Opanowanie precyzji CMM

WiększośćMaszyny CMM (współrzędnościowe maszyny pomiarowe) są wykonane przezelementy granitowe.

Współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM) to elastyczne urządzenie pomiarowe, które znalazło zastosowanie w wielu obszarach produkcyjnych, w tym w tradycyjnym laboratorium kontroli jakości, a ostatnio także w bezpośrednim wsparciu produkcji na hali produkcyjnej w trudniejszych warunkach. Zachowanie termiczne skal enkoderów CMM staje się istotnym czynnikiem decydującym o ich roli i zastosowaniu.

W niedawno opublikowanym artykule firmy Renishaw omówiono tematykę technik montażu liniałów enkoderów z regulacją i z podziałką.

Skale enkoderów są w praktyce albo termicznie niezależne od podłoża montażowego (pływające), albo termicznie zależne od podłoża (zmierzone). Skala swobodna rozszerza się i kurczy zgodnie z charakterystyką termiczną materiału, z którego jest wykonana, podczas gdy skala zmierzona rozszerza się i kurczy z tą samą szybkością, co podłoże, na którym się znajduje. Techniki montażu skal pomiarowych oferują szereg korzyści w różnych zastosowaniach pomiarowych: artykuł firmy Renishaw przedstawia przypadek, w którym skala zmierzona może być preferowanym rozwiązaniem dla maszyn laboratoryjnych.

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) służą do rejestrowania trójwymiarowych danych pomiarowych na precyzyjnych, obrabianych mechanicznie elementach, takich jak bloki silników i łopatki silników odrzutowych, w ramach procesu kontroli jakości. Istnieją cztery podstawowe typy współrzędnościowych maszyn pomiarowych: mostowe, wspornikowe, bramowe i ramieniowe. Mostowe maszyny CMM są najpopularniejsze. W mostowej konstrukcji CMM, tuleja w osi Z jest zamontowana na wózku, który porusza się wzdłuż mostu. Most jest napędzany wzdłuż dwóch prowadnic w kierunku osi Y. Silnik napędza jedno ramię mostu, podczas gdy przeciwległe ramię jest tradycyjnie nienapędzane: konstrukcja mostu jest zazwyczaj prowadzona/podparta na łożyskach aerostatycznych. Wózek (oś X) i tuleja w osi Z mogą być napędzane za pomocą paska, śruby lub silnika liniowego. Współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) są zaprojektowane tak, aby zminimalizować niepowtarzalne błędy, ponieważ są one trudne do skompensowania w sterowniku.

Wysokowydajne współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) składają się z granitowego łoża o wysokiej masie termicznej i sztywnej konstrukcji portalowej/mostowej z tuleją pomiarową o niskiej bezwładności, do której przymocowany jest czujnik mierzący parametry obrabianego przedmiotu. Wygenerowane dane służą do zapewnienia, że części spełniają z góry określone tolerancje. Wysokoprecyzyjne enkodery liniowe są zainstalowane na oddzielnych osiach X, Y i Z, które w przypadku większych maszyn mogą mieć długość wielu metrów.

Typowa granitowa maszyna współrzędnościowa typu mostowego, pracująca w klimatyzowanym pomieszczeniu o średniej temperaturze 20 ± 2°C, gdzie temperatura w pomieszczeniu zmienia się trzykrotnie na godzinę, pozwala granitowi o wysokiej masie termicznej utrzymać stałą średnią temperaturę 20°C. Pływający liniowy enkoder ze stali nierdzewnej zainstalowany na każdej osi maszyny współrzędnościowej byłby w dużej mierze niezależny od podłoża granitowego i szybko reagowałby na zmiany temperatury powietrza dzięki wysokiej przewodności cieplnej i niskiej masie termicznej, która jest znacznie niższa niż masa termiczna stołu granitowego. Prowadziłoby to do maksymalnego rozszerzenia lub kurczenia się skali na typowej osi 3 m, wynoszącego około 60 µm. To rozszerzenie może powodować znaczny błąd pomiaru, który jest trudny do skompensowania ze względu na jego zmienność w czasie.


Zmiana temperatury złoża granitowego CMM (3) i skali enkodera (2) w porównaniu z temperaturą powietrza w pomieszczeniu (1)

W tym przypadku preferowanym wyborem jest skala zmasterowana pod względem podłoża: skala zmasterowana rozszerzałaby się jedynie wraz ze współczynnikiem rozszerzalności cieplnej (CTE) podłoża granitowego i dlatego wykazywałaby niewielkie zmiany w odpowiedzi na niewielkie wahania temperatury powietrza. Należy jednak uwzględnić długoterminowe zmiany temperatury, które wpłyną na średnią temperaturę podłoża o dużej masie termicznej. Kompensacja temperatury jest prosta, ponieważ sterownik musi jedynie kompensować zachowanie termiczne maszyny, nie uwzględniając również zachowania termicznego skali enkodera.

Podsumowując, systemy enkoderów z liniałami wzorcowymi z podłożem stanowią doskonałe rozwiązanie dla precyzyjnych współrzędnościowych maszyn pomiarowych (CMM) o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej (CTE) i dużej masie termicznej oraz innych zastosowań wymagających wysokiej wydajności metrologicznej. Do zalet liniałów wzorcowych należą uproszczenie procedur kompensacji termicznej oraz możliwość redukcji niepowtarzalnych błędów pomiarowych, wynikających na przykład ze zmian temperatury powietrza w lokalnym otoczeniu maszyny.


Czas publikacji: 25 grudnia 2021 r.