Apa itu mesin pengukur koordinat?

Amesin pengukur koordinat(CMM) adalah alat yang mengukur geometri benda fisik dengan merasakan titik-titik diskrit pada permukaan benda dengan probe.Berbagai jenis probe digunakan dalam CMM, termasuk mekanik, optik, laser, dan cahaya putih.Tergantung pada mesinnya, posisi probe dapat dikontrol secara manual oleh operator atau dapat dikontrol oleh komputer.CMM biasanya menentukan posisi probe dalam kaitannya dengan perpindahannya dari posisi referensi dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi (yaitu, dengan sumbu XYZ).Selain menggerakkan probe sepanjang sumbu X, Y, dan Z, banyak mesin juga memungkinkan sudut probe dikontrol untuk memungkinkan pengukuran permukaan yang tidak dapat dijangkau.

CMM “jembatan” 3D yang khas memungkinkan pergerakan probe sepanjang tiga sumbu, X, Y dan Z, yang ortogonal satu sama lain dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi.Setiap sumbu memiliki sensor yang memantau posisi probe pada sumbu tersebut, biasanya dengan presisi mikrometer.Ketika probe menghubungi (atau mendeteksi) lokasi tertentu pada objek, mesin mengambil sampel dari tiga sensor posisi, sehingga mengukur lokasi satu titik pada permukaan objek, serta vektor 3 dimensi dari pengukuran yang dilakukan.Proses ini diulang seperlunya, menggerakkan probe setiap saat, untuk menghasilkan “titik awan” yang menggambarkan area permukaan yang diinginkan.

Penggunaan CMM yang umum adalah dalam proses manufaktur dan perakitan untuk menguji suatu bagian atau perakitan terhadap maksud desain.Dalam aplikasi seperti itu, point cloud dihasilkan yang dianalisis melalui algoritma regresi untuk konstruksi fitur.Titik-titik ini dikumpulkan dengan menggunakan probe yang diposisikan secara manual oleh operator atau secara otomatis melalui Direct Computer Control (DCC).CMM DCC dapat diprogram untuk mengukur bagian yang identik berulang kali;jadi CMM otomatis adalah bentuk khusus robot industri.

Bagian

Mesin pengukur koordinat mencakup tiga komponen utama:

• Struktur utama yang mencakup tiga sumbu gerak.Bahan yang digunakan untuk membuat kerangka bergerak bervariasi selama bertahun-tahun.Granit dan baja digunakan pada awal CMM.Saat ini semua produsen CMM besar membuat rangka dari paduan aluminium atau turunannya dan juga menggunakan keramik untuk meningkatkan kekakuan sumbu Z untuk aplikasi pemindaian.Beberapa pembangun CMM saat ini masih memproduksi rangka granit CMM karena kebutuhan pasar akan dinamika metrologi yang lebih baik dan meningkatnya tren pemasangan CMM di luar laboratorium kualitas.Biasanya hanya pembuat CMM volume rendah dan pabrikan dalam negeri di Cina dan India yang masih memproduksi CMM granit karena pendekatan teknologi rendah dan kemudahan masuk untuk menjadi pembuat rangka CMM.Meningkatnya tren pemindaian juga mengharuskan sumbu CMM Z menjadi lebih kaku dan material baru telah diperkenalkan seperti keramik dan silikon karbida.
• Sistem penyelidikan
• Sistem pengumpulan dan reduksi data — biasanya mencakup pengontrol mesin, komputer desktop, dan perangkat lunak aplikasi.

Ketersediaan

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

Ketepatan

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

Bagian tertentu

Tubuh mesin

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

Pada 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 dipasang di salah 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 menghasilkan bantalan udara yang halus namun terkendali di mana CMM dapat bergerak hampir tanpa gesekan yang dapat dikompensasi melalui perangkat lunak.Pergerakan jembatan atau gantry sepanjang meja granit membentuk satu sumbu bidang XY.Jembatan gantry berisi gerbong yang melintasi antara kaki bagian dalam dan luar dan membentuk sumbu horizontal X atau Y lainnya.Sumbu pergerakan ketiga (sumbu Z) disediakan dengan penambahan duri atau spindel vertikal yang bergerak ke atas dan ke bawah melalui bagian tengah gerbong.Probe sentuh membentuk alat penginderaan di ujung pena bulu.Pergerakan sumbu X, Y dan Z sepenuhnya menggambarkan selubung pengukuran.Meja putar opsional dapat digunakan untuk meningkatkan kemampuan probe pengukur untuk mendekati benda kerja yang rumit.Meja putar sebagai sumbu penggerak keempat tidak meningkatkan dimensi pengukuran, yang tetap 3D, namun memberikan tingkat fleksibilitas.Beberapa probe sentuh merupakan perangkat putar bertenaga dengan ujung probe yang dapat berputar secara vertikal lebih dari 180 derajat dan melalui rotasi 360 derajat penuh.

