут стоить своих денег, несмотря на то, что стоят значительно дороже.

Конечно, эти меры серьезно затруднят точное планирование ваших работ. И вдруг вы начинаете задумываться о том, что улучшение климат-контроля в цехе может стать выгодным вложением.

Как видите, вся эта система измерений становится довольно сложной и запутанной.

Другой важный аспект — это определение допусков, проверяемых координатно-измерительной машиной (КИМ). Золотым стандартом является геометрическое размерное и допусковое проектирование (GD&T). Узнайте больше из нашего вводного курса по GD&T.

Программное обеспечение КИМ

Координатно-измерительные машины (КИМ) работают под управлением различного программного обеспечения. Стандарт называется DMIS, что расшифровывается как Dimensional Measurement Interface Standard (стандарт интерфейса измерения размеров). Хотя это не основной программный интерфейс для всех производителей КИМ, большинство из них, по крайней мере, его поддерживают.

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

ДМИС

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

PC-DMIS: версия от Hexagon
OpenDMIS
TouchDMIS: Персептрон

MCOSMOS

MCOSTMOS — это программное обеспечение Nikon для координатно-измерительных машин.

Калипсо

Calypso — это программное обеспечение для координатно-измерительных машин от компании Zeiss.

Программное обеспечение для координатно-измерительных машин и САПР/КАМ

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

Существует множество различных форматов файлов САПР, поэтому проверьте, с какими из них совместимо ваше программное обеспечение для КИМ. Наиболее совершенная интеграция называется определением на основе модели (MBD). При использовании MBD сама модель может быть использована для извлечения размеров для КИМ.

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

Измерительные щупы, зажимы и принадлежности для координатно-измерительных машин

Зонды КИМ

Доступны различные типы и формы зондов, что позволяет использовать их в самых разных областях.

Приспособления для КИМ

Использование оснастки позволяет экономить время при загрузке и выгрузке деталей на координатно-измерительной машине (КИМ), как и на станке с ЧПУ. Существуют даже КИМ с автоматическими загрузчиками паллет для максимальной производительности.