Koordinatna mjerna tehnika
(CMM)
Koordinatne mjerne mašine (CMM)
Koordinatne mjerne mašine
(CMM)
Konvencionalna i CMM metrologija
Konvencionalna
i
CMM
metrologija
Strukturni
dijelovi
CMM
j
Idealne
karakteristike
strukturnih
elemenata
•
dimenzionalna
stabilnost,
•
beskona
č
na krutost
•
beskona
č
na
krutost,
•
mala
težina,
•
visok
kapacitet
prigušenja
oscilacija
(amortizovanje),
•
mali
koeficijent
termi
č
ke
ekspanzije,
j
p
j ,
•
visoka
temperaturna
provodljivost.
Materijali
za
osnovne
elemente
CMM
Materijali za osnovne elemente CMM
Materijali
za
osnovne
elemente
CMM
Granit
je
najpodesniji
materijal
za
strukturne
j
jp
j
j
elemente
CMM
‐
a.
Nedostatci:
O j tlji
t
dj l
j t
č
ti
‐
Osjetljivost
na
djelovanje
te
č
nosti.
‐
Osjetljivost
na
udare
Mjerilo dinami
č
kih karakteristika CMM
Mjerilo
dinami
č
kih
karakteristika
CMM
•
Glavno
mjerilo
dinami
č
kih
karakteristika
strukturnih
elemenata
je
odnos
krutosti
i
težine
.
•
Radi
postizanja
manjih
težina
i
bolje
krutosti
strukturnih
elemenata
primjenjuju
se
analiti
č
ke
metode
prora
č
una
konstrukcija
,
kao
metoda
kona
č
nih
elemenata
ili
se
koriste
šuplji
elementi
strukture.
Uticaji na ta
č
nost CMM
Uticaji
na
ta
č
nost
CMM
•
Prigušna karakteristika
cjelokupnog
mjernog
sistema
se
smatra
dobrom
dinami
č
kom
performansom
i
može
se
dalje
poboljšati
servo
kontrolnim
sistemom
i
tehnikama
aktivnog
poništavanja
vibracija.
•
Na
ta
č
nost
CMM
‐
a
uti
č
u
koeficijenti
termi
č
kog
širenja
i
provodljivosti.
•
Poželjno
je
imati
nizak
koeficijent
termi
č
kog
širenja
i
visok
koeficijent
provodljivosti.
j
p
j
Strukturni elementi od Al
Strukturni
elementi
od
Al
•
Aluminijum
ima
ve
ć
i
termi
č
ki
koeficijent
od
granita
ili
č
elika
ali
i
dalje
može
biti
bolji
izbor
za
neke
strukturne
elemente
zbog
svog
ekstremno
visokog
koeficijenta
termi
č
ke
provodljivosti.
•
Struktura
od
aluminijuma
može
brzo
da
postigne
termi
č
ku
stabilnost
kada
se
na
đ
e
pod
uticajem
p
j
temperaturnih
promjena.
•
CMM sa strukturnim elementima od aluminijuma
CMM
sa
strukturnim
elementima
od
aluminijuma
može
pratiti
temperaturne
promjene
prostorije
sa
malim distorzijama.
malim
distorzijama.
Sistem
uležištenja
CMM
Pogonski
sistemi
koordinatnih
mjernih mašina
mjernih
mašina
Pogonski
sistemi
koordinatnih
mjernih
mašina
•
Zahtjevi
za
sve
bržim
radom
CMM
‐
ova
povla
č
e
zahtjev
za
brzim
pogonskim
i
krutim
prenosnim
sistemom.
p g
p
•
Svrha
pogonskog
sistema
je
samo
kretanje
sistema
sonde,
ne
informacije
o
poziciji.
Informacije
o
poziciji
obezbje
đ
uju
senzori
pomjeranja
.
•
Postoje
razli
č
iti
tipovi
pogonskih
sistema
u
upotrebi,
kao
zup
č
anik
‐
zup
č
asta
letva,
remenski
pogon,
vij
č
ani,
i
linearni
motor
Pogoni CMM zup
č
asta letva
Pogoni
CMM
– zup
č
asta
letva
•
Pri
dizajnu
CMM
‐
a
treba
nastojati
da
sopstvene
frekvencije
pogona
i
strukture
mašine
budu
u
razli
č
itim
opsezima
da
bi
se
izbjegla pojava rezonancije
izbjegla
pojava
rezonancije.
