Координатно-вимірювальна машина: опис, технічні характеристики, застосування

Машинобудівні підприємства все частіше інтегрують у виробничі процеси високоточне вимірювальне обладнання. Наприклад, за допомогою контролю заготівельно-штамповочной лінії можна отримати деталі з оптимальними геометричними параметрами з точністю до 01-02 мкм. Особливо виготовлення таких елементів важливо в авіаційному та космічному будівництві, де вимагається застосування складних прецизійних компонентів. Також не виключається і можливість використання подібних методик в галузях важкої промисловості, що обслуговує потреби широкої аудиторії масового споживача. На таких заводах і фабриках застосовується координатна вимірювальна машина (КІМ), що дозволяє контролювати процеси виготовлення і обробки болванок, пуансонів, поршневих елементів, витратних частин і т. д.

Принцип роботи обладнання

Весь процес можна умовно розділити на два етапи. На першому формується координатна модель або схему, у якій розподіляються контрольні точки. Кількість записуваних площин може бути різним в залежності від типу обладнання. Найпростіші моделі сканують об'єкт у системі, побудованої на осях X, Y, Z щодо базової точки. Більш технологічна 6-осьова координатно-вимірювальна машина будується на принципі паралельній кінематики. Це означає, що оператор одержує динамічну модель у вигляді усіченої піраміди, в якій присутня 6 вимірників на рухомий каретці. Другий етап передбачає безпосереднє зчитування інформації про геометричні параметри досліджуваного об'єкта. Для цього задіюються щупи або датчики, скануючі цільову деталь. Існують контактні і безконтактні види щупів – відповідно, перші взаємодіють з робочою поверхнею, а другі діють за принципом хвильового випромінювання. Типові координатно-вимірювальні машини в машинобудуванні зазвичай працюють на п'єзоелектричних датчиків, які можуть доповнюватися механіко-електричними контакторами. Це традиційна скануюча оснащення, до недоліків якої відносять високу похибку, яке обумовлюється різницею в силі торкання щупів. І тут варто звернутися до існуючих способів контролю, які регулярно удосконалюються.

Методи контролю

У системах першого покоління застосовувався плазово-шаблонний спосіб рахунки геометричних даних, але сьогодні підприємства переходять на бесплазовый. Принципова різниця між цими методами полягає у відмові від фізичних шаблонів і форм, завдяки яким здійснювався контроль. У нових модулях КІМ використовується електронна модель, яка надає на виході тривимірну картину «на базі математичних розрахунків. Чим вигідна така координатно-вимірювальна машина? Насамперед, уніфікацією комплексу даних, які можна використовувати і для інших розрахунків. Зібрана інформація заноситься в базу даних і автоматично переправляється на інші ділянки контролю, що займаються дослідженням суміжних частин. У підсумку оптимізується і виробничий процес, і техніка високоточною підгонки деталей між собою. При цьому і в сегменті бесплазовых методів є свої технологічні відгалуження. Слід розрізняти голографічні, оптичні і фотограмметрические способи контролю. Найбільш перспективним вважається лазерний спосіб сканування об'єкта.

Особливості лазерного контролю

По суті, цифровий метод, що відрізняється гнучкістю у формуванні моделей з підтримкою різних видів вимірювання – наприклад, кутового та лінійного. В процесі сканування утворюється лазерний промінь з застосуванням дифракційного ефекту. Такий контроль частіше використовується у виготовленні хвостовиків, трансмісійних елементів, шасі і т. д. За допомогою фотоприймального пристрою також реалізується непаралельне обстеження параметрів виробу. У цьому випадку лазерна координатно-вимірювальна машина дозволяє визначати розміри отворів, дефектів зміщення, вібраційні і інші характеристики. У подальшому за результатами діагностики інженер виносить рішення про балансуванню або часткової механічної доведення агрегату. Для вимірювання навантажень використовують лазерну авторефлекцию. Ця технологія фіксує показники зсуву при статичному навантаженні на цільову поверхню валів редукторів і технічних засобів.

