Koordinaattimittauskone

Koordinaattimittauskone (myös "KMK", "koordinaattimittalaite", engl. "CMM", "Coordinate-measuring machine") on mittalaite, joka mittaa pisteitä avaruudessa (koordinaatistossa). Sillä voidaan suorittaa kappaleiden mittaamista tai 3D-digitointia.
Koordinaattimittauskoneita käytetään teollisuudessa eniten mittaamiseen ja ne korvaavat useita tavanomaisia mittalaitteita. 3D-digitointitarkoituksissa CMM-laitteet ovat suosituimpia. Kappaleesta mitattua mallia voidaan verrata esimerkiksi teknisen piirustuksen vaatimuksiin. Pienien toleranssien tapauksessa CMM-laitteella saadaan toleranssi varmennettua tarkimmin.
Koneen rakenne.
Koordinaattimittauskone liikkuu kolmella akseleilla, jotka ovat tarkasti toisiaan kohtisuorassa (vastaavat koordinaatistoakseleita X, Y ja Z). Akseleilla on paineilmalaakeroidut johteet, joihin on kiinnitetty erittäin tarkat lasimittasauvat. Lasimittasauvat määrittävät jokaisen akselin paikan ja sietävät lämpötilan muutoksia, jolloin koneen tarkkuus säilyy eri lämpötiloissa. Johteilla olevat akselit liikkuvat paineilmasylinterin voimalla. Koneelle on tärkeää paineilman riittävyys ja laatu (alhainen vesi- ja öljypitoisuus), sekä akseleiden liukujohteiden puhtaus.
KMK on massiivisen graniittisen kivipöydän päällä, jonka tarkoitus on vähentää mittauskoneen taipumia ja venymiä mitattavan kappaleen massan alla. Osassa pöydistä käytetään metallista hunajakennorakennetta graniittipöydän sisällä, joka mahdollistaa nopeamman lämpötilakompensaation, mutta jonkin verran pienemmän kuorman.
Koordinaattimittauskoneita on myös ilman paineilmaa toimivia. Osa koneista toimii lineaarimoottoreita käyttäen, joka sallii käytön esimerkiksi konepajaympäristössä. Koneessa sauvan sisällä on lineaarimoottori, mekaaniset laakerit sekä skaalat, joiden avulla kone tietää sauvan tarkan asennon laskee mittapään paikan. Näillä koneilla on rajoitteena mittausalueen koko, joka on muodoltaan kartiomainen, eli lähempänä pöytää kone pääsee liikkumaan laajemmin X- ja Y-akseleilla. Lineaarimoottorit ovat hitaasti yleistymässä myös perinteisen mallisissa koneissa.
Toimintaperiaate.
Koordinaattimittauskone mittaa työkappaleesta pisteitä avaruudessa (koordinaatistossa). Laite voi käyttää esimerkiksi laitteen omaa tai työkappaleen koordinaatistoa. Koordinaatiston valitseminen ja luominen on ensiarvoisen tärkeää mittaustulosten oikeellisuuden kannalta: yleensä koordinaatisto luodaan kulkemaan työkappaleen peruselementtien (taso, lieriö, suora, ympyrä ja piste) kautta. KMK tuottaa ainoastaan koordinaattipisteitä - varsinainen pisteiden yhdistäminen geometriaksi tehdään koordinaattimittauskoneeseen liitetyllä tietokoneella. Mittauskone voidaan myös ohjelmoida automaattiseksi, mikäli tehdään toistuvia mittauksia. Mittauskone voi olla käsi- tai CNC-ohjattava.
Matemaattisia algoritmeja ja suodatustapoja käyttäen pisteistä voidaan muodostaa perusmuotoja, kuten suoria, tasoja, kartioita ja ympyröitä. Näistä perusmuodoista voidaan rakentaa digitaalinen malli mitatusta kappaleesta ja verrata sitä esimerkiksi tekniseen piirustukseen tai CAD-tiedostoon. 3D-digitointitarkoituksessa esimerkiksi savesta luotu malli voidaan siirtää CAD-muotoon tietokoneelle käyttäen CMM-laitetta.
Koskettava mittauspää.
Perinteinen CMM-laite käyttää anturina koskettavaa mittauspäätä, jossa on mittakärki. Yleisimmin mittakärjet ovat pallopäisiä. Mittakärjellä kosketetaan kappaleen pintaa, jolloin laite rekisteröi (digitoi) kosketuspisteen laitteen tai työkappaleen koordinaatistoon.
Koskettavien mittapäiden kolme perustyyppiä ovat mittaava, kytkevä ja kiinteä. Mittaavan mittapään sisällä on kolme vapausasetta, jotka tietokone keskittää mittakärjen koskettaessa kappaletta ja sitten rekisteröi pisteen. Kytkevässä mittapäässä mittakärki on jousikuormitteinen: mittakärki joustaa koskettaessaan työkappaletta ja avaa sisällään olevan virtapiirin, jolloin piste rekisteröidään. Kiinteä mittapää on sananmukaisesti kiinteä ja sitä käytetään käsin digitoidessa: mittapää viedään työkappaleelle ja koordinaattimittakoneelle annetaan käsky tallentaa piste.
Mittauskärkien koko on yleensä ongelmana koskettavissa mittalaitteessa. Mittauskärjen halkaisija ja pituus voivat rajoittaa mittausta, koska esimerkiksi lyhyellä mittauskärjellä ei päästä mittaamaan syvistä rei'istä pisteitä. Pehmeiden materiaalien mittaaminen koskettavalla mittalaitteella antaa epätarkkoja tuloksia.
Optinen mittauslaite.
Optisessa mittauslaitteessa anturina toimii kamera, jolla tunnistetaan paikka, mistä koordinaatit mitataan. Etäisyyden mittaukseen (suoraan anturista) voidaan käyttää myös laser-etäisyysanturia.