Координатные измерительные машины

Координатные измерительные машины (КИМ) являются гибким средством для автоматического измерения геометрии деталей, изготавливаемых в ГПС. В КИМ используется координатный метод измерения, сводящийся к последовательному нахождению координат ряда точек измеряемой детали и к последующему вычислению на основе результатов измерения размеров детали. Для управления процессом измерения в этом случае пригодны устройства ЧПУ, а обработка результатов измерений осуществляется встроенными микроЭВМ.

Общий вид КИМ портального типа показан на рис. 127 (1 – основание; 2 – поворотный стол; 3 – прижимное устройство; 4 – деталь, ожидающая обслуживания; 5 – измерительные щупы; 6 – измеряемая деталь; 7 – управляющий вычислительный комплекс; 8 – пиноль;
9 – портал; 10 – каретка). Портал 9 КИМ может перемещаться по точным направляющим относительно основания 1 вдоль координаты C.

Относительно портала 9 перемещается каретка 10 в направлении координаты U, перпендикулярной направлению движения портала 9 по координате C. Каретка 10 имеет пиноль 8, перемещающуюся в вертикальном направлении вдоль координаты Z. Таким образом, три перемещения образуют в пространстве прямоугольную систему координат CUZ.

Координатные перемещения подвижных узлов осуществляются с помощью управляемых от устройства ЧПУ приводов и контролируются точечными датчиками перемещений (индуктосины, растровые фотоэлектрические датчики). При конструировании КИМ принимаются меры для повышения точности направляющих и измерительных систем. Так, в современных КИМ направляющие часто делают из гранита, что повышает их точность и стабильность, применяют аэростатические направляющие и т. д.

На пиноли 8 закрепляются измерительная головка, которая обычно снабжена несколькими измерительными наконечниками 5 для обеспечения возможности измерения координат труднодоступных точек. В качестве измерительных головок используются как головки касания, так и головки отклонения. Измерительные головки могут снабжаться сменными измерительными наконечниками, смена которых производится как вручную, так и автоматически под управлением программы.

При производстве измерений деталь 6 устанавливается на стол КИМ и под управлением программы измерительный наконечник 5 измерительной головки подводится к базовым точкам контролируемых поверхностей детали. Отсчет координатных перемещений ИГ в момент касания измерительным наконечником контролируемой поверхности дает возможность определить координаты базовой точки в системе координат измерительной машины. Путём последующей обработки координат ряда точек производится пересчёт координат в систему координат детали с определением фактического расположения последней на столе станка (принцип математического базирования детали) и вычисление размеров детали. Вычисленные размеры сравниваются с допустимыми с целью решения задач технического контроля качества. Процесс измерений документируется с распечаткой стандартных протоколов контрольной операции.

Управление работой КИМ осуществляется от ЭВМ, которые, с одной стороны, выполняют функции устройства ЧПУ при организации перемещений наконечников ИГ в базовые точки, а с другой – производят обработку измерительной информации. При обработке измерительной информации стандартными функциями являются:

· определение координат и поправок для каждого измерительного наконечника ИГ путём измерения образцовой детали – калибратора (шар или куб), установленной отдельно на столе КИМ;

· формирование системы координат детали на основании измерений координат ряда точек её поверхностей в системе координат КИМ;

· расчет геометрических параметров измеряемой детали;

· статистическая обработка результатов измерений;

· подготовка данных для автоматического управления обработкой с целью компенсации систематических технологических погрешностей;

· протоколирование результатов измерений.

Для решения данных задач системы управления КИМ требуют развитое программно-математическое обеспечение (ПМО). ПМО имеет иерархическую структуру и состоит из ряда программных подсистем, ориентированных на решение конкретных задач. Так, все КИМ универсального назначения имеют ПМО для двух- и трёхмерного измерения корпусных деталей. Имеются ПМО для измерения сложных и специальных поверхностей. В настоящее время известен ряд систем ПМО для КИМ, разработанных отечественными и зарубежными изготовителями.

В качестве примера рассмотрим возможности пакета программ UMESS фирмы Оптон для многокоординатных измерительных машин. Эта система позволяет работать как с головками касания, так и с головками отклонения при наличии у них до 25 измерительных наконечников. При этом автоматически учитываются размеры наконечников, направления их перемещений и характер ощупываемого контура детали (внешний или внутренний). UMESS предусматривает расчет полного набора геометрических элементов детали на основе измерения координат до 1000 точек, определение отклонений формы и расположения поверхностей. Предусмотрена также статистическая обработка измерительной информации. Эта система программ допускает самые различные преобразования координат, коррекцию результатов измерений для исключения ряда составляющих погрешности измерения (например, температурной составляющей). Большое внимание уделяется содержанию и способам оформления протоколов измерений, включая графическое представление результатов. Система ориентирована на диалоговый режим задание операций и программирование методом обучения.

Наибольшее число моделей автоматических КИМ имеет диапазоны измерения от 600*600*400 мм до 4000*2000*1000 мм. Дискретность отсчёта, как правило, составляет 0,5–1 мкм, а погрешность измерения – от (2,5 ¸ 3.5´ ) до (14 ¸ 14´ ) мкм, где – измеряемая величина, мм. Конструктивное исполнение КИМ различно: известны портальные, стоечные, консольные и мостовые КИМ.