समन्वय मापने की मशीन क्या है?

एनियामक माप मशीन(सीएमएम) एक उपकरण है जो एक जांच के साथ वस्तु की सतह पर अलग-अलग बिंदुओं को महसूस करके भौतिक वस्तुओं की ज्यामिति को मापता है।सीएमएम में मैकेनिकल, ऑप्टिकल, लेजर और सफेद रोशनी सहित विभिन्न प्रकार की जांच का उपयोग किया जाता है।मशीन के आधार पर, जांच की स्थिति को ऑपरेटर द्वारा मैन्युअल रूप से नियंत्रित किया जा सकता है या इसे कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।सीएमएम आमतौर पर त्रि-आयामी कार्टेशियन समन्वय प्रणाली (यानी, XYZ अक्षों के साथ) में एक संदर्भ स्थिति से इसके विस्थापन के संदर्भ में एक जांच की स्थिति निर्दिष्ट करते हैं।जांच को एक्स, वाई और जेड अक्षों के साथ ले जाने के अलावा, कई मशीनें उन सतहों की माप की अनुमति देने के लिए जांच कोण को भी नियंत्रित करने की अनुमति देती हैं जो अन्यथा पहुंच योग्य नहीं होतीं।

विशिष्ट 3डी "ब्रिज" सीएमएम तीन अक्षों, एक्स, वाई और जेड के साथ जांच की गति की अनुमति देता है, जो त्रि-आयामी कार्टेशियन समन्वय प्रणाली में एक दूसरे के लिए ऑर्थोगोनल हैं।प्रत्येक अक्ष में एक सेंसर होता है जो उस अक्ष पर जांच की स्थिति की निगरानी करता है, आमतौर पर माइक्रोमीटर परिशुद्धता के साथ।जब जांच वस्तु पर किसी विशेष स्थान से संपर्क करती है (या अन्यथा पता लगाती है), तो मशीन तीन स्थिति सेंसर का नमूना लेती है, इस प्रकार वस्तु की सतह पर एक बिंदु के स्थान को मापती है, साथ ही लिए गए माप के 3-आयामी वेक्टर को भी मापती है।इस प्रक्रिया को आवश्यकतानुसार दोहराया जाता है, जांच को हर बार आगे बढ़ाते हुए, एक "बिंदु बादल" उत्पन्न किया जाता है जो रुचि के सतह क्षेत्रों का वर्णन करता है।

सीएमएम का एक सामान्य उपयोग विनिर्माण और असेंबली प्रक्रियाओं में डिजाइन इरादे के खिलाफ किसी हिस्से या असेंबली का परीक्षण करने के लिए होता है।ऐसे अनुप्रयोगों में, बिंदु बादल उत्पन्न होते हैं जिनका विश्लेषण सुविधाओं के निर्माण के लिए प्रतिगमन एल्गोरिदम के माध्यम से किया जाता है।इन बिंदुओं को एक जांच का उपयोग करके एकत्र किया जाता है जिसे ऑपरेटर द्वारा मैन्युअल रूप से या डायरेक्ट कंप्यूटर कंट्रोल (डीसीसी) के माध्यम से स्वचालित रूप से तैनात किया जाता है।डीसीसी सीएमएम को समान भागों को बार-बार मापने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है;इस प्रकार एक स्वचालित सीएमएम औद्योगिक रोबोट का एक विशेष रूप है।

पार्ट्स

समन्वय-मापने वाली मशीनों में तीन मुख्य घटक शामिल हैं:

