دستگاه اندازه گیری مختصات CMM

فایل : word

حجم : 2.50 MB

برای دانلود کلیک کنید.     

 

دستگاه اندازه گیری مختصات CMM

 

 

Coordinate Measuring Machines
(CMM)

 

مقدمه :

 

با گسترش روز افزون صنایع قطعه سازی و ایجاد رقابت در تولید با کیفیت برتر ،اندازه گیری و کنترل کیفیت از جایگاه مهم و ویژهای برخوردار است. چرا که اندازه گیری و بکارگیری روشهای مناسب برای کنترل خط تولید، برای تولید قطعات یکسان وظیفه واحد کنترل کیفیت بوده که با تهیه کردن سخت افزار و نرم افزار مورد نیاز و با ایجاد و به کارگیری روشهای مناسب برای کنترل قطعات ،بهترین راهنمای واحد تولید برای تولید با کیفیت قطعات در تیراژ بالاست که در نتیجه از تولید قطعات معیوب جلوگیری می کند.

در همین راستا جهت کنترل اجباری برخی از قطعات به مواردی بر می خوریم که نمی توان از وسایل اندازه گیری عمومی مانند کولیس ومیکرومتر و... استفاده کرد. در چنین مواردی می توان از دستگاه های اندازه گیری سه بعدی C.M.M  استفاده کرد.

 

 

 معرفی دستگاه CMM:

 

شرکت DEA ایتالیا اولین مخترع CMM در جهان است که در حدود 40 سال قبل(سال 1963 ) اولین CMM بنام Alfa را ساخته است .در دهه 80 تغییرات عمده و پیشرفت های زیادی در ساخت و طراحی CMM ها ایجاد شد و نسل ماشین های CMM امروزی از سال 1990 طراحی و ساخته شده است .

 

بازرسی ورودی ها (کنترل قطعات سازنده) :

 

شرکت های مادر مثل شرکت ایران خودرو سازنده های بسیاری دارند که قطعات مصرفی آنها را تامین میکنند ، به جهت آنکه کیفیت قطعه ساخته شده توسط سازنده  با مشخصات در خواستی مطابقت داشته باشد ، قبل از ارسال به خط تولید نهایی قطعات به آزمایشگاه شرکت مادر ارسال و تست های مختلفی طبق استاندارها و نقشه های مربوطه انجام میشود که یکی از آنها اندازه گیری قطعه می باشد .در این حالت قطعه در محل دیگری تولید و جهت دریافت تاییدیه به شرکت اصلی ارسال و به صورت رندوم اندازه گیری میشود .

استفاده در محل کارخانه (In line , Side line , Off line ) : جهت کنترل خط تولید و با هدف کم کردن دوباره کاری و دور ریز و اصلاح روش تولید از CMM به سه روش زیر استفاده میشود .

 

1-2 ) Off line :

به این صورت که یک فضای مناسب از نظر شرایط محیطی در خارج از محل تولید در کارخانه CMM را قرار میدهند و قطعه تولید شده را از خط به سالن CMM جهت اندازه گیری ارسال میکنند و تتیجه به واحد های مربوطه ارسال میشود .در گذشته روش کار فقط به همین صورت بود ولی از 1990 به بعد این روش تغییر کرده و کمتر مورد استفاده دارد .

 

2-2 ) Side line :

با توجه به اینکه در روش Off line در زمان ارسال قطعه و اندازه گیری و ارائه گزارش ، تعداد زیادی قطعه تولید میشود و اگر قطعه معیوب باشد مقدار زیادی ضایعات بوجود میآمد سعی بر این شد که سیستم کنترلی به خط تولید نزدیک تر شود ، که این کار مستلزم ایجاد تغییرات و اضافه کردن قابلیت های به دستگاه جهت غلبه بر شرایط نامناسب محیط تولید ( از جمله دما ، رطوبت ، گرد وغبار ، ارتعاش و ... ) و افزایش سرعت بود .

