Самодельный КИМ (CMM) с точностью 30 микрон. Реально ли?

[Бегемот]

Приветствую.
Обдумываю возможность создания координатно-измерительной машины с такими параметрами:
Тип сканирования: 2D, оптический
Максимальные размеры сканирования: 1х2 м
Точность сканирования: 30 микрон
Бюджет: 50.000 USD
Заказчик хочет контролировать размеры плоских металлических деталей (макс. перепад высот 20 мм) и координаты отверстий после лазерной резки и сравнивать с чертежами. Есть условие, что сканирование должно проходить быстро, порядка десятков минут на деталь размеров А3.
Пока план таков: конструкция как у стандартных CMM машинок, высота оси Z постоянна, по бокам 2 рейки на 2 метра, между ними перпендикулярно метровая рейка с, например, такой оптической головкой. К каждой рейке прикрутить абсолютный или инкрементальный оптический энкодер на 5 мкм (можно и магнитный на 10 мкм, но бюджет позволяет).
Для быстрого сканирования планирую гонять голову векторно, в соответствии с заданным чертежом, например только по периметру. В таком режиме желательно крутить головкой, чтобы сканирующий луч был перпендикулярен кромке. Можно поставить поворотный механизм с двигателем и энкодером и проблема как-бы решена.
Всё вышеописанное вроде реально, но есть 2 вопроса:
1) Короткая ось будет иметь люфт в направлении этой оси из-за подшипников тележек длинной оси, и этот люфт энкодеры не фиксируют. Собственно вопрос в том, как этот люфт постоянно измерять. Пока из рабочих вариантов: взять полый солидный 2 метровый железный брус, отшлифовать одну поверхность, положить вдоль длинной оси и измерять оптическим или индукционным датчиком расстояние от короткой оси до этого бруса. Неточности шлифовки не волнуют, устраняются калибровкой.
2) Каким образом сделать точный поворотный блок для головки. Можно взять и сваять самому что-то из
высокоточных подшипников, но хотелось бы не изобретать велосипед а купить что-нить готовое, с минимальными люфтами. Продаются ли такие поворотные блоки?
Уже делал подобный девайс, только там было ~100...150 микрон, а тут вот надо 30. А такого опыта пока нима. Прошу поделиться мыслями. Спасибо.

[aftaev]

такой оптической головкой.

сколько стоит?

Короткая ось будет иметь люфт в направлении этой оси из-за подшипников тележек длинной оси, и этот люфт энкодеры не фиксируют.

а если линейные моторы?

[aftaev]

так на всякий случай:
линейные моторы http://www.ruchservomotor.com/
оптические микрометры/сканеры https://riftek.com/

[Бегемот]

сколько стоит?

Такая оптическая голова стоит порядка 6.000 USD. Потом к ней надо комп или промышленный PLC, связь то по ethernet-у, но можно и самому электронику прилепить.

а если линейные моторы?

Дык даже если и линейный мотор, всё равно в каретке люфт будет, не так ли?

[aftaev]

Дык даже если и линейный мотор, всё равно в каретке люфт будет, не так ли?

люфт можно попробовать выбирать дополнительными каретками

[Бегемот]

люфт можно попробовать выбирать дополнительными каретками

Таки да, можно, но 30 мкм на двух метрах не хухры-мухры, хочется, чтобы за год-два всё не раздолбалось и не потеряло точность, да и кажется проще отслеживать и компенсировать такие ошибки, чем механически устранять.
А не поделитесь ли, как может выглядеть конструкция с дополнительными каретками?

[aftaev]

А не поделитесь ли, как может выглядеть конструкция с дополнительными каретками?

обычно на оси стоит 2 каретки, ставим 3-4. Две каретки (зеленым) прикручиваем к платформе, а вот каретку красную нужно подпружинить(оранжевое) или поджать винтиком. Желтым показано платформа на которую прикручены каретки.

Это если нужно натягивать каретки сбоку

[aftaev]

вариант №2
2 каретки(зеленым) ездят по рельсам(серым) прикручены к платформе(желтым), красной кареткой выбираем люфт за счет винта или пружины(синим) давим на каретку относительно платформы. Винт будет давить на каретку, платформа будет выгинаться так будет выбран люфт. Если поставить пружинку будет автоматом выбираться

[Бегемот]

Ага, понятно, спасибо за схему. Да, вроде рабочий вариант. Но есть параноидальные опасения: из-за пылинки на рейке, или точечного дефекта рейки или ролика подшипника, или неконсистентности смазки могут (теоретически) появляться локальные необнаруживаемые ошибки (смещения). Таки хочется надёжности, всё ещё обдумываю бесконтактную систему контроля слежения за такими отклонениями.

