ماشین های اندازه گیری مختصات

ماشین های اندازه گیری مختصات

اسلاید 1: Coordinate Measuring Machines (CMM)ماشين هاي اندازه گيري مختصاتتهيه و تنظيم:محمد مهدي کشاورزيدانشگاه آزاد اسلامي واحد ساوهبهار 88

اسلاید 2: مقدمه : با گسترش روز افزون صنايع قطعه سازي و ايجاد رقابت در توليد با کيفيت برتر ،اندازه گيري و کنترل کيفيت از جايگاه مهم و ويژهاي برخوردار است. چرا که اندازه گيري و بکارگيري روشهاي مناسب براي کنترل خط توليد، براي توليد قطعات يکسان وظيفه واحد کنترل کيفيت بوده که با تهيه کردن سخت افزار و نرم افزار مورد نياز و با ايجاد و به کارگيري روشهاي مناسب براي کنترل قطعات ،بهترين راهنماي واحد توليد براي توليد با کيفيت قطعات در تيراژ بالاست که در نتيجه از توليد قطعات معيوب جلوگيري مي کند. در همين راستا جهت کنترل اجباري برخي از قطعات به مواردي بر مي خوريم که نمي توان از وسايل اندازه گيري عمومي مانند کوليس وميکرومتر و ..... استفاده کرد در چنين مواردي مي توان از دستگاه هاي اندازه گيري سه بعدي cmm استفاده کرد.

اسلاید 3: يک ماشين اندازه گيري مختصات (CMM) چيست ؟ در اصل يک ماشين اندازه گيري مختصات (CMM) ماشيني است که اندازه هاي جبري و مختصاتي هر نوع قطعه اي را با دقت بسيار بالا اندازه گيري مي کند . در طي فرآيند اندازه گيري ،محورهاي مختصات ماشين به وسيله مکانيزم حرکتي بر روي قطعه حرکت مي کنند. به منظور بدست آوردن يک نتيجه مطلوب و قابل قبول در اندازه گيري دقيق لرزش هاي موجود در دستگاه مي بايست تا حد امکان حذف و کاهش يابد . بنابراين مکانيزم حرکتي در اين ماشين ها بايد سختگيرانه و دقيق باشد . اين کنفرانس جزييات يک ماشين اندازه گيري مختصات (CMM)، قسمت هاي مختلف آن و همچنين هدف اين ماشين ها را از اندازه گيري بيان مي کند .

اسلاید 4: مفهوم يک ماشين اندازه گيري مختصات : Understanding the Coordinate Measuring Machineتصوري از دستگاه مختصات در يک ماشين اندازه گيري مختصات ، دستگاه مختصات مي تواند به منزله يک نقشه خيابان با مکان هاي آن تصور شود.

اسلاید 5: يک ماشين اندازه گيري مختصات (CMM ) بيشتر شبيه به يک انگشت مي ماند که قادر است مختصات نقشه را بر روي آن پيدا کند که اين کار به وسيله محورهاي تعبيه شده بر ماشين صورت مي پذيرد . در واقعيت ، به جاي انگشت ؛ ماشين اندازه گيري مختصات (CMM ) از يک جستجوگر (از جنس ياقوت) براي اندازه گيري مکان ها بر روي قطعه کار استفاده مي کند .هر نقطه بر روي قطعه کار يک نقطه منحصر به فرد مي باشد که به سيستم مختصات ماشين باز مي گردد. ماشين اندازه گيري مختصات (CMM ) ترکيبي است از نقاط اندازه گيري شده به منظور تشکيل يک ويژگي که مي تواند با همه اجزا و ويژگي ها در ارتباط باشد .

اسلاید 6: علل استفاده از دستگاه CMMسرعت و دقتقابليت اندازه گيري تلرانس هاي فرم و وضعيتقابليت برنامه نويسيقابليت اندازه گيري پوستهتعريف رياضي محورها به صورت سادهاندازه گيري اپتيکي

اسلاید 7: انواع CMMالف - از نظر شکل ظاهري :1- دروازه اي داراي دقت بالا2- بازوي داراي قدرت مانور بالاب – از نظر نوع حرکت :1- cmm air bring : نيروي محرکه فشار هوا و نيروي دست اپراتور است ( دقت ميکرون )2- cmm roiler bring : محور ها توسط بلبرينگ روي بدنه نصب شده است و توسط چرخ و شانه به صورت دستي يا موتوري حرکت مي کند ( دقت صدم ميکرون )

