Координатно-измерительные машины: точность нового поколения

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА»
 

Coordinate measurement machines:
accuracy of new generation
In the conditions of modern manufacture in such branches as general engineering industry, aviation, aerospace and medical industry, demands to accuracy and speed of measurements continuously raise. For this reason, the role of measuring means increases which accuracy should be 10 times more than a permissible error.

 

 

Ф.И. Горбач, технический директор,
С.О. Макаров, директор, ЧП «СпецМаш»,
г. Черкассы

В условиях современного производства в таких отраслях, как общее машиностроение, авиационная, аэрокосмическая и медицинская промышленность, требования к точности и скорости измерений непрерывно повышаются. По этой причине возрастает роль измерительных средств, точность которых должна быть на порядок выше, чем допустимая погрешность. В соответствии с этими тенденциями в последние годы наблюдается стремительное развитие конструкций и технических возможностей координатно-измерительных машин (КИМ).

Несмотря на разнообразие моделей КИМ, их можно сгруппировать по типам исполнения.

  1. 3D-портальные.
  2. Стоечные.
  3. Шарнирно-сочлененные типа «рука».
  4. Шестиосевые на основе платформы Стюарта.
  5. Фото- и рентгенографические.
  6. Лазерные дальномеры с объемным сканированием (Laser Tracker).

Непременные требования ко всем измерительным машинам — точность и быстрота измерений, адаптируемость к условиям реального производства, простота в обучении персонала и эксплуатации КИМ. Одними из самых точных — ввиду хорошей сбалансированности конструкции и традиционной кинематики — являются установки портального типа.

По количеству выпускаемых КИМ в Европе несомненное лидерство остается за фирмой Carl Zeiss IMT GmbH (г. Оберкохен, Германия). Среди измерительных машин портального и стоечного типов, выпускаемых этой компанией, особый интерес по соотношению «цена-качество», пожалуй, представляет серия CONTURA G2, которая выпускается в трех вариантах исполнения.

Модель CONTURA G2 Activ оснащена измерительной головкой активного сканирования VAST XT (патент Carl Zeiss), позволяющей получать результаты измерений формы и положения. Максимальная длина щупа — 500 мм, что позволяет проводить измерения корпусных деталей с глубоко расположенными элементами.

CONTURA G2 RDS имеет поворотную головку RDS, пассивный сканирующий датчик VAST XXT или бесконтактный оптический датчик ViScan. Поворотная головка способна выполнять разворот вокруг двух взаимно перпендикулярных осей в диапазоне углов ±180° с дискретностью 2,5°. Такая конфигурация сенсорики позволяет проводить измерения элементов во множестве различных угловых положений, а также в деталях с большим количеством отверстий.

CONTURA G2 Direct оснащена пассивным сканирующим датчиком VAST XXT, установленным без поворотной головки. Область применения — контроль небольших деталей с несложной геометрией.

В целом серия CONTURA G2 имеет пять типоразмеров со следующими диапазонами максимальных измерений по осям Х: 700–1000 мм; Y: 700–2100 мм; Z: 600 мм. Погрешность линейного измерения при температуре окружающей среды от +18 до +22 °С составляет МРЕ 1,8 мкм + L/300 по ISO 10360, а с опцией HTG температурный диапазон измерений расширяется до показателей от  +18 до +26 °С.

Стол и направляющая по оси Y в КИМ CONTURA G2 изготовлены из специального гранита, а направляющие по X и Z изготовлены из специального керамического материала. Портал перемещается  на воздушных подшипниках.

В качестве программного обеспечения (ПО) в CONTURA G2 используется пакет CALYPSO Software с русскоязычным интерфейсом на базе CAD. Он позволяет составлять и модифицировать программы измерительных операций с визуальной метрологией, оптимизировать последовательность операций, получать высокую производительность для разнообразной сенсорики, использовать разнообразные программные функции, формулы и параметры. Дружественный русскоязычный интерфейс облегчает работу оператору.

Компанией Carl Zeiss также выпускается измерительный комплекс METROTOM, который позволяет в автоматизированном режиме осуществлять технологию метротомографии. При ее использовании измеряемая деталь помещается в поле слабого рентгеновского излучения, затем ее рентгеновское изображение фокусируется на специальном экране-приемнике и запоминается в памяти компьютера. Далее деталь поворачивается на небольшой угол, и процесс повторяется до тех пор, пока она не сделает полный оборот. Полученный трехмерный массив данных, содержащий информацию о детали, обрабатывается компьютером, визуализируется на экране монитора и содержит полную информацию о геометрии наружных поверхностей, а также о внутренней структуре (имеющихся трещинах, раковинах, пористости). Результаты исследования распечатываются в виде протокола измерений. Установка соответствует директивам радиационной безопасности согласно DIN 54113 для полностью защищенных приборов этого типа.