•
Pogon
sa
zup
č
astom
letvom
je
jednostavno
rješenje
za
generiranje pravolinijskog kretanja
generiranje
pravolinijskog
kretanja
•
Ovaj
pogonski
sistem
nalazi
primjenu
tamo
gdje
je
potrebna
velika
dužina
puta
,
kao
kod
portalnog
tipa
CMM.
p
,
p
g p
•
Geometrijske
greške
i
udari
ograni
č
avaju
ta
č
nost
CMM
koji
koriste
ovu
vrstu
pogona.
Primjenjuje
se
kod
jeftinijih
mašina.
•
Grubo
pozicioniranje
se
tako
đ
er
nekada
obavlja
pogonom
sa
zup
č
astom
letvom.
Remenski pogon
Remenski
pogon
•
Remenski
pogon
se
uobi
č
ajeno
sastoji
od
remena,
višestepenog
reduktora
i
servo
motora.
•
Kod
CMM
‐
a
sa
manualnim
pogonom
mogu
ć
e
je
isklju
č
enje
pogonskog
sistema
od
pokretnih
osa
radi
manualnog
i i
i
j
pozicioniranja.
•
Remen
omogu
ć
uje
bešuman
prenos
snage.
•
On
djeluje
i
kao
filter
za
visoke
frekvencije
spre
č
avaju
ć
i
prenos
oscilacija
motora
na
strukturu
mašine.
•
Nedostatak
ovog
prenosa
je
velika
elasti
č
nost
koja
ograni
č
ava
primjenu
kod
visoko
preciznih
operacija
skeniranja.
p
j
p
p
j
j
Frikcioni pogon
Frikcioni
pogon
•
Sastoji
se
od
pogonskog
valjka,
ravne
ili
okrugle
šipke
i
potpornog
valjka.
Konstantno
preoptere
ć
enje
se
primjenjuje
na pogonski to
č
ak tako da on ostvaruje ravnomjeran kontakt
na
pogonski
to
č
ak
tako
da
on
ostvaruje
ravnomjeran
kontakt
sa
šipkom.
•
Prednosti ovog prenosa su jednostavan dizajn mala sila
Prednosti
ovog
prenosa
su
jednostavan
dizajn,
mala
sila
trenja,
minimalni
trzaji
i
potencijalno
velika
ta
č
nost
pozicioniranja
kada
se
koriste
dobri
sistemi
povratne
veze
i
servo
sistem
pogona.
•
Nedostatci:
nizak
kapacitet
pogonske
sile,
relativno
mala
krutost
i
kapacitet
prigušenja,
te
minimalni
stepen
iskorištenja
prenosa.
Vij
č
ani pogon
Vij
č
ani
pogon
•
Naj
č
eš
ć
i
tip
vij
č
anog
pogona
su
vijci
sa
kuglicama.
•
Vijak
transformira
rotaciono
kretanje
servo
motora
preko
k li
li
k t j
č
i
č
š
ć
tk
kuglica
u
linearno
kretanje
nosa
č
a
pri
č
vrš
ć
enog
na
navrtku.
•
Vijci
sa
kuglicama
imaju
veoma
dobru
dinami
č
ku
krutost
.
P bl
j
šk
ć
i d j
j
l
č
j
b
•
Problem
je
teško
ć
a
pri
odvajanju
pogona
u
slu
č
aju
potrebe
za
manualnim
pogonom.
•
Nedostatci: mogu biti bu
č
ni i podložni su trošenju
•
Nedostatci:
mogu
biti
bu
č
ni
i
podložni
su
trošenju.
Vij
č
ani pogon CMM
Vij
č
ani
pogon
CMM
Pogon sa linearnim motorom
Pogon
sa
linearnim
motorom
•
CMM
‐
ovi
sa
linearnim
motorima
imaju
veoma
dobre
karakteristike
ubrzanja.
Li
i
t i
d i
CMM t kt
dj j
•
Linearni
motori
su
pogodni
za
CMM
strukture,
gdje
je
centralni
pogon
č
esto
nemogu
ć
.
•
Da bi se izbjeglo "šetanje" osa sa velikim rasponom
•
Da
bi
se
izbjeglo
šetanje
osa
sa
velikim
rasponom
primjenjuju
se
sinhronizovani
linearni
motori
na
krajevima
dvije
potporne
strukture.
j p p
•
Linearni
motori
moraju
postavljati
direktno
na
CMM
ose
Skale
koordinatnih
mjernih
mašina
Senzori pomjeranja
Senzori
pomjeranja
•
Kada
CMM
sonda
dotakne
radni
komad,
njena
pozicija
se
odre
đ
uje
uz
pomo
ć
senzora
pomjeranja
(engl.
displacement
transducer) postavljenih uz svaku od tri linearne ose CMM a
transducer)
postavljenih
uz
svaku
od
tri
linearne
ose
CMM
‐
a.