[aftaev]

Но есть параноидальные опасения: из-за пылинки на рейке, или точечного дефекта рейки или ролика подшипника, или неконсистентности смазки могут (теоретически) появляться локальные необнаруживаемые ошибки (смещения).

Так это от качества/точности рельс зависит, у них и пыльники и скребки должны быть путные, да и сам станок должен стоять в нормальном помещении, а не в степи. А то вдруг пылинки под измеряемую деталь попадет Купить рельсы высокого класса какой нибудь THK с натягом, мож и доп. кареток и не понадобиться
Линейные моторы вроде шагают по 1мкм

Таки хочется надёжности, всё ещё обдумываю бесконтактную систему контроля слежения за такими отклонениями.

бесконтактную - это как чтоб измерительная голова летала по воздуху и ни на что не опиралась

[aftaev]

Уже делал подобный девайс, только там было ~100...150 микрон,

а на чем ты его делал?

[Бегемот]

Линейные моторы вроде шагают по 1мкм

Та дело не в возможности микрошагов - можно поставить не шаговики, а обычные сервоприводы, задать постоянную скорость, а положение снимать с быстрых энкодеров. Голова даёт до 4000 профилей в секунду, достаточно быстро, можно мерять в движении.

бесконтактную - это как чтоб измерительная голова летала по воздуху и ни на что не опиралась

Не-не, бесконтактную между платформой с головой и неподвижным столом.

а на чем ты его делал

Да вот видео того девайса, уж не сочтите за рекламу https://youtu.be/I1tysrBXuBQ

[Serg]

Максимальные размеры сканирования: 1х2 м
Точность сканирования: 30 микрон

У вас температурный дрейф будет в разы больше...

[Бегемот]

У вас температурный дрейф будет в разы больше...

Дык оптические энкодеры имеют встроенные датчики температуры с компенсацией температурных расширений.

[Serg]

А измеряемые детали тоже?..

[selenur]

Ага, понятно, спасибо за схему. Да, вроде рабочий вариант. Но есть параноидальные опасения: из-за пылинки на рейке, или точечного дефекта рейки или ролика подшипника, или неконсистентности смазки могут (теоретически) появляться локальные необнаруживаемые ошибки (смещения). Таки хочется надёжности, всё ещё обдумываю бесконтактную систему контроля слежения за такими отклонениями.

А если перед сканированием детали, прогнать сканер на заведомо ровной поверхности, по одной из осей, несколько раз, и получив эти данные, по идее должны появиться отклонения в данных, где могли быть смещения.

[Бегемот]

А измеряемые детали тоже?..

Это, к сожалению, правда, и заказчик сам об этом знает. Но есть и относительно простое решение: при измерении температуры детали (появление градиентов температур легко обнаруживается термовизионной камерой) и наличия коэфициента температурного расширения, который заказчику известен, т.к. состав материала есть в паспорте, легко на компе досчитываются поправки.

прогнать сканер на заведомо ровной поверхности

Была мысля процарапать вдоль длинной стороны канавку, или приварить треугольный брус и использовать как эталон, но есть засада: канавка может легко забиться грязью, а треугольгый брус или "заведомо ровная поверхность" на двух метрах будет постоянно иметь поперечные отклонения из-за температурных колебаний и внутренних механических напряжений.
Прикольно то, что даже если сделать контроль этотго параметра оптически, т.е. например пускать вдоль длинной оси луч лазера и брать его как эталон, то дуновение ветерка может этот луч немного отклонить Ну да, луч можно засунуть в трубу, трубу термостатировать... Но как-то слишком сложно получается, и простого решения такая задача, видимо, не имеет.

[aftaev]

а что за детали такие точные что размер 1*2м?

[Бегемот]

Заказчик получает чертежи на резку, режет или штампует детали, потом проверяет допуски. Некоторые требуют точность 70 микрон для последующей прессовки разных колышков. Точно сказать не могу, почему так, но в ТТХ стоит тридцатка. А метр на два - это максимальные размеры, которые они редко делают, в основном мелочёвка формата А5...А2.

[aftaev]

в основном мелочёвка формата А5...А2.

обычный компьютерный сканер какую точность дает?