• मुख्य संरचना जिसमें गति के तीन अक्ष शामिल हैं।गतिशील फ़्रेम के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री पिछले कुछ वर्षों में भिन्न-भिन्न रही है।प्रारंभिक सीएमएम में ग्रेनाइट और स्टील का उपयोग किया जाता था।आज सभी प्रमुख सीएमएम निर्माता एल्यूमीनियम मिश्र धातु या कुछ व्युत्पन्न से फ्रेम बनाते हैं और स्कैनिंग अनुप्रयोगों के लिए जेड अक्ष की कठोरता को बढ़ाने के लिए सिरेमिक का भी उपयोग करते हैं।बेहतर मेट्रोलॉजी गतिशीलता के लिए बाजार की आवश्यकता और गुणवत्ता प्रयोगशाला के बाहर सीएमएम स्थापित करने की बढ़ती प्रवृत्ति के कारण कुछ सीएमएम बिल्डर्स आज भी ग्रेनाइट फ्रेम सीएमएम का निर्माण करते हैं।आमतौर पर चीन और भारत में केवल कम मात्रा वाले सीएमएम बिल्डर और घरेलू निर्माता ही कम प्रौद्योगिकी दृष्टिकोण और सीएमएम फ्रेम बिल्डर बनने के लिए आसान प्रवेश के कारण अभी भी ग्रेनाइट सीएमएम का निर्माण कर रहे हैं।स्कैनिंग के प्रति बढ़ते रुझान के कारण सीएमएम जेड अक्ष को सख्त बनाने की भी आवश्यकता है और सिरेमिक और सिलिकॉन कार्बाइड जैसी नई सामग्री पेश की गई है।
• जांच प्रणाली
• डेटा संग्रह और कमी प्रणाली - आम तौर पर एक मशीन नियंत्रक, डेस्कटॉप कंप्यूटर और एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर शामिल होते हैं।

उपलब्धता

ये मशीनें फ्री-स्टैंडिंग, हैंडहेल्ड और पोर्टेबल हो सकती हैं।

शुद्धता

समन्वय माप मशीनों की सटीकता आमतौर पर दूरी पर एक फ़ंक्शन के रूप में अनिश्चितता कारक के रूप में दी जाती है।स्पर्श जांच का उपयोग करने वाले सीएमएम के लिए, यह जांच की पुनरावृत्ति और रैखिक तराजू की सटीकता से संबंधित है।विशिष्ट जांच दोहराव के परिणामस्वरूप संपूर्ण माप मात्रा में .001 मिमी या .00005 इंच (आधे दसवें) के भीतर माप हो सकता है।3, 3+2, और 5 अक्ष मशीनों के लिए, जांच को नियमित रूप से ट्रेस करने योग्य मानकों का उपयोग करके कैलिब्रेट किया जाता है और सटीकता सुनिश्चित करने के लिए मशीन की गति को गेज का उपयोग करके सत्यापित किया जाता है।

विशिष्ट भाग

मशीन बॉडी

पहला सीएमएम 1950 के दशक में स्कॉटलैंड की फेरांति कंपनी द्वारा उनके सैन्य उत्पादों में सटीक घटकों को मापने की प्रत्यक्ष आवश्यकता के परिणामस्वरूप विकसित किया गया था, हालांकि इस मशीन में केवल 2 अक्ष थे।पहला 3-अक्ष मॉडल 1960 के दशक (इटली के डीईए) में प्रदर्शित होना शुरू हुआ और कंप्यूटर नियंत्रण 1970 के दशक की शुरुआत में शुरू हुआ, लेकिन पहला कामकाजी सीएमएम विकसित किया गया और मेलबर्न, इंग्लैंड में ब्राउन एंड शार्प द्वारा बिक्री के लिए रखा गया।(लेइट्ज़ जर्मनी ने बाद में चलती मेज के साथ एक निश्चित मशीन संरचना का निर्माण किया।

