Что такое проверка с помощью КИМ (координатно-измерительной машины)?

Вы когда-нибудь задумывались, как производители проверяют, соответствует ли сложная деталь требованиям дизайна вплоть до мельчайших деталей? Для многих высокоточных приложений они полагаются на координатно-измерительную машину, или КИМ.

В этой статье мы расскажем, что такое КИМ-контроль, как он работает, какие типы КИМ доступны и почему он так ценен в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и производство медицинских приборов.

Что такое инспекция КИМ?

Проверка КИМ — это процесс использования координатно-измерительной машины для измерения физической геометрии объекта. Машина собирает точные трехмерные данные, касаясь или сканируя поверхность детали и сравнивая ее с конструкционной моделью. Цель — проверить, что деталь соответствует размерным спецификациям и допускам, прежде чем она перейдет на следующий этап производства или сборки.

Координатно-измерительные машины построены вокруг трех линейных осей — X, Y и Z. Каждая ось позволяет зонду (устройству, используемому для выполнения измерений) перемещаться в этом направлении. Отслеживая положение зонда, КИМ регистрирует координаты и строит виртуальную трехмерную карту поверхности детали.

Контроль с помощью КИМ применяется на многих этапах производственного процесса: во время создания прототипа, после обработки и даже при окончательной проверке качества.

Что может измерить КИМ?

CCMM могут фиксировать многие типы измерений, такие как:

• Размеры: длина, ширина, высота и диаметр.
• Профили: формы и контуры поверхности.
• Углы: между поверхностями или элементами.
• Глубина: Отверстия, углубления и полости.
• Положение: Точное расположение объектов относительно друг друга.

Благодаря своей универсальности КИМ широко используются на различных этапах производства и в различных отраслях промышленности.

Основные компоненты КИМ

Все системы КИМ имеют несколько общих компонентов, независимо от размера и типа:

• Гранитное основание или стол: Эта тяжелая, устойчивая платформа удерживает заготовку во время проверки. Она разработана для минимизации вибраций и обеспечения точности.
• Движущаяся структура: В зависимости от типа КИМ это могут быть вертикальные колонны, горизонтальные рычаги или порталы, которые позволяют зонду перемещаться по осям X, Y и Z.
• Головка зонда и стилус: Щуп — это игольчатый наконечник, который касается детали. Он соединен с датчиком в головке зонда, который определяет момент соприкосновения.
• Контроллеры: К ним относятся контроллеры машин и джойстики, используемые для ручной настройки или программирования.
• Компьютерная рабочая станция: Программное обеспечение, установленное на рабочей станции, взаимодействует с машиной, собирает данные и анализирует измерения.

Заготовка надежно закреплена на основании, чтобы избежать перемещения. Когда зонд перемещается по поверхности, он отправляет данные о положении обратно в систему, которая создает цифровой профиль детали.

Как работает инспекция КИМ

Хотя существуют различные типы КИМ, все они следуют схожему рабочему процессу. Вот как выполняется типичная проверка:

Шаг 1: Настройка и калибровка

Сначала объект закрепляется на столе. Важно дать детали достичь комнатной температуры, чтобы избежать деформации. Зонд крепится и калибруется с использованием стандартной эталонной сферы, которая соответствует характеристикам детали.

Шаг 2: Сканирование и сбор данных

КИМ сканирует деталь либо физическим касанием, либо с помощью бесконтактного лазера или датчика на основе зрения. Машина перемещает зонд по трем осям, собирая координатные точки везде, где он касается или сканирует поверхность.

Шаг 3: Анализ и оценка

Системное программное обеспечение использует собранные данные для расчета размеров, таких как длина, ширина, высота, углы и кривые. Оно также проверяет допуски на основе исходной модели САПР или инженерного чертежа.

Шаг 4: Отчетность

Окончательные результаты сравниваются с проектными спецификациями. Если деталь проходит проверку, данные проверки можно сохранить в цифровых форматах для документации. Если проверка не пройдена, инженеры могут провести расследование и внести необходимые коррективы.

Типы КИМ-машин

КИМ бывают разных стилей, каждый из которых предназначен для разных приложений и сред. Ниже приведены наиболее распространенные типы КИМ-машин:

Тип КИМ	Структура:	точность	Плюсы	Минусы	Общего пользования
Поворотный кронштейн	Шарнирная рука, управляемая вручную	Средний (±0.0002″)	Портативный, гибкий, удобный для использования в полевых условиях	Ручной, менее стабильный	Проверки на месте, обратный инжиниринг
Горизонтальная рука	Консоль на основании	Средний–Высокий	Большой радиус действия, полуавтоматический	Требует пространства, менее жесткий	Кузова автомобилей, крупные сборки
Мост	Двойные колонны + подвижный мост	Высокий	Самый точный, автоматизированный	Нужна стабильная среда	Аэрокосмическая промышленность, пресс-формы, прецизионные детали
Консоль	Одноколонная поддержка	Высокий–Средний	Легкий доступ, компактный	Менее жесткий, чем мост	Мелкие и средние детали
Портальный	Большой мост над большим столом	Высокий (крупный масштаб)	Обрабатывает крупные детали, очень устойчив	Дорого, требует специальной настройки	Панели самолетов, турбины

