Координатная измерительная техника (оборудование) - это совокупность технических средств (средств измерений, вспомогательных устройств), специально предназначенных для реализации координатных методов измерения. Координатная измерительная техника (оборудование) – обобщающий термин для широко применяемых в промышленности координатных измерительных машин (КИМ), приборов (КИП) и систем (КИС).
Примечание: Допускается так же применять термины «координатно-измерительная техника (оборудование)», «координатно-измерительная машина», «координатно-измерительная система», «координатно-измерительный прибор».
Координатные измерения в машиностроении осуществляют с помощью КИП, КИМ и КИС различных компоновок с контактными и/или оптическими измерительными головками (ИГ), оптических измерительных систем, контактных и лазерных ИГ встроенных в технологическую систему современных станков с числовым програмным управлением (ЧПУ). Их используют для определения геометрических параметров объекта (детали): линейных и угловых размеров, отклонений формы и расположения поверхностей.
В зависимости от компоновки узлов координатных перемещений (УКП) измерения проводят в прямоугольной (декартовой), цилиндрической, сферической или комбинированной системе координат машины (рисунок 1).
В Российской Федерации до сих пор отсутствуют базовые стандарты координатной метрологии, поэтому используемая в технической документации терминология очень разнообразна и не всегда правильна. Часто при переводе англоязычных текстов с помощью программ-переводчиков вместо существующих в российской инженерной школе в документации появляются термины из других областей (например, вместо метрологических терминов "датчик" или "измерительная головка" используют медицинский термин "зонд"). Нет жестко заданных границ и у терминов «координатно-измерительная машина», «координатно-измерительная система», «координатно-измерительный прибор». В различных источниках одно и тоже измерительное оборудование могут назвать разными терминами. Хотя по классификации средств измерения, приведенной в РМГ 29-2013, КИМ, КИС и КИП следует отнести к измерительным установкам. Специалистами ЗАО «ЧелябНИИконтроль» был разработан проект межгосударственного стандарта «Калибры для соединений с конической резьбой обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и трубопроводных труб. Методика измерений геометрических параметров» (ГОСТ 34854-2022 - утвержден, вводится в действие на территории Российской Федерации с 1 сентября 2022 г, приказ Ростехрегулирования № 697-ст от 26.07.2022 г), в который были включены термины, определения и справочные материалы из области координатной метрологии.
На практике наиболее широко применяется понятие «координатная измерительная машина», которое в проекте стандарта раскрывается как «совокупность средств измерения и измерительной оснастки, предназначенных для проведения координатных измерений в общем случае не менее, чем по трем линейным или угловым координатам (координатным перемещениям), причем, по меньшей мере, одна из координат должна быть линейной». Наглядным примером может служить портальная КИМ в лаборатории ЗАО "ЧелябНИИконтроль" (рисунок 2, ссылка на видео).
Хотя портальная компоновка является наиболее распространеной, на машиностроительных предприятиях часто можно увидеть другие варианты компоновок КИМ. В качестве примера на рисунке 3 представлен учебный плакат, разработанный автором.
Из РМГ 29-2013 термин "измерительная машина" исключен. В предыдущей версии РМГ 29-99 термин был, но с очень "туманным" и не четким определением: "Измерительная машина — это измерительная установка крупных размеров, предназначенная для точных измерений физических величин, характеризующих изделие". Исторически термин «координатная измерительная машина» появился как немного искаженный перевод английского термина «Coordinate measuring machine». Искаженный, так как дословный перевод термина «machine» - это "станок". Надо пояснить, что первоначально координатные измерения деталей (в основном корпусных) выполнялись в механических цехах машиностроительных предприятий на наиболее точных координатно-расточных станках (Coordinate boring machines). В шпиндель станка вместо режущего инструмента устанавливали жестко закрепленные измерительные наконечники (ИН) разной формы или "центроискатели" (рисунок 4). ИН вводился в контакт с измеряемой поверхностью, координаты точек касания определялись по оптическим линейным шкалам станка. Первые образцы координатно-измерительного оборудования, предназначенного только для измерений часто создавались на базе координатно-расточных станков. Сам термин «координатная измерительная машина» устоялся и прижился, хотя формально не является метрологическим.
Помимо термина «координатно-измерительная машина» в технической литературе используют термин «координатно-измерительная система». Примером может служить фундаментальный научно-технический труд (на английском языке) «Coordinate Measuring Machines and Systems - R.J.Hocken, P.H.Pereira(eds)-2nd.ed.2011». Если обратиться к чисто метрологическому определению из РМГ 29-2013, то "Измерительная система (ИС) — это совокупность средств измерений и других средств измерительной техники, размещенных в разных точках объекта измерения, функционально объединенных с целью измерений одной или нескольких величин, свойственных этому объекту". Это определение хорошо подходит для информационно-измерительных и управляющих систем больших объектов, например, тепловых или атомных электростанций, когда в разных точках (на турбинах, котлах, реакторах, магистралях) расположены датчики давления, расхода, температуры, информация с которых поступает в единый компьютеризированный центр для анализа и выработки управляющих воздействий. Такое, чисто метрологическое определение измерительной системы трудно применить к существующим образцам координатной измерительной техники.
В машиностроении координатной измерительной системой часто называют КИМ (в том числе специализированные) с расширенными функциональными и метрологическими возможностями. Например, предназначенную для использования в составе автоматизированных систем управления и (или) имеющую возможность применять в процессе измерения одной детали различные типы измерительных головок: контактные, лазерные, «системы технического зрения». В этом случае для расшифровки понятия лучше воспользоваться общетехническим термином:
Система - это конечное множество или совокупность взаимодействующих элементов или частей (подсистем), находящихся в связях друг с другом и образующих некоторую целостность и единство. Система предназначена для самостоятельного выполнения заданных функций и должна удовлетворять следующим факторам:
- поведение каждого элемента влияет на работу целого. Их взаимодействие между собой тесно взаимозависимо;
- если дополнительно существует зависимая подгруппа элементов, то каждая из них также влияет на поведение целого;
- с окружающей средой система всегда взаимодействует как единое целое.
Здесь могут быть использованы различные уровни обобщения и иерархии.
Элемент и система являются относительными понятиями. Элемент может одновременно является системой меньших размеров, а система в свою очередь - быть элементом большой или сложной системы машин. Каждый элемент такой системы может, в свою очередь, рассматриваться в качестве системы более высокого уровня иерархии. Пример такой иерархии при метрологическом обеспечении гибкого автоматизированного производства приведен на рисунке 5.
Для решения ограниченного круга задач измерения в плоскости могут применяться двухкоординатные измерительные машины с декартовой или полярной системой координат, которые чаще всего классифицируют как координатные измерительные приборы.
Под координатным измерительным прибором (КИП) понимается измерительный прибор, предназначенный для измерения линейных и угловых размеров объектов (деталей) координатным методом с помощью бесконтактной (оптической) или контактной систем. КИП обычно разрабатывается на основе традиционных измерительных приборов. Например, универсальные инструментальные микроскопы УИМ-21 (23, 24) модернизируются до уровня ДИП-3/6 (двухкоординатный измерительный прибор). Аналогично, в ЗАО "ЧелябНИИконтроль" на основе прибора для измерения конусности калибров-колец 481К (рисунок 6) был разработан и изготовлен более многофункциональный двухкоординатный измерительный прибор НИИК-481КМ2 (рисунок 7, ссылка на видео).