Контрольно измерительные машины назначение
Координатно-измерительная машина: описание, технические характеристики, применение
Машиностроительные предприятия все чаще интегрируют в производственные процессы высокоточное измерительное оборудование. Например, посредством контроля заготовительно-штамповочной линии можно получить детали с оптимальными геометрическими параметрами с точностью до 0,1-0,2 мкм. Особенно изготовление таких элементов важно в авиационном и космическом строительстве, где требуется применение сложных прецизионных компонентов. Также не исключается и возможность использования подобных методик в отраслях тяжелой промышленности, обслуживающей нужды широкой аудитории массового потребителя. На таких заводах и фабриках применяется координатная измерительная машина (КИМ), позволяющая контролировать процессы изготовления и обработки болванок, пуансонов, поршневых элементов, расходных частей и т. д.
Принцип работы оборудования
Весь процесс можно условно разделить на два этапа. На первом формируется координатная модель или схема, в которой распределяются контрольные точки. Количество фиксируемых плоскостей может быть разным в зависимости от типа оборудования. Простейшие модели сканируют объект в системе, построенной на осях X, Y, Z относительно базовой точки. Более технологичная 6-осевая координатно-измерительная машина строится на принципе параллельной кинематики. Это значит, что оператор получает динамичную модель в виде усеченной пирамиды, в которой присутствует 6 измерителей на подвижной каретке.
Второй этап предполагает непосредственное считывание информации о геометрических параметрах исследуемого объекта. Для этого задействуются щупы или датчики, сканирующие целевую деталь. Существуют контактные и бесконтактные виды щупов – соответственно, первые взаимодействуют с рабочей поверхностью, а вторые действуют по принципу волнового излучения. Типовые координатно-измерительные машины в машиностроении обычно работают на пьезоэлектрических датчиках, которые могут дополняться механико-электрическими контакторами. Это традиционная сканирующая оснастка, к недостаткам которой относят высокую погрешность, обуславливаемую разностью в силе касания щупов. И здесь стоит обратиться к существующим способам контроля, которые регулярно совершенствуются.
Методы контроля
В системах первого поколения применялся плазово-шаблонный способ счета геометрических данных, но сегодня предприятия переходят на бесплазовый. Принципиальная разница между этими методами заключается в отказе от физических шаблонов и форм, благодаря которым осуществлялся контроль. В новых модулях КИМ используется электронная модель, которая предоставляет на выходе трехмерную «картину» на базе математических расчетов. Чем выгодна такая координатно-измерительная машина? Прежде всего, унификацией комплекса данных, которые можно использовать и для других расчетов. Собранная информация заносится в базу данных и автоматически переправляется на другие участки контроля, занимающиеся исследованием смежных частей. В итоге оптимизируется и производственный процесс, и техника высокоточной подгонки деталей между собой. При этом и в сегменте бесплазовых методов есть свои технологические ответвления. Следует различать голографические, оптические и фотограмметрические способы контроля. Самым же перспективным считается лазерный способ сканирования объекта.
Особенности лазерного контроля
По сути, цифровой метод, отличающийся гибкостью в формировании моделей с поддержкой разных видов измерения – например, углового и линейного. В процессе сканирования образуется лазерный луч с применением дифракционного эффекта. Такой контроль чаще используется в изготовлении хвостовиков, трансмиссионных элементов, шасси и т. д. С помощью фотоприемного устройства также реализуется непараллельное обследование параметров изделия. В этом случае лазерная координатно-измерительная машина позволяет определять размеры отверстий, дефектов смещения, вибрационные и другие характеристики. В дальнейшем по результатам диагностики инженер выносит решение о балансировке или частичной механической доводке агрегата. Для измерения нагрузок используют лазерную авторефлекцию. Эта технология фиксирует показатели смещения при статической нагрузке на целевую поверхность редукторов и валов технических средств.