•
U CMM ovima se mogu na
ć
i razli
č
ite vrste senzora
•
U
CMM
‐
ovima
se
mogu
na
ć
i
razli
č
ite
vrste
senzora
pomjeranja,
od
opti
č
kih
skala,
uglovnih
enkodera,
magnetnih
skala
i
laserskih
interferometara.
Skale CMM
Skale
CMM
Postoje
tri
osnovna
tipa
skala:
‐
transmisiona
‐
reflektiraju
ć
a i
‐
reflektiraju
ć
a
i
‐
interferencijska
Transmisiona skala
Transmisiona
skala
Ova
skala
je
tipi
č
no
na
č
injena
od
stakla
i
precizne
rešetke
sa
50
do
100
linija
po
milimetru.
Gl
č
it j
d ži i
j tl
č
i
j
j
Glava
za
č
itanje
sadrži
izvor
svjetla,
so
č
iva
za
usmjeravanje
svjetlosti
(paralelne
zrake),
rešetku
za
skeniranje,
i
foto
ć
elije.
Kako se glava za
č
itanje pomjera u odnosu na skalu linije na
Kako
se
glava
za
č
itanje
pomjera
u
odnosu
na
skalu,
linije
na
skali
se
naizmjeni
č
no
podudaraju
sa
linijama
i
praznim
prostorima
na
indeksnoj
rešetki
(mjerni
standard).
p
j
( j
)
Periodi
č
no
fluktuiranje
intenziteta
svjetlosti
se
konvertira
od
strane
foto
ć
elija
u
elektri
č
ni
signal
.
Ovaj
signal
je
rezultat
sabiranja
velikog
broja
linija.
Kontrolni sistemi i software za CMM
Kontrolni
sistemi
i
software
za
CMM
•
Koordinatna mjerna mašina je složen mjerni sistem koji
•
Koordinatna
mjerna
mašina
je
složen
mjerni
sistem
koji
obavlja
veliki
broj
mjerenja
i
ra
č
unanja
u
malom
vremenskom
intervalu.
•
Dijelovi
i
funkcije
CMM
se
obavljaju
simultano
i
potrebna
je
software
podrška
da
se
sve
ostvari
•
Kontrolni
sistem
obavlja
funkciju
istovremene
interakcije
izme
đ
u
razli
č
itih
komponenata
mašine,
kao
što
su
pogon,
senzor,
sistem
mjerne
sonde
i
periferni
ure
đ
aji.
Kontrolni sistemi i software za CMM
K
t l i i t
i
dij liti
Kontrolni
sistemi
i
software
za
CMM
Kontrolni
sistemi
se
mogu
podijeliti
na:
l
k
k
di
j
ši
•
manualno
pokretane
koordinatne
mjerne
mašine,
•
motorizovane
koordinatne
mjerne
mašine
sa
automati ovanim procesom operacije sa mjernom sondom
automatizovanim
procesom
operacije
sa
mjernom
sondom,
•
koordinatne
mjerne
mašine
sa
direktnom
ra
č
unarskom
kontrolom
(DCC direct computer control)
kontrolom
(DCC
‐
direct
computer
control),
•
koordinatne
mjerne
mašine
povezane
sa
CAD,
CAM,
sistemima
sistemima.
Manualni pogon CMM
Manualni
pogon
CMM
DCC direct computer control
DCC
direct
computer
control
U
slu
č
aju
DCC
CMM
‐
ova,
kompjuterska
kontrola
je
odgovorna
za:
•
kretanje
CMM
osa,
•
o
č
itavanja
sa
senzora
i
•
razmjenu
podataka.
Za
pokretanje
osa
koriste
se
razli
č
ite
kontrolne
strategije:
•
kontrola
od
ta
č
ke
do
ta
č
ke
(point
‐
to
‐
point),
•
kontrola
kontinuirane
putanje,
•
vektorska
kontrola.
Point to point control
Point
to
point
control
•
U
slu
č
aju
point
‐
to
‐
point
kontrole
(kontrola
od
ta
č
ke
do
ta
č
ke),
ciljana
pozicija
je
ta
č
ka
sa
svoje
tri
koordinate.
