أخبار - دليل شامل لآلات القياس ثلاثية الأبعاد (CMM)

ما هي آلة قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (CMM)؟

تخيل آلة تعمل بنظام التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) قادرة على إجراء قياسات دقيقة للغاية بطريقة آلية للغاية. هذا ما تفعله آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (CMM)!

يشير اختصار CMM إلى "آلة قياس الإحداثيات". ربما تكون هذه الآلات هي الأفضل في مجال أجهزة القياس ثلاثية الأبعاد من حيث الجمع بين المرونة والدقة والسرعة.

تطبيقات آلات قياس الإحداثيات

تُعدّ آلات قياس الإحداثيات ذات قيمة كبيرة كلما دعت الحاجة إلى إجراء قياسات دقيقة. وكلما زادت تعقيد القياسات أو كثرت، زادت فائدة استخدام آلة قياس الإحداثيات.

تُستخدم آلات قياس الإحداثيات عادةً لأغراض الفحص ومراقبة الجودة. أي أنها تُستخدم للتحقق من أن القطعة تفي بمتطلبات ومواصفات المصمم.

ويمكن استخدامها أيضًا لـالهندسة العكسيةمن خلال إجراء قياسات دقيقة لخصائص الأجزاء الموجودة.

من اخترع آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد؟

طُوّرت أولى آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (CMM) من قِبل شركة فيرانتي الاسكتلندية في خمسينيات القرن الماضي. وكانت هذه الآلات ضرورية لقياس الأجزاء بدقة في صناعات الطيران والدفاع. وكانت أولى هذه الآلات ثنائية المحاور فقط. وفي ستينيات القرن الماضي، قدّمت شركة دي إي إيه الإيطالية آلات ثلاثية المحاور. ثم ظهر التحكم الحاسوبي في أوائل سبعينيات القرن الماضي، وقدّمته شركة شيفيلد الأمريكية.

أنواع آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد

توجد خمسة أنواع من آلات قياس الإحداثيات:

آلة قياس الإحداثيات من نوع الجسر: في هذا التصميم، وهو الأكثر شيوعًا، يتحرك رأس آلة قياس الإحداثيات على جسر. يتحرك أحد جانبي الجسر على سكة على السرير، بينما يتم دعم الجانب الآخر على وسادة هوائية أو طريقة أخرى على السرير بدون سكة توجيه.
وحدة قياس الإحداثيات الكابولية: تدعم وحدة قياس الإحداثيات الكابولية الجسر من جانب واحد فقط.
آلة قياس الإحداثيات ذات البوابة: تستخدم هذه الآلة سكة توجيه على كلا الجانبين، مثل جهاز التوجيه CNC. وهي عادةً أكبر آلات قياس الإحداثيات، لذا فهي تحتاج إلى دعم إضافي.
آلة قياس الإحداثيات ذات الذراع الأفقية: تخيل ذراعًا ناتئًا، لكن مع حركة الجسر بأكمله لأعلى ولأسفل على الذراع الواحد بدلًا من محوره الخاص. تُعد هذه الآلات الأقل دقة، لكنها قادرة على قياس المكونات الكبيرة الرقيقة مثل هياكل السيارات.
آلة قياس الإحداثيات المحمولة ذات الذراع: تستخدم هذه الآلات أذرعًا مفصلية ويتم تحديد موضعها يدويًا عادةً. وبدلًا من قياس الأبعاد XYZ مباشرةً، فإنها تحسب الإحداثيات من الموضع الدوراني لكل مفصل والطول المعروف بين المفاصل.

لكل منها مزايا وعيوب حسب أنواع القياسات المراد إجراؤها. وتشير هذه الأنواع إلى بنية الجهاز المستخدمة لتحديد موضعه.مسباربالنسبة للجزء الذي يتم قياسه.

إليكم جدولًا مفيدًا يساعد على فهم الإيجابيات والسلبيات:

نوع CMM	دقة	المرونة	يُفضل استخدامه في القياس
كوبري	عالي	واسطة	مكونات متوسطة الحجم تتطلب دقة عالية
ناتئ	أعلى مستوى	قليل	المكونات الصغيرة التي تتطلب دقة عالية جدًا
الذراع الأفقي	قليل	عالي	مكونات كبيرة تتطلب دقة منخفضة
جسر	عالي	واسطة	مكونات كبيرة تتطلب دقة عالية
ذراع محمول	الأقل سعرًا	أعلى مستوى	عندما تكون سهولة الحمل هي المعيار الأهم على الإطلاق.

