Apa itu mesin pengukur koordinat?

Amesin pengukur koordinat(CMM) adalah perangkat yang mengukur geometri objek fisik dengan mendeteksi titik-titik diskrit pada permukaan objek dengan probe. Berbagai jenis probe digunakan dalam CMM, termasuk mekanik, optik, laser, dan cahaya putih. Bergantung pada mesinnya, posisi probe dapat dikontrol secara manual oleh operator atau dapat dikontrol komputer. CMM biasanya menentukan posisi probe dalam hal 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 umum memungkinkan gerakan probe sepanjang tiga sumbu, X, Y, dan Z, yang saling tegak lurus dalam sistem koordinat Cartesian tiga dimensi. Setiap sumbu memiliki sensor yang memantau posisi probe pada sumbu tersebut, biasanya dengan presisi mikrometer. Ketika probe menyentuh (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 kali, untuk menghasilkan "awan titik" yang menggambarkan area permukaan yang diinginkan.

Penggunaan umum CMM adalah dalam proses manufaktur dan perakitan untuk menguji komponen atau perakitan terhadap maksud desain. Dalam aplikasi tersebut, titik awan 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 komponen yang identik secara berulang; dengan demikian CMM otomatis merupakan 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 rangka bergerak telah bervariasi selama bertahun-tahun. Granit dan baja digunakan pada CMM awal. Saat ini semua produsen CMM utama membangun rangka dari paduan aluminium atau beberapa turunan dan juga menggunakan keramik untuk meningkatkan kekakuan sumbu Z untuk aplikasi pemindaian. Beberapa pembuat CMM saat ini masih memproduksi CMM rangka granit karena persyaratan pasar untuk dinamika metrologi yang lebih baik dan tren yang meningkat untuk memasang CMM di luar lab kualitas. Biasanya hanya pembuat CMM volume rendah dan produsen dalam negeri di Cina dan India yang masih memproduksi CMM granit karena pendekatan teknologi rendah dan masuknya yang mudah untuk menjadi pembuat rangka CMM. Tren yang meningkat menuju pemindaian juga membutuhkan sumbu Z CMM menjadi lebih kaku dan bahan-bahan baru telah diperkenalkan seperti keramik dan silikon karbida.
  • Sistem penyelidikan
  • Sistem pengumpulan dan pengurangan data — biasanya mencakup pengontrol mesin, komputer desktop, dan perangkat lunak aplikasi.

Tersedianya

Mesin-mesin ini dapat berdiri sendiri, digenggam, dan portabel.

Ketepatan

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

Bagian tertentu

Badan mesin

CMM pertama dikembangkan oleh Ferranti Company of Scotland pada tahun 1950-an sebagai hasil 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 tahun 1960-an (DEA Italia) dan kontrol komputer memulai debutnya pada awal tahun 1970-an tetapi CMM yang berfungsi pertama dikembangkan dan dijual oleh Browne & Sharpe di Melbourne, Inggris. (Leitz Germany 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 kaki bagian dalam) mengikuti rel pemandu yang terpasang di satu sisi meja granit. Kaki yang berlawanan (sering disebut kaki bagian luar) hanya bertumpu pada meja granit mengikuti kontur permukaan vertikal. Bantalan udara adalah metode yang dipilih untuk memastikan pergerakan bebas gesekan. Dalam hal ini, udara terkompresi dipaksa melalui serangkaian lubang yang sangat kecil di permukaan bantalan datar untuk menyediakan bantalan udara yang halus tetapi terkendali tempat 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 kaki bagian dalam dan luar dan membentuk sumbu horizontal X atau Y lainnya. Sumbu gerakan ketiga (sumbu Z) disediakan dengan penambahan bulu vertikal atau spindel yang bergerak ke atas dan ke bawah melalui bagian tengah kereta. Probe sentuh membentuk perangkat penginderaan di ujung bulu. Pergerakan sumbu X, Y, dan Z sepenuhnya menggambarkan selubung pengukuran. Meja putar opsional dapat digunakan untuk meningkatkan kemudahan pendekatan probe pengukuran ke benda kerja yang rumit. Meja putar sebagai sumbu penggerak keempat tidak meningkatkan dimensi pengukuran, yang tetap 3D, tetapi memberikan tingkat fleksibilitas. Beberapa probe sentuh sendiri merupakan perangkat putar bertenaga dengan ujung probe yang dapat berputar vertikal hingga lebih dari 180 derajat dan melalui rotasi penuh 360 derajat.

CMM kini juga tersedia dalam berbagai bentuk lain. 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 lengan seperti itu sering digunakan di mana portabilitasnya merupakan keuntungan dibandingkan CMM alas tetap tradisional - dengan menyimpan lokasi yang diukur, perangkat lunak pemrograman juga memungkinkan menggerakkan lengan pengukur itu sendiri, dan volume pengukurannya, di sekitar bagian yang akan diukur selama rutinitas pengukuran. Karena lengan CMM meniru fleksibilitas lengan manusia, mereka juga sering dapat menjangkau bagian dalam bagian kompleks yang tidak dapat diperiksa menggunakan mesin tiga sumbu standar.