Характеристики КІМ

За своїми розмірами і конструкції такі машини нагадують промислові обробні агрегати, але основні робочі характеристики відображаються у більш точних контрольно-вимірювальних одиницях та технічних даних. До таких можна віднести наступні параметри типової моделі: Похибка виміру – діапазон від 01 до 01 мм. Переміщення щупів по осях – 700-1000 мм Причому в одній установці характер руху по різним осям може відрізнятися. Максимально допустима вага для заготівлі – промислова координатно-вимірювальна машина здатна обслуговувати деталі масою до 1000 кг Потужність – в середньому 1500 Вт. Напруга – 380 Вт з допуском коливань до 10 %. Робочі температури – 10-35 °С.

Класифікація машин за способом управління

Моделі, які застосовують сучасні методи вимірювання, які переважно управляються через дистанційні панелі. Реалізується принцип програмного контролю, на якому будується робота вимірювальних приладів на базі CNC (числове програмування). Основна ж частина контрольно-вимірювальних систем сьогодні працює за комбінованою схемами. Це передбачає поєднання механічного та електронного управління з елементами автоматизації. Передова апаратура і зовсім передбачає зв'язки тих же щупів з паралельно функціонуючих виробничим обладнанням, на якому випускаються суміжні деталі. Використовується і традиційна конфігурація ручного управління. В цьому випадку оператор координатно-вимірювальної машини знаходиться безпосередньо на лінії контролю і взаємодіє з технікою допомогою спеціального джойстика. Ця модель застосовується в плазово-шаблонних агрегатах і поступово йде в минуле.

Класифікація за конструкційним виконанням

В залежності від умов експлуатації і задач обробки можуть використовуватися горизонтальні, вертикальні і мостові типи КІМ. У першому варіанті забезпечується висока точність, обумовлена жорсткість конструкції. Оператор в цьому випадку отримує можливість прямого доступу до внутрішньої структурі цільового об'єкта. На практиці горизонтальні установки частіше застосовуються в обслуговуванні дрібних деталей. Вертикальні координатно-вимірювальні машини вважаються найбільш точними, тому їх використовують у відповідальних метрологічних дослідженнях. Але, для використання такого устаткування буде потрібно термостатування цеху, а також високі витрати на обслуговування системи. Що стосується мостових машин, то вони завдяки зносостійкої оснащенні дозволяють працювати з великоформатними виробами.

Мобільні і стаціонарні КІМ

В основному застосовують стаціонарні машини на конвеєрних лініях, орієнтованих на конкретні завдання обслуговування заготовок з певними параметрами. Але при обробці унікальних великогабаритних заготовок може знадобитися обстеження «на виїзді». У цьому випадку буде потрібно портативна координатно-вимірювальна машина, забезпечена многоосевыми органами контролю. Кілька функціональних рукавів з чутливими датчиками аналізують об'єкт на відстані, посилаючи дані в комп'ютер або інше обробляє інформацію пристрій.

Застосування КІМ

Контрольно-вимірювальні системи в різних виконаннях потрібні на машинобудівних, авіаційних, металургійних і інших підприємствах. На невеликих заводах і майстернях, наприклад, часто використовують компактні агрегати з ручним управлінням. Точний контроль в даному випадку дозволяє випускати ексклюзивні дрібні деталі з правильною геометрією. В складних технологічних процесах застосування координатно-вимірювальних машин виправдовує себе, і як спосіб об'єднання декількох етапів виробництва. Наприклад, контрольний вузол може виступати центром збору інформації про всіх частинах і деталях конструкції або готового технічного засобу, що мінімізує ризик допущення помилок.

Висновок

Впровадження КІМ у виробничий процес давно стало показником сучасного підходу до діяльності підприємства. Відмова від застарілих підходів до контролю елементів і оснащення з використанням шаблонів підвищує і якість збірки, і технологічну ефективність робочої ділянки. В той же час і нове покоління вимірювальних приладів для контролю геометричних параметрів регулярно поліпшується в різних аспектах. Так, передовим напрямком розвитку можна назвати безконтактні лазерні сканери, що відрізняються зручністю використання і високою точністю аналізу. Єдиним недоліком прогресивних систем цього типу є висока вартість і дорожнеча обслуговування. На даному етапі лазерні моделі координатно-вимірювальних установок доступні тільки великим виробничим комплексам, а також дослідницьким центрам.