با گسترش روز افزون صنایع قطعه‌سازی و ایجاد رقابت در تولید با کیفیت برتر، اندازه‌‌گیری و کنترل کیفیت قطعات از جایگاه، مهم و ویژه‌‌ای برخوردار است. چرا که اندازه‌‌گیری و بکارگیری روش‌‌های مناسب برای کنترل خط تولید، برای تولید قطعات همسان (در محدود تلرانس) وظیفه واحد کنترل بوده که با تهیه کردن سخت‌‌افزارها و نرم‌‌افزارهای مورد نیاز و با ایجاد و به‌‌کارگیری روش‌‌های مناسب برای کنترل قطعات تولید، بهترین راهنمای واحد تولید برای تولید قطعات با کیفیت مناسب و تیراژ ممکن است که در نتیجه از تولید قطعات معیوب جلوگیری می‌‌کند.

ماشین اندازه‌‌گیری مختصاتی

جهت کنترل اجباری بعضی از قطعات به مواردی برمی‌‌خوریم که نمی‌‌توان از وسایل اندازه‌‌گیری عمومی مانند کولیس، میکرومتر، ساعت‌‌های اندیکاتور و … استفاده نمود در چنین مواردی می‌‌توان از دستگاه اندازه‌‌گیری سه‌‌بعدی استفاده نمود. این دستگاه از یک میز دقیق به همراه 3 خط‌‌کش دیجیتالی و الکترونیکی که بر روی آن یک بازوی متحرک تعبیه شده است تشکیل شده است و با حرکت این بازو در فضا می‌‌توان مختصات نقاط مورد اندازه‌‌گیری را از روی خط‌‌کش‌‌ها اندازه‌‌گیری نمود. با استفاده از نرم‌‌افزار آن، می‌‌توان گزارش‌‌های اندازه‌‌گیری شده را مورد بررسی قرار داد. به‌‌طور کلی ساختار ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی روی یاتاقان‌‌ها هوا شناور است به همین جهت نیروها قابل اغماض و ناچیز بوده و با مراقبت مناسب می‌‌توان تا سال‌‌ها از آن استفاده نمود. طول عمر این دستگاه را به‌‌طور بالقوه زیاد می‌‌باشد ولی به هر جهت برای افزایش عمر ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی، قطعات مکانیکی ماشین همانند سیستم‌‌های هدایتی، سیستم‌‌های اهرمی، ترازوهای شمارنده و قرقره‌‌ها و هم‌‌چنین کنترل‌‌کننده ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی و نرم‌‌افزار آن نیاز به تعویض خواهد داشت. نرم‌‌افزار دست کم هر دو سال به‌‌روز می‌‌گردد و با کمترین هزینه ارتقا سطح می‌‌یابند.

 علل استفاده از ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی

الف- سرعت و دقت اندازه‌‌گیری

ب- قابلیت اندازه‌‌گیری تلرانس‌‌های فرم و وضعیت

ج- قابلیت برنامه‌‌نویسی

د- قابلیت اندازه‌‌گیری پیوسته

ه- قابلیت تولید برنامه‌‌های اندازه‌‌گیری

و- تعریف ریاضی محورها به‌‌صورت ساده

ز- اندازه‌‌گیری اُپتیکی

ساختار ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی

یک ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی را می‌‌توان از دو جهت نرم‌‌افزاری و سخت‌‌افزاری مورد مطالعه قرار داد.

الف) سخت‌‌افزار: قسمت‌‌های مختلف یک ماشین اندازه‌‌گیر مختصاتی عبارتند از:

1- راهنمای محورهای دستگاه:

این قطعه هم‌‌جنس میز دستگاه و از گرانیت می‌‌باشد که توسط چند پیچ به میز ماشین ثابت می‌‌شود و شش تا هشت بالشتک هوایی این قطعه را از سه یا چهار طرف احاطه کرده‌‌اند. میز این دستگاه‌‌ها در ابعاد متنوعی ساخته می‌‌شوند. دستگاه اندازه‌‌گیری مختصات که جهت کنترل قطعات بسیار دقیق ساخته می‌‌شوند ابعاد کوچک‌‌تری دارند به‌‌عنوان مثال 500*500 میلی‌‌متر و حتی کوچک‌‌تر و دستگاه اندازه‌‌گیری مختصات که جهت کنترل قطعات بزرگ ساخته می‌‌شوند دارای ابعادی در حدود 400*600 میلی‌‌متر و حتی بزرگ‌‌تر می‌‌باشند. این میز توسط سه پایه بر روی بستر خود تنظیم می‌‌شود.

