Apa itu mesin pengukur koordinat?

AKoordinat mesin pengukur(CMM) adalah perangkat yang mengukur geometri objek fisik dengan merasakan titik diskrit pada permukaan objek dengan probe. Berbagai jenis probe digunakan dalam CMM, termasuk mekanik, optik, laser, dan cahaya putih. Bergantung pada mesin, posisi probe dapat dikontrol secara manual oleh operator atau mungkin dikendalikan komputer. CMM biasanya menentukan posisi probe dalam hal perpindahannya dari posisi referensi dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi (yaitu, dengan sumbu XYZ). Selain memindahkan probe sepanjang sumbu X, Y, dan Z, banyak mesin juga memungkinkan sudut probe dikontrol untuk memungkinkan pengukuran permukaan yang seharusnya tidak terjangkau.

CMM 3D "Bridge" khas memungkinkan gerakan probe sepanjang tiga sumbu, x, y dan z, yang saling ortogonal satu sama lain dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi. Setiap sumbu memiliki sensor yang memantau posisi probe pada sumbu itu, biasanya dengan presisi mikrometer. Ketika probe menghubungi (atau mendeteksi) lokasi tertentu pada objek, mesin mengambil sampel tiga sensor posisi, sehingga mengukur lokasi satu titik pada permukaan objek, serta vektor 3 dimensi dari pengukuran yang dilakukan. Proses ini diulangi seperlunya, memindahkan probe setiap kali, untuk menghasilkan "awan titik" yang menggambarkan area permukaan yang menarik.

Penggunaan umum CMM adalah dalam proses pembuatan dan perakitan untuk menguji bagian atau perakitan terhadap niat desain. Dalam aplikasi seperti itu, awan titik dihasilkan yang dianalisis melalui algoritma regresi untuk pembangunan fitur. Poin -poin ini dikumpulkan dengan menggunakan probe yang diposisikan secara manual oleh operator atau secara otomatis melalui Kontrol Komputer Langsung (DCC). DCC CMMS dapat diprogram untuk berulang kali mengukur bagian yang identik; Dengan demikian CMM otomatis adalah bentuk khusus dari robot industri.

Bagian

Mesin pengukur koordinat mencakup tiga komponen utama:

• Struktur utama yang mencakup tiga sumbu gerak. Bahan yang digunakan untuk membangun kerangka bergerak telah bervariasi selama bertahun -tahun. Granit dan baja digunakan di awal CMM. Saat ini semua produsen CMM utama membangun bingkai dari paduan aluminium atau beberapa turunan dan juga menggunakan keramik untuk meningkatkan kekakuan sumbu Z untuk aplikasi pemindaian. Beberapa pembangun CMM saat ini masih memproduksi bingkai granit CMM karena persyaratan pasar untuk peningkatan dinamika metrologi dan meningkatkan tren untuk memasang CMM di luar lab berkualitas. Biasanya hanya pembangun CMM volume rendah dan produsen domestik di Cina dan India masih memproduksi granit CMM karena pendekatan teknologi yang rendah dan masuknya mudah untuk menjadi pembangun bingkai CMM. Tren yang meningkat menuju pemindaian juga membutuhkan sumbu CMM Z menjadi lebih kaku dan bahan baru telah diperkenalkan seperti keramik dan silikon karbida.
• Sistem penyelidikan
• Sistem Pengumpulan dan Pengurangan Data - Biasanya termasuk pengontrol mesin, komputer desktop dan perangkat lunak aplikasi.

Tersedianya

Mesin-mesin ini bisa berdiri bebas, genggam dan portabel.

Ketepatan

Keakuratan mesin pengukuran koordinat biasanya diberikan sebagai faktor ketidakpastian sebagai fungsi dari jarak. Untuk CMM menggunakan probe sentuh, ini berkaitan dengan pengulangan probe dan keakuratan skala linier. Pengulangan probe yang khas dapat menghasilkan pengukuran dalam 0,001mm atau 0,00005 inci (setengah persepuluh) selama seluruh volume pengukuran. Untuk mesin 3, 3+2, dan 5 sumbu, probe secara rutin dikalibrasi menggunakan standar yang dapat dilacak dan gerakan mesin diverifikasi menggunakan pengukur untuk memastikan akurasi.