आधुनिक मशीनों में, गैन्ट्री-प्रकार की अधिरचना के दो पैर होते हैं और इसे अक्सर पुल कहा जाता है।यह ग्रेनाइट टेबल के एक तरफ से जुड़ी गाइड रेल का अनुसरण करते हुए एक पैर (अक्सर अंदरूनी पैर के रूप में जाना जाता है) के साथ ग्रेनाइट टेबल के साथ स्वतंत्र रूप से चलता है।विपरीत पैर (अक्सर बाहरी पैर) ऊर्ध्वाधर सतह समोच्च के बाद ग्रेनाइट टेबल पर टिका होता है।घर्षण मुक्त यात्रा सुनिश्चित करने के लिए एयर बेयरिंग चुनी गई विधि है।इनमें, एक चिकनी लेकिन नियंत्रित एयर कुशन प्रदान करने के लिए संपीड़ित हवा को एक सपाट असर वाली सतह में बहुत छोटे छिद्रों की एक श्रृंखला के माध्यम से मजबूर किया जाता है, जिस पर सीएमएम लगभग घर्षण रहित तरीके से चल सकता है, जिसकी भरपाई सॉफ्टवेयर के माध्यम से की जा सकती है।ग्रेनाइट टेबल के साथ पुल या गैन्ट्री की गति XY विमान की एक धुरी बनाती है।गैन्ट्री के पुल में एक गाड़ी होती है जो अंदर और बाहर के पैरों के बीच चलती है और अन्य एक्स या वाई क्षैतिज अक्ष बनाती है।गति की तीसरी धुरी (जेड अक्ष) एक ऊर्ध्वाधर क्विल या स्पिंडल को जोड़कर प्रदान की जाती है जो गाड़ी के केंद्र के माध्यम से ऊपर और नीचे चलती है।स्पर्श जांच कलम के अंत पर सेंसिंग डिवाइस बनाती है।एक्स, वाई और जेड अक्षों की गति मापने वाले लिफाफे का पूरी तरह से वर्णन करती है।जटिल वर्कपीस तक मापने की जांच की पहुंच क्षमता को बढ़ाने के लिए वैकल्पिक रोटरी टेबल का उपयोग किया जा सकता है।चौथी ड्राइव धुरी के रूप में रोटरी टेबल मापने वाले आयामों को नहीं बढ़ाती है, जो 3डी रहते हैं, लेकिन यह लचीलेपन की डिग्री प्रदान करती है।कुछ स्पर्श जांच स्वयं संचालित रोटरी डिवाइस हैं जिनकी जांच टिप 180 डिग्री से अधिक और पूर्ण 360 डिग्री रोटेशन के माध्यम से लंबवत घूमने में सक्षम है।

सीएमएम अब कई अन्य रूपों में भी उपलब्ध हैं।इनमें सीएमएम हथियार शामिल हैं जो स्टाइलस टिप की स्थिति की गणना करने के लिए बांह के जोड़ों पर लिए गए कोणीय माप का उपयोग करते हैं, और लेजर स्कैनिंग और ऑप्टिकल इमेजिंग के लिए जांच से सुसज्जित किया जा सकता है।ऐसे आर्म सीएमएम का उपयोग अक्सर किया जाता है, जहां उनकी पोर्टेबिलिटी पारंपरिक फिक्स्ड बेड सीएमएम पर एक फायदा है - मापे गए स्थानों को संग्रहीत करके, प्रोग्रामिंग सॉफ्टवेयर माप रूटीन के दौरान मापे जाने वाले हिस्से के चारों ओर मापने वाले आर्म और इसकी माप मात्रा को भी स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।चूँकि सीएमएम भुजाएँ मानव भुजा के लचीलेपन की नकल करती हैं, इसलिए वे अक्सर जटिल भागों के अंदरूनी हिस्सों तक पहुँचने में भी सक्षम होते हैं जिन्हें मानक तीन अक्ष मशीन का उपयोग करके जांच नहीं किया जा सकता है।