  

3-2 ) In line :

 

با افزایش تیراژ تولید و به تبع آن بالا رفتن سرعت تولید نیاز بر این شد که دستگاه  کنترلی در خط تولید و همزمان با تولید کار کنترل را انجام دهد . ( مشابه ماشین های افزار CNC که همزمان با تولید کلیه مشخصات ابعادی قطعه را در اختیار اپراتور قرار میدهد .)

سرعت بالا ، هماهنگی با شرایط محیطی ، کاربری آسان از جمله خصوصیاتی است که CMM های In line باید دارا باشند .

پارامتر سرعت در اندازه گیری آنقدر اهمیت پیدا کرده که اخیرا (سال 2003 )  شرکت خودرو سازی دایملر _ کرایسلر به شرکت DEA سفارش دستگاه اندازه گیری سه بعدی را داده که توانایی اندازه گیری 56 پارامتر ( مختصات 56 نقطه ) را در عرض 60 ثانیه را داشته باشد .

 

3-  صدور تاییدیه کالیبراسیون : با توجه به اینکه پنل گیج ها و چکینک ها دارای مدت زمان مشخصی از جهت تاییدیه کالیبراسیون می باشند جهت حصول اطمینان از دقت آنها در انتها مهلت مشخص شده با استفاده از CMM دقت آنها کنترل میشود . همچنین جهت تایید قالب ها برای استفاده در خط تولید کنترل ابعادی و تلرانس های هندسی آنها با CMM اجتناب نا  پذیر است .

 

بطور کلی مزایای استفاده از CMM بشرح زیر می باشد :

 

زمان بازرسی کاهش پیدا میکند .

انعطاف پذیری بالا .

درصد دور ریز کمتر.

کیفیت محصول نهایی بالا میرود .

 

CMM چه پارامتر های را میتوان اندازه بگیرد :

 

اندازه گیری فانکشن های ساده مثل مختصات هر نقطه ، قطر ، شعاع (دایره ، قوس ) هم محوری ، تعامد ، زاویه ، طول و ... .

 اندازه گیری های سطوح با شکل و فرم هندسی نامشخص که دارای منحنی های پیچیده ای هستند که با استفاده از CAD DATA قابل بررسی و کنترل می باشند .

اندازه گیری های مرکب که شامل فانکشن های پیچیده اندازه گیری مثل اندازه گیری پارامتر های مربوط به چرخ دنده ها و قطعاتی که دارای موقعیت خاص هستند .

 

در حالت ساده وقتی یک فاصله با یک تلرانس خاص داریم خطای اندازه گیری رابطه مستقیم با طول دارد .که حداقل خطای اندازه گیری دستگاه نسبت به تلرانس با 5 بار اندازه گیری باید در محدوده قابل قبول باشد .

برای مثال :

Tolerance : 0.02 mm

CMM accuracy : MPEe : 2.9+4L/1000

CMM error on L=50mm : 2.9+4*50/1000=3.1 μm << 20 μm

 

این دستگاه برای اندازه گیری قطعه ای که دارای 0.02 میلی متر تلرانس است مناسب می باشد چرا که خطای طولی دستگاه 3.1 میکرومتر و بمراتب کوچکتر از 5 برابر مقدار تلرانس قطعه می باشد .

در حالت دوم ابتدا قطعه نمونه (مدل اولیه) را با استفاده از CMM نقطه برداری میکنند (Digit ) و ابری از نقاط ایجاد شده که پیوستگی زیاد با یکدیگر دارند مثلا مختصات 2.5 میلیون نقطه برای یک قطعه استخراج میشود که این نقاط تشکیل دهنده cad  فایل قطعه هستند .در مراحل تولید محصول تولیدی را با cad  فایل موجود مقایسه میشود .

در حالت سوم که به  Complex geometry معروف است هم فانکشن های ساده را داریم و هم پارامترهای خاص مثل چرخ دنده ، میل بادامک ، میل لنگ و غیره ... . در این مواقع معمولا از cad فایل استفاده نمیشود و نرم افزارهای خاصی پارامترهای مورد نظر را محاسبه و کنترل میکنند . 

