Mashine ya kupimia ya kuratibu ni nini?

Amashine ya kupimia ya kuratibu(CMM) ni kifaa kinachopima jiometri ya vitu halisi kwa kuhisi sehemu tofauti kwenye uso wa kitu kwa kutumia probe. Aina mbalimbali za probe hutumika katika CMM, ikiwa ni pamoja na mitambo, macho, leza, na mwanga mweupe. Kulingana na mashine, nafasi ya probe inaweza kudhibitiwa kwa mikono na opereta au inaweza kudhibitiwa na kompyuta. CMM kwa kawaida hubainisha nafasi ya probe kulingana na uhamishaji wake kutoka nafasi ya marejeleo katika mfumo wa kuratibu wa Cartesian wenye pande tatu (yaani, na shoka za XYZ). Mbali na kusogeza probe kando ya shoka za X, Y, na Z, mashine nyingi pia huruhusu pembe ya probe kudhibitiwa ili kuruhusu upimaji wa nyuso ambazo vinginevyo zisingeweza kufikiwa.

CMM ya kawaida ya "daraja" la 3D inaruhusu harakati za uchunguzi kupitia shoka tatu, X, Y na Z, ambazo zina mlalo kwa kila mmoja katika mfumo wa kuratibu wa Cartesian wenye pande tatu. Kila mhimili una kitambuzi kinachofuatilia nafasi ya uchunguzi kwenye mhimili huo, kwa kawaida kwa usahihi wa mikromita. Wakati uchunguzi unapogusa (au vinginevyo hugundua) eneo fulani kwenye kitu, mashine hupima vitambuzi vya nafasi tatu, hivyo kupima eneo la nukta moja kwenye uso wa kitu, pamoja na vekta ya pande tatu ya kipimo kilichochukuliwa. Mchakato huu unarudiwa inavyohitajika, ukihamisha uchunguzi kila wakati, ili kutoa "wingu la nukta" linaloelezea maeneo ya uso yanayovutia.

Matumizi ya kawaida ya CMM ni katika michakato ya utengenezaji na uunganishaji ili kujaribu sehemu au uunganishaji dhidi ya nia ya muundo. Katika matumizi kama hayo, mawingu ya nukta huzalishwa ambayo huchambuliwa kupitia algoriti za urejeshaji kwa ajili ya ujenzi wa vipengele. Nukta hizi hukusanywa kwa kutumia probe ambayo imewekwa kwa mikono na opereta au kiotomatiki kupitia Udhibiti wa Kompyuta wa Moja kwa Moja (DCC). CMM za DCC zinaweza kupangwa ili kupima sehemu zinazofanana mara kwa mara; kwa hivyo CMM otomatiki ni aina maalum ya roboti ya viwandani.

Sehemu

Mashine za kupimia zenye uratibu zinajumuisha vipengele vitatu vikuu:

• Muundo mkuu unaojumuisha shoka tatu za mwendo. Nyenzo zinazotumika kujenga fremu inayosogea zimetofautiana kwa miaka mingi. Granite na chuma zilitumika katika CMM za mapema. Leo watengenezaji wote wakuu wa CMM hujenga fremu kutoka kwa aloi ya alumini au derivative fulani na pia hutumia kauri kuongeza ugumu wa mhimili wa Z kwa matumizi ya skanning. Wajenzi wachache wa CMM leo bado hutengeneza fremu ya granite CMM kutokana na mahitaji ya soko kwa mienendo bora ya upimaji na mwelekeo unaoongezeka wa kusakinisha CMM nje ya maabara ya ubora. Kwa kawaida ni wajenzi wa CMM wenye ujazo mdogo na wazalishaji wa ndani nchini China na India ambao bado wanatengeneza CMM ya granite kutokana na mbinu ya chini ya teknolojia na kuingia rahisi kuwa mjenzi wa fremu ya CMM. Mwelekeo unaoongezeka kuelekea skanning pia unahitaji mhimili wa CMM Z kuwa mgumu zaidi na vifaa vipya vimeanzishwa kama vile kauri na kabati ya silikoni.
• Mfumo wa uchunguzi
• Mfumo wa ukusanyaji na upunguzaji wa data — kwa kawaida hujumuisha kidhibiti cha mashine, kompyuta ya mezani na programu ya kompyuta.

