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Das magische Funktionsprinzip von CMM: Wie misst man Objekte mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich?
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie sind dreidimensionale Koordinatenmessgeräte (KMG) zu einem wichtigen Werkzeug für Fertigungs- und Konstruktionsmessungen geworden. Dieses Gerät kann die Geometrie eines Objekts mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich messen und Daten durch Erfassen diskreter Punkte auf der Objektoberfläche erfassen. In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip, die Hauptkomponenten und die Anwendung von KMG in der modernen Industrie untersucht.
Grundprinzipien und Zusammensetzung
Das Funktionsprinzip von CMM basiert auf der präzisen Bewegung seiner Sonde im dreidimensionalen Raum (XYZ-Achse). Die Sonde kann manuell bedient oder über einen Computer gesteuert werden, was die Messergebnisse zuverlässiger macht. Typischerweise ist die Hauptstruktur eines KMG ein „Brücken“-Design, das es dem Messtaster ermöglicht, sich frei auf drei orthogonalen Achsen zu bewegen.
Immer wenn die Sonde einen Punkt auf der Objektoberfläche berührt, tastet die Maschine den Positionssensor jeder Achse ab, um die dreidimensionalen Koordinaten des Punktes zu ermitteln.
Nachdem CMM Daten von mehreren Punkten erfasst hat, generiert es eine „Punktwolke“, die die Oberflächeneigenschaften des Objekts beschreiben kann. Ganz gleich, ob es sich um einen manuellen Betrieb, eine automatische Computersteuerung oder vorab geschriebene Programme handelt, CMM kann diese Messungen effizient durchführen.
Technische Merkmale und Präzision
CMM besteht normalerweise aus drei Hauptteilen: Körper, Sondensystem und Datenerfassungssystem. Moderne KMGs bestehen meist aus Materialien wie Aluminiumlegierungen, Keramik oder schwarzem Granit, um die Steifigkeit ihrer Struktur zu verbessern und Fehler während des Messvorgangs zu reduzieren. Die Genauigkeit eines KMG wird als Unsicherheitsfaktor definiert, normalerweise im Mikrometerbereich.
Ein mit einer Kontaktsonde ausgestattetes KMG kann wiederholte Messungen mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer oder weniger durchführen.
Untersuchungen zeigen, dass sich die Anwendungsszenarien von CMM mit der Entwicklung der Technologie nach und nach auf vielfältigere Bereiche ausgeweitet haben, wie etwa medizinische Geräte, Luft- und Raumfahrt und Automobilbau.
Verschiedene Sondentechnologien
CMM verwendet eine Vielzahl von Sonden für die Messung, am häufigsten sind mechanische Triggersonden und Lasersonden. Frühe mechanische Sonden bestanden normalerweise aus einer harten Kugel, die an einen langen Stab geschweißt war, eine Konstruktion, die es ihnen ermöglichte, flache und runde Oberflächen zu messen. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden sie nach und nach durch elektronische Triggersonden ersetzt, die automatisch dreidimensionale Koordinaten aufzeichnen können, wenn die Sonde mit einem Objekt in Kontakt kommt.
Das Aufkommen optischer Sonden und Lasersonden verbessert nicht nur die Messgenauigkeit, sondern beschleunigt auch die Messung, da sie messen können, ohne das Objekt zu berühren.
Das neue Rastersondensystem ist in der Lage, über die Oberfläche eines Objekts zu gleiten und dabei in bestimmten Abständen Punkte zu erfassen. Diese Methode gilt als genauer als herkömmliche Kontaktsondenmessungen.
Der Aufstieg tragbarer Messgeräte
Die meisten herkömmlichen KMGs sind stationär, während tragbare KMGs Gelenkarme oder armlose Scansysteme verwenden, sodass sie sich beliebig bewegen und in verschiedenen Umgebungen verwendet werden können. Tragbare KMGs, die in der Regel weniger als 20 Pfund wiegen, sind leicht und einfach zu bedienen, was sie ideal für sich nicht wiederholende Anwendungen wie Reverse Engineering und Rapid Prototyping macht.
Standardisierung und zukünftige Entwicklung
Für die Leistungsüberprüfung von KMGs gibt es spezielle Normen der ISO 10360-Reihe. Diese Normen definieren die Eigenschaften und Messfehler des Tastsystems und gewährleisten die Zuverlässigkeit der Messung. Mit der Entwicklung automatisierter Messtechnik wird CMM in Zukunft voraussichtlich mit anderen Messtechniken zu einem Multisensor-Messgerät kombiniert.
Insgesamt ist CMM nicht nur eine Basistechnologie im Fertigungsbereich, sondern auch führend in der Entwicklung moderner technischer Messtechnik. Es hat in verschiedenen Branchen einen unersetzlichen Wert bewiesen. Wie wird CMM in Zukunft neuen Herausforderungen und Chancen begegnen und weiterhin Innovationen in der Messtechnik vorantreiben?
