الأخبار - دليل القياس والآلات الكاملة لآلات قياس الإحداثيات

ما هي آلة CMM؟

تخيّل آلة CNC قادرة على إجراء قياسات دقيقة للغاية بطريقة آلية للغاية. هذا ما تفعله آلات CMM!

CMM هي اختصار لـ "آلة قياس الإحداثيات". ربما تكون أجهزة القياس ثلاثية الأبعاد الأفضل من حيث مرونتها الشاملة ودقتها وسرعتها.

تطبيقات آلات القياس الإحداثية

تُعد آلات القياس الإحداثي قيّمة عند الحاجة إلى إجراء قياسات دقيقة. وكلما كانت القياسات أكثر تعقيدًا أو عددًا، زادت فائدة استخدام آلة قياس الإحداثيات.

تُستخدم آلات قياس الإحداثيات عادةً للفحص ومراقبة الجودة، أي للتحقق من مطابقة القطعة لمتطلبات ومواصفات المصمم.

يمكن استخدامها أيضًا لـالهندسة العكسيةالأجزاء الموجودة عن طريق إجراء قياسات دقيقة لخصائصها.

من اخترع آلات CMM؟

طُوّرت أولى آلات قياس الإحداثيات (CMM) بواسطة شركة فيرانتي الاسكتلندية في خمسينيات القرن الماضي. وكانت هذه الآلات ضرورية لقياس دقة القطع في صناعات الطيران والدفاع. كانت أولى الآلات مزودة بمحوري حركة فقط. ثم طُرحت الآلات ثلاثية المحاور في ستينيات القرن الماضي بواسطة شركة DEA الإيطالية. وفي أوائل سبعينيات القرن الماضي، ظهرت تقنية التحكم الحاسوبي، ثم طرحتها شركة شيفيلد الأمريكية.

أنواع آلات قياس الإحداثيات

هناك خمسة أنواع من آلات قياس الإحداثيات:

آلة قياس ثلاثية الأبعاد (CMM) من النوع الجسري: في هذا التصميم، وهو الأكثر شيوعًا، يُثبَّت رأس آلة قياس ثلاثية الأبعاد على جسر. يُثبَّت أحد جانبي الجسر على سكة على سطح الآلة، بينما يُدعَم الجانب الآخر بوسادة هوائية أو أي وسيلة أخرى على سطح الآلة بدون سكة توجيه.
آلة الإحداثيات الكابولية CMM: تدعم آلة الإحداثيات الكابولية الجسر على جانب واحد فقط.
آلة قياس ثلاثية الأبعاد (CMM) ذات جسر علوي: تستخدم هذه الآلة سكة توجيه على كلا الجانبين، مثل جهاز التوجيه CNC. عادةً ما تكون هذه الآلات هي الأكبر حجمًا، لذا فهي تحتاج إلى دعم إضافي.
آلة قياس ثلاثية الأبعاد بذراع أفقي: تخيّل ذراعًا كابوليًا، ولكن بحركة الجسر بأكمله صعودًا وهبوطًا على ذراع واحدة بدلًا من الدوران حول محوره. هذه الآلات هي الأقل دقة، لكنها قادرة على قياس مكونات كبيرة ورفيعة، مثل هياكل السيارات.
آلات قياس ثلاثية الأبعاد بذراع محمولة: تستخدم هذه الآلات أذرعًا مفصلية، وعادةً ما تُوضع يدويًا. بدلًا من قياس إحداثيات XYZ مباشرةً، تحسب هذه الآلات إحداثيات كل مفصل من الموضع الدوراني والطول المعروف بينهما.

لكل منها مزايا وعيوب، وذلك حسب أنواع القياسات المطلوب إجراؤها. تشير هذه الأنواع إلى هيكل الآلة المُستخدم لتحديد موضعها.مسباربالنسبة للجزء الذي يتم قياسه.

فيما يلي جدول مفيد للمساعدة في فهم الإيجابيات والسلبيات:

نوع CMM	دقة	المرونة	أفضل استخدام للقياس
كوبري	عالي	واسطة	المكونات متوسطة الحجم التي تتطلب دقة عالية
ناتئ	أعلى	قليل	المكونات الأصغر حجمًا والتي تتطلب دقة عالية جدًا
الذراع الأفقي	قليل	عالي	المكونات الكبيرة التي تتطلب دقة منخفضة
جسر	عالي	واسطة	المكونات الكبيرة التي تتطلب دقة عالية
ذراع محمولة من النوع	أدنى	أعلى	عندما تكون قابلية النقل هي المعيار الأكبر على الإطلاق.