 

شناخت دستگاههای CMM :

 

تکنولوژی دستگاه

Probe head

نرم افزار

دقت و خطای دستگاه

بعد از شناخت و درک این چهار مورد است که میتوان دستگاه مورد نیاز را انتخاب کرد .

 

انواع CMM :

 

1- Bridge ( پل ) :

این دستگاه نیاز به فونداسیون نداشته و دارای دقت بالا و قیمت ارزانتر نسبت به مدل های دیگر هستند و فضای زیادی نیز اشغال نمیکنند .در شکل های زیر چند نمونه نمایش داده شده است .

 

2- Gantry (دروازه ای) :


در این ماشین دسترسی به قسمتهای مختلف قطعه براحتی امکان پذیر است و نیز load و unload قطعه نیز براحتی قابل دسترسی است و دارای دقت بالای نیز هستند .که بیشتر برای قطعات بزرگ و قالب ها مناسب میباشند .

 

 

3-Horizontal arm (بازویی یا ستونی) : بدلیل اینکه وزن ستون Y روی ستون Z میباشد روی دقت دستگاه تاثیر گذار است . برای اندازه گیری بدنه خودرو بسیار مناسب می باشد ، زمان اندازه گیری در صورت انتخاب دستگاه 2 بازویی نصف میشود .

در ضمن فضای زیادی اشغال میکنند.

 

  

دستگاه بازویئ دوقلو

 

دستگاه بازوئی با یک ستون

 

2- پراب ها Probes :


پراب به مجموعه ای از ابزارهای اصلی دستگاه اندازه گیری اطلاق میشود که وظیفه برداشتن اطلاعات عددی از قطعه و ارسال آن به واحد پردازش و نرم افزار دستگاه را دارند که این مجموعه شامل :

Motorize probe head, probe, extension, stylus, rabbi ball

میباشد 

شکل بالا مجموعه پراب تماسی را نمایش میدهد که با تماس Robbi ball به سطح قطعه اطلاعات عددی را استخراج میکند .(دسته بندی پراب شرح داده میشود) .

شرکت Renishaw انگلستان سازنده کلیه تجهیزات مربوط به پراب های تماسی در دنیا می باشد که تقریبا تمام شرکت های CMM ساز دنیا از موتورایز پراب های Renishaw استفاده میکنند ، بجز شرکت Zeiss آلمان که پراب هدهای انحصاری خودش معروف به RDS را طراحی کرده و استفاده میکند .

 

دسته بندی پراب ها :

 

تماسی (Contact) : پراب های تماسی در 2 نوع موجود می باشند یکی پراب های Point to Point و نوع دیگر پراب های Scanning می باشند . در نوعpoint to point (طبق شکل بالا) با برخورد ( تاچ کردن) Robbi ball با سطح قطعه اطلاعات عددی مربوط به یک نقطه استخراج میشود (Renishaw TP20) . در مدل Scanning پراب بصورت تماسی و یا مالشی روی قطعه حرکت کرده و می تواند تا 19200 نقطه در ثانیه اطلاعات عددی استخراج کند (Renishaw SP600) .

 

غیر تماسی (Non contact) : پراب های غیر تماسی به سه دسته تقسیم میشوند و کاربرد أنها بیشتر در مواقعی است که سرعت بالا در اندازه گیری مد نظر باشد و یا به خاطر شکل و فرم قطعه یا نرم و ارتجاعی بودن جنس قطعه امکان استفاده از پراب های تماسی وجود ندارد . برای مثال جهت روشن شدن اختلاف سرعت اندازه گیری پراب های تماسی با غیر تماسی در نظر بگیرید که در اندازه گیری یک دایره با پراب تماسی شما باید حداقل 6 نقطه تاچ کنید که تقریبا 15 ثانیه زمان میبرد اما در پراب غیر تماسی اطلاعات همان نقطه در یک آن استخراج میشود . در اینجا سه مدل پراب غیر تماسی با قابلیت های متفاوت معرقی شده است .

