Координатно-измерительные машины

Обновлено: 25.05.2023

Контроль размеров готовой продукции всегда был узким местом в машиностроении. С момента появления массового производства и до настоящего времени на многих предприятиях до сих пор пользуются ручным мерительным инструментом. И основная проблема состоит в скорости проведения измерений, а также в записи и систематизации результатов. Распространение оборудования с ЧПУ только усугубило эту проблему. Увеличились производительность станков, сложность и ассортимент выпускаемых изделий.

В медицинской, авиастроительной, аэрокосмической и машиностроительной отраслях наблюдается непрерывный рост требований к точности. И погрешность у современных средств измерений должна быть на порядок выше, чем у станка. Одним из наиболее современных решений метрологических задач в машиностроении считается применение координатно-измерительных машин (КИМ). Устройства этого класса позволяют контролировать формы высокой сложности, делать это быстро и с высокой повторяемостью результата.

Координатно-измерительные машины

Сферы применения КИМ

КИМ машина используют координатный метод измерения, суть которого заключается в последовательном нахождении координат точек, заданных оператором измерительной машины или управляющей программой. После определения их пространственного положения (координат X, Y и Z) координатно-измерительная машина рассчитывает геометрию объекта. Формат вывода результатов измерений зависит от поставленных задач и интеграции с другим оборудованием.

Координатно-измерительные машины используются в лабораториях (помещениях с постоянным контролируемым микроклиматом) и в рабочих цехах.

КИМ используются для решения задач двух типов:

  • Контроль качества готовой продукции. Изготовленные на станках с ЧПУ детали устанавливаются на рабочий стол машины, где проводятся контрольные замеры. Результаты выводятся на монитор, и, если реальные размеры выходят за пределы полей допуска, технолог принимает решение о необходимости коррекции управляющей программы для станка с ЧПУ. Если КИМ и станок с ЧПУ интегрированы в единую систему, возможно настроить их работу на автоматическое изменение параметров задания, влияющих на контролируемые размеры. То есть КИМ могут корректировать работу управляющих программ для станков с ЧПУ без участия оператора или технолога.
  • Создание математических моделей реальных объектов. Координатно-измерительные машины успешно применяются в автоматизированном проектировании. Построение пространственных моделей реальных объектов высокой сложности при помощи КИМ требует значительно меньше времени, чем проведение измерений вручную Разница составляет один – два порядка. Координатно-измерительная машина строит графические модели объектов, которые можно передавать в CAD-CAM систему и тут же формировать управляющую программу для создания копий.

Также КИМ используются для контроля качества сборки при производстве металлоконструкций, магистральных инженерных сетей, при проведении механосборочных работ.

Конструктивные исполнения координатно-измерительных машин

Компоновка базовой части контрольно-измерительной машины определяется габаритами и массой измеряемых деталей, а также требованиями к точности и производительности. Кроме того, она должна соответствовать принципу Аббе (исключать погрешности механических и электронных люфтов), компенсировать деформации, вызванные массой измеряемых деталей, иметь достаточно рабочего пространства и быстро перемещать измерительную головку.

Существующие в настоящее время КИМ можно разделить на несколько типов по конструктивному исполнению.

Консольные

Базовая часть консольной координатно-измерительной машины внешне и по принципу работы напоминает напольный сверлильный станок. Она состоит из:

  • жестко установленной вертикальной стойки;
  • консоли, которая способна вращаться на 360° в горизонтальной плоскости и перемещаться вертикально;
  • каретки, которая движется вдоль консоли;
  • пиноли, на которой закреплена измерительная головка.

Консольные КИМ подходят для измерения крупногабаритных деталей, работают достаточно быстро, но не способны давать высокой точности.

Консольная КИМ

Портальные

Наиболее распространенной считается портальная компоновка координатно-измерительных машин. В состав машины входят:

  • горизонтальный портал на П-образных стойках;
  • каретка, движущаяся по его балке;
  • пиноль с вертикальным перемещением;
  • рабочий стол.

Различают модели с подвижным порталом и с подвижным столом.

К преимуществам такой компоновки относятся простота установки детали, хороший обзор рабочего пространства, высокая жесткость конструкции, что дает высокую точность измерений в сочетании с хорошей производительностью.

