חדשות - מדריך מלא למכונות CMM ומדידה

מהי מכונת CMM?

דמיינו מכונה בסגנון CNC המסוגלת לבצע מדידות מדויקות ביותר בצורה אוטומטית ביותר. זה מה שמכונות CMM עושות!

CMM הוא ראשי תיבות של "Coordinate Measuring Machine" (מכונת מדידה של קואורדינטות). הם אולי מכשירי המדידה התלת-ממדיים האולטימטיביים מבחינת השילוב של גמישות, דיוק ומהירות.

יישומים של מכונות מדידה קואורדינטות

מכונות מדידה קואורדינטות הן בעלות ערך בכל פעם שצריך לבצע מדידות מדויקות. וככל שהמדידות מורכבות יותר או מרובות יותר, כך השימוש ב-CMM הוא יתרון גדול יותר.

בדרך כלל, מכונות CMM משמשות לבדיקה ובקרת איכות. כלומר, הן משמשות לאימות שהחלק עומד בדרישות ובמפרטים של המתכנן.

הם עשויים לשמש גם כדיהנדסה הפוכהחלקים קיימים על ידי ביצוע מדידות מדויקות של תכונותיהם.

מי המציא את מכונות ה-CMM?

מכונות ה-CMM הראשונות פותחו על ידי חברת Ferranti מסקוטלנד בשנות ה-50. הן נחוצו למדידה מדויקת של חלקים בתעשיות התעופה והחלל והביטחון. למכונות הראשונות היו רק 2 צירי תנועה. מכונות בעלות 3 צירים הוצגו בשנות ה-60 על ידי DEA האיטלקית. בקרת מחשב הגיעה בתחילת שנות ה-70 והוצגה על ידי שפילד בארה"ב.

סוגי מכונות CMM

ישנם חמישה סוגים של מכונות מדידת קואורדינטות:

CMM מסוג גשר: בתכנון זה, הנפוץ ביותר, ראש ה-CMM מונח על גשר. צד אחד של הגשר מונח על מסילה על המיטה, והצד השני נתמך על ידי כרית אוויר או שיטה אחרת על המיטה ללא מסילה מובילה.
CMM קנטילבר: הקנטיליבר תומך בגשר בצד אחד בלבד.
מכונות CMM גאנטרי: מכונות ה-gantry משתמשות במסילה מובילה משני הצדדים, כמו מכונות CNC. אלו הן בדרך כלל מכונות ה-CMM הגדולות ביותר, ולכן הן זקוקות לתמיכה נוספת.
CMM עם זרוע אופקית: דמיינו קונטילבר, אבל עם כל הגשר נע למעלה ולמטה על זרוע אחת במקום על הציר שלה. אלו הם ה-CMM הכי פחות מדויקים, אבל הם יכולים למדוד רכיבים גדולים ודקים כמו מרכבי רכב.
CMM מסוג זרוע ניידת: מכונות אלו משתמשות בזרועות בעלות מפרקים ובדרך כלל ממוקמות באופן ידני. במקום למדוד XYZ ישירות, הן מחשבות קואורדינטות ממיקום הסיבוב של כל מפרק והאורך הידוע בין המפרקים.

לכל אחד מהם יתרונות וחסרונות בהתאם לסוגי המדידות שיש לבצע. סוגים אלה מתייחסים למבנה המכונה המשמש למיקום שלה.בְּדִיקָהיחסית לחלק הנמדד.

הנה טבלה שימושית שתעזור להבין את היתרונות והחסרונות:

סוג CMM	דִיוּק	גְמִישׁוּת	הטוב ביותר לשימוש למדידה
לְגַשֵׁר	גָבוֹהַ	בֵּינוֹנִי	רכיבים בגודל בינוני הדורשים דיוק גבוה
שְׁלוּחָה	הֲכִי גָבוֹהַ	נָמוּך	רכיבים קטנים יותר הדורשים דיוק גבוה מאוד
זרוע אופקית	נָמוּך	גָבוֹהַ	רכיבים גדולים הדורשים דיוק נמוך
גנטרי	גָבוֹהַ	בֵּינוֹנִי	רכיבים גדולים הדורשים דיוק גבוה
זרוע ניידת מסוג	הנמוך ביותר	הֲכִי גָבוֹהַ	כאשר ניידות היא בהחלט הקריטריון הגדול ביותר.

