Coordinate measurement machines:
accuracy of new generation
In the conditions of modern manufacture in such branches as general engineering industry, aviation, aerospace and medical industry, demands to accuracy and speed of measurements continuously raise. For this reason, the role of measuring means increases which accuracy should be 10 times more than a permissible error.
Ф.І. Горбач, технічний директор,
С.О. Макаров, директор, ПП «СпецМаш»,
м Черкаси
В умовах сучасного виробництва в таких галузях, як загальне машинобудування, авіаційна, аерокосмічна і медична промисловість, вимоги до точності і швидкості вимірювань безперервно підвищуються. З цієї причини зростає роль вимірювальних засобів. точність яких повинна бути на порядок вище, ніж допустима похибка. В Відповідно до цих тенденцій в останні роки спостерігається стрімкий розвиток конструкцій і технічних можливостей координатно-вимірювальних машин (КІМ).
Незважаючи на різноманітність моделей КІМ. їх можна згрупувати за типами виконання.
Шарнірно-зчленовані типу «рука».
Шестіосевие на основі платформи Стюарта.
Фото- і рентгенографічні.
Лазерні далекоміри з об'ємним скануванням (Laser Tracker).
Неодмінні вимоги до всіх вимірювальним машинам - точність і швидкість вимірювань, адаптованість до умов реального виробництва, простота в навчанні персоналу та експлуатації КІМ. Одними з найбільш точних - з огляду на хорошій збалансованості конструкції і традиційної кінематики - є установки портального типу.
За кількістю випущених КІМ в Європі безсумнівне лідерство залишається за фірмою Carl Zeiss IMT GmbH (м Оберкохен, Німеччина). Серед вимірювальних машин портального і стоечного типів, що випускаються цією компанією, особливий інтерес по співвідношенню «ціна-якість», мабуть, представляє серія CONTURA G2, яка випускається в трьох варіантах виконання.
Модель CONTURA G2 Activ оснащена вимірювальною головкою активного сканування VAST XT (патент Carl Zeiss), що дозволяє отримувати результати вимірювань форми і положення. Максимальна довжина щупа - 500 мм, що дозволяє проводити вимірювання корпусних деталей з глибоко розташованими елементами.
CONTURA G2 RDS має поворотну головку RDS, пасивний скануючий датчик VAST XXT або безконтактний оптичний датчик ViScan. Поворотна головка здатна виконувати розворот навколо двох взаємно перпендикулярних осей в діапазоні кутів ± 180 ° з дискретністю 2,5 °. Така конфігурація сенсорики дозволяє проводити вимірювання елементів в безлічі різних кутових положень, а також в деталях з великою кількістю отворів.
CONTURA G2 Direct оснащена пасивним сканирующим датчиком VAST XXT, встановленим без поворотної головки. Область застосування - контроль невеликих деталей з нескладної геометрією.
В цілому серія CONTURA G2 має п'ять типорозмірів з наступними діапазонами максимальних вимірів по осях Х: 700-1000 мм; Y: 700-2100 мм; Z: 600 мм. Похибка лінійного вимірювання при температурі навколишнього середовища від +18 до +22 ° С становить МРЕ 1,8 мкм + L / 300 по ISO 10360, а з опцією HTG температурний діапазон вимірювань розширюється до показників від +18 до +26 ° С.
Стіл і спрямовуюча по осі Y в КІМ CONTURA G2 виготовлені зі спеціального граніту, а напрямні по X і Z виготовлені зі спеціального керамічного матеріалу. Портал переміщається на повітряних підшипниках.
Як програмне забезпечення (ПО) в CONTURA G2 використовується пакет CALYPSO Software з російськомовним інтерфейсом на базі CAD. Він дозволяє складати і модифікувати програми вимірювальних операцій з візуальної метрологією, оптимізувати послідовність операцій, отримувати високу продуктивність для різноманітної сенсорики, використовувати різноманітні програмні функції, формули і параметри. Дружній російськомовний інтерфейс полегшує роботу оператора.
Компанією Carl Zeiss також випускається вимірювальний комплекс METROTOM. який дозволяє в автоматизованому режимі здійснювати технологію метротомографіі. При її використанні вимірювана деталь поміщається в поле слабкого рентгенівського випромінювання, потім її рентгенівське зображення фокусується на спеціальному екрані-приймачі і запам'ятовується в пам'яті комп'ютера. Далі деталь повертається на невеликий кут, і процес повторюється до тих пір, поки вона не зробить повний оборот. Отриманий тривимірний масив даних, що містить інформацію про деталі, обробляється комп'ютером, візуалізується на екрані монітора і містить повну інформацію про геометрії зовнішніх поверхонь, а також про внутрішню структуру (наявних тріщинах, раковинах, пористості). Результати дослідження роздруковуються у вигляді протоколу вимірювань. Установка відповідає директивам радіаційної безпеки згідно DIN 54113 для повністю захищених приладів цього типу.
