Машинобудівні підприємства все частіше інтегрують у виробничі процеси високоточне вимірювальне обладнання. Наприклад, за допомогою контролю заготівельно-штампувальної лінії можна отримати деталі з оптимальними геометричними параметрами з точністю до 0,1-0,2 мкм. Особливо виготовлення таких елементів важливе в авіаційному і космічному будівництві, де потрібно застосування складних прецизійних компонентів. Також не виключається і можливість використання подібних методик у галузях важкої промисловості, що обслуговує потреби широкої аудиторії масового споживача. На таких заводах і фабриках застосовується координатна вимірювальна машина (КІМ), що дозволяє контролювати процеси виготовлення та обробки болванок, пуансонів, поршневих елементів, видаткових частин тощо.
Принцип роботи обладнання
Весь процес можна умовно розділити на два етапи. На першому формується координатна модель або схема, в якій розподіляються контрольні точки. Кількість фіксованих площин може бути різною залежно від типу обладнання. Найпростіші моделі сканують об 'єкт у системі, побудованій на осях X, Y, Z відносно базової точки. Більш технологічна 6-осьова координатно-вимірювальна машина будується на принципі паралельної кінематики. Це означає, що оператор отримує динамічну модель у вигляді усіченої піраміди, в якій присутні 6 вимірювачів на рухомій каретці.
Другий етап передбачає безпосереднє зчитування інформації про геометричні параметри досліджуваного об 'єкта. Для цього задіюються щупи або датчики, що сканують цільову деталь. Існують контактні та безконтактні види щупів - відповідно, перші взаємодіють з робочою поверхнею, а другі діють за принципом хвильового випромінювання. Типові координатно-вимірювальні машини в машинобудуванні зазвичай працюють на п 'єзоелектричних датчиках, які можуть доповнюватися механіко-електричними контакторами. Це традиційна скануюча оснастка, до недоліків якої відносять високу похибку, обумовлювану різницею в силі торкання щупів. І тут варто звернутися до існуючих способів контролю, які регулярно вдосконалюються.
Методи контролю
У системах першого покоління застосовувався плазово-шаблонний спосіб рахунку геометричних даних, але сьогодні підприємства переходять на безплазовий. Принципова різниця між цими методами полягає у відмові від фізичних шаблонів і форм, завдяки яким здійснювався контроль. У нових модулях КІМ використовується електронна модель, яка надає на виході тривимірну "картину" на базі математичних розрахунків. Чим вигідна така координатно-вимірювальна машина? Насамперед, уніфікацією комплексу даних, які можна використовувати і для інших розрахунків. Зібрана інформація заноситься в базу даних і автоматично переправляється на інші ділянки контролю, що займаються дослідженням суміжних частин. У результаті оптимізується і виробничий процес, і техніка високоточної підгонки деталей між собою. При цьому і в сегменті безплазових методів є свої технологічні відгалуження. Слід розрізняти голографічні, оптичні та фотограметричні способи контролю. Найперспективнішим вважається лазерний спосіб сканування об 'єкта.
Особливості лазерного контролю
По суті, цифровий метод, який відрізняється гнучкістю у формуванні моделей з підтримкою різних видів вимірювання - наприклад, кутового і лінійного. У процесі сканування утворюється лазерний промінь із застосуванням дифракційного ефекту. Такий контроль частіше використовується у виготовленні хвостовиків, трансмісійних елементів, шасі тощо. За допомогою фотоприймального пристрою також реалізується непараллельне обстеження параметрів виробу. У цьому випадку лазерна координатно-вимірювальна машина дозволяє визначати розміри отворів, дефектів зміщення, вібраційні та інші характеристики. Надалі за результатами діагностики інженер виносить рішення про балансування або часткову механічну доводку агрегату. Для вимірювання навантажень використовують лазерну авторефлекцію. Ця технологія фіксує показники зміщення при статичному навантаженні на цільову поверхню редукторів і валів технічних засобів.
Характеристики КІМ
За своїми розмірами і конструкцією такі машини нагадують промислові обробні агрегати, але основні робочі характеристики відображаються в більш точних контрольно-вимірювальних одиницях і технічних даних. До таких можна віднести такі параметри типової моделі:
- Похибка заміру - діапазон від 0,1 до 0,1 мм.
- Переміщення щупів по осях - 700-1000 мм. Причому в одній установці характер руху по різних осях може відрізнятися.
- Максимально допустима вага для заготівлі - промислова координатно-вимірювальна машина здатна обслуговувати деталі масою до 1000 кг.
- Потужність - в середньому 1500 Вт.
- Напруга - 380 Вт з допуском коливань до 10%.
- Робочі температури - 10-35 ° С.
Класифікація машин за способом керування
Моделі, що застосовують сучасні методи вимірювання, переважно керуються через дистанційні панелі. Реалізується принцип програмного контролю, на якому будується робота вимірювальних приладів на базі CNC (числове програмування). Основна ж частина контрольно-вимірювальних систем сьогодні працює за комбінованими схемами. Це передбачає поєднання механічного та електронного управління з елементами автоматизації. Передова апаратура і зовсім передбачає зв 'язку тих же щупів з паралельно функціонуючим виробничим обладнанням, на якому випускаються суміжні деталі.
Використовується і традиційна конфігурація ручного управління. У цьому випадку оператор координатно-вимірювальної машини знаходиться безпосередньо на лінії контролю і взаємодіє з технікою за допомогою спеціального джойстика. Ця модель застосовується в плазово-шаблонних агрегатах і поступово йде в минуле.
Класифікація конструкційного виконання
Залежно від умов експлуатації та завдань обробки можуть використовуватися горизонтальні, вертикальні та мостові типи КІМ. У першому варіанті забезпечується висока точність, обумовлена жорсткістю конструкції. Оператор у цьому випадку отримує можливість прямого доступу до внутрішньої структури цільового об 'єкта. На практиці горизонтальні установки частіше застосовуються в обслуговуванні дрібних деталей. Вертикальні координатно-вимірювальні машини вважаються найбільш точними, тому їх використовують у відповідальних метрологічних дослідженнях. Але, для використання такого обладнання буде потрібно термостатування цеху, а також високі витрати на обслуговування системи. Що стосується мостових машин, то вони завдяки зносостійкій оснастці дозволяють працювати з великоформатними виробами.
Мобільні та стаціонарні КІМ
В основному застосовують стаціонарні машини на конвеєрних лініях, орієнтованих на конкретні завдання обслуговування заготовок з певними параметрами. Але при обробці унікальних великогабаритних заготовок може знадобитися обстеження "на виїзді". У цьому випадку буде потрібна портативна координатно-вимірювальна машина, забезпечена багатоосівими органами контролю. Кілька функціональних рукавів з чутливими датчиками аналізують об 'єкт на відстані, посилаючи дані в комп' ютер або інший обробний інформацію пристрій.
Застосування КІМ
Контрольно-вимірювальні системи в різних виконаннях потрібні на машинобудівних, авіаційних, металургійних та інших підприємствах. На невеликих заводах і в майстернях, наприклад, часто використовують компактні агрегати з ручним управлінням. Точний контроль в даному випадку дозволяє випускати ексклюзивні дрібні деталі з правильною геометрією. У складних технологічних процесах застосування координатно-вимірювальних машин виправдовує себе і як спосіб об 'єднання декількох етапів виробництва. Наприклад, контрольний вузол може виступати центром збору інформації про всі частини і деталі конструкції або готового технічного засобу, що мінімізує і ризик допуску помилок.
Ув 'язнення
Впровадження КІМ у виробничий процес давно стало показником сучасного підходу до діяльності підприємства. Відмова від застарілих підходів до контролю елементів та оснастки із задіянням шаблонів підвищує і якість складання, і технологічну ефективність робочої ділянки. Водночас і нове покоління вимірювальних приладів для контролю геометричних параметрів регулярно поліпшується в різних аспектах. Так, передовим напрямком розвитку можна назвати безконтактні лазерні сканери, що відрізняються зручністю застосування і високою точністю аналізу. Єдиним недоліком прогресивних систем цього типу є висока вартість і дорожнеча обслуговування. На даному етапі лазерні моделі координатно-вимірювальних установок доступні тільки великим виробничим комплексам, а також дослідницьким центрам.