تُوضع المجسات عادةً في ثلاثة أبعاد - س، ص، ع. ومع ذلك، تسمح الأجهزة الأكثر تطوراً بتغيير زاوية المجسات، مما يتيح القياس في أماكن يصعب الوصول إليها بالمجسات التقليدية. كما يمكن استخدام الطاولات الدوارة لتحسين سهولة الوصول إلى مختلف العناصر.

غالباً ما تُصنع آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد من الجرانيت والألومنيوم، وتستخدم محامل هوائية.

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

تشمل أنواع المجسات ما يلي:

ميكانيكياً
بصري
الليزر
ضوء أبيض

تُستخدم آلات قياس الإحداثيات بثلاث طرق عامة تقريبًا:

أقسام مراقبة الجودة: عادةً ما يتم الاحتفاظ بها في غرف نظيفة يتم التحكم في مناخها لزيادة دقتها إلى أقصى حد.
في ورشة العمل: تُوضع أجهزة قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (CMM) بين ماكينات CNC لتسهيل عمليات الفحص ضمن خلية التصنيع، مع تقليل المسافة بين جهاز القياس والماكينة التي تُصنّع عليها الأجزاء. يتيح ذلك إجراء القياسات في وقت مبكر وبشكل متكرر، مما يُسهم في توفير التكاليف بفضل اكتشاف الأخطاء مبكرًا.
محمولة: تتميز أجهزة قياس الإحداثيات المحمولة بسهولة نقلها. يمكن استخدامها في أرضية المصنع أو حتى نقلها إلى موقع بعيد عن منشأة التصنيع لقياس الأجزاء في الميدان.

ما مدى دقة آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (دقة آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد)؟

تتفاوت دقة آلات قياس الإحداثيات. عمومًا، تهدف هذه الآلات إلى تحقيق دقة تصل إلى الميكرومتر أو أفضل. لكن الأمر ليس بهذه البساطة. فمثلًا، قد يكون الخطأ دالةً للحجم، لذا يمكن تحديد خطأ القياس في آلة قياس الإحداثيات بصيغة مختصرة تتضمن طول القياس كمتغير.

على سبيل المثال، تم إدراج جهاز قياس الإحداثيات العالمي الكلاسيكي من هيكساغون كجهاز قياس إحداثيات متعدد الأغراض وبأسعار معقولة، ويحدد دقته على النحو التالي:

1.0 + لتر/300 ميكرومتر

تُقاس هذه الأبعاد بالميكرون، بينما يُقاس طول العنصر (L) بالمليمتر. لنفترض أننا نريد قياس طول عنصر طوله 10 مليمترات. ستكون الصيغة كالتالي: 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30 أو 1.03 ميكرون.

الميكرون هو جزء من ألف من المليمتر، أي ما يعادل 0.00003937 بوصة تقريبًا. لذا، فإن الخطأ عند قياس طول 10 مليمترات هو 0.00103 مليمتر أو 0.00004055 بوصة. هذا أقل من نصف عُشر - خطأ صغير جدًا!

من ناحية أخرى، ينبغي أن تكون دقة القياس عشرة أضعاف القيمة المراد قياسها. وهذا يعني أنه إذا اعتمدنا على هذا القياس فقط حتى عشرة أضعاف تلك القيمة، أي 0.00005 بوصة، فإن هامش الخطأ يبقى ضئيلاً للغاية.

تزداد الأمور تعقيدًا بالنسبة لقياسات آلة القياس ثلاثية الأبعاد (CMM) في أرضية المصنع. وجود آلة القياس في مختبر فحص مُتحكم بدرجة حرارته يُحسّن النتائج بشكل كبير. لكن في أرضية المصنع، قد تتفاوت درجات الحرارة بشكل ملحوظ. توجد طرق عديدة لتعويض آلة القياس عن تفاوت درجات الحرارة، لكن لا توجد طريقة مثالية.