Шарнирно-сочлененная КИМ

Шарнирно-сочлененная КИМ (часто называемая переносной рукой) состоит из ряда жестких сегментов, соединенных прецизионными подшипниками или вращающимися энкодерами. Каждое сочленение обеспечивает одну ось вращения, а угловые датчики высокого разрешения отслеживают конфигурацию руки. Рука устанавливается на устойчивое основание или штатив. На ее кончике находится зонд — либо сенсорный стилус для дискретного точечного измерения, либо лазерный сканер для непрерывного захвата поверхности.

КИМ с горизонтальной (вращающейся) рукой

Горизонтальная КИМ монтирует изогнутую или прямую балку на вращающееся основание. Длина балки определяет две оси — радиальный охват и угол поворота, — в то время как каретка зонда перемещается вдоль балки по третьей оси. Многие конструкции интегрируют моторизованную головку зонда, которая может наклоняться или индексироваться для достижения угловых элементов.

Мостовая КИМ

Мостовые КИМ — рабочие лошадки метрологических лабораторий. Две вертикальные колонны соединены горизонтальным мостом, который движется по направляющим. Пиноль или шпиндель ездит по мосту, перемещаясь вертикально и неся стилус или сканирующую головку. Высокоточные воздушные подшипники или гидростатические направляющие обеспечивают плавное движение без трения.

Консольная КИМ

Консольная КИМ напоминает конструкцию моста, но поддерживает мост только с одной стороны. Это создает область открытого доступа под неподдерживаемой стороной, что упрощает загрузку и фиксацию более тяжелых или нестандартных деталей. Оси перемещения и принципы зондирования отражают принципы двухколонного моста.

Портальная КИМ

Портальные КИМ масштабируют концепцию моста до очень больших размеров. Двойные колонны по обе стороны измерительного стола поддерживают массивную верхнюю балку. Балка несет сверхпрочный пиноль, который перемещается по осям X, Y и Z. Из-за своего размера и веса эти машины крепятся болтами к бетонному фундаменту и часто находятся в специальных метрологических ячейках.

БОЙИ ТЕХНОЛОГИИ

Являясь ведущим поставщиком услуг по производству по требованию и быстрому прототипированию, включая Обработка с ЧПУ и услуги вакуумного литья—BOYI TECHNOLOGY использует контроль КИМ для поддержания высочайших стандартов качества.

Такое стремление к точности означает, что вы получаете детали, которые идеально соответствуют вашим спецификациям и обеспечивают выдающиеся эксплуатационные характеристики. Связаться с нами сейчас, чтобы получить предложение на индивидуальные детали.

Выбор подходящей КИМ

Идеальная КИМ для вашего предприятия зависит от различных факторов: от размера и геометрии деталей до требуемого уровня точности, объема производства и условий на объекте.

Ваши текущие производственные потребности важны, но подумайте наперед:

• Будете ли вы в будущем производить более крупные детали?
• Станут ли более строгими требования к покупателям?
• Планируете ли вы перейти на «Индустрию 4.0» или «умное производство»?

Выбор модульной, модернизируемой системы КИМ, например, с дополнительными сканирующими головками или роботизированной интеграцией, может продлить срок ее службы и повысить окупаемость инвестиций.

При выборе КИМ следует учитывать:

1. Габариты детали — подберите радиус действия станка и размер стола в соответствии с размером вашей заготовки.
2. Требования к допускам. Более высокая точность требует более жестких, терморегулируемых мостовых или портальных систем.
3. Цели пропускной способности — автоматизированные многосенсорные системы отлично подходят для объемных работ; переносные манипуляторы служат для разовых или полевых работ.
4. Ограничения, связанные с окружающей средой. Вибрация в цехе и перепады температур могут ограничивать точность; необходимо предусмотреть надлежащие фундаменты и климат-контроль.
5. Эксплуатационная гибкость. Быстрая переналадка, интеграция роботов и конструкция приспособлений повлияют на время безотказной работы и время проведения проверки.

Взвесив эти факторы, вы сможете согласовать свою стратегию обеспечения качества с правильной технологией КИМ, обеспечивающей точные, повторяемые и эффективные проверки на всех этапах вашего производства.

Преимущества инспекции КИМ

Использование КИМ в производстве имеет ряд преимуществ:

• Гарантирует точное соответствие деталей проектным допускам.
• Автоматизированные измерения ускоряют проверку, сокращая время простоя.
• Тщательный контроль сокращает количество дефектных деталей и необходимость в доработке.
• Помогает соответствовать отраслевым стандартам качества.
• Подробные данные измерений способствуют оптимизации процесса.
• Долгосрочная экономия за счет уменьшения количества ошибок и повышения эффективности.
• Подходит для широкого спектра деталей и отраслей промышленности.
• Более качественная продукция укрепляет доверие и лояльность.
• Измерения сохраняются в цифровом виде для будущих проверок и анализов.

