Kompletní průvodce souřadnicovými měřicími stroji a měřením

Co je to souřadnicový měřicí stroj (SMS)?

Představte si CNC stroj schopný provádět extrémně přesná měření vysoce automatizovaným způsobem. Přesně to dělají souřadnicové měřicí stroje (CMM)!

CMM je zkratka pro „Coordinate Measuring Machine“ (souřadnicový měřicí stroj). Jsou to pravděpodobně nejlepší 3D měřicí zařízení, pokud jde o kombinaci celkové flexibility, přesnosti a rychlosti.

Aplikace souřadnicových měřicích strojů

Souřadnicové měřicí stroje jsou cenné vždy, když je potřeba provést přesná měření. A čím složitější nebo početnější jsou měření, tím výhodnější je použití SMS.

Souřadnicové měřicí stroje (SMM) se obvykle používají pro kontrolu a kontrolu kvality. To znamená, že se používají k ověření, zda součást splňuje požadavky a specifikace konstruktéra.

Mohou být také použity kzpětné inženýrstvístávajících dílů provedením přesných měření jejich vlastností.

Kdo vynalezl souřadnicové měřicí stroje (CMM)?

První souřadnicové měřicí stroje (SMM) byly vyvinuty skotskou společností Ferranti v 50. letech 20. století. Byly potřebné pro přesné měření dílů v leteckém a obranném průmyslu. Úplně první stroje měly pouze 2 osy pohybu. Tříosé stroje byly zavedeny v 60. letech 20. století italskou agenturou DEA. Počítačové řízení se objevilo na začátku 70. let 20. století v Sheffieldu v USA.

Typy souřadnicových měřicích strojů (SMM)

Existuje pět typů souřadnicových měřicích strojů:

• Mostní souřadnicový měřicí stroj: V tomto nejběžnějším provedení se hlava souřadnicového měřicího stroje pohybuje na můstku. Jedna strana můstku se pohybuje po kolejnici na lože a druhá je podepřena vzduchovým polštářem nebo jiným způsobem na loži bez vodicí kolejnice.
• Konzolový souřadnicový měřicí stroj: Konzola podpírá most pouze na jedné straně.
• Portálový souřadnicový měřicí stroj: Portálový měřicí stroj používá vodicí lištu na obou stranách, podobně jako CNC frézka. Obvykle se jedná o největší souřadnicové měřicí stroje, takže potřebují dodatečnou oporu.
• Souřadnicový měřicí stroj s horizontálním ramenem: Představte si konzolový stroj, ale celý most se pohybuje nahoru a dolů po jednom rameni, nikoli po vlastní ose. Jedná se o nejméně přesné souřadnicové měřicí stroje, ale dokáží měřit velké tenké kovové součásti, jako jsou karoserie automobilů.
• Přenosný souřadnicový měřicí stroj s ramenem: Tyto stroje používají kloubová ramena a obvykle se polohují ručně. Namísto přímého měření XYZ vypočítávají souřadnice z rotační polohy každého kloubu a známé vzdálenosti mezi klouby.

Každý z nich má své výhody a nevýhody v závislosti na typech prováděných měření. Tyto typy se vztahují ke konstrukci stroje, která se používá k jeho polohování.sondavzhledem k měřené součásti.

Zde je praktická tabulka, která vám pomůže pochopit výhody a nevýhody:

Sondy jsou obvykle umístěny ve 3 rozměrech – X, Y a Z. Sofistikovanější stroje však mohou také umožnit změnu úhlu sondy, což umožňuje měření v místech, kam by sonda jinak nedosáhla. Otočné stoly lze také použít ke zlepšení přístupnosti k různým prvkům.

Souřadnicové měřicí stroje (SMM) se často vyrábějí ze žuly a hliníku a používají vzduchová ložiska.

Sonda je senzor, který určuje, kde se povrch součásti nachází při měření.

Typy sond zahrnují:

• Mechanické
• Optický
• Laser
• Bílé světlo

Souřadnicové měřicí stroje se používají zhruba třemi obecnými způsoby:

• Oddělení kontroly kvality: Zde jsou obvykle umístěna v čistých místnostech s řízenou teplotou, aby se maximalizovala jejich přesnost.
• Dílna: Zde se souřadnicové měřicí stroje (SMM) umisťují mezi CNC stroji níže, aby usnadňovaly provádění kontrol v rámci výrobní buňky s minimálním pohybem mezi souřadnicovým měřicím strojem a strojem, kde se díly obrábějí. To umožňuje provádět měření dříve a potenciálně častěji, což vede k úsporám, protože chyby jsou identifikovány dříve.
• Přenosné: Přenosné souřadnicové měřicí stroje (CMM) se snadno přemisťují. Mohou být použity v dílně nebo dokonce převezeny na místo vzdálené od výrobního závodu k měření dílů v terénu.

Jak přesné jsou souřadnicové měřicí stroje (přesnost souřadnicového měřicího stroje)?

Přesnost souřadnicových měřicích strojů se liší. Obecně se snaží o mikrometrickou přesnost nebo lepší. Ale není to tak jednoduché. Chyba může být funkcí velikosti, takže chybu měření souřadnicového měřicího stroje lze specifikovat jako krátký vzorec, který zahrnuje délku měření jako proměnnou.

Například souřadnicový měřicí stroj Hexagon Global Classic je uveden jako cenově dostupný univerzální souřadnicový měřicí stroj a jeho přesnost je specifikována jako:

1,0 + L/300 μm

Tato měření jsou v mikronech a L je udáváno v mm. Řekněme tedy, že se snažíme změřit délku prvku o délce 10 mm. Vzorec by byl 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 neboli 1,03 mikronu.