Upatikanaji

Mashine hizi zinaweza kusimama peke yake, kushikiliwa kwa mkono na kubebeka.

Usahihi

Usahihi wa mashine za kupimia zenye uratibu kwa kawaida hutolewa kama kipengele cha kutokuwa na uhakika kama kitendakazi kwa umbali. Kwa CMM inayotumia probe ya kugusa, hii inahusiana na uwezekano wa kurudiwa kwa probe na usahihi wa mizani ya mstari. Uwezekano wa kurudiwa kwa probe ya kawaida unaweza kusababisha vipimo vya ndani ya inchi .001mm au .00005 (nusu ya kumi) juu ya ujazo mzima wa kipimo. Kwa mashine za mhimili 3, 3+2, na 5, probe hupimwa mara kwa mara kwa kutumia viwango vinavyoweza kufuatiliwa na mwendo wa mashine huthibitishwa kwa kutumia vipimo ili kuhakikisha usahihi.

Sehemu maalum

Mwili wa mashine

CMM ya kwanza ilitengenezwa na Kampuni ya Ferranti ya Scotland katika miaka ya 1950 kama matokeo ya hitaji la moja kwa moja la kupima vipengele vya usahihi katika bidhaa zao za kijeshi, ingawa mashine hii ilikuwa na shoka 2 pekee. Mifumo ya kwanza ya mhimili 3 ilianza kuonekana katika miaka ya 1960 (DEA ya Italia) na udhibiti wa kompyuta ulianza kutumika mwanzoni mwa miaka ya 1970 lakini CMM ya kwanza inayofanya kazi ilitengenezwa na kuuzwa na Browne & Sharpe huko Melbourne, Uingereza. (Leitz Ujerumani baadaye ilitengeneza muundo wa mashine usiobadilika wenye meza inayosogea.

Katika mashine za kisasa, muundo mkuu wa aina ya gantry una miguu miwili na mara nyingi huitwa daraja. Huu husogea kwa uhuru kando ya meza ya granite ukiwa na mguu mmoja (mara nyingi hujulikana kama mguu wa ndani) ukifuata reli ya mwongozo iliyounganishwa upande mmoja wa meza ya granite. Mguu wa kinyume (mara nyingi mguu wa nje) unakaa tu kwenye meza ya granite ukifuata mtaro wa uso wima. Fani za hewa ndio njia iliyochaguliwa ya kuhakikisha usafiri usio na msuguano. Katika hizi, hewa iliyobanwa hulazimishwa kupitia mfululizo wa mashimo madogo sana kwenye uso tambarare wa kubeba ili kutoa mto laini lakini unaodhibitiwa wa hewa ambao CMM inaweza kusogea kwa njia isiyo na msuguano ambayo inaweza kulipwa kupitia programu. Mwendo wa daraja au gantry kando ya meza ya granite huunda mhimili mmoja wa ndege ya granite. Daraja la gantry lina behewa linalopita kati ya miguu ya ndani na nje na kuunda mhimili mwingine wa X au Y mlalo. Mhimili wa tatu wa mwendo (mhimili wa Z) hutolewa kwa kuongezwa kwa quill wima au spindle ambayo husogea juu na chini kupitia katikati ya behewa. Kichunguzi cha kugusa huunda kifaa cha kuhisi kwenye mwisho wa quill. Mwendo wa shoka za X, Y na Z unaelezea kikamilifu bahasha ya kupimia. Meza za mzunguko za hiari zinaweza kutumika kuongeza urahisi wa kifaa cha kupimia kwa vifaa vya kazi ngumu. Jedwali la mzunguko kama mhimili wa nne wa kuendesha haliongezi vipimo vya kupimia, ambavyo hubaki kuwa vya 3D, lakini hutoa kiwango cha kunyumbulika. Baadhi ya vifaa vya kugusa vyenyewe ni vifaa vya mzunguko vinavyoendeshwa na ncha ya kifaa cha kupimia inayoweza kuzunguka wima kupitia zaidi ya digrii 180 na kupitia mzunguko kamili wa digrii 360.