CMM kini juga tersedia dalam berbagai bentuk lainnya.Ini termasuk lengan CMM yang menggunakan pengukuran sudut yang dilakukan pada sendi lengan untuk menghitung posisi ujung stylus, dan dapat dilengkapi dengan probe untuk pemindaian laser dan pencitraan optik.CMM lengan seperti itu sering digunakan karena portabilitasnya merupakan keunggulan dibandingkan CMM fixed bed tradisional - dengan menyimpan lokasi yang diukur, perangkat lunak pemrograman juga memungkinkan pemindahan lengan pengukur itu sendiri, dan volume pengukurannya, di sekitar bagian yang akan diukur selama pengukuran rutin.Karena lengan CMM meniru kelenturan lengan manusia, lengan tersebut juga sering kali mampu menjangkau bagian dalam bagian kompleks yang tidak dapat diperiksa menggunakan mesin tiga sumbu standar.

Pemeriksaan mekanis

Pada masa awal pengukuran koordinat (CMM), probe mekanis dipasang pada dudukan khusus di ujung pena bulu.Probe yang sangat umum dibuat dengan menyolder bola keras ke ujung poros.Ini ideal untuk mengukur berbagai macam permukaan datar, silinder, atau bola.Probe lainnya dibuat menjadi bentuk tertentu, misalnya kuadran, untuk memungkinkan pengukuran fitur khusus.Probe ini secara fisik ditahan pada benda kerja dengan posisi di ruang dibaca dari pembacaan digital 3-sumbu (DRO) atau, dalam sistem yang lebih maju, dimasukkan ke komputer melalui saklar kaki atau perangkat serupa.Pengukuran yang dilakukan dengan metode kontak ini seringkali tidak dapat diandalkan karena mesin digerakkan dengan tangan dan setiap operator mesin menerapkan jumlah tekanan yang berbeda pada probe atau mengadopsi teknik pengukuran yang berbeda.

Perkembangan selanjutnya adalah penambahan motor untuk menggerakkan setiap poros.Operator tidak lagi harus menyentuh alat berat secara fisik tetapi dapat menggerakkan setiap sumbu menggunakan handbox dengan joystick dengan cara yang sama seperti pada mobil modern yang dikendalikan dari jarak jauh.Akurasi dan presisi pengukuran meningkat secara dramatis dengan penemuan probe pemicu sentuh elektronik.Pelopor perangkat probe baru ini adalah David McMurtry yang kemudian membentuk perusahaan yang sekarang bernama Renishaw plc.Meskipun masih berupa perangkat kontak, probe tersebut memiliki stylus bola baja bermuatan pegas (kemudian bola rubi).Saat probe menyentuh permukaan komponen, stylus dibelokkan dan secara bersamaan mengirimkan informasi koordinat X,Y,Z ke komputer.Kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh masing-masing operator menjadi lebih sedikit dan tahapan telah ditetapkan untuk pengenalan operasi CNC dan munculnya CMM.

Probe optik adalah sistem CCD lensa, yang digerakkan seperti probe mekanis, dan diarahkan ke titik yang diinginkan, bukan menyentuh material.Gambar permukaan yang diambil akan dimasukkan ke dalam batas jendela pengukuran, hingga residu cukup untuk kontras antara zona hitam dan putih.Kurva pemisah dapat dihitung ke suatu titik, yaitu titik ukur yang diinginkan dalam ruang.Informasi horizontal pada CCD adalah 2D (XY) dan posisi vertikal adalah posisi sistem probing lengkap pada dudukan Z-drive (atau komponen perangkat lainnya).

Memindai sistem probe

Ada model-model baru yang memiliki probe yang menyeret sepanjang permukaan titik pengambilan bagian pada interval tertentu, yang dikenal sebagai probe pemindaian.Metode pemeriksaan CMM ini seringkali lebih akurat dibandingkan metode pemeriksaan sentuh konvensional dan juga lebih cepat.