Характеристики КИМ
По своим размерам и конструкции такие машины напоминают промышленные обрабатывающие агрегаты, но основные рабочие характеристики отражаются в более точных контрольно-измерительных единицах и технических данных. К таким можно отнести следующие параметры типовой модели:
Классификация машин по способу управления
Модели, применяющие современные методы измерения, преимущественно управляются через дистанционные панели. Реализуется принцип программного контроля, на котором строится работа измерительных приборов на базе CNC (числовое программирование). Основная же часть контрольно-измерительных систем сегодня работает по комбинированным схемам. Это предполагает сочетание механического и электронного управления с элементами автоматизации. Передовая аппаратура и вовсе предусматривает связку тех же щупов с параллельно функционирующим производственным оборудованием, на котором выпускаются смежные детали.
Используется и традиционная конфигурация ручного управления. В этом случае оператор координатно-измерительной машины находится непосредственно на линии контроля и взаимодействует с техникой посредством специального джойстика. Эта модель применяется в плазово-шаблонных агрегатах и постепенно уходит в прошлое.
Классификация по конструкционному исполнению
В зависимости от условий эксплуатации и задач обработки могут использоваться горизонтальные, вертикальные и мостовые типы КИМ. В первом варианте обеспечивается высокая точность, обусловленная жесткостью конструкции. Оператор в этом случае получает возможность прямого доступа к внутренней структуре целевого объекта. На практике горизонтальные установки чаще применяются в обслуживании мелких деталей. Вертикальные координатно-измерительные машины считаются наиболее точными, поэтому их используют в ответственных метрологических исследованиях. Но, для использования такого оборудования потребуется термостатирование цеха, а также высокие затраты на обслуживание системы. Что касается мостовых машин, то они благодаря износостойкой оснастке позволяют работать с крупноформатными изделиями.
Мобильные и стационарные КИМ
В основном применяют стационарные машины на конвейерных линиях, ориентированных на конкретные задачи обслуживания заготовок с определенными параметрами. Но при обработке уникальных крупногабаритных заготовок может потребоваться обследование «на выезде». В этом случае потребуется портативная координатно-измерительная машина, обеспеченная многоосевыми органами контроля. Несколько функциональных рукавов с чувствительными датчиками анализируют объект на расстоянии, посылая данные в компьютер или другое обрабатывающее информацию устройство.
Применение КИМ
Контрольно-измерительные системы в разных исполнениях требуются на машиностроительных, авиационных, металлургических и других предприятиях. На небольших заводах и в мастерских, например, часто используют компактные агрегаты с ручным управлением. Точный контроль в данном случае позволяет выпускать эксклюзивные мелкие детали с правильной геометрией. В сложных технологических процессах применение координатно-измерительных машин оправдывает себя и как способ объединения нескольких этапов производства. Например, контрольный узел может выступать центром сбора информации о всех частях и деталях конструкции или готового технического средства, что минимизирует и риск допуска ошибок.
Заключение
Внедрение КИМ в производственный процесс давно стало показателем современного подхода к деятельности предприятия. Отказ от устаревших подходов к контролю элементов и оснастки с задействованием шаблонов повышает и качество сборки, и технологическую эффективность рабочего участка. В то же время и новое поколение измерительных приборов для контроля геометрических параметров регулярно улучшается в разных аспектах. Так, передовым направлением развития можно назвать бесконтактные лазерные сканеры, отличающиеся удобством применения и высокой точностью анализа. Единственным недостатком прогрессивных систем этого типа является высокая стоимость и дороговизна обслуживания. На данном этапе лазерные модели координатно-измерительных установок доступны только крупным производственным комплексам, а также исследовательским центрам.
Координатно-измерительные-машины
Представьте себе станок с ЧПУ, способный выполнять чрезвычайно точные измерения с высокой степенью автоматизации. Вот что делают CMM Machine или просто КИМ.
Hexagon Global Classic CMM — одна из моделей координатно-измерительных машин
КИМ означает «Координатно-измерительная машина». Они являются совершенными трехмерными измерительными приборами с точки зрения сочетаемости в них общей гибкости, точности и скорости.
Применение координатно-измерительных машин
Координатно-измерительные машины используются, когда необходимо провести высокоточные измерения. И чем сложнее или многочисленнее измерения, тем выгоднее использовать КИМ.
Обычно КИМ используются для проверки и контроля качества. То есть они используются для проверки соответствия детали требованиям и спецификациям заказчика.
