Mastering pre presnosť súradnicového meracieho prístroja (CMM)

Väčšina zSúradnicové frézky (CMM) (súradnicové meracie stroje) sú vyrobené spoločnosťoužulové komponenty.

Súradnicové meracie stroje (CMM) sú flexibilné meracie zariadenia, ktoré si vo výrobnom prostredí osvojili množstvo úloh vrátane použitia v tradičnom laboratóriu kvality a novšej úlohy priamej podpory výroby vo výrobnej hale v náročnejších prostrediach. Tepelné správanie stupníc snímačov CMM sa stáva dôležitým faktorom pri zohľadnení ich úloh a použitia.

V nedávno publikovanom článku spoločnosti Renishaw sa rozoberá téma plávajúcich a zvládnutých techník montáže mierky snímača.

Stupnice enkodéra sú buď tepelne nezávislé od ich montážneho substrátu (plávajúce), alebo tepelne závislé od substrátu (zvládnuté). Plávajúca stupnica sa rozťahuje a sťahuje podľa tepelných charakteristík materiálu stupnice, zatiaľ čo zvládnutá stupnica sa rozťahuje a sťahuje rovnakou rýchlosťou ako podkladový substrát. Techniky montáže meracích stupníc ponúkajú rôzne výhody pre rôzne meracie aplikácie: článok od spoločnosti Renishaw predstavuje prípad, kedy by zvládnutá stupnica mohla byť preferovaným riešením pre laboratórne stroje.

Súradnicové meracie stroje (CMM) sa používajú na zachytávanie trojrozmerných meracích údajov z vysoko presných, obrábaných komponentov, ako sú bloky motorov a lopatky prúdových motorov, ako súčasť procesu kontroly kvality. Existujú štyri základné typy súradnicových meracích strojov: mostové, konzolové, portálové a horizontálne ramenné. Najbežnejšie sú mostové CMM. V mostovej konštrukcii CMM je pinola v osi Z namontovaná na vozíku, ktorý sa pohybuje pozdĺž mosta. Most je poháňaný pozdĺž dvoch vodiacich líšt v smere osi Y. Motor poháňa jedno rameno mosta, zatiaľ čo opačné rameno je tradične nepoháňané: konštrukcia mosta je typicky vedená/podopretá na aerostatických ložiskách. Vozík (os X) a pinola (os Z) môžu byť poháňané remeňom, skrutkou alebo lineárnym motorom. Súradnicové meracie stroje sú navrhnuté tak, aby minimalizovali neopakovateľné chyby, pretože tie je v riadiacej jednotke ťažké kompenzovať.

Vysokovýkonné súradnicové měřiace stroje (CMM) pozostávajú z žulového lôžka s vysokou tepelnou hmotnosťou a pevnej portálovej/mostovej konštrukcie s pinolou s nízkou zotrvačnosťou, ku ktorej je pripevnený snímač na meranie vlastností obrobku. Generované údaje sa používajú na zabezpečenie toho, aby diely spĺňali vopred stanovené tolerancie. Vysoko presné lineárne snímače sú inštalované na samostatných osiach X, Y a Z, ktoré môžu byť na väčších strojoch dlhé aj mnoho metrov.

Typický súradnicový měřiaci stroj (CMM) s mostíkom z žuly, prevádzkovaný v klimatizovanej miestnosti s priemernou teplotou 20 ± 2 °C, kde sa teplota v miestnosti cyklicky mení trikrát za hodinu, umožňuje žule s vysokou tepelnou hmotnosťou udržiavať konštantnú priemernú teplotu 20 °C. Plávajúci lineárny enkodér z nehrdzavejúcej ocele inštalovaný na každej osi CMM by bol do značnej miery nezávislý od žulového substrátu a rýchlo by reagoval na zmeny teploty vzduchu vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti a nízkej tepelnej hmotnosti, ktorá je výrazne nižšia ako tepelná hmotnosť žulového stola. To by viedlo k maximálnemu roztiahnutiu alebo zmršteniu stupnice na typickej 3-metrovej osi približne 60 µm. Toto roztiahnutie môže spôsobiť značnú chybu merania, ktorú je ťažké kompenzovať kvôli jej časovo premenlivej povahe.

V tomto prípade je preferovanou voľbou zmapovaná stupnica substrátu: zmapovaná stupnica by sa rozťahovala iba s koeficientom tepelnej rozťažnosti (CTE) žulového substrátu, a preto by vykazovala len malú zmenu v reakcii na malé oscilácie teploty vzduchu. Dlhodobé zmeny teploty je stále potrebné zohľadniť, pretože tie ovplyvnia priemernú teplotu substrátu s vysokou tepelnou hmotnosťou. Teplotná kompenzácia je jednoduchá, pretože riadiaca jednotka potrebuje kompenzovať iba tepelné správanie stroja bez toho, aby brala do úvahy tepelné správanie stupnice enkodéra.

Stručne povedané, systémy kodérov s mierkami riadenými substrátmi sú vynikajúcim riešením pre presné súradnicové měřiace stroje s nízkou tepelnou rozťažnosťou / vysokou tepelnou hmotnosťou substrátov a ďalšie aplikácie vyžadujúce vysokú úroveň metrologického výkonu. Medzi výhody riadených mierok patrí zjednodušenie režimov tepelnej kompenzácie a potenciál na zníženie neopakovateľných chýb merania spôsobených napríklad zmenami teploty vzduchu v lokálnom prostredí stroja.