Измерительные машины

метки: Измерительный, Координатный, Контрольный, Машин, Контроль, Измерение, Деталь, Возможность

В современной промышленности вопрос контроля качества деталей и оснастки становится одним из наиболее актуальных, что связано как с непрерывным развитием и усложнением машин и механизмов, так и с жесточайшей конкуренцией среди производителей, а также с ростом требований заказчика к качеству изготавливаемой продукции. Контроль качества превращается в обязательную операцию в технологической цепочке, без которой останавливается дальнейшее производство деталей либо сборка машины. На первое место выходят такие критерии, как качество и скорость проведения измерений. Традиционные средства измерения уже не в состоянии обеспечить требуемую точность и производительность. Несомненно, координатно-измерительные машины (КИМ) становятся будущим современной метрологии.

Стационарные КИМ позволяют легко и быстро производить сложные измерения, которые невозможно выполнить при помощи традиционных средств контроля. Они дают возможность осуществлять контроль сложных поверхностей с помощью контактного сканирования и дальнейшего сравнения с математической моделью. Обладая высочайшей точностью, благодаря устройствам термо- и виброкомпенсации, КИМ способны работать как в лаборатории, так и в цеховых условиях, сохраняя при этом заявленные характеристики.

Машиностроительные предприятия все чаще интегрируют в производственные процессы высокоточное измерительное оборудование.

Например, посредством контроля заготовительно-штамповочной линии можно получить детали с оптимальными геометрическими параметрами с точностью до 0,1-0,2 мкм.

Особенно изготовление таких элементов важно в авиационном и космическом строительстве, где требуется применение сложных прецизионных компонентов.

Также не исключается и возможность использования подобных методик в отраслях тяжелой промышленности, обслуживающей нужды широкой аудитории массового потребителя. На таких заводах и фабриках применяется координатная измерительная машина (КИМ), позволяющая контролировать процессы изготовления и обработки болванок, пуансонов, поршневых элементов, расходных частей и т. д.

1. Назначение

Контрольно-измерительные системы в разных исполнениях требуются на машиностроительных, авиационных, металлургических и других предприятиях.

На небольших заводах и в мастерских, например, часто используют компактные агрегаты с ручным управлением. Точный контроль в данном случае позволяет выпускать эксклюзивные мелкие детали с правильной геометрией. Гапшис В.А., Каспарайтис А.Ю., Модестов М.Б. «Координатно-измерительные машины и их применение», Изд-во «Машиностроение», 1988 — 328с. В сложных технологических процессах применение координатно-измерительных машин оправдывает себя и как способ объединения нескольких этапов производства.

Измерительные технологии, их использование и развитие

... средств связи. Таким образом, применение независимых от оборудования систем контроля в ряде случаев является единственно корректным решением. В результате роль измерительной техники на сети связи ... примеров технологии этапа IV - аналоговые системы передачи, координатные и декадно-шаговые АТС. 1.4 Повышение роли измерительной техники с развитием технологий телекоммуникаций Теперь от рассмотрения ...

Например, контрольный узел может выступать центром сбора информации о всех частях и деталях конструкции или готового технического средства, что минимизирует и риск допуска ошибок.

2. Измеряема величина, или параметр

По своим размерам и конструкции такие машины напоминают промышленные обрабатывающие агрегаты, но основные рабочие характеристики отражаются в более точных контрольно-измерительных единицах и технических данных. К таким можно отнести следующие параметры типовой модели: Размерный контроль в машиностроении — Чудов В.А., Цидулко Ф.В., Фрейдгейм Н.И. — М., Машиностроение, 1982.

• Погрешность замера — диапазон от 0,1 до 0,1 мм.
• Перемещение щупов по осям — 700-1000 мм. Причем в одной установке характер движения по разным осям может отличаться.
• Максимально допустимый вес для заготовки — промышленная координатно-измерительная машина способна обслуживать детали массой до 1000 кг.
• Мощность — в среднем 1500 Вт.
• Напряжение — 380 Вт с допуском колебаний до 10 %.
• Рабочие температуры — 10-35 °С.