برای کار گذاشتن این دستگاه‌‌ها ابتدا باید به تعداد پایه بستر و به فاصله آن‌‌ها روی زمین فرندانسیون ایجاد کرد و روی فوندانسیون را یک قطعه آهن به شکل مربع و به ضخامت 10 الی 20 میلی‌‌متر (بسته به وزن دستگاه) قرار داد و سپس پایه‌‌های بستر را روی این ورق‌‌های آهنی قرار می‌‌دهند. این بیشتر از جنس آهن بوده و باید پس از قرار گرفتن روی فوندانسیون توسط یک تراز آبی با دقت 02.‌‌0 میلی‌‌متر بر متر در تمام جهات تنظیم شود.

البته دستگاه‌‌هایی نیز وجود دارد که به دلایلی بستر نداشته و فقط توسط سه عدد پایه فولادی روی فوندانسیون قرار می‌‌گیرند. و در نهایت میز اصلی دستگاه کار گذاشته می‌‌شود. که این میز باید به‌‌وسیله یک تراز با دقتی کمتر از 01.‌‌0 میلی‌‌متر بر متر تنظیم شود.

2- قوای محرکه (موتور الکتریکی):

یک دستگاه اندازه‌‌گیر سه‌‌بعدی دارای سه یا چهار موتور الکتریکی می‌‌باشد. سه موتور برای جابه‌‌جایی محورهای Z، Y، X و یک موتور جهت دوران محور C. (میز گردان که فقط در بعضی از دستگاه‌‌های اندازه‌‌گیر سه‌‌بعدی وجود دارد). این موتورها برروی محورها نصب شده‌‌اند و توسط یک چرخ و تسمه و یک کلاچ الکتریکی و یک پولی دوران خود را به میل کشش منتقل می‌‌کنند و محورها را جابه‌‌جا می‌‌نماید. موتورها از برق دستگاه تغذیه می‌‌شوند و قادرند با سه سرعت متفاوت عمل کنند و از کامپیوتر و اهرم فرمان، فرمان می‌‌گیرند.

3- روکش بالشتک‌‌ها:

این روکش‌‌ها از جنس فلز یا نوعی پلاستیک و یا الیاف فشرده چوب ساخته می‌‌شوند و از بالشتک‌‌ها و سیم‌‌ها و لوله‌‌های عبور هوا و تجهیزات موتورهای الکتریکی محافظت به‌‌عمل می‌‌آورند.

بالشتک‌‌ها و مسیر آن‌‌ها بسیار حساس می‌‌باشند زیرا بالشتک‌‌ها وظیفه دارند بدون ایجاد تماس و سایش محورها را بر روی یکدیگر به حالت تعلیق نگهدارند تا محورها به راحتی جابجا شوند. این بالشتک‌‌ها از چهار محور Z، Y، X را احاطه کرده‌‌اند و هنگامی‌‌که جریان هوا در زیر بالشتک‌‌ها برقرار می‌‌شود فاصله بین 005.‌‌0 میلی‌‌متر الی 001.‌‌0 میلی‌‌متر بین بالشتک‌‌ها و مسیر بالشتک ایجاد می‌‌شود. و این شیرها جهت قطع و وصل کردن جریان هوا از اهرم فرمان، فرمان می‌‌گیرد.

4- خط‌‌کش‌‌ها:

هر محور دستگاه دارای یک خط‌‌کش می‌‌باشد. این خط‌‌کش از جنس شیشه و ترکیبی از نوع فلزی می‌‌باشد که آن را تقسیم‌‌بندی کرده است. این خط‌‌کش‌‌ها بر روی محورها نصب شده‌‌اند و ضمن حرکت محور تقسیمات آن توسط یک چشم الکترونیکی خوانده و تجزیه و تحلیل می‌‌شود.