Они также могут быть использованы для обратного проектирования существующих деталей путем проведения точных измерений их характеристик.
Кто изобрел станки КИМ?
Первые станки КИМ были разработаны компанией Ferranti of Scotland в 1950-х годах. Они были необходимы для точного измерения деталей в аэрокосмической и оборонной промышленности. Самые первые машины имели только 2 оси движения. Трехосевые станки были представлены в 1960-х годах DEA Италии. Компьютерное управление появилось в начале 1970-х годов и было введено Шеффилдом из США.
Типы КИМ.
Существует пять типов координатно-измерительных машин:
· Консольный КИМ: Консоль поддерживает мост только с одной стороны.
· Портальный КИМ : Портал использует направляющий рельс с обеих сторон, как фрезерный станок с ЧПУ. Это, как правило, самые большие КИМ, поэтому им нужна дополнительная поддержка.
· КИМ с горизонтальным рычагом: представьте консоль, но весь мост перемещается вверх и вниз по одному рычагу, а не по его собственной оси. Это не самые точные модели КИМ, но они могут измерять большие тонкие компоненты, такие как кузов автомобиля.
· КИМ с переносным рычагом: в этих машинах используются сочлененные рычаги, которые обычно устанавливаются вручную Вместо непосредственного измерения XYZ они вычисляют координаты из положения вращения каждого соединения и известной длины между соединениями.
Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки в зависимости необходимых типов измерения. Эти типы относятся к конструкции машины, которая используется для позиционирования его зонда относительно измеряемой детали.
Выше приведена удобная таблица, чтобы помочь разобраться в плюсах и минусах:
КИМ часто изготавливаются из гранита и алюминия, и они используют аэродинамические подшипники
КИМ используются примерно в трех основных отрослях :
· Отделы контроля качества: как правило, они содержатся в чистых помещениях с климат-контролем, чтобы максимизировать их точность.
· Цех: Здесь КИМ находятся среди станков с ЧПУ, чтобы упростить замеры на точность обычно рядом со станком, где обрабатываются детали. Это позволяет максимально быстро найти и определить даже самую небольшую ошибку в точности.
· Портативный: Портативные КИМ легко перемещать. Они могут использоваться в цехах или даже на удаленном от производственного объекта участке для измерения деталей в полевых условиях.
Как правило, они стремятся к точности микрометра или лучше. Но увы все не так просто.
• Во-первых,погрешность может быть функцией размера, поэтому погрешность измерения КИМ может быть задана в виде краткой формулы, которая включает в себя длину измерения в качестве переменной.
Например, глобальная классическая CMM Hexagon указана в качестве доступной универсальной CMM и определяет ее точность как: 1.0 + L / 300 мкм.
Эти измерения в микронах, а L указывается в мм. Допустим, мы пытаемся измерить длину 10-миллиметрового элемента. Формула будет 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 или 1,03 мкм.
Все становится еще мрачнее для измерений КИМ в цехах. Если КИМ размещается в контролируемой температурой лаборатории, это очень помогает. Но в цехе температура может сильно варьироваться. Существуют различные способы, с помощью которых КИМ может компенсировать изменение температуры, но ни один из них не является идеальным.
Производители КИМ часто указывают точность для температурного диапазона, и в соответствии со стандартом ISO 10360-2 для точности КИМ типичная полоса составляет 18-22C.
Координатно-измерительные машины и 3D-сканеры в промышленности
Top 3D Shop приветствует вас! Сегодня рассказываем о технологиях механического и оптического сканирования в трех измерениях. Знакомим с принципами работы и областями применения КИМ — координатно-измерительных машин. Сравниваем разное оборудование. Узнайте больше из статьи.
Введение
Источник: aberlink.com
Координатно-измерительные машины (КИМ) – это приборы для точных контактных измерений объектов. Устройства работают при помощи специальных датчиков (зондов), определяющих положение точек на поверхности объектов.
Перемещением измерительной головки может управлять компьютер или оператор. Координатно-измерительная машина определяет положение датчика по изменению его положения, в сравнении с исходной позицией по осям XYZ. Для работы в труднодоступных участках КИМ изменяет угол наклона датчика при движении.
