Специализированные КИМ, КИС и КИП

По степени универсальности средства измерения делятся на универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные средства и системы измерения предназначены для измерения различных геометрических параметров в широком диапазоне. Например, штангенциркулем ШЦ-250 можно измерять наружные диаметры валов и внутренние диаметры отверстий, расстояния между плоскими поверхностями деталей в диапазоне от 0 до 250 мм. К универсальным можно отнести большинство моделей КИМ с прямоугольной (декартовой) системой координат (например, портальные или мостовые), на которых в пределах заданного рабочего пространства и в зависимости от возможностей программного обеспечения проводят измерения размеров (диаметров, расстояний между поверхностями/элементами) и геометрических отклонений (круглость, цилиндричность, плоскостность, параллельность, перпендикулярность и т.д.) различных деталей и изделий: тел вращения (валы, втулки, диски), корпусных деталей (призматических и плоских).

Специальные средства измерения предназначены для измерения конкретных размерных параметров (например, калибр-скоба для контроля заданного диаметра вала по верхнему и нижнему пределу) или конкретной детали (многопараметрическая автоматизированная контрольно-измерительная система (приспособление)). В координатной метрологии экономически не целесообразно разрабатывать такое специальное оборудование, хотя в массовом производстве (автомобилестроение) такие примеры встречаются.

В традиционной метрологии широко применяют специализированные средства измерения, которые предназначены для измерения размерных параметров типовых поверхностей и деталей в широком диапазоне. Например, приборы для измерения параметров зубчатых колес: нормалемеры, эвольвентомеры, межосемеры биениемеры (рисунок 1) и т.д.

Аналогично, в координатной метрологии применяют специализированное координатно-измерительное оборудование (машины, системы, приборы) - это средства и системы автоматизированного контроля, использующие методику координатных измерений, компоновка и программное обеспечение которых предназначено для измерений ограниченной номенклатуры типовых деталей или поверхностей. Наиболее наглядным примером будут широко применяемые в промышленности зубоизмерительные машины и системы (от английского термина "Gear Measuring Machines (GMM) and Systems (GMS)"). Так же встречаются специализированные модели координатно-измерительного оборудования, предназначенные для измерения параметров резьбовых калибров, режущего инструмента, коленчатых и распределительных валов и т.д. Характерной особенностью компоновок специализированного координатно-измерительного оборудования является наличие встроенного узла угловых перемещений измеряемой детали (поворотного стола (шпинделя) или устройства для закрепления в центрах), который обеспечивает вертикальное (рисунок 2) или горизонтальное (рисунок 3) расположение оси вращения. Редко, но встречаются специализированные координатно-измерительные приборы (в основном двухкоординатные) без поворотного узла, однако, обязательным остается условие ориентированности конструктивно-компоновочных решений и программного обеспечения на измерение размерных параметров определенной группы типовых деталей. Например, двухкоординатный прибор с ручным управлением НИИК-481КМ2 (рисунок 4, ссылка на видео) предназначен только для измерения размерных параметров конических резьбовых калибров. 

Необходимо сказать, что и на высокоточных универсальных КИМ можно производить измерения размерных параметров типовых деталей и инструментов со сложнопрофильными поверхностями (цилиндрические, конические и червячные зубчатые колеса, долбяки, червячные фрезы, резьбовые калибры). Для этого базовое программное обеспечение необходимо дооснастить специальными программными модулями. Как правило, эти модули разрабатывает изготовитель соответствующей КИМ, в базовое оснащение такое специализированное ПО не входит и требуется существенная дополнительная оплата для приобретения этого ПО. Можно попробовать, используя возможности универсального ПО, написать программу измерения детали со сложнопрофильными поверхностями (например, зубчатого колеса или резьбового калибра) самостоятельно, но решение такой задачи (проектирование траектории для измерения массива координат и анализ результатов координатных измерений) требует высокой квалификации и занимает много времени. Автор вместе с коллегами имеет опыт такой работы: в лаборатории ЗАО "ЧелябНИИконтроль" на универсальной КИМ DEA Reference портальной компоновки часто приходиться измерять различные типовые детали и инструменты со сложнопрофильными поверхностями (цилиндрические, конические и червячные зубчатые колеса, долбяки, червячные фрезы, резьбовые калибры). Это делается в рамках научных исследований и по заказам сторонних организаций. Специалисты ЗАО "ЧелябНИИконтроль" проводят сравнительные измерения одной и той же детали на новых КИП и КИС собственной разработки и на универсальной КИМ DEA Reference. Оценивается точность измерения, удобство работы, быстрота написания программы измерения, длительность самого процесса измерения и анализа результатов. Личный опыт показывает, при использовании специализированного координатно-измерительного оборудования значительно снижается трудоемкость проектирования управляющей программы, время цикла измерения и анализа результатов. Это можно увидеть на примерах измерения резьбовых конических калибров. Наличие "штатного" поворотного стола на специализированном оборудовании повышает удобство измерения осесимметричных деталей и инструментов, улучшаются точностные характеристики. 

На гранитное основание универсальных КИМ могут устанавливаться накладные поворотные столы (если у контроллера и ПО предусмотрена возможность управлять движением дополнительной (четвертой) координатой). По спецзаказу некоторые производители КИМ (например, Wenzel) "врезают" более точный поворотный стол непосредственно в гранитное основание  Но большинство моделей универсальных КИМ такими возможностями не обладают.