3. Нормативная база

ГОСТ Р ИСО 10360-2-2017 Характеристики изделий геометрические. Приемочные и перепроверочные испытания координатно-измерительных машин. Координатно-измерительные машины, применяемые для измерения линейных размеров

Настоящий стандарт распространяется на координатно-измерительные машины (КИМ), применяемые для измерения линейных размеров, и устанавливает порядок проведения их приемочных (предназначенных для проверки соответствия характеристик КИМ установленным производителем нормам) и перепроверочных (дающих возможность пользователю периодически перепроверять характеристики КИМ) испытаний.

4. Описание средства измерений

Контрольно-измерительные машины состоят: из рабочего стола, манипулятора и датчика. На базовой части КИМ непосредственно осуществляется процесс измерения, т.е. производится отсчет координат точек поверхности детали. В состав базовой части входит механическая часть КИМ, материализующая систему координат КИМ и включающая прецизионные узлы координатных перемещений, устройства для установки измеряемой детали, узлы для поддержания горизонтального положения, узлы виброизоляции, ИГ, электромеханические приводы, измерительные преобразователи линейных (круговых) перемещений, калибраторы и т.д.

Весь процесс измерений можно условно разделить на два этапа. На первом формируется координатная модель или схема, в которой распределяются контрольные точки. Количество фиксируемых плоскостей может быть разным в зависимости от типа оборудования. Простейшие модели сканируют объект в системе, построенной на осях X, Y, Z относительно базовой точки. Более технологичная 6-осевая координатно-измерительная машина строится на принципе параллельной кинематики. Это значит, что оператор получает динамичную модель в виде усеченной пирамиды, в которой присутствует 6 измерителей на подвижной каретке.

Автоматизация измерений, контроля и испытаний

... ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств; управление и координацию работы основных узлов МП. 4.2 Логическая структура микропроцессора Логическая структура микропроцессора, ... еще раз, что именно микропроцессор является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако ...

Рис. 2. Контактный щуп.

Второй этап предполагает непосредственное считывание информации о геометрических параметрах исследуемого объекта. Для этого задействуются щупы или датчики, сканирующие целевую деталь. Существуют контактные и бесконтактные виды щупов — соответственно, первые взаимодействуют с рабочей поверхностью, а вторые действуют по принципу волнового излучения. Типовые координатно-измерительные машины в машиностроении обычно работают на пьезоэлектрических датчиках, которые могут дополняться механико-электрическими контакторами. Это традиционная сканирующая оснастка, к недостаткам которой относят высокую погрешность, обуславливаемую разностью в силе касания щупов. И здесь стоит обратиться к существующим способам контроля, которые регулярно совершенствуются.

5. Методы контроля

В системах первого поколения применялся плазово-шаблонный способ счета геометрических данных, но сегодня предприятия переходят на бесплазовый. Принципиальная разница между этими методами заключается в отказе от физических шаблонов и форм, благодаря которым осуществлялся контроль. В новых модулях КИМ используется электронная модель, которая предоставляет на выходе трехмерную «картину» на базе математических расчетов.

Рис. 3. Обмер детали при помощи КИМ.

Чем выгодна такая координатно-измерительная машина? Прежде всего, унификацией комплекса данных, которые можно использовать и для других расчетов. Собранная информация заносится в базу данных и автоматически переправляется на другие участки контроля, занимающиеся исследованием смежных частей. В итоге оптимизируется и производственный процесс, и техника высокоточной подгонки деталей между собой. При этом и в сегменте бесплазовых методов есть свои технологические ответвления. Следует различать голографические, оптические и фотограмметрические способы контроля. Самым же перспективным считается лазерный способ сканирования объекта.

6. Особенности лазерного контроля

По сути, цифровой метод, отличающийся гибкостью в формировании моделей с поддержкой разных видов измерения — например, углового и линейного. В процессе сканирования образуется лазерный луч с применением дифракционного эффекта.

Такой контроль чаще используется в изготовлении хвостовиков, трансмиссионных элементов, шасси и т. д. С помощью фотоприемного устройства также реализуется непараллельное обследование параметров изделия. В этом случае лазерная координатно-измерительная машина позволяет определять размеры отверстий, дефектов смещения, вибрационные и другие характеристики.

В дальнейшем по результатам диагностики инженер выносит решение о балансировке или частичной механической доводке агрегата. Для измерения нагрузок используют лазерную авторефлекцию. Эта технология фиксирует показатели смещения при статической нагрузке на целевую поверхность редукторов и валов технических средств.