Источник: starrapid.com
Хронология создания КИМ
1950-е годы XX века. Шотландская компания Ferranti Company представила миру первый образец 2х-осевой измерительной машины. Устройство было разработано для решения задач военной промышленности.
1960-е годы XX века. Итальянская компания DEA создает 3х-осевые КИМ.
1970-е годы XX века. Появление устройств, управляемых компьютером.
1980-е годы XX века. Browne&Sharpe разрабатывают первую коммерческую машину с цифровым управлением.
Стоявшие у истоков развития отрасли Browne&Sharpe и DEA теперь входят в состав шведского холдинга Hexagon AB.
Механические измерения
Ручные КИМ
Источник: directindustry.com
Портативные ручные КИМ мобильны, их можно использовать в любом месте на производстве. Большинство приборов беспроводные, поэтому могут работать на труднодоступных участках. Устройства разработаны для высокоточных измерений деталей сложной геометрической формы: со сложными гранями, отверстиями, углубления и тп. При помощи оборудования проводят GD&T анализ (формы, размеров и допусков) и контрольные сравнения готовых образцов с базовыми цифровым моделями.
Источник: directindustry.com
Для работы с ручными КИМ не нужна специальная подготовка, так как оборудование не требует сложной настройки и калибровки. Использование таких приборов вместе с другими устройствами для изменений и оцифровки расширяет функционал и область применения оборудования.
Горизонтальные рычажные КИМ
Источник: metrology.news
В случаях, когда нужен свободный доступ к детали с разных сторон, используют КИМ с горизонтальным рычагом. Устройство работает на тяжелой платформе, которая гарантирует неподвижность объекта во время измерений. Конструкция предусматривает защиту пользователей от травм, а предметов — от деформаций.
Среди контактных измерительных приборов, координатно-измерительные машины с горизонтальным рычагом быстрее всех решают задачи в области автоматизированного метрологического контроля.
Мостовые КИМ
Источник: metrology.news
Мостовые КИМ разработаны специально для высокоточных и сложных измерений. Они оцифровывают углубления и отверстия очень маленького диаметра. Конструктивные особенности приборов:
Портальные КИМ
Источник: directindustry.com
С помощью портальных КИМ измеряют крупногабаритные объекты. Сами приборы тоже имеют большой размер. Направляющие изготавливают из жестких, устойчивых к изменению температур и деформациям материалов. Открытый тип конструкции упрощает работу: установку, непосредственно измерение и перемещение деталей.
Оптическое 3D-сканирование
Лазерное 3D-сканирование
Источник: 3d-scantech.com
Лазерные 3D-сканеры — представители другой технологии измерений объектов. Одно из ключевых различий измерений при помощи зонда и лазера — в возможности передачи формы объектов. Механическое сканирование не дает представления о форме предметов. При оцифровке объектов лазерным сканером создается облако точек, на основании которого программное обеспечение формирует трехмерную детализированную и высокоточную модель.
Источник: whatech.com
Лазерное сканирование — бесконтактная технология, поэтому широко используется для дистанционного контроля качества, при работе с хрупкими и легко деформируемыми объектами. Так как лазеры – источники когерентного света, лазерные 3D-сканеры практически не подвержены колебаниям условий окружающей среды.
Сканирование со структурированной подсветкой
Источник: 1zu1prototypen.com
Оптические 3D-сканеры, работающие на базе технологии структурированного подсвета, обычно отличаются более демократичной ценой, по сравнению с лазерными устройствами. На объект сканирования направляют световую сетку, камеры фиксируют форму световой проекции и рассчитывают координаты каждой точки. На базе полученной информации программное обеспечение строит цифровую модель.
Источник: 1zu1prototypen.com
Несмотря на то, что 3D-сканеры, работающие по этой технологии, уступают в точности лазерным, они имеют ряд преимуществ:
При необходимости сканировать труднодоступные участки, например, каналы и отверстия, сканеры со структурированной подсветкой дополняют ручными инструментами для измерений.