1_ Point to point (Renishaw OTP6M)

2_Point Scanning (Wolf & Beck OTM3M)

3_Stripe Scanning (Metris)

 

 

 

در مدل Striper اطلاعات بصورت کپی برداری یا عکس برداری از روی قطعات بزرگ و پیچیده مثل قالب های بزرگ استخراج میشود .

نرم افزار(soft ware) :

 

 شرکت های مختلف سازنده CMM در دنیا هر کدام نرم افزار های مخصوص به خود را همراه با دستگاه ارائه میکنند . البته امکان استفاده از نرم افزار های مختلف برای دستگاه با استفاده از مبدل هایی وجود دارد . تا جایی که بعضی از شرکت ها در دنیا فقط به تولید نرم افزار های اندازه گیری مشغول می باشند . معمولا هر دستگاه دارای یک نرم افزار پایه ژئومتریکی است و یک نرم افزار با قابلیت اندازه گیری با Cad data . یک دستگاه اندازه گیری سه بعدی با توجه به نوع نیاز مصرف کننده امکان نصب نرم افزارهای مختلف اندازه گیری و محاسبه و آنالیز را باید داراباشد .

 

4- دقت و خطای دستگاه :

 

با افزایش وکاهش دما هم قطعه و هم دستگاه اندازه گیری دچار انبساط و انقباض ناشی از تغییرات دما میشوند ، به همین دلیل کنترل تاثیر دما برای استفاده از CMM در روش In line اهمیت پیدا میکند .برای رفع این تاثیر منفی در نتیجه اندازه گیری قابلیت Temperature Compensation  به توانایی های دستگاههای سه بعدی اضافه شده است .

در تکنولوژی قدیمی خط کش های سه محور به دستگاه چسبیده میشد که این موضوع باعث تابیدگی Scale بدلیل تغییرات دما میشد، اما امروزه خط کش ها را از جنس ها و آلیاژهایی میسازند که هادی حرارت باشند تا یکنواختی دما در آنها ایجاد شود .

بطور کلی اگر خط کش دستگاه CMM دارای شرایط زیر باشد امکان استفاده از آن دستگاه بصورت In line وجود دارد :

1- خط کش امکان انبساط جدا از دستگاه را داشته باشد .

2- گواهی دقت داشته باشند .

3- هادی باشند .

 

اگر دمای 20 درجه سانتی گراد برای اندازه گیری قطعه ای پیشنهاد شده باشد و داشته باشیم :

ap = 22 μm/C/m

as = 10 μm/C/m

و طول قطعه اندازه گیری 1 متر فرض شود آنگاه خطا برابر خواهد بود :

Error = (ap - as) * 5 C *1m = 60 μm

 

بغیر از خطاهای که به دلیل تاثیر تغییرات دما در اندازه گیری وجود دارد خطاهای هندسی و ژئومتریکی در اندازه گیری هر نقطه وجود دارد که دستگاه CMM باید قابلیت محاسبه و اصلاح آنها را داشته باشند که بطور خلاصه شامل :

Linear errors

Square ness errors

Rotational errors

Sinking errors (for horizontal arm)

 

است و فروشنده CMM باید تاییدیه قابلیت کنترل و اصلاح حداقل 21 پارامتر را به خریدار ارئه نماید .

CMM های پیشرفته باید مطابق با استاندارهای کنترل دقت ذیل کنترل شده و موارد أنها را پاس نمایند :

 

ISO1036/2

 

MPE: Volumetric length measuring uncertainty along any direction space

 

MPE: Volumetric probing uncertainty

 

ISO 10360/4

MPE: Scanning performance

 

ISO 10360/5

Multi plus stylus probing system error

شرکت های معروف و معتبر CMM ساز دردنیا به شرح ذیل میتوان نام برد .