5- ستون محور Y دستگاه:

این ستون از دو طرف بر روی دو ستون دیگر قرار گرفته است. این ستون که راهنمای محور Y دستگاه محسوب می‌‌شود با دقت 001.‌‌0 بر 500 میلی‌‌متر بر محور X دستگاه عمود است. بر روی این ستون خط‌‌کش محور Y بسته شده است و مانند محور X دارای الکتروموتور است. این ستون که مقطع آن به شکل مستطیل یا ذوزنقه می‌‌باشد، دارای ابعاد بسیار دقیق و کیفیت سطح عالی می‌‌باشد. زیرا از چهار طرف توسط هشت عدد بالشتک احاطه شده است. و تجهیزات الکترونیکی و ستون محور Z و نگهدارنده بالشتک‌‌های محور Y و Z و هم‌‌چنین تجهیزات تعادلی محور Z که درون یک جعبه قرار دارند در طول این محور حرکت می‌‌کند.

6- محور Z دستگاه:

این محور به سطح میز ماشین عمود است و بالا و پایین حرکت می‌‌کند و از چهار طرف توسط هشت عدد بالشتک احاطه شده است. خط‌‌کش در راستای آن بسته شده است. این ستون در بالا توسط یک تسمه به موتور الکتریکی ارتباط دارد و توسط یک کابل فلزی به تجهیزات تعادلی ارتباط دارد. این ارتباط جهت یک حرکت کنترل شده و بدون ارتعاش وجود دارد و هم‌‌چنین هنگامی که دستگاه خاموش است محور در اثر وزن خود به طرف پایین حرکت نکند و به میز برخورد ننماید. در قسمت پایین این محور تجهیزات پراپ‌‌گیر بسته می‌‌شود که در بعضی از ماشین‌‌ها این پراپ‌‌گیر می‌‌تواند به‌‌صورت اتوماتیک  دوران کند.

7- تجهیزات تعادل محور Z:

این تجهیزات شامل وزنه‌‌ای تقریباً هم‌‌زون محور Z دستگاه است و توسط یک کابل فلزی که از بالا یک قرقره عبور کرده است و به انتها محور Z بسته شده است و سبب می‌‌شود که الکتروموتور محور Z با یک سرعت کنترل‌‌کننده و با نیروی بسیار کمی محور Z را بالا کشیده و پایین ببرد. این تجهیزات می‌‌تواند به‌‌صورت یک سیلندر پیستون باشد که توسط هوای فشرده تغذیه می‌‌شود.

8- کابین برق:

در این جعبه جریان پس از عبور از کلید اصلی وارد مدارها و بردهایی می‌‌شود و سپس به قسمت‌‌های مختلف دستگاه فرستاده می‌‌شود. در ضمن بردهایی درون کابین وجود دارد که پیام‌‌های دستگاه پراپ را دریافت کرده، و به‌‌صورت مختصات محاسبه نموده و به کامپیوتر دستگاه هم‌‌چنین بردهایی که دستورات اپراتور را از طریق کامپیوتر به سیستم پراپ می‌‌دهد و یا پیام‌‌های مبتنی بر حرکت محورها که توسط اهرم فرمان ارسال می‌‌شود را به موتورهای الکتریکی دستگاه می‌‌فرستد و به‌‌صورت هم‌‌زمان همه قسمت‌‌ها را با یکدیگر در تماس نگه می‌‌دارد در این کابین جاسازی شده است.

9- کامپیوتر:

به همراه هر دستگاه یک کامپیوتر و مونیتور و چاپگر و سایر تجهیزات جانبی وجود دارد. ظرفیت حافظه کامپیوتر متناسب با نرم‌‌افزار دستگاه و سیستم عاملی است که بر روی آن قرار دارد انتخاب می‌‌شود.

10- سیستم حساس پراب:

پراب‌‌ها وسایلی هستند از جنس یاقوت مصنوعی و به شکل کروی – دیسکی – استوانه‌‌ای کاسه‌‌ای و در قطرها و طول‌‌ها مختلف ساخته می‌‌شوند. این  پراب‌‌ها توسط وسایل الکترونیکی به واحد کنترل دستگاه اندازه‌‌گیر مختصاتی متصل می‌‌باشد. با برخورد این پراب‌‌ها به سطح قطعه کار و با وارد کردن حداقل 10 گرم نیرو کافی است مختصات نقطه مورد نظر در واحد کنترل دستگاه ثبت گردد. یکی از نکات مهم در پراب‌‌ها تعداد و ترتیب قرارگیری آن می‌‌باشند دستگاه اندازه‌‌گیر مختصاتی معمولاً می‌‌توانند از 1 تا 5 پراب را کنترل کنند، این پراب از شما 1-2-3-4-5 و یا به‌‌ترتیب رنگ‌‌های (قهوه‌‌ای-قرمز-زرد-نارنجی-سبز) مشخص می‌‌شوند و تشخیص آن جهات زوایای مثلثاتی می‌‌باشد. معمولاً با توجه به پیچیدگی سطوح و دقت اندازه‌‌گیری و نحوه قید و بند به تعداد پراب‌‌ها و طول نوع آن تعیین می‌‌گردند، پراب‌‌ها در دو نوع مکانیکی الکترونیکی و لیزری ساخته می‌‌شوند.