यांत्रिक जांच

समन्वय माप (सीएमएम) के शुरुआती दिनों में, यांत्रिक जांच को क्विल के अंत में एक विशेष धारक में फिट किया गया था।एक शाफ्ट के अंत में एक कठोर गेंद को टांका लगाकर एक बहुत ही सामान्य जांच की गई थी।यह सपाट सतह, बेलनाकार या गोलाकार सतहों की पूरी श्रृंखला को मापने के लिए आदर्श था।विशेष विशेषताओं के माप को सक्षम करने के लिए अन्य जांचों को विशिष्ट आकृतियों, उदाहरण के लिए एक चतुर्थांश, के आधार पर तैयार किया गया था।इन जांचों को भौतिक रूप से वर्कपीस के खिलाफ रखा गया था, जिसमें अंतरिक्ष में स्थिति को 3-अक्ष डिजिटल रीडआउट (डीआरओ) से पढ़ा जा रहा था या, अधिक उन्नत सिस्टम में, फ़ुटस्विच या इसी तरह के डिवाइस के माध्यम से कंप्यूटर में लॉग इन किया जा रहा था।इस संपर्क विधि द्वारा लिए गए माप अक्सर अविश्वसनीय होते थे क्योंकि मशीनों को हाथ से चलाया जाता था और प्रत्येक मशीन ऑपरेटर जांच पर अलग-अलग मात्रा में दबाव डालता था या माप के लिए अलग-अलग तकनीक अपनाता था।

एक और विकास प्रत्येक धुरी को चलाने के लिए मोटरों को शामिल करना था।ऑपरेटरों को अब मशीन को भौतिक रूप से छूने की ज़रूरत नहीं थी, बल्कि वे आधुनिक रिमोट नियंत्रित कारों की तरह ही जॉयस्टिक के साथ एक हैंडबॉक्स का उपयोग करके प्रत्येक धुरी को चला सकते थे।इलेक्ट्रॉनिक टच ट्रिगर जांच के आविष्कार के साथ माप सटीकता और परिशुद्धता में नाटकीय रूप से सुधार हुआ।इस नए जांच उपकरण के प्रणेता डेविड मैकमुर्ट्री थे जिन्होंने बाद में रेनिशॉ पीएलसी का गठन किया।हालाँकि अभी भी एक संपर्क उपकरण है, जांच में एक स्प्रिंग-लोडेड स्टील बॉल (बाद में रूबी बॉल) स्टाइलस था।जैसे ही जांच ने घटक की सतह को छुआ, स्टाइलस विक्षेपित हो गया और साथ ही एक्स, वाई, जेड समन्वय जानकारी कंप्यूटर को भेज दी।अलग-अलग ऑपरेटरों के कारण होने वाली माप त्रुटियां कम हो गईं और सीएनसी संचालन की शुरुआत और सीएमएम के युग के आने के लिए मंच तैयार किया गया।

ऑप्टिकल जांच लेंस-सीसीडी-प्रणाली हैं, जो यांत्रिक जांच की तरह चलती हैं, और सामग्री को छूने के बजाय रुचि के बिंदु पर लक्षित होती हैं।सतह की कैप्चर की गई छवि को मापने वाली खिड़की की सीमाओं में संलग्न किया जाएगा, जब तक कि अवशेष काले और सफेद क्षेत्रों के बीच अंतर करने के लिए पर्याप्त न हो।विभाजन वक्र की गणना एक बिंदु तक की जा सकती है, जो अंतरिक्ष में वांछित माप बिंदु है।सीसीडी पर क्षैतिज जानकारी 2डी (एक्सवाई) है और ऊर्ध्वाधर स्थिति स्टैंड जेड-ड्राइव (या अन्य डिवाइस घटक) पर संपूर्ण जांच प्रणाली की स्थिति है।

स्कैनिंग जांच प्रणाली

ऐसे नए मॉडल हैं जिनमें जांचें होती हैं जो निर्दिष्ट अंतराल पर बिंदुओं को लेते हुए भाग की सतह पर खींचती हैं, जिन्हें स्कैनिंग जांच के रूप में जाना जाता है।सीएमएम निरीक्षण की यह विधि पारंपरिक स्पर्श-जांच विधि की तुलना में अक्सर अधिक सटीक होती है और कई बार तेज भी होती है।