Mikron je tisícina milimetru, což je asi 0,00003937 palce. Chyba při měření naší délky 10 mm je tedy 0,00103 mm neboli 0,00004055 palce. To je méně než půl desetiny – docela malá chyba!

Na druhou stranu, člověk by měl mít přesnost 10násobek toho, co se snažíme měřit. To znamená, že pokud bychom tomuto měření mohli důvěřovat pouze s přesností na 10násobek této hodnoty, neboli 0,00005 palce, stále je to docela malá chyba.

S měřeními pomocí souřadnicového měřicího stroje (SMM) v dílně se situace ještě více komplikuje. Pokud je SMS umístěn v teplotně řízené inspekční laboratoři, hodně to pomáhá. Ale v dílně se teploty mohou značně lišit. Existuje mnoho způsobů, jak může SMS kompenzovat teplotní výkyvy, ale žádný z nich není dokonalý.

Výrobci souřadnicových měřicích strojů (CMM) často specifikují přesnost pro teplotní pásmo a podle normy ISO 10360-2 pro přesnost CMM je typické pásmo 18–22 °C. To je skvělé, pokud vaše dílna v létě nemá teplotu 29 °C. Pak nemáte dobrou specifikaci pro chybu.

Někteří výrobci vám poskytnou sadu stupňů nebo teplotních pásem s různými specifikacemi přesnosti. Co se ale stane, když se pro stejnou sérii dílů nacházíte ve více než jednom rozsahu v různých denních dobách nebo různých dnech v týdnu?

Začíná se vytvářet rozpočet nejistot, který umožňuje zohlednit i nejhorší možné případy. Pokud tyto nejhorší případy vedou k nepřijatelným tolerancím pro vaše díly, jsou nutné další změny procesu:

• Používání souřadnicového měřicího stroje (CMM) můžete omezit na určité denní doby, kdy teploty klesají do příznivějších rozmezí.
• Můžete se rozhodnout obrábět díly nebo prvky s nižší tolerancí pouze v určitých denních dobách.
• Lepší souřadnicové měřicí stroje (SMM) mohou mít lepší specifikace pro vaše teplotní rozsahy. Mohou se vyplatit, i když mohou být mnohem dražší.

Tato opatření samozřejmě naruší vaši schopnost přesně si plánovat úkoly. Najednou si říkáte, že lepší kontrola klimatu v dílně by mohla být užitečnou investicí.

Vidíte, jak se celá ta věc s měřením stává zatraceně složitou.

Další složkou, která jde ruku v ruce, je způsob, jakým se specifikují tolerance, které mají být kontrolovány pomocí souřadnicového měřicího stroje (SMM). Zlatým standardem je geometrické kótování a tolerance (GD&T). Více se dozvíte v našem úvodním kurzu o GD&T.

Software pro souřadnicové měřicí stroje (SMS)

Souřadnicové měřicí stroje (CMM) používají různé druhy softwaru. Standard se nazývá DMIS, což je zkratka pro Dimensional Measurement Interface Standard (standard rozhraní pro rozměrové měření). I když se nejedná o hlavní softwarové rozhraní pro každého výrobce souřadnicových měřicích strojů, většina z nich jej alespoň podporuje.

Výrobci si vytvořili vlastní unikátní varianty, aby mohli přidat měřicí úlohy, které DMIS nepodporuje.

DMIS

Jak již bylo zmíněno, DMIS je standardem, ale stejně jako G-kód CNC existuje mnoho dialektů, včetně:

• PC-DMIS: Verze pro Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS je software pro souřadnicové měřicí stroje od společnosti Nikon.

Kalypsó

Calypso je software pro souřadnicové měřicí stroje (CMM) od společnosti Zeiss.

Software pro souřadnicové měřicí stroje (SMM) a CAD/CAM

Jaký je vztah mezi softwarem a programováním pro souřadnicové měřicí stroje (CMM) a softwarem CAD/CAM?

Existuje mnoho různých formátů souborů CAD, proto zkontrolujte, se kterými je váš software pro souřadnicový měřicí stroj kompatibilní. Dokonalá integrace se nazývá Model Based Definition (MBD). S MBD lze samotný model použít k extrakci rozměrů pro souřadnicový měřicí stroj.

MDB je poměrně špičkový protokol, takže se ve většině případů zatím nepoužívá.

Sondy, upínací přípravky a příslušenství pro souřadnicové měřicí stroje (CMM)

Sondy pro souřadnicové měřicí stroje (CMM)

K dispozici je široká škála typů a tvarů sond pro usnadnění mnoha různých aplikací.

Přípravky pro souřadnicové měřicí stroje (SMM)

Upínací přípravky šetří čas při nakládání a vykládání dílů na souřadnicovém měřicím stroji (SMM), stejně jako na CNC stroji. Můžete si dokonce pořídit souřadnicové měřicí stroje s automatickými nakladači palet pro maximalizaci propustnosti.

Cena souřadnicového měřicího stroje (CMM)

Nové souřadnicové měřicí stroje začínají v cenovém rozmezí od 20 000 do 30 000 dolarů a dosahují až více než 1 milionu dolarů.

Práce související se souřadnicovým měřicím strojem (CMM) ve strojírenské dílně

Manažer souřadnicových měřicích strojů (SMM)

Programátor souřadnicových měřicích strojů (SMM)

Operátor souřadnicového měřicího stroje (SMM)