Мультисенсорные устройства
Источник: interestingengineering.com
Совмещая контактные и бесконтактные технологии измерения, мультисенсорное оборудование включает в себя сильные стороны каждого метода:
Источник: metrology.news
Строение мультисенсорных машин не имеет строгих стандартов, поэтому они могут различаться у разных производителей и в зависимости от назначения.
Роботизированные координатно-измерительные машины
Источник: metrology.news
Лучшим решением для автоматизации измерений становятся роботы. Устройства работают независимо от условий внешней среды, всегда с одинаково высокой точностью, без усталости и выходных. Роботы заменяют людей в условиях вредного и опасного производства. Работают с крупногабаритными и мелкими объектами.
В качестве датчика может выступать КИМ, оптический сканер, зонд и другие контрольные приборы. Сегодняшний опыт использования доказывает, что роботизированным КИМ доступны любые метрологические измерения.
Кейсы с использованием измерительного оборудования
Оцифровка шестерни для модернизации, DeWys Engineering
Источник: youtu.be
Перед компанией стояла задача — реконструкция вышедшей из строя крупной литой шестерни из коробки передач. Для решения был использован роботизированный 8-ми осевой мультисенсорный центр Faro Platinum Arm LLP V3, оснащенный функциями механического и лазерного трехмерного сканирования. После оцифровки и контроля отверстий детали, данные были собраны и обработаны в программном обеспечении Geomagic Design X. Созданная модель была отправлена в Soildworks для дополнительной обработки, затем специалисты DeWys Engineering подготовили файл с руководством по созданию копии шестерни на зубофрезерном станке.
Контроль качества крупных партий товара, Computer Aided Technology
Источник: cati.com
Боб Ренелла, менеджер компании, поделился, что предприятие регулярно проводило контроль качества крупных партий деталей. В связи с этим перед ним встала задача — оптимизировать процессы: сократить временные затраты без потери точность проверки. Привычные технологии уже не устраивали компанию: в проверке каждой детали был задействован оператор, случались потери времени и качества.
Computer Aided Technology оказалась в условиях выбора:
Руководство остановилось на последнем варианте. В результате приобретения комплекта: беспроводного Creaform HandyProbe и двухкамерного C-Track компания получила ряд преимуществ:
Благодаря совместному использованию Creaform HandyProbe и программного решения от INNOVMETRIC — PolyWorks Inspector, работа оператора стала значительно проще. Теперь специалист действует по алгоритму, предложенному ПО в режиме реального времени.
Инспекция 10-ти метрового рычага вала при помощи ScanTech TrackScan и светового пера TrackProbe за 15 минут
Источник: 3d-scantech.com
При работе экскаватора на рычаг ковша действуют большие нагрузки, вследствие которых втулки отверстия вала ковша интенсивно изнашиваются. Увеличение диаметра отверстия вала ковша приводит к увеличению биения вала в отверстии рычага, что впоследствии влечет за собой поломку техники. Соответственно, регулярная инспекция размера отверстий рычага предотвращает выход из строя оборудования. Покупать КИМ для решения этой задачи — дорого и нецелесообразно, так как такие машины устанавливают стационарно, а транспортировка крупногабаритных деталей к месту установки КИМ влечет за собой дополнительные временные и финансовые затраты.
Источник: 3d-scantech.com
Оцифровка, обработка результатов и контроль качества 10-метрового рычага прямо на месте эксплуатации заняли 15 минут. Специалисты использовали 3D-сканер ScanTech TrackScan, созданный в партнерстве с норвежским производителем Metronor. Сканер работает без маркеров, в комплекте со световой ручкой TrackProbe производит высокоточные измерения отверстий любой глубины и радиуса.
Итоги
Источник: creaform3d.com
Требования к качеству продукции, в условиях жесткой конкуренции между производителями, постоянно растут. Соответственно, растут потребности производства в оптимизации процессов контроля качества: увеличении скорости и точности, снижении себестоимости. Рынок требует профессиональное оборудование: 3D-сканеры и КИМ, несложные в эксплуатации, готовые к применению, решающие специфические задачи различных отраслей.
Для создания соответствующей высоким требованиям потребителей продукции, сохранения конкурентных позиций, поставщикам товаров и услуг необходимо своевременно инвестировать в современное оборудование.