גלאים ממוקמים בדרך כלל בשלושה ממדים - X, Y ו-Z. עם זאת, מכונות מתוחכמות יותר יכולות גם לאפשר שינוי זווית הגלאים, מה שמאפשר מדידה במקומות שהגלאי לא היה יכול להגיע אליהם אחרת. ניתן להשתמש גם בשולחנות סיבוביים כדי לשפר את יכולת הגישה למאפיינים שונים.

מכונות CMM עשויות לרוב מגרניט ואלומיניום, והן משתמשות במסבי אוויר

הגשושית היא החיישן שקובע היכן נמצא פני השטח של החלק בעת ביצוע מדידה.

סוגי הגששים כוללים:

מֵכָנִי
אוֹפּטִי
לייזר
אור לבן

מכונות מדידת קואורדינטות משמשות בערך בשלוש דרכים כלליות:

מחלקות בקרת איכות: בדרך כלל הן נשמרות בחדרים נקיים עם בקרת אקלים כדי למקסם את הדיוק שלהן.
קומת ייצור: כאן ממוקמות מכונות CMM בין מכונות ה-CNC כדי להקל על ביצוע בדיקות כחלק מתא ייצור עם מינימום מהלך בין ה-CMM למכונה בה מעובדים החלקים. זה מאפשר ביצוע מדידות מוקדם יותר ואולי אף לעתים קרובות יותר, מה שמוביל לחיסכון מכיוון שגיאות מזוהות מוקדם יותר.
נייד: קל להזזה של מכונות CMM ניידות. ניתן להשתמש בהן בקומת הייצור או אפילו לקחת אותן לאתר מרוחק ממפעל הייצור כדי למדוד חלקים בשטח.

כמה מדויקות מכונות CMM (דיוק CMM)?

הדיוק של מכונות מדידת קואורדינטות משתנה. באופן כללי, הן שואפות לדיוק של מיקרומטר או יותר. אבל זה לא כל כך קל. ראשית, השגיאה יכולה להיות פונקציה של גודל, כך ששגיאת המדידה של מכונות מדידת קואורדינטות עשויה להיות מוגדרת כנוסחה קצרה הכוללת את אורך המדידה כמשתנה.

לדוגמה, מכונת ה-CMM הגלובלית הקלאסית של Hexagon רשומה כ-CMM רב-תכליתי במחיר סביר, ומציינת את דיוקה כ:

1.0 + ליטר/300 מיקרון

מידות אלו הן במיקרונים ו-L מצוין במילימטרים. אז נניח שאנחנו מנסים למדוד את האורך של תכונה של 10 מ"מ. הנוסחה תהיה 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30 או 1.03 מיקרונים.

מיקרון הוא אלפית המילימטר, שזה בערך 0.00003937 אינץ'. לכן השגיאה בעת מדידת אורך של 10 מ"מ היא 0.00103 מ"מ או 0.00004055 אינץ'. זה פחות מחצי עשירית - שגיאה די קטנה!

מצד שני, צריך להיות דיוק של פי 10 ממה שאנחנו מנסים למדוד. משמעות הדבר היא שאם נוכל לסמוך על מדידה זו רק עד פי 10 מהערך הזה, או 0.00005 אינץ'. עדיין מדובר בשגיאה די קטנה.

הדברים נעשים אפילו יותר מעורפלים עבור מדידות CMM ברצפת הייצור. אם ה-CMM נמצא במעבדת בדיקה מבוקרת טמפרטורה, זה עוזר מאוד. אבל ברצפת הייצור, הטמפרטורות יכולות להשתנות במידה ניכרת. ישנן דרכים שונות בהן CMM יכול לפצות על שינויי טמפרטורה, אך אף אחת מהן אינה מושלמת.