CMM sasa zinapatikana pia katika aina nyingine mbalimbali. Hizi ni pamoja na mikono ya CMM inayotumia vipimo vya pembe vilivyochukuliwa kwenye viungo vya mkono ili kuhesabu nafasi ya ncha ya kalamu, na inaweza kuwekwa na probes kwa ajili ya skanning ya leza na upigaji picha wa macho. CMM kama hizo za mikono mara nyingi hutumika ambapo kubebeka kwao ni faida zaidi ya CMM za kawaida za kitanda kisichobadilika - kwa kuhifadhi maeneo yaliyopimwa, programu ya programu pia inaruhusu kusogeza mkono wa kupimia wenyewe, na ujazo wake wa kipimo, kuzunguka sehemu ili kupimwa wakati wa utaratibu wa vipimo. Kwa sababu mikono ya CMM huiga unyumbufu wa mkono wa mwanadamu, mara nyingi pia inaweza kufikia ndani ya sehemu tata ambazo hazingeweza kuchunguzwa kwa kutumia mashine ya kawaida ya mhimili mitatu.

Kichunguzi cha mitambo

Katika siku za mwanzo za kipimo cha uratibu (CMM), probe za mitambo ziliwekwa kwenye kishikilia maalum mwishoni mwa quill. Probe ya kawaida sana ilitengenezwa kwa kuunganisha mpira mgumu hadi mwisho wa shimoni. Hii ilikuwa bora kwa kupima aina mbalimbali za uso tambarare, nyuso za silinda au duara. Probe zingine zilisagwa kwa maumbo maalum, kwa mfano roboduara, ili kuwezesha upimaji wa vipengele maalum. Probe hizi zilishikiliwa kimwili dhidi ya kipande cha kazi huku nafasi katika nafasi ikisomwa kutoka kwa kisomaji cha dijitali cha mhimili 3 (DRO) au, katika mifumo ya hali ya juu zaidi, zikiingizwa kwenye kompyuta kwa njia ya swichi ya miguu au kifaa kama hicho. Vipimo vilivyochukuliwa na njia hii ya mguso mara nyingi havikuwa vya kuaminika kwani mashine zilihamishwa kwa mkono na kila mwendeshaji wa mashine alitumia kiasi tofauti cha shinikizo kwenye probe au alitumia mbinu tofauti za kipimo.

Maendeleo zaidi yalikuwa ni kuongezwa kwa injini za kuendesha kila mhimili. Waendeshaji hawakulazimika tena kugusa mashine kimwili lakini wangeweza kuendesha kila mhimili kwa kutumia kisanduku cha mkono chenye vijiti vya kuchezea kwa njia sawa na magari ya kisasa yanayodhibitiwa kwa mbali. Usahihi wa kipimo na usahihi uliboreka sana baada ya uvumbuzi wa kipima mguso cha kielektroniki. Mwanzilishi wa kifaa hiki kipya cha kipima alikuwa David McMurtry ambaye baadaye aliunda kile ambacho sasa ni Renishaw plc. Ingawa bado kilikuwa kifaa cha kugusa, kipima kilikuwa na kalamu ya mpira wa chuma uliojaa chemchemi (baadaye mpira wa rubi). Kipima kilipogusa uso wa sehemu, kalamu iligeuka na wakati huo huo kutuma taarifa za kuratibu za X, Y, Z kwenye kompyuta. Makosa ya kipimo yaliyosababishwa na waendeshaji binafsi yalipungua na hatua iliwekwa kwa ajili ya kuanzishwa kwa shughuli za CNC na kuja kwa umri wa CMM.