Bagian tertentu

Tubuh mesin

CMM pertama dikembangkan oleh Ferranti Company of Scotland pada 1950 -an sebagai akibat dari kebutuhan langsung untuk mengukur komponen presisi dalam produk militer mereka, meskipun mesin ini hanya memiliki 2 sumbu. Model 3-sumbu pertama mulai muncul pada 1960-an (DEA of Italy) dan kontrol komputer memulai debutnya pada awal 1970-an tetapi CMM kerja pertama dikembangkan dan dijual oleh Browne & Sharpe di Melbourne, Inggris. (Leitz Jerman kemudian menghasilkan struktur mesin tetap dengan tabel bergerak.

Dalam mesin modern, superstruktur tipe gantry memiliki dua kaki dan sering disebut jembatan. Ini bergerak bebas di sepanjang meja granit dengan satu kaki (sering disebut sebagai kaki bagian dalam) mengikuti rel pemandu yang terpasang di satu sisi meja granit. Kaki yang berlawanan (seringkali kaki luar) hanya bertumpu pada meja granit mengikuti kontur permukaan vertikal. Bantalan udara adalah metode yang dipilih untuk memastikan perjalanan bebas gesekan. Dalam hal ini, udara terkompresi dipaksa melalui serangkaian lubang yang sangat kecil di permukaan bantalan datar untuk memberikan bantalan udara yang halus namun terkontrol di mana CMM dapat bergerak dengan cara yang hampir tanpa gesekan yang dapat dikompensasi melalui perangkat lunak. Pergerakan jembatan atau gantry di sepanjang meja granit membentuk satu sumbu bidang XY. Jembatan gantry berisi kereta yang melintasi antara bagian dalam dan luar kaki dan membentuk sumbu horizontal x atau y lainnya. Sumbu ketiga gerakan (sumbu Z) disediakan dengan penambahan pena atau spindle vertikal yang bergerak ke atas dan ke bawah melalui pusat kereta. Probe sentuh membentuk perangkat penginderaan di ujung pena bulu. Gerakan sumbu X, Y dan Z sepenuhnya menggambarkan amplop pengukuran. Tabel putar opsional dapat digunakan untuk meningkatkan keterbatasan probe pengukuran ke benda kerja yang rumit. Tabel putar sebagai sumbu drive keempat tidak meningkatkan dimensi pengukuran, yang tetap 3D, tetapi memberikan tingkat fleksibilitas. Beberapa probe sentuh sendiri adalah perangkat putar yang bertenaga dengan ujung probe yang mampu berputar secara vertikal melalui lebih dari 180 derajat dan melalui rotasi 360 derajat penuh.

CMM sekarang juga tersedia dalam berbagai bentuk lainnya. Ini termasuk lengan CMM yang menggunakan pengukuran sudut yang diambil pada sambungan lengan untuk menghitung posisi ujung stylus, dan dapat dilengkapi dengan probe untuk pemindaian laser dan pencitraan optik. CMM ARM seperti itu sering digunakan di mana portabilitasnya merupakan keuntungan dibandingkan CMMS tetap tradisional- dengan menyimpan lokasi yang diukur, perangkat lunak pemrograman juga memungkinkan memindahkan lengan pengukur itu sendiri, dan volume pengukurannya, di sekitar bagian yang akan diukur selama rutin pengukuran. Karena lengan CMM meniru fleksibilitas lengan manusia, mereka juga sering dapat mencapai bagian dalam bagian -bagian kompleks yang tidak dapat diselidiki menggunakan mesin poros tiga standar.