 

 

GERMANY

ENGLAND

ITALYA

U.S.A

ZIESS

LK

DEA

BROWN & SHARPE

ZETT MESS

IMS

POLI

 

MORA

ITP

 

 

WENZEL

 

 

 

 

واژه شناسی

استاندارد اندازه گیری :

Measurement standard

Etalon

سنجه مادی ، دستگاه اندازه گیری ، ماده مرجع یا سیستم اندازه گیری که هدف آن تعریف ، تحقیق ، ابقاء یا باز تولید یکایک کمیت یا مقداری ( یا مقادیری ) از آن است که به عنوان مرجع به کار گرفته می شود .

الف ) استاندارد جرم یک کیلو گرمی .

ب ) مقاومت استاندارد صد اهمی . 

ج ) استاندارد طول یک متری .

 

استاندارد بین المللی اندازه گیری :

International measurement standard

Etalon international

استانداردی که در توافق بین المللی به عنوان مبناء برای کمیتی به رسمیت شناخته می شود تا برای مشخص شدن مقادیر سایر استاندارد های کمیت مورد نظر در سطح جهانی به کار گرفته شود .

 

کالیبراسیون :

Calibration

Etalonnage

مجموعه عملیاتی که تحت شرایط مشخص ، میان نشاندهی یک دستگاه یا سیستم اندازه گیری ، یا مقدار یک سنجه مادی یا ماده مرجع و مقدار منتاظر آن که از استانداردهای اندازه گیری حاصل می شوند رابطه بر قرار می کند .

نتیجه کالیبراسیون ممکن است در مدرکی ثبت شود که گاه آن را گواهی نامه کالیبراسیون یا گزارش کالیبراسیون می نامند .

 

گستره نامی :

Nominal range

Caliber

 

مقدار نامی :

Nominal value

Valeur nominale

 

فرآیند اندازه گیری :

Measurement process

مجموعه فرآیند دستورالعملها ، رویه های مدون شده ، ابزار دقیق ، نرم افزار ها و افرادی که در ارتباط با کار اندازه گیری هستند به عنوان فرآیند اندازه گیری شناخته می شوند .

 

درستی دستگاه اندازه گیری :

Accuracy of measuring instrument

Exactitude d’un instrument de measure

توانایی دستگاه اندازه گیری در دادن پاسخی نزدیک به مقدار واقعی .

تکرار پذیری :

Repeatability of a measuring instrument

Fidelite d’un instrument de measure

توانایی دستگاه اندازه گیری در نشان دهی نسبتا یکسان در هنگامی که اندازه گیری اندازه ده در شرایط یکسان تکرار شود . این شرایط یکسان عبارتند از :

به حداقل رساندن تغییرات ناشی از ناظر .

همان روند اندازه گیری .

همان ناظر .

همان تجهیزات اندازه گیری ، تحت همان شرایط به کار گیری .

همان محل .

تکرار در یک فاصله زمانی کوتاه .

 

تجدید پذیری نتایج اندازه گیری :

Reproducibility of resulta of measurement

Reproducibilite des resultas de mesurage

نزدیکی توافقی میان نتایج اندازه گیری هایی تحت شرایط تغییر یافته اندازه گیری روی همان اندازه ده انجام می شود . شرایط تغییر یافته ممکن است موارد زیر با شند :

اصل اندازه گیری .

روش اندازه گیری .

ناظر .

دستگاه اندازه گیری .

استاندارد مرجع .

محل .

شرایط اندازه گیری .

 

خطای اندازه گیری :

Error of measurement

Erreur de mesure

نتیجه اندازه گیری منهای مقدار واقعی اندازه ده .

 

 

انحراف :

Deviation

Ecart

مقدار بدست آمده منهای مقدار مرجع آن .

 

 

خطای نسبی :

Relative error

Erreur relative

خطای اندازه گیری تقسیم بر مقدار واقعی اندازه ده .

 

 

خطای تصادفی :

Random error

Erreur aleatoire

/ 0 نظر / 35 بازدید