Zvládnutí přesnosti souřadnicových měřicích strojů (CMM)

Většina zSouřadnicové stroje (CMM) (souřadnicové měřicí stroje) jsou vyrobenyžulové komponenty.

Souřadnicové měřicí stroje (CMM) jsou flexibilní měřicí zařízení, která si v rámci výrobního prostředí osvojila řadu rolí, včetně použití v tradičních laboratořích kvality a v poslední době přímo podporují výrobu ve výrobní hale v náročnějších podmínkách. Tepelné chování snímačů otáček CMM se stává důležitým faktorem při výběru jejich rolí a použití.

V nedávno publikovaném článku společnosti Renishaw se rozebírá téma plovoucích a zvládnutých technik montáže pravítek enkodéru.

Stupnice enkodérů jsou buď tepelně nezávislé na svém montážním substrátu (plovoucí), nebo tepelně závislé na substrátu (s masteringem). Plovoucí stupnice se roztahuje a smršťuje podle tepelných charakteristik materiálu stupnice, zatímco masteringová stupnice se roztahuje a smršťuje stejnou rychlostí jako podkladový substrát. Techniky montáže měřicích stupnic nabízejí řadu výhod pro různé měřicí aplikace: článek od společnosti Renishaw uvádí případ, kdy masteringová stupnice může být preferovaným řešením pro laboratorní stroje.

Souřadnicové měřicí stroje (SMM) se používají k zachycení trojrozměrných měřicích dat na vysoce přesných, obráběných součástech, jako jsou bloky motorů a lopatky proudových motorů, jako součást procesu kontroly kvality. Existují čtyři základní typy souřadnicových měřicích strojů: mostové, konzolové, portálové a horizontální. Nejběžnější jsou mostové SMS. V mostové konstrukci SMS je pinola v ose Z namontována na vozíku, který se pohybuje podél mostu. Most je poháněn po dvou vodicích lištách ve směru osy Y. Motor pohání jedno rameno mostu, zatímco opačné rameno je tradičně nepoháněné: konstrukce mostu je obvykle vedena/nesena na aerostatických ložiskách. Vozík (osa X) a pinola (osa Z) mohou být poháněny řemenem, šroubem nebo lineárním motorem. SMS jsou navrženy tak, aby minimalizovaly neopakovatelné chyby, protože ty je v řídicí jednotce obtížné kompenzovat.

Vysoce výkonné souřadnicové měřicí stroje (SMM) se skládají z žulového lože s vysokou tepelnou hmotností a tuhé portálové/mostní konstrukce s pinolou s nízkou setrvačností, ke které je připojen senzor pro měření vlastností obrobku. Generovaná data se používají k zajištění toho, aby díly splňovaly předem stanovené tolerance. Vysoce přesné lineární snímače jsou instalovány na samostatných osách X, Y a Z, které mohou u větších strojů dosahovat délky i mnoha metrů.

Typický souřadnicový měřicí stroj (SMM) s žulovým můstkem, provozovaný v klimatizované místnosti s průměrnou teplotou 20 ± 2 °C, kde se teplota v místnosti mění třikrát za hodinu, umožňuje žule s vysokou tepelnou hmotností udržovat konstantní průměrnou teplotu 20 °C. Plovoucí lineární enkodér z nerezové oceli instalovaný na každé ose souřadnicového měřicího stroje by byl do značné míry nezávislý na žulovém substrátu a rychle by reagoval na změny teploty vzduchu díky své vysoké tepelné vodivosti a nízké tepelné hmotnosti, která je výrazně nižší než tepelná hmotnost žulového stolu. To by vedlo k maximálnímu roztažení nebo smrštění stupnice přibližně 60 µm na typické 3m ose. Toto roztažení může způsobit značnou chybu měření, kterou je obtížné kompenzovat kvůli její časově proměnné povaze.

V tomto případě je preferovanou volbou měřítko s upraveným substrátem: toto měřítko by se roztahovalo pouze s koeficientem tepelné roztažnosti (CTE) žulového substrátu, a proto by vykazovalo jen malé změny v reakci na malé oscilace teploty vzduchu. Je však stále třeba zohlednit dlouhodobější změny teploty, které ovlivní průměrnou teplotu substrátu s vysokou tepelnou hmotností. Teplotní kompenzace je přímočará, protože regulátor musí kompenzovat pouze tepelné chování stroje, aniž by zohledňoval tepelné chování měřítka enkodéru.

Stručně řečeno, systémy enkodérů s řízenými stupnicemi pro substráty jsou vynikajícím řešením pro přesné souřadnicové měřicí stroje s nízkým součinitelem tepelné roztažnosti / vysokou tepelnou hmotností substrátů a další aplikace vyžadující vysokou úroveň metrologického výkonu. Mezi výhody řízených stupnic patří zjednodušení režimů tepelné kompenzace a potenciál pro snížení neopakovatelných chyb měření způsobených například kolísáním teploty vzduchu v místním prostředí stroje.