7. Технические характеристики. Порядок исполнения

7.1 Классификация машин по способу управления

Модели, применяющие современные методы измерения, преимущественно управляются через дистанционные панели. Реализуется принцип программного контроля, на котором строится работа измерительных приборов на базе CNC (числовое программирование).

Основная же часть контрольно-измерительных систем сегодня работает по комбинированным схемам. Это предполагает сочетание механического и электронного управления с элементами автоматизации. Передовая аппаратура и вовсе предусматривает связку тех же щупов с параллельно функционирующим производственным оборудованием, на котором выпускаются смежные детали.

Используется и традиционная конфигурация ручного управления. В этом случае оператор координатно-измерительной машины находится непосредственно на линии контроля и взаимодействует с техникой посредством специального джойстика. Эта модель применяется в плазово-шаблонных агрегатах и постепенно уходит в прошлое.

7.2 Классификация по конструкционному исполнению

метрология деталь сканирование геометрический

В зависимости от условий эксплуатации и задач обработки могут использоваться горизонтальные, вертикальные и мостовые типы КИМ. В первом варианте обеспечивается высокая точность, обусловленная жесткостью конструкции. Оператор в этом случае получает возможность прямого доступа к внутренней структуре целевого объекта. На практике горизонтальные установки чаще применяются в обслуживании мелких деталей.

Вертикальные координатно-измерительные машины считаются наиболее точными, поэтому их используют в ответственных метрологических исследованиях. Но, для использования такого оборудования потребуется термостатирование цеха, а также высокие затраты на обслуживание системы.

Что касается мостовых машин, то они благодаря износостойкой оснастке позволяют работать с крупноформатными изделиями.

7.3 Мобильные и стационарные КИМ

В основном применяют стационарные машины на конвейерных линиях, ориентированных на конкретные задачи обслуживания заготовок с определенными параметрами. Но, при обработке уникальных крупногабаритных заготовок может потребоваться обследование «на выезде». В этом случае потребуется портативная координатно-измерительная машина, обеспеченная многоосевыми органами контроля.

Несколько функциональных рукавов с чувствительными датчиками анализируют объект на расстоянии, посылая данные в компьютер или другое обрабатывающее информацию устройство.

8. Примеры КИМ

Все машиностроительные предприятия в развитых странах оснастились новейшим технологическим оборудованием и закупили координатно-измерительные машины (КИМ).

Это реальный инструмент для создания конкурентоспособных технологий. КИМ — оборудование, которое даёт обратную связь с выстраиваемой технологией и/или сохраняет имеющуюся. Но история банальна, как это много раз бывало в истории техники. Шестиосевая координатно-измерительная машина — инструмент XXI века — была изобретена в России, причём ещё в СССР, в прошлом веке. В девяностые годы, когда две американские фирмы презентовали свои первые наработки в этой области техники, российские КИМ уже использовались в производстве… Американские журналисты пугали мир броским заголовком статьи «РУССКИЕ ИДУТ!», где они повествовали миру о том, что Александр Лаптев где-то «в глуши, в Саратове» — это «about half way between Volgograd and Samara on the Volga river…» создал машину, опередившую по своим возможностям потребности промышленности прошлого века. (Забегая вперёд, следует сказать, что и сегодня не все её уникальные возможности используются).

Зато американцы придумали название «HEXAPOD» и активно, как они это умеют, развернули производство подобных машин. Но и сегодня «6-осевые КИМ ООО «Лапик» превосходят по комплексу параметров все зарубежные…» — это краткое обобщение официальных отзывов 20-ти предприятий в России и за рубежом, многие годы эксплуатирующих эти машины. Отличительной особенностью КИМ «Лапик» является наличие плавно-управляемого измерительного наклона инструмента, которым могут без лишних калибровок проконтролировать базовые и рабочие поверхности детали, включая внутренние. За прецизионными измерениями сложных изделий с минимум перестановок и дополнительной оснастки; за измерением внутренних полостей корпусных деталей; узких криволинейных каналов и наклонных отверстий; мелких структур; за измерением сложной формы в режиме сканирования с заданным углом контакта метрологи обращаются к шестиосевой КИМ. Она весьма эффективна как при разработке новых технологий, так и при поддержании освоенных. Точность определения положения измерительного инструмента, включая движение с переменным углом, осуществляется лазерными интерферометрами с дискретностью менее 0,08 мкм. Долговременная стабильность характеристик точности гарантирована системой «самокалибровки», которая имеется только в машинах «Лапик». 6. http://lapic.ru/catalog/koordinatno-izmeritelnaya-mashina-kim-500/

Цена на координатно-измерительную машину зависит от ее функциональных возможностей.