Pemindaian generasi berikutnya, yang dikenal sebagai pemindaian nonkontak, yang mencakup triangulasi titik tunggal laser berkecepatan tinggi, pemindaian garis laser, dan pemindaian cahaya putih, mengalami kemajuan yang sangat pesat.Metode ini menggunakan sinar laser atau cahaya putih yang diproyeksikan ke permukaan bagian tersebut.Ribuan titik kemudian dapat diambil dan digunakan tidak hanya untuk memeriksa ukuran dan posisi, namun juga untuk membuat gambar 3D dari bagian tersebut.“Data point-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 lunak atau halus atau untuk memfasilitasi rekayasa balik.

Pemeriksaan mikrometrologi

Sistem penyelidikan untuk aplikasi metrologi skala mikro adalah bidang lain yang sedang berkembang.Ada beberapa mesin pengukur koordinat (CMM) yang tersedia secara komersial yang memiliki mikroprobe yang terintegrasi ke dalam sistem, beberapa sistem khusus di laboratorium pemerintah, dan sejumlah platform metrologi buatan universitas untuk metrologi skala mikro.Meskipun mesin ini bagus dan dalam banyak kasus merupakan platform metrologi yang sangat baik dengan skala nanometrik, keterbatasan utamanya adalah probe mikro/nano yang andal, kuat, dan mumpuni.^{[diperlukan kutipan]}Tantangan bagi teknologi penyelidikan skala mikro mencakup kebutuhan akan probe dengan rasio aspek tinggi yang memberikan kemampuan untuk mengakses fitur yang dalam dan sempit dengan gaya kontak rendah sehingga tidak merusak permukaan dan presisi tinggi (tingkat nanometer).^{[diperlukan kutipan]}Selain itu, probe skala mikro rentan terhadap kondisi lingkungan seperti kelembapan dan interaksi permukaan seperti gesekan (antara lain disebabkan oleh adhesi, meniskus, dan/atau gaya Van der Waals).^{[diperlukan kutipan]}

Teknologi untuk mencapai penyelidikan skala mikro antara lain mencakup versi probe CMM klasik yang diperkecil, probe optik, dan probe gelombang berdiri.Namun, teknologi optik saat ini tidak dapat berskala cukup kecil untuk mengukur fitur yang dalam dan sempit, dan resolusi optik dibatasi oleh panjang gelombang cahaya.Pencitraan sinar-X memberikan gambaran fitur tersebut tetapi tidak ada informasi metrologi yang dapat dilacak.

Prinsip fisik

Probe optik dan/atau probe laser dapat digunakan (jika mungkin dalam kombinasi), yang mengubah CMM menjadi mikroskop pengukur atau mesin pengukur multi-sensor.Sistem proyeksi pinggiran, sistem triangulasi teodolit atau sistem laser jarak jauh dan 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: ujung komponen penggerak Z).Hal ini dapat menggunakan fungsi interferometri, variasi fokus, defleksi cahaya atau prinsip beam shadowing.

Mesin pengukur koordinat portabel

Jika CMM tradisional menggunakan probe yang bergerak pada tiga sumbu Cartesian untuk mengukur karakteristik fisik suatu objek, CMM portabel menggunakan lengan artikulasi atau, dalam kasus CMM optik, sistem pemindaian tanpa lengan yang menggunakan metode triangulasi optik dan memungkinkan kebebasan bergerak sepenuhnya. di sekitar objek.

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

Aplikasi non-repetitif tertentu seperti rekayasa balik, pembuatan prototipe cepat, dan inspeksi komponen skala besar dari semua ukuran cocok untuk CMM portabel.Manfaat CMM portabel berlipat ganda.Pengguna memiliki fleksibilitas dalam melakukan pengukuran 3D pada semua jenis komponen dan di lokasi paling terpencil/sulit.Alat ini mudah digunakan dan tidak memerlukan lingkungan terkendali untuk melakukan pengukuran yang akurat.Selain itu, CMM portabel cenderung lebih murah dibandingkan CMM tradisional.

Keuntungan yang melekat pada CMM portabel adalah pengoperasian manual (selalu membutuhkan manusia untuk menggunakannya).Selain itu, akurasi keseluruhannya mungkin kurang akurat dibandingkan dengan tipe jembatan CMM dan kurang cocok untuk beberapa aplikasi.

Mesin pengukur multisensor

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