С помощью комплекса METROTOM можно выполнять следующие операции:

  • измерения размеров в диапазоне 300 x 300 x 300 мм;
  • сравнение геометрии изделий;
  • обратный инжиниринг;
  • анализ повреждений и дефектов;
  • анализ пористости;
  • контроль сборки.

Тенденция к миниатюризации многих изделий в таких отраслях, как робототехника или имплантология в медицине, привели к расширению производства микрокомпонентов. По этой причине возрастает потребность в повышенной точности изделий малых размеров, в разработке методик проверки геометрии микродеталей, причем выпускаемых довольно большими партиями. Уменьшение размеров и допусков приводит к более жестким техническим требованиям к измерительным машинам и их сенсорике. Идя навстречу этим тенденциям, фирма Carl Zeiss разработала машину F25 для измерения микрокомпонентов. Расположение ее осей позволяет соблюдать принцип Abbe comparator на уровне измерительного стола. Оси установлены на аэростатических подшипниках и оборудованы линейными приводами. Машина оснащена одним тактильным и одним оптическим датчиком (камерой слежения). Высокая чувствительность обеспечивается пьезоэлектрическим принципом работы датчика с малым измерительным усилием, исключающим повреждение измеряемой микродетали. Оптическая камера облегчает работу оператора при малых размерах детали и щупа. В качестве программного обеспечения используется метрологический программный пакет CALYPSO.

Для изготовлении высокоточных медицинских деталей, например, имплантантов для суставов, внутривенных катетеров, а также отдельных видов хирургических инструментов, где качество измерений играет особую роль, применяются новые специализированные КИМ, с CAD-моделированием и программным обеспечением CAM 10 Studio. При двухкоординатном контроле оптически проверяют качество изготовления поверхности искусственных суставов, при трехкоординатном — соблюдение заданных размеров.

Однако по технологии производства не всегда нужна микронная точность и не всегда есть возможность использования стационарных КИМ. К примеру, при изготовлении кузовов легковых автомобилей из штампованных элементов неточность готовых деталей может составлять до нескольких миллиметров, а сам процесс сборки требовать периодического контроля непосредственно на месте. Поэтому в сегменте измерительных систем появились мобильные координатно-измерительные машины, обладающие универсальными возможностями, автономностью, простотой в эксплуатации и обучении работе с ними — и притом с более низкой, чем у портальных установок, стоимостью. Таким оборудованием можно проводить 3D- контроль в диапазоне от 0 до 70 м с точностью от ±5 до ±176 мкм. К их числу относятся шарнирно-сочлененные измерительные машины (типа «рука») в 6- и 7-осевом исполнении, а также устройства типа Laser Tracker (лазерные КИМ).

Лидером в производстве мобильного координатно- измерительного оборудования, занявшим на сегодняшний день около 80 % мирового рынка, является фирма FARO Technologies Inc. (США). Например, ее модель Quantum FaroArm позволяет проводить измерения с точностью ± 0,025 мм, Gage Plus — 0,006 мм.

Применяемая фирмой технология Faro ScanArm предусматривает сочетание датчика Laser Line Probe (LLP) c кинематикой FaroArm, таким образом, получается бесконтактный метод контроля с точностью от ±53 мкм.

В случае использования бесконтактного метода с лазерной головкой LLP V 3 либо контактного метода с жесткими щупами, оборудование FARO оказывается удобно использовать как для контроля, так и для реинжиниринга производства. Оборудование компании широко применяется в аэрокосмической, автомобильной, судостроительной промышленности — для измерения линейных и угловых размеров, контроля формообразующих поверхностей крупногабаритных изделий с точностью от ±11 мкм.

Из украинских фирм, предлагающих 3-координатные измерительные машины, только ЧП «СпецМаш» поставляет оборудование собственного изготовления, причем с очень выгодным для отечественных предприятий соотношением «цена-качество». Компания выпускает разнообразные модели КИМ — от настольных, потребителем которых являются метрологические службы заводов, до машин, предназначенных для работы непосредственно в производственных цехах. Диапазон их измерений по осям:  X — 320–600 мм, Y — 320–650 мм, Z — 270–450 мм.

Благодаря качеству обработки основных деталей, получаемых из специального гранита, достигается высокая точность конструкции машин в целом. Применение аэростатических подшипников и сбалансированной кинематики на моделях КИМ 550-Р, КИМ 550-М (А), КИМ 330-РМ позволяет сохранять высокую жесткость и идеальную ортогональность системы координат на протяжении всего срока эксплуатации. В программном обеспечении применена система САА (Computer Aided Accuracy) — компьютерная корректировка ошибок кинематики, что позволяет выдавать точные результаты измерений.

Представленные возможности некоторых ведущих производителей измерительных машин доказывают, что совершенствование КИМ ведется по пути развития точности и скорости измерений, внедрения новых систем сенсорики и адаптроники, реализации концепции открытой архитектуры в программном обеспечении, позволяющей импортировать файлы САПР и формировать программы линейных измерений, создавать единую мультисенсорную измерительную систему с простым и понятным оператору интерфейсом.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.