सी.एम.एम. मधील पथ नियंत्रण अल्गोरिदम

 

बिंदूंचे मोजमापन करताना प्रोबिंग प्रणालीच्या गोल फिरण्याच्या क्षमतेचा वापर केल्याने मापनासाठी लागणारा कालावधी कमी होतो आणि मापनाची पुनरावृत्तीक्षमता (रिपीटॅबिलिटी) वाढते. तथापि, अशा प्रोबिंग प्रणालींची ही क्षमता आणि त्यांची अचूकता यांच्याबद्दल अद्याप समाधानकारक ज्ञान उपलब्ध नाही. एकाच बिंदूची निरंतर इंडेक्सिंगची अभिमुखता (ओरिएंटेशन) मोजण्यासाठी प्रोब हेडमध्ये अनंत पर्याय (चित्र क्र. 1) आहेत. म्हणूनच, मोजमापनाच्या अचूकतेवर परिणाम करणारा मुख्य घटक म्हणजे तपासणी पथ नियोजन पद्धतीची योग्य निवड करणे महत्त्वाचे आहे. या घटकाचा मोजमापांच्या अचूकतेवर काय परिणाम होतो, त्याचा आढावा घेणे शक्य आहे. त्यासाठी निरनिराळ्या तपासणी पथ नियोजन अल्गोरिदमचा वापर करून केलेल्या गेजमधील घटकांच्या मोजमापांची तुलना करावी लागेल. त्यानंतर, जी वापरल्यामुळे मापनातील त्रुटी कमीतकमी असतील, अशी मूलभूत मोजमापन करण्याची सर्वोत्तम पध्दत निवडली जाऊ शकते. पथ नियोजनासाठीची नेहमीची पद्धत आणि वर्णन केलेल्या प्रयोगांच्या आधारावर निवडलेली पद्धत अशा दोन्हींचा वापर करून घेतलेल्या मल्टी फीचर चेक गेजच्या मापनाद्वारे दिसून येते की, अचूकतेत कित्येक मायक्रॉनची सुधारणा होऊ शकते. या लेखामध्ये सादर केलेले पर्याय सामान्यत: औद्योगिक आणि वैज्ञानिक क्षेत्रामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या समान प्रणाली आणि मोजमापनाच्या कार्यांमध्ये थेट उपयोगात आणले जाऊ शकतात.

चित्र क्र. 1 : इंडेक्सिंग प्रोब हेड

याव्यतिरिक्त हे नमूद केले पाहिजे की, प्रोबिंग प्रणालीच्या गोल फिरण्यासह मोजमापन करण्यासाठी लागणारा वेळ तीन अक्षीय मोजमापनाच्या तुलनेत निम्मा होतो. या परिणामांवरून हे दिसते की, आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणाली पारंपरिक सी.एम.एम.मध्ये अंतर्भूत केल्याने अनेक नवीन शक्यता निर्माण होतात आणि भविष्यात त्या विकसित केल्या पाहिजेत. याविषयी अजूनही बरेच अनुत्तरित प्रश्न आहेत. त्यापैकी, आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणालीच्या अचूकतेशी आणि अशा प्रोबिंग प्रणालीच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या घटकांशी संबंधित प्रश्न सर्वात महत्त्वाचे आहेत. अशा मोजमापन यंत्रणांच्या योग्य कार्यासाठी सॉफ्टवेअर पथ नियंत्रण पद्धत, सॉफ्टवेअर दुरुस्ती आणि मापन बिंदूंचे निर्धारण करताना वापरलेले अल्गोरिदम, हे महत्त्वपूर्ण घटक आहेत. यापैकी पहिल्या घटकाद्वारे, निवडलेल्या पथ नियंत्रण पद्धतीनुसार मोजमापनाच्या परिणामात काय बदल होतात ते दर्शविले जाते आणि मोजमापन करण्याची योग्य रणनीती निवडल्याने पाच अक्षीय मोजमापन प्रणालीची कामगिरी कशी सुधारते ते स्पष्ट होते.