Несмотря на свои преимущества, КИМ имеют и некоторые недостатки:

• Машины и квалифицированные операторы требуют значительных инвестиций.
• Прикосновение зондов к мягким или деликатным материалам может привести к повреждению.
• Тип машины ограничивает максимальный размер детали, которую можно измерить.

Распространенные области применения инспекции КИМ

Инспекции КИМ используются во многих областях, в том числе:

Контроль и гарантия качества

КИМ являются краеугольным камнем программ обеспечения качества. Они позволяют производителям проверять соответствие компонентов их моделям САПР или инженерным чертежам. Это особенно важно в отраслях, где даже небольшие отклонения размеров могут привести к отказу системы.

Проверка первого изделия (FAI)

КИМ предоставляют комплексные Проверка первого изделия (FAI) отчеты, которые часто требуются клиентам, особенно в аэрокосмической и автомобильной промышленности, для одобрения производственных циклов. Машина сравнивает каждую критическую характеристику первой детали с исходным проектом.

Технологический и окончательный контроль

Некоторые производители используют КИМ в середине производственного цикла для раннего выявления ошибок (внутрипроизводственный контроль), в то время как другие используют их только в конце (окончательный контроль). В обоих случаях КИМ обеспечивают высоконадежную проверку.

Обратный инжиниринг

Измеряя поверхность компонента, КИМ может генерировать точные данные координат, которые можно преобразовать в геометрию САПР. Это особенно полезно, когда оригинальные чертежи недоступны или для устаревших деталей, которые необходимо обновить.

Проверка инструментов и приспособлений

Инструмент должен быть изготовлен с высокой точностью, в противном случае каждая произведенная им деталь будет бракованной. КИМ обеспечивают соответствие инструмента допускам конструкции и могут регулярно проходить повторную проверку на предмет износа.

Проверка прототипа и валидация процесса

Во время разработки нового продукта КИМ проверяют, соответствуют ли прототипы предполагаемому дизайну, прежде чем завершать производственный процесс. Это гарантирует, что замысел проекта сохраняется, а инструмент или приспособление производят детали в соответствии со спецификацией.

Проверка деталей поставщика

КИМ помогают проверять качество входящих деталей перед их принятием в производство. Это важно в аутсорсинг обработки на станках с ЧПУ производственные среды, где проблемы качества могут повлиять на всю цепочку поставок.

Принципы работы КИМ

Работа координатно-измерительных машин (КИМ) основана на двух основных системах: энкодерах, которые отслеживают перемещение и позиционирование, и зондах, которые собирают данные с поверхности объекта.

Кодер

КИМ используют линейные энкодеры для отслеживания движения по осям X, Y и Z. Они состоят из шкалы и датчика и могут использовать оптическую, магнитную, емкостную, индуктивную или вихретоковую технологию.

Вращающиеся энкодеры используются в шарнирных руках для измерения углов в суставах. Система вычисляет трехмерное положение зонда с использованием тригонометрии и известных длин рук.

Зонды

Датчики КИМ собирают данные измерений с поверхности детали:

• Датчики касания: регистрируют точку, когда стилус касается поверхности. Идеально подходят для простых элементов, таких как отверстия и края.
• Сканирующие зонды: перемещаются по поверхностям и собирают непрерывные данные о контурах и формах.
• Оптические/лазерные зонды: используют отраженный свет или лазер для захвата данных поверхности без физического контакта. Полезно для мягких, деликатных или сложных деталей.

Интеграция зондов и кодировщиков

Вместе энкодеры и зонды работают в гармонии. Когда зонд движется для сбора данных с поверхности детали, энкодеры отслеживают его положение с точностью до микрометра. Каждый раз, когда измеряется точка — будь то через контакт или свет — система регистрирует местоположение в трехмерном пространстве и отправляет эти данные в программное обеспечение КИМ для анализа.

Система управления станком координирует движение по всем трем осям (и любым осям вращения, если таковые имеются), а затем передает результаты в программное обеспечение, которое сопоставляет измеренные данные с номинальной моделью САПР, вычисляет допуски и формирует отчеты о проверке.

Вывод

Координатно-измерительные машины стали незаменимыми в современном производстве. Их способность проверять сложные геометрии с точностью до микрона помогает компаниям соблюдать все более жесткие допуски. Выбирая правильный тип КИМ, следуя строгим процедурам настройки и используя передовое программное обеспечение, производители могут повысить качество, сократить отходы и ускорить производственные циклы.

БОЙИ ТЕХНОЛОГИИ специализируется на производстве по требованию и быстром прототипировании, включая обработку на станках с ЧПУ и вакуумное литье. Используя контроль КИМ, мы гарантируем точность и высокое качество деталей каждый раз.

Сотрудничайте с нами, чтобы ощутить совершенство в каждом компоненте. Запросите расценки сегодня.