اسلاید 8: نسل هاي مختلف اين دستگاه از آغاز تا کنون را مي توان به صورت زير معرفي کردبدون نمايشگر – ورنيه اي نمايشگر ساده – نمايشگر مختصاتپردازنده ساده با توانائي محدودکامپيوتر با نرم افزار ساده – سيستم عامل DOSپيشرفته

اسلاید 9: دو نوع سيستم هاي مختصات براي ماشين هاي اندازه گيري مختصات (CMM )وجود دارد:1 - نوع اول « سيستم مختصات ماشيني» (Machine Coordinate system ) ناميده مي شود.در شکل محورهاي X ،Y وZ به حرکات ماشين اشاره دارند . هنگامي که از جلو به ماشين نگاه مي کنيم ؛ محور X ها از چپ به راست ،محور Yها از جلو به عقب و محور Z ها به صورت عمودي نسبت به دو محور ديگر به بالا و پايين حرکت مي کند.2 - نوع دوم سيستم هاي مختصات به «سيستم مختصات تفکيک شده » (part coordinate system) معروف مي باشد ؛که در اين نوع محورهاي X ،Y و Z با ويژگي هاي قطعه کار در ارتباط مي باشند.

اسلاید 10: اسلوب و روش کار ماشين اندازه گيري مختصات : The Coordinate Measuring machine systemيک ماشين اندازه گيري مختصات (CMM) از يک اتاقک کنترل ، يک جعبه تماسي ،يک کامپيوتر(PC) ويک سازه مکانيکي تشکيل شده است . شکل زير که نمايش دهنده عکسي از يک کنترل کننده ماشين CMM و B3C-LC مي باشد . اتاق کنترل همچنين شامل اتصالات با محيط اطراف مي باشد ؛ مانند پورت هاي (I/O) ويک شبکه مشترک .از جعبه تماسي زماني استفاده مي شود که ما بخواهيم به صورت دستي ماشين اندازه گيري مختصات را جا به جا کنيم . عکسي از جعبه تماسي را در شکل مي توانيم مشاهده کنيم . از کامپيوتر براي اجراي برنامه هاي مربوط به اندازه گيري که مي توانند با واحد کنترل در ارتباط باشند استفاده مي شود

اسلاید 11:

اسلاید 12: سازه مکانيکي يک ماشين اندازه گيري مختصات : The Mechanical Structure ميز گرانيتي بر بالاي يک ميز کار محکم نصب شده ايت . قسمت هاي مورد اندازه گيري بر روي ميز کار قرار مي گيرند و محکم مي شوند . پايه رابط بر روي مکانيزم محور رانش نصب شده است . مکانيزم رانش پايه رابط را در طول محور Y ها حرکت مي دهد مونتاژ پرتو X از يک مکانيزم رانش مشابه مکانيزم رانش محور Y ها ساخته شده ايت . تنها تفاوت موجود اين است که مونتاژ پرتو X محورZ ها را در طول محور X ها وادار به حرکت مي کند . برج Z بر بالاي محور مونتاژ پرتو X نصب شده است . برج Z هم ، همچنين داراي يک مکانيزم مشابه محورهاي فوق مي باشد . برج Z ، مسيرZ را به بالا و پايين در طول محور Z ها حرکت مي دهد . جستجوگر در انتهاي مسير Z نصب شده است . هدف جستجوگر ايجاد ارتباط با سطح قطعه کار مي باشد . جستجوگر در حقيقت يک سويچ بسيار پيچيده مي باشد . براي ساده کردن اين جستجوگر ، تنها محور Yها و مکانيزم رانش آن بررسي مي شوند .

اسلاید 13: مکانيزم رانش محور Y ها : The Y-axis Drive Mechanism قسمت اصلي يک مکانيزم رانش ، يک موتور DC مي باشد که به يک قرقره متصل شده است

اسلاید 14: قرقره B به قرقره A به وسيله يک تسمه وصل است . قرقره C بر قرقره B واقع مي باشد . در پايان قرقره D به قرقره C به وسيله يک تسمه متصل شده است . پايه رابط E به تسمه متصل شده است . مکان پايه رابط yb در شکل و زاويه محور موتور از حالت خطي و دوراني رمزگذاري شده خارج شده اند . سرعت زاويه اي توسط يک سرعت سنج که به محور موتور متصل شده اندازه گيري مي شود .