Probe mekanis

Pada hari -hari awal pengukuran koordinat (CMM), probe mekanis dipasang ke tempat khusus di ujung pena bulu. Probe yang sangat umum dilakukan dengan menyolder bola keras di ujung poros. Ini ideal untuk mengukur seluruh jajaran permukaan datar, permukaan silindris atau bola. Probe lain ditumbuk untuk bentuk spesifik, misalnya kuadran, untuk memungkinkan pengukuran fitur khusus. Probe ini secara fisik dipegang terhadap benda kerja dengan posisi di ruang angkasa yang dibaca dari pembacaan digital 3-sumbu (DRO) atau, dalam sistem yang lebih maju, masuk ke komputer dengan menggunakan footswitch atau perangkat serupa. Pengukuran yang dilakukan oleh metode kontak ini seringkali tidak dapat diandalkan karena mesin dipindahkan dengan tangan dan setiap operator mesin memberikan jumlah tekanan yang berbeda pada probe atau mengadopsi teknik yang berbeda untuk pengukuran.

Perkembangan lebih lanjut adalah penambahan motor untuk mengendarai setiap sumbu. Operator tidak lagi harus menyentuh mesin secara fisik tetapi dapat mengendarai setiap sumbu menggunakan kotak handbox dengan joystick dengan cara yang sama seperti dengan mobil yang dikendalikan jarak jauh modern. Akurasi pengukuran dan presisi meningkat secara dramatis dengan penemuan probe pemicu sentuh elektronik. Pelopor perangkat probe baru ini adalah David McMurtry yang kemudian membentuk apa yang sekarang menjadi Renishaw Plc. Meskipun masih perangkat kontak, probe memiliki stylus baja yang dimuat pegas (kemudian Ruby Ball) stylus. Saat probe menyentuh permukaan komponen, stylus dibelokkan dan secara bersamaan mengirim informasi koordinat x, y, z ke komputer. Kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh operator individu menjadi lebih sedikit dan tahap ditetapkan untuk pengenalan operasi CNC dan kedatangan usia CMM.

Probe optik adalah sistem lensa-CCD, yang dipindahkan seperti yang mekanis, dan ditujukan pada titik menarik, alih-alih menyentuh materi. Gambar permukaan yang ditangkap akan tertutup di perbatasan jendela pengukur, sampai residu cukup kontras antara zona hitam dan putih. Kurva pemisah dapat dihitung ke titik, yang merupakan titik pengukuran yang diinginkan di ruang angkasa. Informasi horizontal pada CCD adalah 2D (XY) dan posisi vertikal adalah posisi sistem penyelidikan lengkap pada stand Z-drive (atau komponen perangkat lain).

Pemindaian Sistem Probe

Ada model yang lebih baru yang memiliki probe yang menyeret permukaan bagian mengambil titik pada interval tertentu, yang dikenal sebagai probe pemindaian. Metode inspeksi CMM ini seringkali lebih akurat daripada metode probe sentuh konvensional dan seringkali lebih cepat juga.

Generasi pemindaian berikutnya, yang dikenal sebagai pemindaian non -kontak, yang mencakup triangulasi titik tunggal laser berkecepatan tinggi, pemindaian garis laser, dan pemindaian cahaya putih, maju dengan sangat cepat. Metode ini menggunakan balok laser atau cahaya putih yang diproyeksikan terhadap permukaan bagian. Ribuan poin kemudian dapat diambil dan digunakan tidak hanya untuk memeriksa ukuran dan posisi, tetapi juga untuk membuat gambar 3D dari bagian tersebut. "Data cloud" ini kemudian dapat ditransfer ke perangkat lunak CAD untuk membuat model 3D yang berfungsi dari bagian tersebut. Pemindai optik ini sering digunakan pada bagian yang lembut atau halus atau untuk memfasilitasi rekayasa terbalik.