Probe mekanis

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

Perkembangan lebih lanjut adalah penambahan motor untuk menggerakkan setiap sumbu. Operator tidak lagi harus menyentuh mesin secara fisik tetapi dapat menggerakkan setiap sumbu menggunakan kotak tangan dengan joystick dengan cara yang sama seperti mobil kendali jarak jauh modern. Akurasi dan presisi pengukuran meningkat secara dramatis dengan penemuan probe pemicu sentuh elektronik. Pelopor perangkat probe baru ini adalah David McMurtry yang kemudian membentuk apa yang sekarang disebut Renishaw plc. Meskipun masih merupakan perangkat kontak, probe memiliki stylus bola baja berpegas (kemudian bola ruby). Saat probe menyentuh permukaan komponen, stylus dibelokkan dan secara bersamaan mengirimkan informasi koordinat X, Y, Z ke komputer. Kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh operator individu menjadi lebih sedikit dan panggung disiapkan untuk pengenalan operasi CNC dan datangnya usia CMM.

Kepala probe otomatis bermotor dengan probe pemicu sentuh elektronik

Probe optik adalah sistem CCD lensa, yang digerakkan seperti yang mekanis, dan diarahkan ke titik yang diinginkan, alih-alih menyentuh material. Citra permukaan yang ditangkap akan tertutup di tepi jendela pengukuran, hingga residu cukup untuk kontras antara zona hitam dan putih. Kurva pembagi dapat dihitung hingga ke suatu titik, yang merupakan titik pengukuran yang diinginkan di ruang angkasa. Informasi horizontal pada CCD adalah 2D (XY) dan posisi vertikal adalah posisi sistem pemeriksaan lengkap pada dudukan Z-drive (atau komponen perangkat lainnya).

Sistem pemindaian probe

Ada model yang lebih baru yang memiliki probe yang dapat diseret di sepanjang permukaan komponen dan mengambil titik pada interval tertentu, yang dikenal sebagai probe pemindaian. Metode pemeriksaan CMM ini sering kali lebih akurat daripada metode probe sentuh konvensional dan juga lebih cepat.

Generasi pemindaian berikutnya, yang dikenal sebagai pemindaian nonkontak, yang mencakup triangulasi titik tunggal laser berkecepatan tinggi, pemindaian garis laser, dan pemindaian cahaya putih, berkembang sangat cepat. Metode ini menggunakan sinar laser atau cahaya putih yang diproyeksikan ke permukaan komponen. Ribuan titik kemudian dapat diambil dan digunakan tidak hanya untuk memeriksa ukuran dan posisi, tetapi juga untuk membuat gambar 3D komponen tersebut. "Data titik-awan" ini kemudian dapat ditransfer ke perangkat lunak CAD untuk membuat model 3D yang berfungsi dari komponen tersebut. Pemindai optik ini sering digunakan pada komponen yang lunak atau rapuh atau untuk memfasilitasi rekayasa balik.

Probe mikrometrologi

Sistem pemeriksaan untuk aplikasi metrologi skala mikro merupakan 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 yang dibangun universitas untuk metrologi skala mikro. Meskipun mesin-mesin ini merupakan platform metrologi yang baik dan dalam banyak kasus sangat baik dengan skala nanometrik, keterbatasan utamanya adalah mikroprobe mikro/nano yang andal, tangguh, dan mumpuni.[kutipan diperlukan]Tantangan untuk teknologi penyelidikan skala mikro mencakup kebutuhan akan penyelidikan 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).[kutipan diperlukan]Selain itu, probe skala mikro rentan terhadap kondisi lingkungan seperti kelembaban dan interaksi permukaan seperti gesekan (yang disebabkan oleh gaya adhesi, meniskus, dan/atau gaya Van der Waals, antara lain).[kutipan diperlukan]

Teknologi untuk mencapai pemeriksaan skala mikro mencakup versi yang diperkecil dari pemeriksaan CMM klasik, pemeriksaan optik, dan pemeriksaan gelombang berdiri. Akan tetapi, teknologi optik saat ini tidak dapat diperkecil cukup untuk mengukur fitur yang dalam dan sempit, dan resolusi optik dibatasi oleh panjang gelombang cahaya. Pencitraan sinar-X memberikan gambaran fitur tetapi tidak ada informasi metrologi yang dapat dilacak.

Prinsip Fisika

Probe optik dan/atau probe laser dapat digunakan (jika memungkinkan dalam kombinasi), yang mengubah CMM menjadi mikroskop pengukur atau mesin pengukur multisensor. Sistem proyeksi pinggiran, sistem triangulasi teodolit, atau sistem triangulasi jarak jauh laser 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). Ini dapat menggunakan fungsi interferometrik, variasi fokus, defleksi cahaya, atau prinsip bayangan sinar.

Mesin pengukur koordinat portabel

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

CMM portabel dengan lengan yang diartikulasikan memiliki enam atau tujuh sumbu yang dilengkapi dengan enkoder 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 dalam industri. Dirancang dengan kamera linear atau matriks array yang ringkas (seperti Microsoft Kinect), CMM optik lebih kecil daripada CMM portabel dengan lengan, tidak memiliki kabel, dan memungkinkan pengguna untuk dengan mudah melakukan pengukuran 3D dari semua jenis objek yang terletak hampir di mana saja.

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

Kekurangan CMM portabel adalah pengoperasiannya secara manual (selalu memerlukan manusia untuk menggunakannya). Selain itu, akurasi keseluruhannya bisa jadi agak kurang akurat dibandingkan CMM tipe jembatan dan kurang cocok untuk beberapa aplikasi.

Mesin pengukur multisensor

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


Waktu posting: 29-Des-2021