اسلاید 15: مثال زير به ما نشان ميدهد هنگامي که پهناي يک جعبه اندازه گيري مي شود چه اتفاقي رخ مي دهد پايه رابط تا زماني حرکت مي کند که جستجوگر يک تماس با سطح جلويي را مشخص کند مکان پايه رابط را با رمزگذار خطي خوانده شده و در قسمت کنترل ذخيره مي شود .پايه رابط از قسمت مخالف به سمت عقب سطح حرکت کرده تا جيتجوگر ضربه اي ديگر را ثبت نمايد.جايگاه جديد به وسيله رمز گذار خطي خوانده شده و در قسمت کنترل ذخيره مي شود.مکان هاي اندازه گيري شده (اندازه هاي بدست آمده) از يکديگر تفريق مي شوند و نتيجه بيانگر اندازه پهناي جعبه مي باشد .اگر ماشين بر اثر استهلاک يا ميرايي دچار ارتعاش گردد ، جستجوگر قادر به تشخيص و ثبت مکان پايه رابط نمي باشد . اين امر دليل اهميت ميرايي را در اين سيستم ها بيان مي کند

اسلاید 16: سيستم حساس (پراپ) Probe systemحساسه ها وسايلي از جنس ياقوت و به شکلهاي کروي ،کاسه اي و... و در قطر ها و طولهاي مختلف ساخته مي شوندکه توسط وسايل الکتروني به واحد کنترل متصل مي باشد. با برخورد اين حساسه ها به سطح قطعه کار مختصات مورد نظر در واحد کنترل ثبت مي گردد.حساسه ها داراي دو نوع زير است :حساسه هاي مکانيکي الکترونيکي : اين حساسه ها با لمس سطوح سيکنالهايي به واحد کنترل مرکزي ارسال مي کنندحساسه هاي ليزري : اين حساسه ها بدون لمس قطعه اندازه گيري مي کند و براي قطعات اسفنجي يا جدار نازک پلاستيکي استفاده مي شود

اسلاید 17: کنترل کننده, B3 C-LC : The Controller,B3C-LC قسمت هاي اصلي يک کنترل کننده يک اتاقک با قسمت هاي سخت افزاري و يک جعبه تماسي مي باشد . در اتاقک ، پردازشگر اصلي که برنامه هاي نرم افزاري را اجرا مي نمايد ؛ يک پردازشگر Intel 486 مي باشد . اتاقک همچنين از يک صفحه با سه محور محرک براي کنترل مکانيزم رانش محور X ها ، Yها وZها تشکيل شده است . هر محور به طور مجزا مي تواند براي بهينه کردن خصوصيات محرک تنظيم شود و وفق يابد . انواع مختلف صفحات به منظور بالا بردن کيفيت کار و عملکرد مي توانند اضافه و استفاده شوند . در اين پردازش يک فاکتور که به کاربر اجازه مي دهد تا سيگنال هاي آنالوگ را به بخش فرمان يار سخت افزار وارد نمايد استفاده مي شود . علاوه بر اين خود دستگاه نيز داراي يک صفحه اختياري براي ارتباطات شبکه اي مي باشد . (Ethernet ) در اتاقک ايجاد ارتباط ديجيتال يا آنالوگ (I/O) براي کنترل وجود دارد .همانطور که قبلاً توضيح داده شد کنترل کننده CMM ، B3C-LC همچنين شامل يک جعبه تماسي نيز مي باشد .بر روي جعبه تماسي يک دسته فرمان3-DOF تعبيه شده که در چنين روش هايي مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . در اصل جعبه تماسي به کاربر اين اجازه را مي دهد که پايه رابط را در راستاي محور Yها ، برج Z را در راستاي محور Xها و در پايان مسيرZ را در راستاي محور Zها حرکت دهد . از اينرو ، از آنجاييکه جستجوگر به مسيرZ متصل مي باشد اين امکان فراهم مي شود که جستجوگر در راستاي محورهاي X، Y وZ يک سيستم اندازه گيري مختصات دقيق حرکت نمايد . به عنوان نمونه ، جعبه تماسي به منظور آموزش ماشين اندازه گيري مختصات (CMM) براي رديابي قسمت ها بر روي قطعه کار مورد استفاده قرار مي گيرد.