चित्र क्र. 2 : 5 अक्षीय प्रोब हेड A आणि B

 

 

 

 

चित्र क्र. 3 : परस्पर लंब संरचना

सी.एम.एम. मोजमापनांमध्ये आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणालीचा उपयोग बऱ्याच वर्षांपासून केला जात आहे. परस्पर लंब अक्षांभोवती दोन परिभ्रमणे (रोटेशन) वापरल्यामुळे, त्यात स्टायलसची अभिमुखता (ओरिएंटेशन) हवी तशी बदलण्याची क्षमता येते. त्यांच्या संरचनेमध्ये दोन कॉन्फिगरेशन (चित्र क्र. 2 आणि 3) वापरली जातात. पहिल्या पध्दतीमध्ये, स्टायलसमधून जाणारा अक्ष प्रोबिंग प्रणालीच्या उभ्या परिभ्रमण (अक्षीय समायोजन) अक्षाशी जुळणारा असतो. दुसऱ्या पद्धतीमध्ये, स्टायलसमधून जाणारा अक्ष प्रोबिंग प्रणालीच्या उभ्या परिभ्रमण अक्षाला समांतर आणि त्यापासून निर्दिष्ट अंतरावर (बाजू समायोजन) ऑफसेट केलेला असतो.

 

 

पहिली पद्धत अधिक अचूक मानली जाते. दुसऱ्या पद्धतीच्या तुलनेत त्यात प्रोबच्या आडव्या अक्षाभोवती फिरण्यासाठी मर्यादित वाव असतो. आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणालीचे आणखी एक संभाव्य वर्गीकरण प्रमाणीकरण (क्वालिफिकेशन) प्रक्रियेनुसार करता येऊ शकते. काही प्रोबिंग प्रणालीसाठी मोजमापनात वापरल्या जाणाऱ्या सर्व अभिमुखतांसाठी प्रायोगिक प्रमाणीकरण (चित्र क्र. 4) आवश्यक असते, तर दुसऱ्या पर्यायात प्रमाणीकरण केवळ वेगवेगळ्या स्थानांवरच केले जाते आणि नंतर कोणत्याही अभिमुखतेसाठी इंटरपोलेट केले जाते. कोणतीही पद्धत वापरली तरीही, पारंपरिक सी.एम.एम.समवेत काम करणाऱ्या आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणालीमध्ये सहनिर्देशकांच्या मोजमापनावेळी एक निश्चित अभिमुखता असते, जी एका लॉकिंग यंत्रणेद्वारे किंवा सर्व्हो नियंत्रक प्रणालीद्वारे कायम ठेवली जाते.

 

 

चित्र क्र. 4 : प्रमाणीकरण प्रक्रिया

स्टायलसची अभिमुखता, बिंदूचे प्रोबिंग करण्याच्या आधी किंवा नंतर बदलली जाऊ शकते, परंतु प्रत्यक्ष मोजमापन केवळ मशीन घटकांच्या स्थानांतरणाच्या हालचालींचा वापर करून केले जाते. याव्यतिरिक्त, हेही नोंद करणे गरजेचे आहे की, बहुतेक वेळी उत्पादकच परिभ्रमणातील कोनीय वाढीची पायरी निर्दिष्ट करतात. उदाहरणार्थ, 2.5, 5.0, 7.5 किंवा 15.0. आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणाली योग्यपणे चालण्यासाठी कोनीय स्थितीची उच्च पुनरावृत्तीक्षमता अत्यावश्यक आहे. अन्यथा, अभिमुखतेत कोणताही बदल झाला, तर प्रोब हेडचे पुन्हा प्रमाणीकरण करणे आवश्यक ठरते.

 

