Координатно-измерительные машины и их применение

Координатно-измерительные машины (КИМ) служат современным прибором 3Д-измерения и позволяет проводить точные и быстрые измерения. Их применяют при необходимости проведения большого числа сложных вычислений. Выделяют консольный и портальный (наиболее популярны сегодня) КИМ, КИМ с горизонтальным и переносным рычагом, а также КИМ с мостом. Управление аппаратом может быть как ручным, так и автоматизированным.

Принцип работы заключается в том, что КИМ определяет положение двигающегося датчика и фиксирует его в трех измерениях (то есть по осям Х, У, Z), в отдельных случаях возможен учет наклона датчика. Вся измеряемая поверхность представляется как бесчисленное множество точек. Логично перекладывать часть вычислений с КИМ на периферийные устройства.

Мостовые КИМы служат для нахождения параметров отверстий мельчайших размеров, они обладают высокоточными стеклянными линейками с разрешением 0,1 мкм [1, с. 302]. Консольные КИМ представляют собой устройство, где прибор установлен на подвижной или неподвижной стойке, а датчик находится на консоли. В приборах портального типа датчик соответственно размещен на портале.

Специалист, работающий с таким оборудованием, должен иметь инженерное образование, знать стереометрию и обладать навыками пространственного воображения, важно ответственно подойти к изучению документации на оборудование.

В использовании КИМ есть некоторые ограничения и требования. Приборы должны быть правильно калиброваны и поддерживаться в соответствии с производителем, чтобы гарантировать точность и надежность результатов измерений. Также требуется обучение операторов для правильной настройки и использования КИМ и анализа полученных данных. В случае использования аналоговых КИМ, наличие электромагнитных полей или сильных вибраций может негативно повлиять на точность измерений.

 КИМ находят приложение при измерении углов и сдвигов, нахождении параметров профиля [5, с. 48]. Часто для повышения точности получаемых данных проводят серию измерений.

КИМ могут применяться в автомобильной, авиационной, машиностроительной, электронной, медицинской и других отраслях, где стандарты качества и точности играют важную роль.

На сегодняшний день обширную область применения КИМ составляют лазерные сканеры бесконтактного типа. Однако, такое оборудование стоит довольно дорого, что считается его недостатком. К примеру, КИМ модели «Crysta – Apex S» от «Mitutoyo» по данным 2022 года обойдется в 15 миллионов рублей [4, с. 602]. Данный факт подтверждается тем, что описываемое оборудование используется в научных комплексах и на крупных предприятиях [2, с. 606].

Еще одной сложностью работы с КИМ является их зависимость от некоторых внешних условий. Так погрешность в измерениях может быть обусловлена следующими факторами:

• температурный режим окружающей среды;
• неаккуратное наложение щупа;
• неточное планирование стратегии проведения измерительных действий.

При разработке КИМ необходимо минимизировать влияние перечисленных факторов. Для этого устанавливаются специальные системы компенсации. При подготовке к работе с данными машинами важно детально изучить чертеж и учесть все необходимые параметры [3, с. 578].

По сравнению с такими приборами как штангенциркуль, микрометр и другие КИМы обладают весомыми преимуществами:

• оперативность, быстрота и точность эксплуатации;
• универсальность;
• относительно невысокая вероятность ошибки;
• представление результатов в электронном виде;
• учет данных, полученных ранее;
• составление протоколов;
• работа со сложными геометрическими изгибами;
• «сокращение времени на наладку станков ЧПУ, изготавливающих проверяемые детали»;
• учет угла наклона и смещения [6, с. 508];
• обладают системой виброизоляции;
• «построение карт рельефа».

Наиболее ценным фактором использования КИМ на предприятиях является экономическая эффективность их эксплуатации в сравнении с трудом рабочих [4, с. 601].

КИМ могут найти применение при необходимости «оперативного обнаружения несоответствий геометрических параметров изделия требованиям нормативной документации» [7, с. 79].

Примером использования КИМ может быть получение параметров цилиндрического блока двигателя автомобиля. Так определение сопряжения поршней с цилиндра и камерой сгорания происходит благодаря проектированию цилиндра на поверхность головки [5, с. 47]. Кроме того, устройства могут сканировать участки, куда сложно проникнуть человеку.

КИМ можно использовать для контроля качества на различных этапах производства, включая получение и первичную обработку сырья, изготовление деталей и сборку готовых изделий. Это позволяет выявлять дефекты на ранних стадиях и предотвращать их передачу в следующие этапы производства, что снижает затраты на отбраковку и повышает эффективность производства.

Современным решением автоматизации КИМ являются роботы. Они могут заменить человеческий труд в условиях, опасных для жизни и здоровья, также не нуждаются в отдыхе. Датчиком здесь может быть сканер или зонд.

В зависимости от целей использования и особенностей предприятия КИМы бывают разных размеров и габаритов: от компактных и легких, до очень крупных и тяжелых.

Таким образом, использование КИМ в практике предприятий может существенно снизить численность продукции с дефектом, даст возможность сверхточных измерений, позволит проводить операции, недоступные человеку без специального оборудования. Большинство современных КИМ оборудованы компьютерными системами, которые автоматизируют процесс измерения и анализа данных, а также позволяют создавать отчеты. Это значительно сокращает время, затрачиваемое на измерение и анализ.

1. Кудряшова И. А., Белякова В. А. Координатно-измерительные машины: сравнительный анализ характеристик, рекомендации по применению // Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. №4. С.302-307.
2. Мурашова М. С., Климовская М. А., Борисенко Т. А. К вопросу о координатно-измерительных машинах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2019. С.605-606.
3. Борисенко Т. А., Мурашова М. С., Климовская М. А., Снежко А. А. Особенности измерений на координатно-измерительных машинах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2019. С.576-578.
4. Никольский С. М. Расчет экономической эффективности эксплуатации координатно-измерительной машины // Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. №9. С.601-603.
5. Эрматов А. У., Муминов О. У. Классификация и поверка координатно-измерительных машин // Universum: технические науки. 2020. №2-1 (71). С.43-49.
6. Ушаков М. В., Воробьев И. А., Никольский С. М. Анализ возможностей существующего программного обеспечения ким // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. №10. С.506-510.
7. Шутиков М.А., Феофанов А.Н., Гришина Т.Г. Внедрение координатно-измерительной машины после ответственной операции с использованием mes-системы как способ минимизации количества дефектных деталей при изготовлении изделий // МНИЖ. 2021. №9-1 (111). С.79-84.