На стоимость влияют:

• погрешность машины,
• диапазон измерения,
• программное обеспечение,

— опциональное оснащение.

Например Координатно-измерительная машина КИМ-500 имеет такие характеристики:

Табл. 1. Координатно-измерительная машина КИМ-500

Точность измерения
Погрешность измерения формы, мкм: , КИМ-500 особо высокой точности , КИМ-500 повышенной точности (где L — измеряемый размер в мм)	1,1 + L/300 1,5 + L/300
Перемещение
Система отсчета перемещений	Лазерно-интерферометрическая
Дискретность отсчета линейных перемещений, мкм	0,079
Дискретность отсчета угловых перемещений каретки,	1,0
Максимальный поворот каретки вокруг оси (только для шестиосевых КИМ):
X, °	45
Y, °	45
Z, °	60
Шестиосевое движение каретки с прикрепленным к ней поворотной головкой (датчиком) значительно расширяет возможности измерений, делает доступным для контроля поверхности, измерение которых на портальных КИМ затруднено или невозможно.
Сенсорика
Методика ощупывания	Полное шестимерное 1 ощупывание
Min измерительное усилие с использованием датчика «Лапик»:
при токовом касании, Н	0,0003 2
при механическом касании, Н	0,2
Максимальная скорость измерения, точек/сек.:
С использованием датчика «Лапик»	8
при сканировании	200
Минимальный радиус щупового наконечника, мм	0,02
Окружающая среда
Потребление сжатого очищенного воздуха, л/мин	Не требуется
Потребляемая мощность, среднечасовое потребление, кВт	не более 1,5
Параметры электрической сети:
Напряжение, В	380 (± 5%)
Частота, Гц	50 / 60
Диапазон температур для готовности к работе, °С	12 — 32
Диапазон температур, в котором обеспечивается паспортная точность, °С	18 — 22
Скорость изменения температуры:
°/час	1
°/сутки	2
Относительная влажность воздуха, %, не более	80

6-осевые КИМ открывают возможности: контроля внутренних полостей; «затененных» поверхностей; измерения «иглой» и др.

Минимальное усилие касания позволяет проводить измерения легко деформируемых и мелкоструктурных поверхностей.

Заключение

В данном реферате освещена тематика «Измерительные машины». Был составлен план выполнения работы. Собран различный научный материал на эту тему. Проведен анализ собранной информации и её краткое изложение. В ходе работы было дано понятие что такое измерительные машины. Описан принцип их работы и приведены виды и классификации их исполнения.

Изучив собранный материал, был сделан вывод, что внедрение КИМ в производственный процесс давно стало показателем современного подхода к деятельности предприятия. Отказ от устаревших подходов к контролю элементов и оснастки с задействованием шаблонов повышает и качество сборки, и технологическую эффективность рабочего участка. В то же время и новое поколение измерительных приборов для контроля геометрических параметров регулярно улучшается в разных аспектах. Так, передовым направлением развития можно назвать бесконтактные лазерные сканеры, отличающиеся удобством применения и высокой точностью анализа. Единственным недостатком прогрессивных систем этого типа является высокая стоимость и дороговизна обслуживания. На данном этапе лазерные модели координатно-измерительных установок доступны только крупным производственным комплексам, а также исследовательским центрам.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/kontrolno-izmeritelnyie-mashinyi/

1. Гапшис В.А., Каспарайтис А.Ю., Модестов М.Б. «Координатно-измерительные машины и их применение», Изд-во «Машиностроение», 1988 — 328с.

2. Погрешности измерений. — Рабинович С.Г. — Л., Энергия, 1978.

3. Размерный контроль в машиностроении — Чудов В.А., Цидулко Ф.В., Фрейдгейм Н.И. — М., Машиностроение, 1982.

4. Системы программирования для КИМ — Будгинас С.Ю. и др. — Станки и инструмент., 1983.

5. Харитонов В.И. «Управление техническими системами», М.: Изд-во «ФОРУМ», 2010 — 384с.

6. http://lapic.ru/catalog/koordinatno-izmeritelnaya-mashina-kim-500/