पाच अक्षीय मोजमापन प्रणालीमध्ये आर्टिक्युलेटिंग प्रोबिंग प्रणाली संपूर्ण उपकरणाचा महत्त्वपूर्ण घटक बनते. असा प्रोब एखाद्या निवडलेल्या अभिमुखतेमध्ये स्थिर राहू शकतो, परंतु मोजमाप करताना त्याच्या गोल फिरण्याच्या क्षमतेचा उपयोग करता येऊ शकतो. अशावेळी, बिंदू सहनिर्देशक निर्धारणासाठी आवश्यक डाटा सेट, कोनीय एन्कोडरद्वारे दिलेल्या प्रोब हेडच्या कोनीय स्थानाविषयीच्या माहितीद्वारे विस्तारित केला जातो. प्रोब हेड, परिभ्रमणाच्या दोन ऑर्थोगोनल अक्षांबरोबर अक्षीय समायोजन वापरतात. परिभ्रमणाचा उभा अक्ष, ज्याला B अक्ष म्हणतात, +180° ते -180° इतक्या पल्ल्यामध्ये गोल फिरू शकतो आणि आडवा अक्ष, ज्याला A अक्ष म्हणतात, +115° ते -115° (रेव्हो प्रोबसाठी 120°) इतक्या पल्ल्यामध्ये गोल फिरू शकतो. जेव्हा A आणि B अक्षांचे कोन 0 अंशावर सेट केले जातात, तेव्हा प्रोबिंग प्रणाली उभ्या (मशीन क्विलच्या बाजूने) दिशेत अभिमुख असते. मापन प्रोब आणि टच ट्रिगर हे दोन्ही प्रोब, पाच अक्षीय मोजमापन यंत्रणेचा भाग म्हणून कार्य करू शकतात आणि दोन्ही एकाच प्रकारचे गतिशास्त्र (कायनेमॅटिक्स) वापरतात.

 

 

तीन अक्षीय सी.एम.एम.मध्ये आणि पाच अक्षीय मापनांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या आर्टिक्युलेटेड प्रोब हेडमधील मुख्य फरक म्हणजे हेडचे सतत होणारे इन्डेक्सिंग. आर्टिक्युलेटेड प्रोब, मोजमापांसाठी रोटरी हालचाली वापरत असल्याने प्रोबच्या कार्यक्षेत्रात प्रोबची अभिमुखता मुक्तपणे सेट करणे शक्य असते. अशा प्रोबिंग प्रणालीसाठी विशेष प्रकारे डिझाइन केलेल्या प्रमाणीकरण प्रक्रियेमुळे हे शक्य होते. ही प्रक्रिया दोन टप्प्यांमध्ये विभागलेली असते. प्रथम, हेडचे भूमितीय कॅलिब्रेशन केले जाते, नंतर प्रोबचे प्रमाणीकरण केले जाते. दोन्ही प्रक्रिया सारख्याच आहेत आणि कॅलिब्रेशन गोलाच्या मोजमापांवर आधारित आहेत.

स्टायलस वाकण्याचा आणि गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव कमी करण्यासाठी आणि हेड यंत्ररचनेतील भौमितीय त्रुटींचे अचूक मूल्यांकन करण्यासाठी, पहिली प्रक्रिया कमी लांबीच्या स्टायलसद्वारे केली जाते. दुसरी प्रक्रिया मोजमापनासाठी निवडलेल्या स्टायलस आणि स्टायलसचे अग्र यांच्या कॉन्फिगरेशनसाठी केली जाते.

 

 

• प्रोबला उभ्या दिशेत ठेवून, कोन B ला प्रथम 0° वर आणि नंतर 180° वर सेट करून, तीन अक्षीय मोडमध्ये बॉलच्या स्थानाचे कॅलिब्रेशन करणे.

• प्रोबिंग पॅरामीटर निश्चित करणे, जसे की प्रोबिंग वेग आणि जास्तीतजास्त प्रवेग (या टप्प्यात प्रमाणित मापनांचा उपयोग केला जात नाही.)

• हेडच्या गोल फिरण्याच्या हालचालींचा वापर करून गोलाच्या मोजमापनाच्या आधारे इंटरपोलेटेड प्रोब मॅपचे निर्धारण करणे. यात, प्रोब हेडच्या वेगवेगळ्या कोनीय अभिमुखता आणि मानकाच्या वेगवेगळ्या क्रॉस सेक्शनसाठी मोजमापन केले जाते.

प्रमाणीकरण प्रक्रियेच्या दोन्ही टप्प्यांमध्ये बराच वेळ लागतो (रेनिशॉ PH20 प्रोब हेडसाठी 10 मिनिटांपेक्षा अधिक), परंतु प्रोबच्या बाबतीत त्यांची पुनरावृत्ती करण्याची गरज नसते. जर, नवीन प्रोब हेड कॉन्फिगरेशनची आवश्यकता असेल आणि हेडच्या भौमितीय कॅलिब्रेशनच्या बाबतीत सी.एम.एम. क्विलमधून प्रोब हेड काढून टाकले असेल, तरच पुन्हा प्रमाणीकरण करावे लागते.