יצרני CMM מציינים לעתים קרובות דיוק עבור טווח טמפרטורה, ובהתאם לתקן ISO 10360-2 לדיוק CMM, טווח טמפרטורה אופייני הוא 64-72F (18-22C). זה נהדר אלא אם כן רצפת הייצור שלכם היא 86F בקיץ. אז אין לכם מפרט טוב לשגיאה.

חלק מהיצרנים יספקו לכם סט של מדרגות או רצועות טמפרטורה עם מפרטי דיוק שונים. אבל מה קורה אם אתם נמצאים ביותר מטווח אחד עבור אותה סדרת חלקים בשעות שונות של היום או בימים שונים בשבוע?

מתחילים ליצור תקציב אי ודאות שמתחשב במקרים הגרועים ביותר. אם המקרים הגרועים ביותר הללו גורמים לסבולות בלתי מקובלות עבור החלקים, יש צורך בשינויים נוספים בתהליך:

ניתן להגביל את השימוש ב-CMM לשעות מסוימות ביום כאשר הטמפרטורות יורדות לטווחים נוחים יותר.
ניתן לבחור לעבד רק חלקים או מאפיינים בעלי סבילות נמוכה יותר בשעות מסוימות של היום.
ייתכן שלמכונות CMM טובות יותר יהיו מפרטים טובים יותר עבור טווחי הטמפרטורות שלך. הן עשויות להיות שוות את זה למרות שהן יכולות להיות יקרות בהרבה.

כמובן שצעדים אלה יפגעו ביכולתכם לתזמן את עבודותיכם במדויק. פתאום אתם חושבים שבקרת אקלים טובה יותר בקומת הייצור עשויה להיות השקעה משתלמת.

אתה יכול לראות איך כל עניין המדידה הזה נהיה די מסורבל.

המרכיב הנוסף שהולך יד ביד הוא אופן קביעת הסבולות שיש לבדוק על ידי CMM. תקן הזהב הוא מימד גיאומטרי וסבולות (GD&T). עיינו בקורס המבוא שלנו בנושא GD&T למידע נוסף.

תוכנת CMM

יצרני CMM מפעילים סוגים שונים של תוכנות. התקן נקרא DMIS, ראשי תיבות של Dimensional Measurement Interface Standard. למרות שזה לא ממשק התוכנה העיקרי עבור כל יצרן CMM, רובם לפחות תומכים בו.

יצרנים יצרו טעמים ייחודיים משלהם על מנת להוסיף משימות מדידה שאינן נתמכות על ידי DMIS.

DMIS

כפי שצוין, DMIS הוא הסטנדרט, אך כמו קוד ה-g של CNC, ישנם דיאלקטים רבים, כולל:

PC-DMIS: גרסת Hexagon
OpenDMIS
TouchDMIS: פרספטרון

מקוסמוס

MCOSTMOS היא תוכנת CMM של ניקון.

קליפסו

Calypso היא תוכנת CMM של Zeiss.

תוכנות CMM ו-CAD/CAM

כיצד תוכנה ותכנות CMM קשורים לתוכנת CAD/CAM?

ישנם פורמטים רבים ושונים של קבצי CAD, לכן בדקו אילו מהם תואמת תוכנת ה-CMM שלכם. האינטגרציה האולטימטיבית נקראת הגדרה מבוססת מודל (MBD). עם MBD, ניתן להשתמש במודל עצמו כדי לחלץ ממדים עבור ה-CMM.

MDB היא שיטת פיתוח די מתקדמת, כך שהיא עדיין לא בשימוש ברוב המקרים.

גששים, גופי תאורה ואביזרים של CMM

גששי CMM

מגוון סוגי וצורות של גלאים זמינים כדי להקל על יישומים רבים ושונים.

גופי CMM

כל מערכות הפיקוד חוסכות זמן בעת טעינה ופריקה של חלקים במכונת CMM, בדיוק כמו במכונת CNC. ניתן אפילו להשיג מערכות CMM עם מעמיסים אוטומטיים של משטחים כדי למקסם את התפוקה.