Vipima macho ni mifumo ya lenzi-CCD, ambayo husogezwa kama ile ya mitambo, na hulenga sehemu inayovutia, badala ya kugusa nyenzo. Picha iliyonaswa ya uso itafungwa kwenye mipaka ya dirisha la kupimia, hadi mabaki yatoshe kutofautisha kati ya maeneo meusi na meupe. Mkunjo unaogawanya unaweza kuhesabiwa hadi sehemu, ambayo ni sehemu inayotakiwa kupimia angani. Taarifa ya mlalo kwenye CCD ni 2D (XY) na nafasi ya wima ni nafasi ya mfumo kamili wa uchunguzi kwenye kisima cha Z-drive (au sehemu nyingine ya kifaa).

Mifumo ya uchunguzi wa kuchanganua

Kuna mifumo mipya zaidi ambayo ina probe zinazovuta kwenye uso wa sehemu zikichukua sehemu kwa vipindi maalum, vinavyojulikana kama probe za kuchanganua. Njia hii ya ukaguzi wa CMM mara nyingi ni sahihi zaidi kuliko njia ya kawaida ya mguso-probe na mara nyingi huwa haraka zaidi.

Kizazi kijacho cha skanning, kinachojulikana kama skanning isiyogusa, ambayo inajumuisha utatuzi wa leza moja kwa kasi ya juu, skanning ya mstari wa leza, na skanning ya mwanga mweupe, inaendelea haraka sana. Njia hii hutumia miale ya leza au mwanga mweupe unaoonyeshwa dhidi ya uso wa sehemu. Maelfu ya pointi zinaweza kuchukuliwa na kutumika sio tu kuangalia ukubwa na nafasi, lakini pia kuunda picha ya 3D ya sehemu hiyo. "Data hii ya wingu la nukta" inaweza kisha kuhamishiwa kwenye programu ya CAD ili kuunda modeli ya 3D inayofanya kazi ya sehemu hiyo. Skanner hizi za macho mara nyingi hutumiwa kwenye sehemu laini au maridadi au kuwezesha uhandisi wa kinyume.

Vipimo vya mikrometrolojia

Mifumo ya uchunguzi kwa matumizi ya upimaji wa mikroskali ni eneo lingine linaloibuka. Kuna mashine kadhaa za kupimia zinazopatikana kibiashara (CMM) ambazo zina kipimaji kidogo kilichounganishwa kwenye mfumo, mifumo kadhaa maalum katika maabara za serikali, na idadi yoyote ya majukwaa ya upimaji yaliyojengwa na vyuo vikuu kwa upimaji wa mikroskali. Ingawa mashine hizi ni nzuri na katika hali nyingi majukwaa bora ya upimaji yenye mizani ya nanometriki, kikomo chao kikuu ni kipimaji kidogo/nano kinachoaminika, imara, na chenye uwezo.^{[dondoo inahitajika]}Changamoto za teknolojia za uchunguzi wa mikroskopu ni pamoja na hitaji la kipima uwiano wa juu kinachotoa uwezo wa kufikia vipengele vya kina na vyembamba vyenye nguvu ndogo za mguso ili isiharibu uso na usahihi wa hali ya juu (kiwango cha nanomita).^{[dondoo inahitajika]}Zaidi ya hayo, probe za mikroskali zinaweza kuathiriwa na hali ya mazingira kama vile unyevunyevu na mwingiliano wa uso kama vile mkazo (unaosababishwa na mshikamano, meniscus, na/au nguvu za Van der Waals miongoni mwa zingine).^{[dondoo inahitajika]}

Teknolojia za kufikia uchunguzi wa mikroskopu ni pamoja na toleo lililopunguzwa la probe za CMM za kitamaduni, probe za macho, na probe ya wimbi lililosimama miongoni mwa zingine. Hata hivyo, teknolojia za sasa za macho haziwezi kupimwa kwa ukubwa mdogo wa kutosha kupima kipengele kirefu na chembamba, na azimio la macho linapunguzwa na urefu wa wimbi la mwanga. Upigaji picha wa X-ray hutoa picha ya kipengele lakini hakuna taarifa za upimaji zinazoweza kufuatiliwa.