 

 

पाच अक्षीय सहनिर्देशक प्रणालीच्या योग्य कामगिरीमध्ये, पथ नियंत्रणासाठी जबाबदार असलेले सॉफ्टवेअर आणि मोजमाप केलेल्या बिंदूंच्या सहनिर्देशकांचे निर्धारण, यांची महत्त्वपूर्ण भूमिका असते. बहुतेक मोजमापन (मेट्रॉलॉजिकल) प्रोग्रॅममध्ये पाच अक्षीय सहनिर्देशक प्रणालीचा उपयोग, बिंदूच्या प्रोबिंगदरम्यान निश्चित अभिमुखता ठेवणारा आर्टिक्युलेटिंग प्रोब असलेली पारंपरिक सी.एम.एम. म्हणून करता येतो. सध्याच्या सर्वात लोकप्रिय, डायमेन्शनल मेजरिंग इंटरफेस स्पेसिफिकेशनवर (DMIS) आधारित सॉफ्टवेअरमध्ये प्रोबिंग प्रणालीच्या गोल हालचाली करण्याच्या क्षमतांचा पूर्णपणे वापर करण्याची क्षमता आहे. यातील प्रोग्रॅमिंग DMIS वर आधारित आहे, परंतु सॉफ्टवेअरच्या क्षमता समृद्ध करण्यासाठी त्याला बाह्य अॅप्लिकेशनबरोबर संयोजित करणेदेखील शक्य असते.

 

 

प्रोबिंग प्रणालीचे कार्यप्रदर्शन नियंत्रित करण्यासाठी, सॉफ्टवेअर 'टिल्ट' आणि 'अॅडव्हान्स' नावाचे पर्याय वापरते, ज्यामुळे मोजमापन करताना प्रोबची अभिमुखता परिभाषित होते. तथापि, मोजमापन करताना DMIS फॉरमॅटमध्ये तयार केलेले कोड A आणि B कोनाची मूल्ये थेट वापरते किंवा जेव्हा यंत्रभाग सहनिर्देशक प्रणालीमध्ये (PCS) अभिमुखता दिलेली असते, तेव्हा युलर कोन संकेताचा (नोटेशन) वापर करते. मोजमापन पथ निर्धारण करताना, मोजल्या जाणाऱ्या बिंदूंचे स्थान आणि त्यांच्याशी संबंधित प्रोबच्या स्टायलसची अभिमुखता यांची कल्पना (व्हिज्युअलाइझेशन) करण्यासाठी सॉफ्टवेअर मोजमापन केलेल्या प्रत्येक बिंदूपासून प्रोबिंग प्रणालीच्या मध्यबिंदूकडे जाणारी एक लीडर रेषा काढते. मोजमापांकरिता निवडलेल्या भौमितीय वैशिष्ट्यानुसार प्रोबची अभिमुखता हाताळण्यासाठी चार वेगवेगळ्या पद्धती लागू केल्या जाऊ शकतात. मार्गदर्शक बिंदू (गाइड पॉइंट, GP), मार्गदर्शक रेल (गाइड रेल, GR), मार्गदर्शित वक्र (गायडेड कर्व्ह, GC) आणि निश्चित टिल्ट आणि अॅडव्हान्स (फिक्स्ड टिल्ट अँड अॅडव्हान्स FTAA). या सर्व पद्धती चित्र क्र. 5 मध्ये दाखविल्या आहेत.

चित्र क्र. 5 : प्रोबची अभिमुखता हाताळणाऱ्या पद्धती

 

प्रोबिंग करताना मशीनची हालचाल कमीतकमी करण्यासाठी मार्गदर्शक बिंदू हा पर्याय आहे. प्रोबिंग प्रणालीच्या मध्यबिंदूचे स्थान निश्चित करणाऱ्या सेंट्रॉइडची गणना, तपासणी पथात समाविष्ट केलेल्या बिंदूतून केली जाते. मापन केलेले बिंदू ज्या प्रतलात परिभाषित केलेले असतात, त्याच्या नॉर्मल दिशेत हा एक ऑफसेट असतो. मोजमापन करताना हेडने घ्यावयाची स्थितीदेखील वापरकर्ता निर्दिष्ट करू शकतो.