Cilj
i ij
tiž
i
k
k
t l
•
Ciljana
pozicija
postiže
se
neovisno
za
svaku
osu
kontrolom
brzine/ubrzanja
vodilica
CMM.
Kontrola kontinuirane putanje
Kontrola
kontinuirane
putanje
•
Skeniranje
j
•
Prethodno
prora
č
unata
kontrola
•
Adaptivna
kontrola
p
U slu
č
aju prethodno prora
č
unate (naziva se još i skeniranje sa
U
slu
č
aju
prethodno
prora
č
unate
(naziva
se
još
i
skeniranje
sa
otvorenom
petljom
– engl.
open
loop),
mjerna
sonda
se
kre
ć
e
do
ciljane
pozicije
duž
definisane
putanje
,
pri
č
emu
je
ra
č
unar
cijelo
vrijeme
integriran
u
kontrolni
proces.
Koristi
se
kada
se
vrši
kontinuirano
mjerenje
mjernom
sondom
( k
)
d
k
d
bl k
(skeniranje)
na
radnom
komadu
poznatog
oblika.
Adaptivna kontrola closed loop
Adaptivna
kontrola
– closed
loop
Kod
adaptivne
kontrole
(skeniranje
sa
zatvorenom
petljom
–
engl.
closed
loop),
glava
sonde
se
kre
ć
e
do
ciljane
pozicije
slobodnom brzinom na jednoj ili dvije ose
slobodnom
brzinom
na
jednoj
ili
dvije
ose.
Ukoliko
se
pojavi
promjena
oblika
radnog
komada
,
adaptivna
kontrola druge ili tre
ć
e ose osigurava da vrh sonde ostane
kontrola
druge
ili
tre
ć
e
ose
osigurava
da
vrh
sonde
ostane
uvijek
u
kontaktu
sa
radnim
komadom.
Zbog
toga,
ovaj
kontrolni
na
č
in
rada
se
koristi
kada
se
skeniraju
g
g ,
j
j
radni
komadi
nepoznatog
oblika
.
Vektorska kontrola
Vektorska
kontrola
•
Postiže
se
najkra
ć
e
kretanje
(po
ravnoj
putanji)
izme
đ
u
startne
pozicije
i
ciljane
pozicije.
S
d
k
ć
d
ilj
i ij
ti i i
i
b i
•
Sonda
se
kre
ć
e
do
ciljane
pozicija
optimiziranim
brzinama
u
pravcu
sve
tri
ose.
•
Dodatno
vektorskom pozicioniranju vektorsko mjerenje
•
Dodatno,
vektorskom
pozicioniranju
,
vektorsko
mjerenje
sondom
je
tako
đ
er
mogu
ć
e
ovim
tipom
kontrole.
•
To je osnova za ponovljiva mjerenja kada se radi o mjerenjima
To
je
osnova
za
ponovljiva
mjerenja
kada
se
radi
o
mjerenjima
otvora
i
složenih
površina.
•
Vektorska kontrola se tako
đ
er koristi za
lociranje površine
Vektorska
kontrola
se
tako
đ
er
koristi
za
lociranje
površine
radnog
komada
bilo
kakvog
oblika.
Programiranje mjerenja radnog
Programiranje
mjerenja
radnog
komada
komada
P
i
j
č
j
( lf
h)
•
Programiranje
u
č
enjem
(self
‐
teach),
•
Off
‐
line
programiranje,
•
CAD
programiranje.
Kalibracija
j
.
Transformacija
Transformacija
Zadatak
transformacijskog
postupka
je
prebacivanje
izmjerenih
podataka
iz
koordinatnog
sistema
mašine
u
koordinatni
sistem
mjernog objekta
mjernog
objekta.
Koordinatni sistem mjernog objekta je definiran tehni
č
kim
Koordinatni
sistem
mjernog
objekta
je
definiran
tehni
č
kim
crtežom
i
odre
đ
uje
se
uz
pomo
ć
mjerenja
referentnih
elemenata
na
mjernom
objektu.
j
j
Obrada podataka
Obrada
podataka
•
Centralni
dio
CMM
softvera
je
podprogram
za
prora
č
un.
•
Broj
i
raznovrsnost
aplikacijskih
paketa
dostupnih
u
ovom
d l
č
j
ti
č
f
CMM
modulu
zna
č
ajno
uti
č
u
na
samu
performansu
CMM
‐
a.