الف) پراب‌‌های مکانیکی الکترونیکی: این پراب‌‌ها با لمس سطوح سیگنال‌‌هایی به واحد کنترل مرکزی ارسال می‌‌کنند.

ب) پراب‌‌های لیزری:

بعضی از دستگاه‌‌های اندازه‌‌گیر مختصاتی مجهز به سیستمی می‌‌باشد که می‌‌توان به کمک آن بدون لمس قطعه توسط پراب لیزری قطعات را اندازه‌‌گیری کرد. از این سیستم برای اندازه‌‌گیری قطعات اسفنجی یا جدارنازک پلاستیکی استفاده می‌‌شود. زیرا در این نوع قطعات با برخورد پراب به قطعه دفرمگی در قطعه ایجاد شده و اندازه واقعی دچار خطا می‌‌شود و در ضمن در مورد قطعاتی که محلی برای برخورد پراب ندارند نیز می‌‌توان از این سیستم استفاده کرد. و محاسبات بعدی در حافظه ثبت می‌‌گردد. نرم‌‌افزار این دستگاه‌‌ها قادر است چنین پراب را در حافظه خود نگهدارد. البته مشخصاتی که نرم‌‌افزار جهت شناسایی یک پراب به آن نیاز دارد عبارت است از: 1- قطر پراب 2- مختصات مرکز کره پراب

11- سنسورهای توقف اضطراری:

محور Y و X این گونه دستگاه‌‌ها دارای میله کشش است. میله کشش از بین یک بلبرینگ و یک فولی عبور کرده و گردش الکتروموتور سبب می‌‌شود که فولی گردش کرده چون فولی تحت نیرو مناسبی با میله کشش در تماس است ایجاد یک حرکت خطی نموده و محورها را بر روی راهنمایشان جابجا می‌‌نماید. این حرکت محور Y و X و هم‌‌چنین محور Z محدود است یعنی بستگی به طول محور دارد. بنابراین پیش‌‌بینی شده است که اگر اپراتور هنگام جابجایی محور متوجه نشود که محور به انتهای کورس خود رسیده وسیله‌‌ای باید موتور الکتریکی را از کار بیاندازد این وسیله عبارت است از قطعه‌‌هایی که در ابتدا و انتها کورس روی بستر بالشتک بسته شده و سنسوری که روی خود محور و تجهیزات متحرک بسته شده است به محض برخورد با این متوقف‌‌کننده جریان موتور را قطع می‌‌کند و باز پیش‌‌بینی شده که اگر این سنسور عمل نکند متوقف‌‌کننده‌‌هایی از جنس لاستیک در ابتدا و انتها کورس بعد از متوقف‌‌کننده‌‌های سنسور الکتریکی روی محور راهنما بسته می‌‌شود تا سیستم را با قدرتی مطمئن نگهدارد.

همان‌‌طور که اشاره شده این دستگاه‌‌ها بسیار حساس بوده و نیاز به مراقبت شدید دارند سیستم تعلیق دستگاه که توسط فشار هوا انجام وظیفه می‌‌کند، مجهز به یک واحد مراقبت است و این واحد مراقبت دارای فیلترهایی است که رطوبت و چربی هوای فشرده را تا حد ممکن جدا می‌‌کند و درون مخزن می‌‌ریزد. این مخزن‌‌ها باید به موقع تخلیه شده و فیلترهای درون آن به موقع تعویض شود تا رطوبت به زیر بالشتک‌‌ها راه پیدا نکند زیرا سبب خرابی آن‌‌ها می‌‌شود.