 

 

मोजमापन करताना प्रोबिंग प्रणालीच्या मध्य बिंदूचा मार्ग परिभाषित करण्यासाठी मार्गदर्शक रेल पद्धत वापरली जाऊ शकते. यात तीन संदर्भ बिंदूंदरम्यान दोन विभाग (सेगमेंट) असतात, ज्यांचे स्थान वापरकर्त्याद्वारे परिभाषित केले जाऊ शकते. आवश्यक भाग म्हणून, रेलच्या सुरुवातीच्या आणि शेवटच्या बिंदूंचे स्थान प्रतलाच्या नॉर्मल दिशेत ऑफसेट म्हणून मोजले जाते. या प्रतलावर मोजले जाणारे बिंदू तपासणी मार्गाच्या दोन टोकाच्या बिंदूंवर असतात. ऑफसेटची लांबी आणि वापरलेल्या स्टायलसची लांबी एकसमान असते.

 

 

तपासणी पथातील सर्व बिंदूंचा विचार करून, त्यांना ज्यावर तपासणी पथ आहे अशा प्रतलाच्या नॉर्मल दिशेत प्रक्षेपित करून, मार्गदर्शित वक्राची गणना केली जाते. प्रत्येक मोजलेल्या बिंदूची तपासणी त्याच फिक्स्ड टिल्ट आणि अॅडव्हान्स मूल्यांचा वापर करून केली जाईल, हे सुनिश्चित करण्यासाठी फिक्स्ड टिल्ट आणि अॅडव्हान्स यांचा उपयोग केला जाऊ शकतो. गोल फिरणाऱ्या वैशिष्ट्यांचे मोजमापन करताना, प्रोबिंग प्रणालीच्या केंद्रबिंदूचे स्थान मोठ्या प्रमाणात बदलते. विविध भूमितीय घटकांच्या मोजमापांसाठी कोणती पद्धत लागू केली जाऊ शकते हे तक्ता क्र. 1 मध्ये दिले आहे.

तक्ता क्र. 1 : विविध भूमितीय घटकांच्या मोजमापांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या पद्धती

थ्रेडिंगसाठी हेलिक्स स्कॅन (रेव्हो) : कोणत्याही यंत्रभागातील आट्यांची मोजमापे 5 अक्षीय सी.एम.एम.द्वारा तपासता येतात, कारण ते बहुतेक वेळा एच.एम.सी., व्ही.एम.सी.द्वारे बनविले जातात.

यात पुढील इनपुट वापरले जातात,

1. आट्यांची लांबी

2. पिचचा व्यास

3. आट्याचा व्यास

चित्र क्र. 6 : आट्यांच्या दिशेचे मुख्य प्रकार

सी.एम.एम. सक्रियपणे अक्षांवर हलविता येत असल्यामुळे सी.एम.एम.वर आट्यांची तपासणी करणे सुलभ असते. वरील इनपुटबरोबर हेलिकल स्कॅन पद्धत वापरून 5 अक्षीय सी.एम.एम. मापन प्रोग्रॅम तयार करते.

 

 

चित्र क्र. 7 : हेलिकल स्कॅन वापरून आट्यांची तपासणी

स्कॅनिंगचा सर्पिल मार्ग वापरल्याने वापरकर्ता आट्याच्या दोन्ही दिशा (घड्याळाचे काटे चालतात ती किंवा त्याच्या विरुद्धची) परिभाषित करू शकतो. त्याचबरोबर स्कॅनच्या पिचवर आणि परिभ्रमणाच्या संख्येवर नियंत्रण ठेवू शकतो. अंतर्गत आट्याच्या बाबतीत त्याचे रूट आणि बाह्य आट्याच्या बाबतीत त्याचे क्रेस्ट, यांच्यावर स्टायलस सहजपणे संपर्क करतो आणि आट्याची सर्व मापे स्कॅन करतो.