स्कैनिंग की अगली पीढ़ी, जिसे गैर-संपर्क स्कैनिंग के रूप में जाना जाता है, जिसमें उच्च गति लेजर एकल बिंदु त्रिभुज, लेजर लाइन स्कैनिंग और सफेद प्रकाश स्कैनिंग शामिल है, बहुत तेज़ी से आगे बढ़ रही है।यह विधि या तो लेजर बीम या सफेद रोशनी का उपयोग करती है जिसे भाग की सतह पर प्रक्षेपित किया जाता है।फिर कई हज़ार बिंदु लिए जा सकते हैं और उनका उपयोग न केवल आकार और स्थिति की जांच करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि भाग की 3डी छवि बनाने के लिए भी किया जा सकता है।इस "प्वाइंट-क्लाउड डेटा" को भाग का एक कार्यशील 3डी मॉडल बनाने के लिए सीएडी सॉफ़्टवेयर में स्थानांतरित किया जा सकता है।इन ऑप्टिकल स्कैनर का उपयोग अक्सर नरम या नाजुक भागों पर या रिवर्स इंजीनियरिंग की सुविधा के लिए किया जाता है।

माइक्रोमेट्रोलॉजी जांच

सूक्ष्म माप विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए जांच प्रणाली एक और उभरता हुआ क्षेत्र है।कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध समन्वय मापने वाली मशीनें (सीएमएम) हैं जिनमें सिस्टम में एक माइक्रोप्रोब एकीकृत है, सरकारी प्रयोगशालाओं में कई विशेष प्रणालियां हैं, और माइक्रोस्केल मेट्रोलॉजी के लिए कई विश्वविद्यालय-निर्मित मेट्रोलॉजी प्लेटफॉर्म हैं।हालाँकि ये मशीनें अच्छी हैं और कई मामलों में नैनोमेट्रिक स्केल के साथ उत्कृष्ट मेट्रोलॉजी प्लेटफ़ॉर्म हैं, उनकी प्राथमिक सीमा एक विश्वसनीय, मजबूत, सक्षम माइक्रो/नैनो जांच है।^{[प्रशस्ति - पत्र आवश्यक]}सूक्ष्म जांच प्रौद्योगिकियों के लिए चुनौतियों में एक उच्च पहलू अनुपात जांच की आवश्यकता शामिल है जो कम संपर्क बलों के साथ गहरी, संकीर्ण सुविधाओं तक पहुंचने की क्षमता प्रदान करती है ताकि सतह और उच्च परिशुद्धता (नैनोमीटर स्तर) को नुकसान न पहुंचे।^{[प्रशस्ति - पत्र आवश्यक]}इसके अतिरिक्त सूक्ष्म जांचें पर्यावरणीय स्थितियों जैसे नमी और सतह की परस्पर क्रिया जैसे कठोरता (आसंजन, मेनिस्कस और/या वैन डेर वाल्स बलों के कारण) के प्रति अतिसंवेदनशील होती हैं।^{[प्रशस्ति - पत्र आवश्यक]}

सूक्ष्म स्तर की जांच को प्राप्त करने की तकनीकों में शास्त्रीय सीएमएम जांच का छोटा संस्करण, ऑप्टिकल जांच और स्टैंडिंग वेव जांच शामिल हैं।हालाँकि, वर्तमान ऑप्टिकल तकनीकों को गहरी, संकीर्ण विशेषता को मापने के लिए पर्याप्त छोटा नहीं किया जा सकता है, और ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा सीमित है।एक्स-रे इमेजिंग सुविधा की एक तस्वीर प्रदान करती है लेकिन कोई पता लगाने योग्य मेट्रोलॉजी जानकारी नहीं देती है।

भौतिक सिद्धांत

ऑप्टिकल जांच और/या लेजर जांच का उपयोग किया जा सकता है (यदि संभव हो तो संयोजन में), जो सीएमएम को मापने वाले माइक्रोस्कोप या मल्टी-सेंसर मापने वाली मशीनों में बदल देते हैं।फ्रिंज प्रोजेक्शन सिस्टम, थियोडोलाइट ट्राइएंगुलेशन सिस्टम या लेजर डिस्टेंस और ट्राइएंगुलेशन सिस्टम को मापने वाली मशीन नहीं कहा जाता है, लेकिन मापने का परिणाम समान होता है: एक अंतरिक्ष बिंदु।लेजर जांच का उपयोग सतह और गतिज श्रृंखला के अंत (यानी: जेड-ड्राइव घटक के अंत) पर संदर्भ बिंदु के बीच की दूरी का पता लगाने के लिए किया जाता है।यह एक इंटरफेरोमेट्रिकल फ़ंक्शन, फोकस भिन्नता, प्रकाश विक्षेपण या बीम छायांकन सिद्धांत का उपयोग कर सकता है।