اسلاید 18: نرم افزارهاي کنترل کننده : The Controller Software برنامه هاي نرم افزاري مختلف زيادي وجود دارند که برنامه نويسي و راه اندازي ماشين هاي اندازه گيري مختصات (CMM) را در بر مي گيرند . در ابتدا کنترل کننده و سيستم کنترل بايد روشن و راه اندازي شوند . اين کار با سيستم Ethernet ( نوعي سيستم شبکه که امکان حمل اطلاعات سمعي و بصري را همانند داده کامپيوتري فراهم مي آورد .به علت ايجاد ارتباط با نرم افزارهاي اندازه گيري انجام مي شود . اساساً يک نرم افزار اندازه گيري (Wilcox,2001)PC-DIMIS ناميده مي شود که براي اندازه گيري هاي پيچيده کاربرد دارد . اگر چه در اين کار يک نرم افزار بسيار ساده به نام (B&S,2000) Testsoft استفاده مي شود . اين نرم افزار براي کنترل ماشين هاي CMM اي که از دستورات ساده اي مانند زير استفاده مي کنند ، کاربرد دارد :مثال : يک دستور Testsoft مانند زير مي باشد :Moudlt 100,200,50 که يکسري حرکات مرتبط با هم زير را شامل مي شود : پايه رابط 200 ميليمتر در راستاي محور Yها حرکت مي کند ، برج Z 100 ميليمتر در راستاي محور Xها حرکت مي کند و در پايان مسير Z 50 ميليمتر در راستاي محور Zها .مثال : يک دستور مهم ديگر Testsoft دستور زير مي باشد :autzer که بر طبق اين دستور پايه رابط ، برج Z ومسير Z به مکان هاي مشخص شده حرکت مي کنند و مقدار دهي اوليه مقياس سيستم ، در اين مورد که در مورد آن در حال بحث هستيم و رمز گذاري خطي را انجام مي دهد . هر دو برنامه بر روي پايانه اي که با سيستم Ethernet به وسيله کنترل ها در ارتباط مي باشند ، استفاده مي شوند .

اسلاید 19: برخي از نرم افزارهايCMMنرم افزار UMESS: شامل برنامه اندازه گيري استاندارد جهت اندازه گيري اشکال هندسينرم افزارSAM: جهت محاسبات اماري بر روي قطعات که با تيراژ بالا توليد مي شود. به عنوان مثال خلاصه ارزيابي قطعات به صورت اماري و لگاريتمي و منحني توزيع فراواني و... را براي تمامي قطعات رسم و اطلاعات ان را دسته بندي مي کند.نرو افزارKUM: جهت اندازه گيري کليه منحني هاي مشخص هندسي و نامشخص استفاده مي گردد و به کمک ان مي توان تصاوير دو بعدي و سه بعدي از منحني توسط پلاتر رسم نمود.نرم افزار GON, G-AGE,G-RAM:جهت اندازه گيري کليه چرخ دنده ها نرم افزار هاي AXEL , ACE و ......

اسلاید 20: سيستم کنترل : The Control Systemدر اينجا يک نمونه سازه کنترل براي ماشين هاي CMM بيان شده است . يک الگو و طرح کلي از اين سيستم در شکل زير داده شده است .

اسلاید 21: اين سيستم از پنج بلوک ،Fs، Fp،PID (که نماينده کنترل کننده واقعي مي باشد) و دو بلوک ديگر يعني موتور DC و مکانيزم رانش تشکيل شده است . فيدبک(پس خور) تابع انتقال Fs براي فيدبک سرعت زاويه اي از موتور با يک تاکومتر (وسيله اندازه گيري سرعت دوراني ) استفاده مي شود . تابع انتقال Fp براي تعيين موقعيت فيدبک با يک رمزگذاري خطي استفاده مي شود . تنظيم کننده PID براي تنظيم نمودن خصوصيات سيستم استفاده مي شود . به طور معمول موتور DC به عنوان تابع انتقال مرتبه دوم عمل مي کند و مکانيز رانش به عنوان يک بهره بردار استاتيکي ، وابسته به نسبت تبديل چرخدنده هاي سيستم رفتار مي کند . به عنوان مثال براي مکانيزم رانش محور Yها نسبت سرعت هاي دوراني محورهاي ورودي و خروجي جعبه دنده را به راحتي مي توان با چرخاندن يک دور محور موتور DC و خواندن مکان پايه رابط اندازه گيري نمود . در خواست هايي بر روي مدل هاي دقيق اين سيستم به منظور موفقيت در کار و کنترل بهتر ماشين هاي CMM وجود دارد . ورودي به سيستم يک منبع جريان آرميچر مي باشد . در حين کار خروجي نمايش داده شده به طور معمول مکان پايه مکان رابط مي باشد .