За допомогою комплексу METROTOM можна виконувати наступні операції:
виміру розмірів в діапазоні 300 x 300 x 300 мм;
порівняння геометрії виробів;
аналіз пошкоджень та дефектів;
Тенденція до мініатюризації багатьох виробів в таких галузях, як робототехніка або імплантологія в медицині, привели до розширення виробництва микрокомпонентов. З цієї причини зростає потреба в точності виробів малих розмірів, в розробці методик перевірки геометрії мікродеталей, причому випускаються досить великими партіями. Зменшення розмірів і допусків призводить до більш жорстких технічним вимогам до вимірювальних машин та їх сенсориці. Йдучи назустріч цим тенденціям, фірма Carl Zeiss розробила машину F25 для вимірювання микрокомпонентов. Розташування її осей дозволяє дотримуватися принципу Abbe comparator на рівні вимірювального столу. Осі встановлені на аеростатичних підшипниках і обладнані лінійними приводами. Машина оснащена одним тактильним і одним оптичним датчиком (камерою спостереження). Висока чутливість забезпечується п'єзоелектричним принципом роботи датчика з малим вимірювальним зусиллям, що виключає пошкодження вимірюваної мікродеталі. Оптична камера полегшує роботу оператора при малих розмірах деталі і щупа. Як програмне забезпечення використовується метрологічний програмний пакет CALYPSO.
Для виготовленні високоточних медичних деталей, наприклад, імплантантів для суглобів, внутрішньовенних катетерів, а також окремих видів хірургічних інструментів, де якість вимірювань відіграє особливу роль, застосовуються нові спеціалізовані КІМ. з CAD-моделюванням і програмним забезпеченням CAM 10 Studio. При двокоординатному контролі оптично перевіряють якість виготовлення поверхні штучних суглобів, при трикоординатних - дотримання заданих розмірів.
Однак за технологією виробництва не завжди потрібна мікронна точність і не завжди є можливість використання стаціонарних КІМ. Наприклад, при виготовленні кузовів легкових автомобілів з штампованих елементів неточність готових деталей може становити до декількох міліметрів, а сам процес складання вимагати періодичного контролю безпосередньо на місці. Тому в сегменті вимірювальних систем з'явилися мобільні координатно-вимірювальні машини. володіють універсальними можливостями, автономністю, простотою в експлуатації і навчанні роботі з ними - і до того ж з більш низькою, ніж у портальних установок, вартістю. Таким обладнанням можна проводити 3D- контроль в діапазоні від 0 до 70 м з точністю від ± 5 до ± 176 мкм. До їх числа відносяться шарнірно-зчленовані вимірювальні машини (типу «рука») в 6 і 7-осьовому виконанні, а також пристрої типу Laser Tracker (лазерні КІМ).
Лідером у виробництві мобільного координатно вимірювального обладнання. зайняли на сьогоднішній день близько 80% світового ринку, є фірма FARO Technologies Inc. (США). Наприклад, її модель Quantum FaroArm дозволяє проводити вимірювання з точністю ± 0,025 мм, Gage Plus - 0,006 мм.
Застосовувана фірмою технологія Faro ScanArm передбачає поєднання датчика Laser Line Probe (LLP) c кінематикою FaroArm, таким чином, виходить безконтактний метод контролю з точністю від ± 53 мкм.
У разі використання безконтактного методу з лазерною головкою LLP V 3 або контактного методу з жорсткими щупами, обладнання FARO виявляється зручно використовувати як для контролю, так і для реінжинірингу виробництва. Устаткування компанії широко застосовується в аерокосмічній, автомобільній, суднобудівній промисловості - для вимірювання лінійних і кутових розмірів, контролю формотворчих поверхонь великогабаритних виробів з точністю від ± 11 мкм.
З українських фірм, що пропонують 3-координатні вимірювальні машини. тільки ПП «СпецМаш» поставляє обладнання власного виготовлення, причому з дуже вигідним для вітчизняних підприємств співвідношенням «ціна-якість». Компанія випускає різноманітні моделі КІМ - від настільних, споживачем яких є метрологічні служби заводів, до машин, призначених для роботи безпосередньо у виробничих цехах. Діапазон їх вимірювань по осях: X - 320-600 мм, Y - 320-650 мм, Z - 270-450 мм.
Завдяки якості обробки основних деталей, одержуваних зі спеціального граніту, досягається висока точність конструкції машин в цілому. Застосування аеростатичних підшипників і збалансованої кінематики на моделях КІМ 550-Р. КІМ 550-М (А). КІМ 330-РМ дозволяє зберігати високу жорсткість і ідеальну ортогональность системи координат на протязі всього терміну експлуатації. У програмному забезпеченні застосована система САА (Computer Aided Accuracy) - комп'ютерна коригування помилок кінематики, що дозволяє видавати точні результати вимірювань.
Представлені можливості деяких провідних виробників вимірювальних машин доводять, що вдосконалення КІМ ведеться по шляху розвитку точності і швидкості вимірювань, впровадження нових систем сенсорики і адаптронікі, реалізації концепції відкритої архітектури в програмному забезпеченні, що дозволяє імпортувати файли САПР і формувати програми лінійних вимірювань, створювати єдину мультисенсорний вимірювальну систему з простим і зрозумілим оператору інтерфейсом.