در شروع هر سیکل کاری اپراتور باید قبل از حرکت دادن دستگاه مسیر حرکت بالشتک‌‌ها را تمیز نماید تا وجود ذرات خارجی گرد و غبار این سطوح بسیار دقیق را دارای خش و زدگی ننماید. هم‌‌چنین سازنده، تست‌‌هایی را جهت اطمینان از صحت کار دستگاه پیشنهاد می‌‌کند و دوره‌‌ای را برای انجام این تست‌‌ها درنظر می‌‌گیرد. به‌‌عنوان مثال تست عمود بودن محور Z دستگاه بر میز دستگاه باید هر دو ماه یکبار انجام گیرد و تست تراز بودن سطح میز ماشین وسیله‌‌ای برای کالیبره کردن و معرفی پراب‌‌ها و قطر موقعیت آن‌‌ها به‌‌کار می‌‌رود که لازم است قبل از شروع اندازه‌‌گیری و هر بار خاموش و روشن کردن دستگاه ابتدا پراب‌‌ها با کره مبنا کالیبره و سپس اقدام به اندازه‌‌گیری نماییم، اندازه کره مبنا روی ستون آن به سه رقم اعشار نوشته شده است که توسط اپراتور در هنگام کالیبره کردن پراب‌‌ها به کامپیوتر داده می‌‌شود.

ب) نرم‌‌افزار:

نرم‌‌افزار وظیفه دارد که بین اپراتور و اجزا متحرک سخت‌‌افزار ارتباط برقرار کند هم‌‌چنین داده‌‌ها را پردازش نماید. یک دستگاه اندازه‌‌گیر مختصاتی علاوه بر کنترل مواردی که قبلاً ذکر شد قابلیت پردازش اطلاعات به‌‌صورت آماری و گرافیکی را دارا می‌‌باشد.

بعضی از این دستگاه‌‌ها را هنگام اندازه‌‌گیری فقط به‌‌صورت دستی و با اهرم فرمان می‌‌توان هدایت کرد ولی گونه‌‌هایی نیز ساخته شده‌‌اند که برای اندازه‌‌گیری برنامه‌‌نویسی می‌‌شوند یعنی می‌‌توان برای یک قطعه یک مرتبه برنامه‌‌نویسی کرد و این برنامه را در حافظه کامپیوتر نگهداری نمود و برای دفعات بعدی همان برنامه را لود نمود تا دستگاه قطعه را به‌‌صورت اتوماتیک و کنترل شده و بدون دخالت اپراتور اندازه‌‌گیری نماید و نتایج اندازه‌‌گیری را هم به‌‌صورت گرافیکی و عددی نمایش داده و هم توسط چاپگر نتیجه را چاپ نماید.

در منوی اصلی یک نرم‌‌افزار، توانایی‌‌های آن مشخص شده است که اپراتور با توجه به نیاز خود وارد هر یک از برنامه‌‌های موجود می‌‌شود.

اندازه‌‌گیری چرخ‌‌دنده

از توانایی‌‌های دیگر این نوع ماشین‌‌های اندازه‌‌گیری می‌‌توان به کنترل چرخ‌‌دنده اشاره نمود. در برنامه کنترل چرخ‌‌دنده ابتدا مشخصات چرخ‌‌دنده مانند تعداد دنده – گام – مدول – و قطر دایره گام را به کامپیوتر داده و سپس سر یک دندانه را و ته همان دندانه را پراب مماس نموده بدین ترتیب قطر سر دندانه و قطر ریشه دندانه را برای دستگاه تعریف می‌‌نماییم. سپس دستگاه به‌‌صورت اتوماتیک اندازه‌‌گیری را شروع می‌‌کند. این اندازه‌‌گیری شامل کنترل لید و پروفیل و پیچ و ران‌‌آوت چرخ‌‌دنده می‌‌باشد. پس از اندازه‌‌گیری و انجام محاسبات گراف دندانه را روی صفحه مانیتور خواهیم داشت.

 انواع ماشین‌‌های کنترل عددی از نظر شکل ظاهری

1- شکل دروازه‌‌ای

2- شکل بازوی

که هر کدام از این دستگاه‌‌ها دارای قابلیت خاصی می‌‌باشند با توجه به موارد کاری موردنظر آن‌‌ها را انتخاب نمود. قدرت مانور در سیستم بازوی بسیاری زیادی ولی دقت حرکت در شکل دروازه‌‌ای بسیار زیاد می‌‌باشد. و ما می‌‌توانیم با توجه به این مطالب و مشخصات دیگر دستگاه را انتخاب نمود.