पोर्टेबल समन्वय-मापने वाली मशीनें

जबकि पारंपरिक सीएमएम एक जांच का उपयोग करते हैं जो किसी वस्तु की भौतिक विशेषताओं को मापने के लिए तीन कार्टेशियन अक्षों पर चलती है, पोर्टेबल सीएमएम या तो आर्टिकुलेटेड हथियारों का उपयोग करते हैं या ऑप्टिकल सीएमएम के मामले में, आर्म-फ्री स्कैनिंग सिस्टम जो ऑप्टिकल त्रिकोणीय तरीकों का उपयोग करते हैं और आंदोलन की पूर्ण स्वतंत्रता को सक्षम करते हैं वस्तु के चारों ओर.

आर्टिकुलेटेड भुजाओं वाले पोर्टेबल सीएमएम में छह या सात अक्ष होते हैं जो रैखिक अक्षों के बजाय रोटरी एनकोडर से सुसज्जित होते हैं।पोर्टेबल हथियार हल्के होते हैं (आमतौर पर 20 पाउंड से कम) और इन्हें लगभग कहीं भी ले जाया और इस्तेमाल किया जा सकता है।हालाँकि, उद्योग में ऑप्टिकल सीएमएम का तेजी से उपयोग किया जा रहा है।कॉम्पैक्ट लीनियर या मैट्रिक्स एरे कैमरों (माइक्रोसॉफ्ट किनेक्ट की तरह) के साथ डिज़ाइन किया गया, ऑप्टिकल सीएमएम हथियारों के साथ पोर्टेबल सीएमएम से छोटे होते हैं, इनमें कोई तार नहीं होता है, और उपयोगकर्ताओं को लगभग कहीं भी स्थित सभी प्रकार की वस्तुओं का आसानी से 3डी माप लेने में सक्षम बनाता है।

कुछ गैर-दोहराव वाले अनुप्रयोग जैसे रिवर्स इंजीनियरिंग, रैपिड प्रोटोटाइपिंग और सभी आकारों के हिस्सों का बड़े पैमाने पर निरीक्षण पोर्टेबल सीएमएम के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त हैं।पोर्टेबल सीएमएम के लाभ कई गुना हैं।उपयोगकर्ताओं के पास सभी प्रकार के हिस्सों और सबसे दूरस्थ/कठिन स्थानों में 3डी माप लेने की सुविधा है।इनका उपयोग करना आसान है और सटीक माप लेने के लिए नियंत्रित वातावरण की आवश्यकता नहीं होती है।इसके अलावा, पोर्टेबल सीएमएम की लागत पारंपरिक सीएमएम से कम होती है।

पोर्टेबल सीएमएम का अंतर्निहित व्यापार मैन्युअल संचालन है (उन्हें उपयोग करने के लिए हमेशा एक मानव की आवश्यकता होती है)।इसके अलावा, उनकी समग्र सटीकता ब्रिज प्रकार सीएमएम की तुलना में कुछ हद तक कम सटीक हो सकती है और कुछ अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त है।

मल्टीसेंसर-मापने वाली मशीनें

स्पर्श जांच का उपयोग करने वाली पारंपरिक सीएमएम तकनीक को आज अक्सर अन्य माप तकनीक के साथ जोड़ दिया जाता है।इसमें मल्टीसेंसर माप के रूप में जाना जाने वाला प्रदान करने के लिए लेजर, वीडियो या सफेद प्रकाश सेंसर शामिल हैं।