عادةً ما توضع المجسات في ثلاثة أبعاد: س، ص، ع. ومع ذلك، تتيح الآلات الأكثر تطورًا تغيير زاوية المجسات، مما يسمح بالقياس في أماكن لا يمكن للمجس الوصول إليها. كما يمكن استخدام الطاولات الدوارة لتحسين إمكانية الوصول إلى ميزات مختلفة.

غالبًا ما تكون آلات قياس الإحداثيات مصنوعة من الجرانيت والألومنيوم، وتستخدم محامل هوائية

المجس هو المستشعر الذي يحدد مكان سطح الجزء عند إجراء القياس.

تشمل أنواع المجسات ما يلي:

ميكانيكي
بصري
الليزر
الضوء الأبيض

تُستخدم آلات القياس الإحداثي بثلاث طرق عامة تقريبًا:

أقسام مراقبة الجودة: يتم الاحتفاظ بها عادةً في غرف نظيفة يتم التحكم في مناخها لتحقيق أقصى قدر من الدقة.
ورشة العمل: توجد آلات قياس الإحداثيات (CMMs) بين آلات التحكم الرقمي (CNC) لتسهيل إجراء عمليات التفتيش ضمن وحدة التصنيع مع الحد الأدنى من المسافة بين آلة قياس الإحداثيات والآلة التي تُشَغَّل فيها الأجزاء. هذا يسمح بإجراء القياسات مبكرًا، وربما بوتيرة أكبر، مما يؤدي إلى توفير التكاليف من خلال اكتشاف الأخطاء مبكرًا.
محمولة: تتميز آلات قياس الإحداثيات المحمولة بسهولة نقلها. يمكن استخدامها في ورشة العمل أو حتى نقلها إلى موقع بعيد عن مصنع التصنيع لقياس الأجزاء ميدانيًا.

ما مدى دقة آلات CMM (دقة CMM)؟

تختلف دقة آلات القياس الإحداثي. عادةً ما تهدف هذه الآلات إلى دقة ميكرومترية أو أفضل. لكن الأمر ليس بهذه السهولة. فمن ناحية، قد يكون الخطأ مرتبطًا بالحجم، لذا يُمكن تحديد خطأ القياس في آلة القياس الإحداثي كصيغة مختصرة تتضمن طول القياس كمتغير.

على سبيل المثال، تم إدراج جهاز Global Classic CMM من Hexagon باعتباره جهاز CMM متعدد الأغراض وبأسعار معقولة، وتحدد دقته على النحو التالي:

1.0 + لتر/300 ميكرومتر

هذه القياسات بالميكرون، وL يُقاس بالملليمتر. لنفترض أننا نحاول قياس طول سمة طولها 10 مم. ستكون الصيغة: 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30 أو 1.03 ميكرون.

الميكرون هو جزء من ألف من المليمتر، أي ما يعادل حوالي 0.00003937 بوصة. لذا، فإن الخطأ عند قياس طولنا البالغ 10 مم هو 0.00103 مم أو 0.00004055 بوصة. هذا أقل من نصف عُشر - خطأ ضئيل جدًا!

من ناحية أخرى، يجب أن تكون دقة القياس عشرة أضعاف ما نحاول قياسه. هذا يعني أنه يمكننا الاعتماد فقط على هذا القياس لعشرة أضعاف هذه القيمة، أي ٠٫٠٠٠٥ بوصة. مع ذلك، يبقى الخطأ صغيرًا جدًا.

تزداد الأمور تعقيدًا فيما يتعلق بقياسات آلات قياس الإحداثيات (CMM) في الورش. إذا وُضعت الآلة في مختبر فحص مُتحكم بدرجة حرارته، فسيكون ذلك مفيدًا للغاية. أما في الورش، فقد تتفاوت درجات الحرارة بشكل كبير. هناك طرق مختلفة يمكن لآلات قياس الإحداثيات (CMM) من خلالها تعويض تفاوت درجات الحرارة، ولكن لا توجد طريقة مثالية.