Kanuni za kimwili

Vipima macho na/au vipima leza vinaweza kutumika (ikiwezekana kwa pamoja), ambavyo hubadilisha CMM kuwa darubini za kupimia au mashine za kupimia zenye vihisi vingi. Mifumo ya makadirio ya pindo, mifumo ya pembetatu ya theodolite au mifumo ya mbali ya leza na pembetatu haziitwi mashine za kupimia, lakini matokeo ya kupimia ni sawa: sehemu ya nafasi. Vipima leza hutumika kugundua umbali kati ya uso na sehemu ya marejeleo kwenye mwisho wa mnyororo wa kinematic (yaani: mwisho wa sehemu ya Z-drive). Hii inaweza kutumia kitendakazi cha interferometrical, tofauti ya umakini, kupotoka kwa mwanga au kanuni ya kivuli cha boriti.

Mashine za kupimia uratibu zinazobebeka

Ilhali CMM za kitamaduni hutumia kifaa cha kupima kinachosogea kwenye shoka tatu za Cartesian ili kupima sifa za kimwili za kitu, CMM zinazobebeka hutumia mikono iliyounganishwa au, katika kesi ya CMM za macho, mifumo ya kuchanganua isiyo na mkono ambayo hutumia mbinu za pembetatu za macho na kuwezesha uhuru kamili wa kusogea kuzunguka kitu hicho.

CMM zinazobebeka zenye mikono iliyounganishwa zina shoka sita au saba ambazo zina vifaa vya kusimba vinavyozunguka, badala ya shoka za mstari. Mikono inayobebeka ni nyepesi (kawaida chini ya pauni 20) na inaweza kubebwa na kutumika karibu popote. Hata hivyo, CMM za macho zinazidi kutumika katika tasnia. Zilizoundwa kwa kamera ndogo za mstari au safu ya matrix (kama Microsoft Kinect), CMM za macho ni ndogo kuliko CMM zinazobebeka zenye mikono, hazina waya, na huwawezesha watumiaji kuchukua vipimo vya 3D kwa urahisi vya aina zote za vitu vilivyo karibu popote.

Matumizi fulani yasiyorudiwa kama vile uhandisi wa kinyume, uundaji wa prototype wa haraka, na ukaguzi mkubwa wa sehemu za ukubwa wote yanafaa zaidi kwa CMM zinazobebeka. Faida za CMM zinazobebeka ni nyingi. Watumiaji wana uwezo wa kuchukua vipimo vya 3D vya aina zote za sehemu na katika maeneo ya mbali/magumu zaidi. Ni rahisi kutumia na hazihitaji mazingira yanayodhibitiwa ili kuchukua vipimo sahihi. Zaidi ya hayo, CMM zinazobebeka huwa na gharama ndogo kuliko CMM za kawaida.

Mapatano ya asili ya CMM zinazobebeka ni uendeshaji wa mikono (daima zinahitaji mwanadamu kuzitumia). Zaidi ya hayo, usahihi wao wa jumla unaweza kuwa mdogo kuliko ule wa CMM ya daraja na haufai kwa baadhi ya programu.

Mashine za kupimia vihisi vingi

Teknolojia ya jadi ya CMM inayotumia probe za kugusa leo mara nyingi huunganishwa na teknolojia nyingine za vipimo. Hii inajumuisha vitambuzi vya leza, video au mwanga mweupe ili kutoa kile kinachojulikana kama kipimo cha vihisi vingi.