Портальная КИМ

Мостовые

У мостовой в сравнении с портальной КИМ компоновкой значительно снижена масса подвижных частей, за счет чего повышается точность измерений. Установка детали возможна только через верх или со стороны, противоположной «дому» моста.

Шарнирно-сочлененные манипуляторы типа «рука»

Манипуляторы – преимущественно переносные конструкции. Они состоят из основания (треноги) из рукояти и нескольких шарнирно-сочлененных колен, на последнем из которых размещена измерительная головка. Основные преимущества таких установок — мобильность и высокая скорость измерений. Главный недостаток — сравнительно низкая точность, обусловленная способом определения координат. В шарнирах манипулятора «координатно измерительная рука» установлены датчики угловых перемещений. Они посылают сигналы, по которым система управления КИМ высчитывает положение контрольной точки, последовательно суммируя координаты каждого шарнира.

КИМ-«рука»

Датчики для координатно-измерительных машин

Скорость работы КИМ с определенными объектами сканирования и показатели предельных отклонений зависят не только от конструкции машины, но и от используемых датчиков. Наилучшие результаты в решении метрологических задач дают контактные и оптические преобразователи.

Контактные измерительные системы

Координатный датчик контактной измерительной системы представляет собой щуп, который подает сигнал при касании к измеряемому объекту.

В наиболее современных измерительных головках есть функция поворота на фиксированные углы, что дает возможность работать на объектах со сложной формой поверхности. Помимо расчета координат отдельных точек контактные датчики позволяют определять линейные размеры и форму поверхности. Также существуют преобразователи для определения шероховатости поверхности.

Одна из характеристик контактного датчика – время измерения. Для разных моделей оно составляет от десятых долей до нескольких секунд и оказывает значительное влияние на производительность КИМ.

Лазерные трекеры

Оптические преобразователи с лазерными излучателями (лазерные трекеры) предназначены для быстрого сканирования 3D объектов, линейные размеры которых могут превышать 100 м. Принцип работы датчика основан на измерении расстояния от излучателя до отражателя.

Специальная призма устанавливается вблизи измеряемого объекта. Излучатель посылает на нее сигнал и регистрирует его отражение. После калибровки отражающая призма устанавливается на поверхность объекта. Оператор координатно измерительной машины перемещает ее по контрольным точкам, а излучатель автоматически следует за ней. Фиксация координат выполняется автоматически или вручную (с пульта ДУ).

КИМ и точность измерений

Что влияет на точность измерений?

У любого прибора есть погрешность измерений, и она может увеличиться в зависимости от окружающих условий. Выше было упомянуто влияние массы измеряемой детали, которая при установке на рабочий стол деформирует конструкции КИМ. Кроме этого, на точность влияют:

  • Температура. Ее изменение по-разному влияет на линейные размеры машины и измеряемого объекта.
  • Запыленность. Наличие взвешенных в воздухе частиц влияет на показания оптических датчиков.

При выборе координатно-измерительной машины следует обратить внимание на допустимые условия эксплуатации. Некоторые модели можно эксплуатировать только в стабильных температурных условиях, другие рассчитаны на работу в действующих цехах, и в их управляющих системах есть алгоритмы компенсации погрешностей.

Решение метрологических задач при помощи станков MULTICUT

Станки MULTICUT портальной конструкции способны решать обе задачи КИМ: создание 3D-моделей по существующему образцу и контроль размеров готовых деталей. На шпиндель можно установить контактный датчик и выполнить сканирование с заданным шагом. Применяемые нами стойки ЧПУ позволяют сохранять данные измерений, передавать их в совместимые CAD-CAM системы для обработки.

В базовую комплектацию каждого станка MULTICUT включен датчик поверхности, предназначенный для калибровки режущего инструмента. Он устанавливается на рабочий стол. Вынос инструмента определяется методом касания. Для получения дополнительных консультаций по комплектации станков свяжитесь с представителем компании через обратную связь или по телефону.

Читайте также
Обновлено: 24.03.2024
Обновлено: 28.03.2024
Обновлено: 28.03.2024
Обновлено: 25.03.2024
Обновлено: 30.01.2024