Probe Mikrometrologi

Sistem penyelidikan untuk aplikasi metrologi mikro adalah area lain yang muncul. Ada beberapa mesin pengukur koordinat yang tersedia secara komersial (CMM) yang memiliki mikroprob yang terintegrasi ke dalam sistem, beberapa sistem khusus di laboratorium pemerintah, dan sejumlah platform metrologi yang dibangun oleh universitas untuk metrologi mikro. Meskipun mesin -mesin ini baik dan dalam banyak kasus platform metrologi yang sangat baik dengan skala nanometrik, batasan utama mereka adalah probe mikro/nano yang dapat diandalkan, kuat, mampu.^{[Kutipan diperlukan]}Tantangan untuk teknologi penyelidikan mikro termasuk kebutuhan akan probe rasio aspek tinggi yang memberikan kemampuan untuk mengakses fitur yang dalam dan sempit dengan kekuatan kontak rendah sehingga tidak merusak permukaan dan presisi tinggi (tingkat nanometer).^{[Kutipan diperlukan]}Selain itu, probe mikro rentan terhadap kondisi lingkungan seperti kelembaban dan interaksi permukaan seperti stiksi (disebabkan oleh adhesi, meniskus, dan/atau kekuatan van der Waals antara lain).^{[Kutipan diperlukan]}

Teknologi untuk mencapai probing mikro termasuk versi probe CMM klasik yang diperkecil, probe optik, dan probe gelombang berdiri. Namun, teknologi optik saat ini tidak dapat diskalakan cukup kecil untuk mengukur fitur yang dalam, sempit, dan resolusi optik dibatasi oleh panjang gelombang cahaya. Pencitraan X-Ray memberikan gambaran fitur tetapi tidak ada informasi metrologi yang dapat dilacak.

Prinsip fisik

Probe optik dan/atau probe laser dapat digunakan (jika memungkinkan dalam kombinasi), yang mengubah CMM untuk mengukur mikroskop atau mesin pengukur multi-sensor. Sistem proyeksi pinggiran, sistem triangulasi Theodolite atau sistem laser dan sistem triangulasi tidak disebut mesin pengukur, tetapi hasil pengukurannya sama: titik ruang. Probe laser digunakan untuk mendeteksi jarak antara permukaan dan titik referensi di ujung rantai kinematik (yaitu: akhir komponen Z-drive). Ini dapat menggunakan fungsi interferometrik, variasi fokus, defleksi cahaya atau prinsip bayangan balok.

Mesin pengukur koordinat portabel

Sedangkan CMM tradisional menggunakan probe yang bergerak pada tiga sumbu cartesian untuk mengukur karakteristik fisik objek, CMM portabel menggunakan lengan yang diartikulasikan atau, dalam kasus CMM optik, sistem pemindaian bebas lengan yang menggunakan metode triangulasi optik dan memungkinkan kebebasan total gerakan di sekitar objek.

CMM portabel dengan lengan yang diartikulasikan memiliki enam atau tujuh sumbu yang dilengkapi dengan encoder putar, bukan sumbu linier. Lengan portabel ringan (biasanya kurang dari 20 pon) dan dapat dibawa dan digunakan hampir di mana saja. Namun, CMM optik semakin banyak digunakan dalam industri ini. Dirancang dengan kamera array linier atau matriks kompak (seperti Microsoft Kinect), CMM optik lebih kecil dari CMM portabel dengan lengan, tidak ada kabel, dan memungkinkan pengguna untuk dengan mudah melakukan pengukuran 3D dari semua jenis objek yang terletak hampir di mana saja.

Aplikasi non-repetitif tertentu seperti rekayasa terbalik, prototyping cepat, dan inspeksi skala besar dari bagian-bagian dari semua ukuran sangat cocok untuk CMM portabel. Manfaat CMM portabel beragam. Pengguna memiliki fleksibilitas dalam mengambil pengukuran 3D dari semua jenis bagian dan di lokasi yang paling jauh/sulit. Mereka mudah digunakan dan tidak memerlukan lingkungan yang terkontrol untuk melakukan pengukuran yang akurat. Selain itu, CMM portabel cenderung lebih murah dari CMM tradisional.

Pertukaran yang melekat dari CMM portabel adalah operasi manual (mereka selalu membutuhkan manusia untuk menggunakannya). Selain itu, akurasi keseluruhannya bisa agak kurang akurat daripada tipe jembatan CMM dan kurang cocok untuk beberapa aplikasi.

Mesin pengukur multisensor

Teknologi CMM tradisional menggunakan probe sentuh saat ini sering dikombinasikan dengan teknologi pengukuran lainnya. Ini termasuk laser, video atau sensor cahaya putih untuk memberikan apa yang dikenal sebagai pengukuran multisensor.