غالبًا ما يحدد مصنعو آلات قياس الإحداثيات دقة نطاق درجة الحرارة، ووفقًا لمعيار ISO 10360-2 لدقة آلات قياس الإحداثيات، يتراوح النطاق النموذجي بين 64 و72 درجة فهرنهايت (18-22 درجة مئوية). هذا جيد إلا إذا كانت درجة حرارة ورشة العمل لديك 86 درجة فهرنهايت في الصيف. عندها، لن يكون لديك دقة كافية لوصف الخطأ.

بعض المصنّعين يقدمون لك مجموعة من درجات الحرارة أو نطاقات قياس درجة الحرارة بمواصفات دقة مختلفة. ولكن ماذا لو كنت تستخدم أكثر من نطاق واحد لنفس دورة القطع في أوقات مختلفة من اليوم أو أيام مختلفة من الأسبوع؟

يبدأ الأمر بوضع ميزانية عدم يقين تأخذ في الاعتبار أسوأ الاحتمالات. إذا أدت هذه الحالات إلى تحمُّلات غير مقبولة لأجزاءك، فستكون هناك حاجة إلى تغييرات إضافية في العملية:

يمكنك تقييد استخدام CMM في أوقات معينة من اليوم عندما تنخفض درجات الحرارة إلى نطاقات أكثر ملاءمة.
يمكنك اختيار تشغيل الأجزاء أو الميزات ذات التسامح الأقل فقط في أوقات معينة من اليوم.
قد تتمتع أجهزة قياس الإحداثيات (CMMs) الأفضل بمواصفات أفضل لنطاقات درجات الحرارة لديك. قد تستحق ثمنها، حتى لو كانت أغلى بكثير.

بالطبع، ستؤثر هذه الإجراءات سلبًا على قدرتك على جدولة أعمالك بدقة. فجأةً، تعتقد أن تحسين التحكم في مناخ العمل في الورشة قد يكون استثمارًا مجديًا.

يمكنك أن ترى كيف أن عملية القياس بأكملها أصبحت معقدة للغاية.

العامل الآخر الذي يُسهم في هذا الجانب هو كيفية تحديد التفاوتات التي يجب فحصها بواسطة آلات قياس الإحداثيات (CMM). المعيار الأمثل هو القياس الهندسي والتفاوتات (GD&T). اطلع على دورتنا التمهيدية حول القياس الهندسي والتفاوتات (GD&T) لمعرفة المزيد.

برنامج CMM

تُشغّل آلات قياس الإحداثيات (CMM) أنواعًا مختلفة من البرامج. يُسمى المعيار DMIS، وهو اختصار لعبارة "معيار واجهة القياس البعدي". مع أنه ليس واجهة البرنامج الرئيسية لجميع مُصنّعي آلات قياس الإحداثيات، إلا أن معظمهم يدعمه على الأقل.

لقد ابتكر المصنعون نكهاتهم الفريدة من أجل إضافة مهام القياس التي لا يدعمها DMIS.

دي إم آي إس

كما ذكرنا، فإن DMIS هو المعيار، ولكن مثل رمز G الخاص بـ CNC، هناك العديد من اللهجات بما في ذلك:

PC-DMIS: نسخة Hexagon
أوبن دي إم آي إس
TouchDMIS: بيرسيبترون

مكوسموس

MCOSTMOS هو برنامج CMM الخاص بشركة Nikon.

كاليبس

Calypso هو برنامج CMM من Zeiss.

برامج CMM و CAD/CAM

كيف ترتبط برمجيات CMM والبرمجة ببرمجيات CAD/CAM؟

هناك العديد من تنسيقات ملفات CAD المختلفة، لذا تأكد من توافق برنامج CMM لديك مع التنسيقات. يُسمى التكامل النهائي بـ "التعريف القائم على النموذج" (MBD). باستخدام MBD، يمكن استخدام النموذج نفسه لاستخراج أبعاد جهاز CMM.

تعتبر MDB رائدة إلى حد كبير، لذا فهي لا تُستخدم حتى الآن في غالبية الحالات.

مجسات وتجهيزات وملحقات آلات قياس الإحداثيات (CMM)

مجسات CMM

تتوفر مجموعة متنوعة من أنواع وأشكال المجسات لتسهيل العديد من التطبيقات المختلفة.

تركيبات CMM

جميع التركيبات توفر الوقت عند تحميل وتفريغ القطع على آلات قياس الإحداثيات، تمامًا كما هو الحال في آلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC). يمكنك أيضًا الحصول على آلات قياس الإحداثيات مزودة بمحملات منصات آلية لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد.