De flesta avCMM-maskiner (koordinatmätningsmaskiner) är gjorda avgranitkomponenter.
En koordinatmätmaskin (CMM) är en flexibel mätanordning och har utvecklat ett antal roller inom tillverkningsmiljön, inklusive användning i traditionella kvalitetslaboratorier, och den senare rollen att direkt stödja produktionen på tillverkningsgolvet i tuffare miljöer. Det termiska beteendet hos CMM-pulsgivarvågar blir en viktig faktor att beakta mellan dess roller och tillämpning.
I en nyligen publicerad artikel av Renishaw diskuteras monteringstekniker för flytande och masterad pulsgivare.
Givarskalor är i praktiken antingen termiskt oberoende av sitt monteringssubstrat (flytande) eller termiskt beroende av substratet (mastered). En flytande skala expanderar och krymper i enlighet med skalmaterialets termiska egenskaper, medan en mastered skala expanderar och krymper i samma takt som det underliggande substratet. Monteringsteknikerna för mätskalor erbjuder en mängd olika fördelar för olika mättillämpningar: artikeln från Renishaw presenterar fallet där en mastered skala kan vara en föredragen lösning för laboratoriemaskiner.
CMM:er används för att samla in tredimensionella mätdata på högprecisionsbearbetade komponenter, såsom motorblock och jetmotorblad, som en del av en kvalitetskontrollprocess. Det finns fyra grundläggande typer av koordinatmätmaskiner: bro, utkragande, gantry och horisontell arm. CMM:er av brotyp är de vanligaste. I en CMM-brokonstruktion är en Z-axelpin monterad på en vagn som rör sig längs bron. Bron drivs längs två styrvägar i Y-axelns riktning. En motor driver ena axeln på bron, medan den motsatta axeln traditionellt är odriven: brokonstruktionen styrs/stöds vanligtvis av aerostatiska lager. Vagnen (X-axeln) och pinnpinnet (Z-axeln) kan drivas av en rem-, skruv- eller linjärmotor. CMM:er är utformade för att minimera icke-repeterbara fel eftersom dessa är svåra att kompensera i styrenheten.
Högpresterande CMM:er består av en granitbädd med hög termisk massa och en styv gantry-/bryggstruktur, med en lågtröghetsfjäder till vilken en sensor är fäst för att mäta arbetsstyckets egenskaper. Den genererade datan används för att säkerställa att delarna uppfyller förutbestämda toleranser. Högprecisionslinjära pulsgivare installeras på de separata X-, Y- och Z-axlarna, vilka kan vara många meter långa på större maskiner.
En typisk CMM av granitbryggtyp som används i ett luftkonditionerat rum med en medeltemperatur på 20 ± 2 °C, där rumstemperaturen cyklar tre gånger i timmen, gör att graniten med hög termisk massa kan bibehålla en konstant medeltemperatur på 20 °C. En flytande linjär pulsgivare i rostfritt stål installerad på varje CMM-axel skulle vara i stort sett oberoende av granitsubstratet och reagera snabbt på förändringar i lufttemperaturen på grund av dess höga värmeledningsförmåga och låga termiska massa, vilken är betydligt lägre än granitbordets termiska massa. Detta skulle leda till en maximal expansion eller kontraktion av skalan över en typisk 3 m-axel på cirka 60 µm. Denna expansion kan producera ett betydande mätfel som är svårt att kompensera på grund av dess tidsvarierande natur.
En substratbaserad skala är det föredragna valet i detta fall: en substratbaserad skala skulle bara expandera med värmeutvidgningskoefficienten (CTE) för granitsubstratet och skulle därför uppvisa liten förändring som svar på små svängningar i lufttemperaturen. Långsiktiga temperaturförändringar måste fortfarande beaktas och dessa kommer att påverka medeltemperaturen för ett substrat med hög termisk massa. Temperaturkompensation är enkel eftersom styrenheten bara behöver kompensera för maskinens termiska beteende utan att också ta hänsyn till pulsgivarskalans termiska beteende.
Sammanfattningsvis är pulsgivarsystem med substratbaserade skalor en utmärkt lösning för precisions-CMM:er med låg CTE/hög termisk massa i substrat och andra tillämpningar som kräver höga nivåer av mätprestanda. Fördelarna med substratbaserade skalor inkluderar förenkling av termiska kompensationsregimer och potential för minskning av icke-repeterbara mätfel på grund av till exempel lufttemperaturvariationer i den lokala maskinmiljön.
Publiceringstid: 25 december 2021