Как координатно-измерительные машины (КИМ) оптимизируют точность в современном производстве

Последнее обновление 24 декабря 2021 г. | WayKen

Современная индустрия характеризуется точностью изготовленных элементов. Оценка в десятых микрон и неуклонный рост. Точность станков по паспорту выросла так, что измерение реального отклонения становится всё сложнее. Постоянно развиваются новые методы контроля и метрологическое оборудование. Один из гибких, быстрых и точных приборов — Координатно-измерительная машина (КИМ, CMM).

Как работает координатно-измерительная машина (КИМ)

Машина использует сверхчувствительный электронный тастер для анализа последовательности дискретных точек геометрии детали. Вычисляет соответствие спецификации. Часто применяется для оценки детали или сборки на соответствие исходному дизайну. Интегрирована в процессы контроля качества для анализа размеров и предотвращения дефектов.

Рабочая процедура КИМ включает:

1. Измерение ручным путем геометрии объекта и величин путем касания тастера, установленного на движущейся оси станка.
2. Верификация деталей на соответствие корректированному дизайну.

Этапы:

1. Деталь устанавливается на базе КИМ. База — жесткий стабильный материал (обычно гранит), площадка измерения. Стабильность гарантирует точность независимо от внешних сил.
2. Над плитой КИМ находятся движущиеся элементы с касательным тастером. КИМ управляет порталом, перемещая тастер по трем осям. Касание тастера каждым участком детали реплицирует её структуру для измерения.
3. При касании тастер посылает электрический импульс, фиксируемый компьютером. Многократное повторение создает облако точек, описывающее структуру детали.
4. После измерения — анализ: по координатам X, Y, Z тастера строятся признаки (features). Принцип действия одинаков для всех КИМ с камерными системами.

Компоненты координатно-измерительной машины (КИМ)

Состав КИМ:

• Тастер (Probe)
• Гранитный стол
• Приспособления (Fixtures)
• Сушители и компрессоры
• Программное обеспечение

Функция тастера

Ключевой элемент: делает физический контакт, а не оптический/лазерный. Не зависит от температуры (шарик из рубина/стабильного материала). Тастер и игла работают в паре, связаны с ультрачувствительной электроникой, фиксирующей малейшее изменение электрического трения. При касании шаровый кончик отводится, генерирует электрический сигнал, записываемый компьютером. Точки анализируются по правилам детали.

Способы использования

Двухцелевое: 1) сравнение реальных измерений с CAD-данными для контроля качества; 2) создание «облака точек» — силуэта детали для обратного инжиниринга (одна эталонная деталь → CAD-модель для партии). КИМ незаменима для измерения внутри отверстий: оптические системы дают помехи из-за отражений.

Гранитный стол

Критичен: высокая жесткость = стабильность. Невосприимчив к температуре, низкий износ. Идеален для высокоточных измерений — остается неизменным во времени.

Приспособления

Важны для стабильности и поддержки. Фиксируют деталь на месте. Движущаяся деталь = ошибки расчета. Также используются магниты, зажимы, плиты.

Сушители и компрессоры

Стандартные компоненты КИМ (портальные и мостовые типы).

Программное обеспечение

Анализирует сигналы тастера и чувствительность компонентов.

Типы КИМ

Мостовая КИМ (Bridge CMM)

Система зондирования движется по трем ортогональным осям. Каждая ось имеет датчики позиции зонда в микрометрах. Коллективные точки = облако точек, иллюстрирующее исследуемую поверхность.

Портальная КИМ (Gantry CMM)

Похожа на мостовую, но крупнее. Устраняет необходимость поднимать деталь на стол, сохраняет точность. Для очень тяжелых/габаритных деталей. Монтируется на прочном фундаменте, на первом этаже.

Консольная КИМ (Cantilever CMM)

Измерительная голова крепится только к одной стороне жесткой базы. Открытый доступ с трех сторон для инспекторов.

Многоцелевое применение КИМ в современном производстве

КИМ — самый передной автоматический/ручной измерительный инструмент. Разнообразие типов позволяет работать и с крупными (портальные), и с малыми (консольные) деталями. Разнообразие тастеров (механические, оптические, лазерные, белый свет) — измерение несенсорных поверхностей. Высокая автоматизация — ручной режим машиниста и автоматический для серийных операций.

Применение зависит от целей: после обработки, реверс-инжиниринг, часть автоматизированной цепи. Множество вариантов.

Что сделать перед использованием КИМ

КИМ — самые точные приборы. Оценивают дефекты < микрона. Для максимальной точности машинист должен тщательно подготовить оборудование. Уровень подготовки зависит от точности детали. Для высших точных (IT6 и ниже): специфическая влажность, температура в оптимуме, идеальная чистота (даже пыль влияет).

КИМ калибруют сверхточной металлической сферой с известными размером и формоотклонением. Позиция сферы на гранитном столе известна (спец. приспособление в центре). Тастер касается сферы в нескольких точках, определяет диаметр и формоотклонение. Настройки корректируют, повторная проверка сферы подтверждает корректность.

КИМ для измерения линейных поверхностей

Простейшие измерения: допуски линейных/цилиндрических поверхностей. Обычно микрометром/индикатором сразу после обработки. Зачем КИМ?

Автоматизация всех процессов. Индустрия 4.0 = высокая автоматизация, даже доп. движений без машиниста. Пример: контроль качества. Программируют КИМ на идентичные действия для партии. Нужен автоматический зажим и робот для загрузки/разгрузки.

КИМ для измерения сложных поверхностей

Главная цель КИМ — сложные поверхности: лопатки турбин, крылья самолетов, рабочие колеса насосов, компоненты с необычными поверхностями. Автоматизация возможна для больших партий идентичных сверхточных деталей. Чаще — ручной замер машинистом.

Процесс: машинист пультом двигает тастер по осям до касания нужной точки. Много замеров → точки анализируются, профили соединяются сплайнами. Сравнение с 3D-моделью (с допусками) или эталонными данными.

КИМ для взаимного расположения и формоотклонений

Высококачественные детали характеризуются не только размерными ошибками, но точностью форм и взаимного положения. Критично для вращающихся деталей (вибрация, гладкость). Замер не отличается от сложных поверхностей. Все отклонения имеют базовую поверхность-эталон. Зажимают по базе, меряют требуемую. Для взаимного положения двух поверхностей: приспособление зажимает первую, меряют вторую.

КИМ для измерения шероховатости поверхности

Профилограф — основной прибор для шероховатости. Но КИМ тоже может измерять за счет выдающейся точности. Нужно сменить тастер на игольчатый. Игла движется по поверхности, фиксирует микронеровности.

Как WayKen может помочь

WayKen работает по сертифицированной ISO 9001:2015 системе качества. Для деталей с более точными размерами и формами — свяжитесь заранее для обсуждения требований к измерениям. Загрузите CAD-файлы и запросите котировку.