غالباً ما يحدد مصنّعو آلات القياس ثلاثية الأبعاد (CMM) دقة نطاق درجة الحرارة، ووفقاً لمعيار ISO 10360-2 لدقة هذه الآلات، يتراوح النطاق النموذجي بين 18 و22 درجة مئوية (64-72 فهرنهايت). وهذا ممتاز ما لم تصل درجة حرارة أرضية ورشتك إلى 30 درجة مئوية (86 فهرنهايت) في الصيف، فحينها لن يكون لديك معيار دقيق للخطأ.

قد يزودك بعض المصنّعين بمجموعة من درجات الحرارة المتدرجة أو نطاقات درجات الحرارة بمواصفات دقة مختلفة. ولكن ماذا يحدث إذا كنت ضمن أكثر من نطاق واحد لنفس دفعة القطع في أوقات مختلفة من اليوم أو أيام مختلفة من الأسبوع؟

يبدأ المرء بوضع ميزانية احتمالية تأخذ في الحسبان أسوأ السيناريوهات. إذا أسفرت هذه السيناريوهات الأسوأ عن هوامش خطأ غير مقبولة في أجزائك، فستكون هناك حاجة إلى مزيد من التغييرات في العملية.

يمكنك حصر استخدام نظام قياس الإحداثيات (CMM) في أوقات معينة من اليوم عندما تنخفض درجات الحرارة إلى نطاقات أكثر ملاءمة.
يمكنك اختيار تصنيع الأجزاء أو الميزات ذات التفاوتات المنخفضة فقط في أوقات معينة من اليوم.
قد تتمتع أجهزة قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد الأفضل بمواصفات أفضل لنطاقات درجات الحرارة لديك. وقد يكون الأمر يستحق العناء رغم أنها قد تكون أغلى ثمناً.

بالتأكيد ستؤثر هذه الإجراءات سلبًا على قدرتك على جدولة مهامك بدقة. وفجأة، قد تفكر في أن تحسين نظام التحكم في المناخ في ورشة العمل قد يكون استثمارًا مجديًا.

يمكنك أن ترى كيف يصبح موضوع القياس هذا معقداً للغاية.

أما العنصر الآخر الذي لا غنى عنه فهو كيفية تحديد التفاوتات التي يجب فحصها بواسطة آلة قياس الإحداثيات (CMM). ويُعدّ نظام الأبعاد والتفاوتات الهندسية (GD&T) المعيار الذهبي في هذا المجال. اطلع على دورتنا التمهيدية حول نظام GD&T لمعرفة المزيد.

برنامج CMM

تستخدم آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (CMM) أنواعًا مختلفة من البرامج. يُطلق على المعيار اسم DMIS، وهو اختصار لـ Dimensional Measurement Interface Standard (معيار واجهة القياس البُعدي). ورغم أنه ليس واجهة البرنامج الرئيسية لجميع مصنعي آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد، إلا أن معظمهم يدعمه على الأقل.

ابتكر المصنعون نكهاتهم الفريدة الخاصة بهم لإضافة مهام قياس غير مدعومة من قبل DMIS.

نظام إدارة البيانات

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

PC-DMIS: إصدار هيكساغون
OpenDMIS
TouchDMIS: بيرسيبترون

مكوسموس

MCOSTMOS هو برنامج CMM الخاص بشركة نيكون.

كاليبسو

كاليپسو هو برنامج CMM من شركة زايس.

برامج CMM و CAD/CAM

كيف ترتبط برامج CMM وبرمجتها ببرامج CAD/CAM؟

توجد العديد من صيغ ملفات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، لذا تحقق من الصيغ المتوافقة مع برنامج قياس الإحداثيات (CMM) الخاص بك. يُطلق على التكامل الأمثل اسم تعريف النموذج القائم على النموذج (MBD). باستخدام MBD، يمكن استخدام النموذج نفسه لاستخراج الأبعاد لجهاز قياس الإحداثيات (CMM).

تعتبر تقنية MDB متطورة للغاية، لذا فهي لا تُستخدم بعد في معظم الحالات.

مجسات وأجهزة تثبيت وملحقات آلة قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد

مجسات آلة القياس الإحداثية

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

تجهيزات آلة قياس الإحداثيات

تُساهم جميع تجهيزات التثبيت في توفير الوقت عند تحميل وتفريغ القطع على آلة قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد (CMM)، تمامًا كما هو الحال في آلة CNC. بل يمكنك الحصول على آلات قياس إحداثيات ثلاثية الأبعاد مزودة بوحدات تحميل منصات نقالة أوتوماتيكية لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد.