Координатно-измерительная машина: описание, технические характеристики, применение

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.

Принцип работы оборудования

Весь процесс 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.

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.

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. 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.

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.

Характеристики КИМ

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:

• 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.

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.

Классификация по конструкционному исполнению

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.

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.

Применение КИМ

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. В сложных технологических процессах применение координатно-измерительных машин оправдывает себя и как способ объединения нескольких этапов производства. Например, контрольный узел может выступать центром сбора информации о всех частях и деталях конструкции или готового технического средства, что минимизирует и риск допуска ошибок.

Заключение

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.