•
Standardni
aplikacijski
paketi
bave
se
prora
č
unom
standardnih mjernih zadataka u proizvodnim mjerenjima
standardnih
mjernih
zadataka
u
proizvodnim
mjerenjima
(odre
đ
ivanje
udaljenosti
izme
đ
u
otvora,
uglova
izme
đ
u
ravni,
dijametar
cilindra
ili
konusa,
...).
j
, )
•
Ovo
se
izvodi
prora
č
unavanjem
i
kombiniranjem
relevantnih
supstitutivnih
elemenata
kao
što
su
ta
č
ka,
kružnica,
ravan,
sfera,
cilindar,
konus
ili
torus.
•
CMM
mašine
koriste
razli
č
ite
vrste
algoritama
za
dobijanje
supstitutivnih
geometrija.
To
su
tzv.
"fitting"
kriterijumi.
Algoritam
najmanjeg
zbira
kvadrata
(engl.
least
squares)
Odre
đ
uje
supstitutivnu
geometriju
minimiziraju
ć
i
sumu
j
p
g
j
j
kvadrata
ostataka
do
supstitutivne
(idealne)
geometrije.
Ostaci
su
udaljenosti
izme
đ
u
svake
izmjerene
ta
č
ke
do
supstitutivne
geometrije.
Maksimalna
upisana
i
minimalna
opisana
kružnica
Engl.
maximum
inscribed
i
minimum
circumscribed
)
su
obje
definirane sa tri krajnje ta
č
ke
definirane
sa
tri
krajnje
ta
č
ke.
Kod
minimalne
opisane
kružnice
nijedna
izmjerena
ta
č
ka
ne
smije da leži izvan kružnice dok je kod maksimalne upisane
smije
da
leži
izvan
kružnice
dok
je
kod
maksimalne
upisane
obratno.
Kriterij mini max ili minimum zone
Kriterij
mini
‐
max
ili
minimum
zone
•
Minimalizira
najve
ć
i
mogu
ć
i
ostatak,
tj.
razdaljinu
izmjerene
ta
č
ke od supstitutivne geometrije
ta
č
ke
od
supstitutivne
geometrije.
•
Konzekventno,
kod
ovog
algoritma
najve
ć
i
unutrašnji
ostatak
je jednak najve
ć
em vanjskom
je
jednak
najve
ć
em
vanjskom.
Least Square
Minimum Zone
Minimum-Circumscribed
Maximum-Inscribed
(najmanji kvadrat)
(minimum zone)
(minimalni opisani)
(maksimalni upisani)
Least Square
Minimum Zone
Minimum-Circumscribed
Maximum-Inscribed
(najmanji kvadrat)
(minimum zone)
(minimalni opisani)
(maksimalni upisani)
f = 0,635
LSC
MZC
MCC
MIC
(najmanji kvadrat)
(minimum zone)
(minimalni opisani)
(maksimalni upisani)
f = 0,635
LSC
MZC
MCC
MIC
(najmanji kvadrat)
(minimum zone)
(minimalni opisani)
(maksimalni upisani)
D = 160,029
D = 160,088
D = 159,577
D = 160,592
D = 160,029
D = 160,088
D = 159,577
D = 160,592
Izmjerena ta
č
ka
Izmjerene ta
č
ke koje definišu substitutivnu geometriju
Substitutivna geometrija
,
,
Izmjerena ta
č
ka
Izmjerene ta
č
ke koje definišu substitutivnu geometriju
Substitutivna geometrija
,
,
Substitutivna geometrija
Substitutivna geometrija
Analiza
Analiza
•
Modul za analizu pruža korisniku funkcije kao što su razli
č
ita
Modul
za
analizu
pruža
korisniku
funkcije
kao
što
su
razli
č
ita
pore
đ
enja,
izvještaji
rezultata,
statisti
č
ka
evaluacija
i
prenos
podataka
u
razli
č
ite
baze
podataka
ili
druge
ra
č
unare.
Neke
od
karakteristika
pristupa
č
nosti
bi
trebale
biti:
•
definiranje
odre
đ
enog
formata
izvještaja
po
želji
korisnika,
•
izbor
atributa
mjernog
objekta
koji
se
prikazuju
na
ekranu
ili
šalju
na
štampanje,
•
izbor
izlaza
u
zavisnosti
od
tolerancija,
•
definisanje
specifi
č
ne
grafi
č
ke
evaluacije.
