De meeste vanCMM-machines (coördinatenmeetmachines) worden gemaakt doorgranieten componenten.
Een coördinatenmeetmachine (CMM) is een flexibel meetinstrument en heeft een aantal functies ontwikkeld binnen de productieomgeving, waaronder gebruik in het traditionele kwaliteitslaboratorium en de meer recente rol van directe productieondersteuning op de productievloer in veeleisende omgevingen. Het thermische gedrag van CMM-encoderweegschalen vormt een belangrijke overweging tussen de functies en de toepassing ervan.
In een onlangs gepubliceerd artikel van Renishaw worden de montagetechnieken voor zwevende en gemasterde encoderschalen besproken.
Encoderschalen zijn in feite ofwel thermisch onafhankelijk van hun montagesubstraat (zwevend) ofwel thermisch afhankelijk van het substraat (gemasterd). Een zwevende schaal zet uit en krimpt volgens de thermische eigenschappen van het materiaal, terwijl een gemasterde schaal met dezelfde snelheid uitzet en krimpt als het onderliggende substraat. De montagetechnieken voor meetschalen bieden diverse voordelen voor diverse meettoepassingen: het artikel van Renishaw beschrijft een situatie waarin een gemasterde schaal de voorkeursoplossing zou kunnen zijn voor laboratoriummachines.
CMM's worden gebruikt om driedimensionale meetgegevens vast te leggen van zeer nauwkeurige, bewerkte componenten, zoals motorblokken en straalmotorbladen, als onderdeel van een kwaliteitscontroleproces. Er zijn vier basistypen coördinatenmeetmachines: brug-, cantilever-, portaal- en horizontale armmeetmachines. Brug-CMM's zijn het meest gangbaar. In een CMM-brugontwerp is een Z-as-as gemonteerd op een wagen die langs de brug beweegt. De brug wordt aangedreven langs twee geleiders in de Y-asrichting. Een motor drijft één schouder van de brug aan, terwijl de tegenoverliggende schouder traditioneel niet wordt aangedreven: de brugconstructie wordt meestal geleid/ondersteund door aerostatische lagers. De wagen (X-as) en de as (Z-as) kunnen worden aangedreven door een riem-, schroef- of lineaire motor. CMM's zijn ontworpen om niet-reproduceerbare fouten te minimaliseren, omdat deze moeilijk te compenseren zijn in de controller.
Hoogwaardige CMM's bestaan uit een granieten bed met een hoge thermische massa en een stijve portaal-/brugconstructie, met een spindel met lage traagheid waaraan een sensor is bevestigd om de eigenschappen van het werkstuk te meten. De gegenereerde gegevens worden gebruikt om ervoor te zorgen dat onderdelen voldoen aan vooraf bepaalde toleranties. Zeer nauwkeurige lineaire encoders zijn geïnstalleerd op de afzonderlijke X-, Y- en Z-assen, die op grotere machines vele meters lang kunnen zijn.
Een typische granieten brug-CMM wordt gebruikt in een ruimte met airconditioning, met een gemiddelde temperatuur van 20 ±2 °C, waarbij de kamertemperatuur drie keer per uur wisselt. Hierdoor kan het graniet met zijn hoge thermische massa een constante gemiddelde temperatuur van 20 °C handhaven. Een zwevende lineaire encoder van roestvrij staal, geïnstalleerd op elke CMM-as, zou grotendeels onafhankelijk zijn van het granieten substraat en snel reageren op veranderingen in de luchttemperatuur dankzij de hoge thermische geleidbaarheid en lage thermische massa, die aanzienlijk lager is dan de thermische massa van de granieten tafel. Dit zou leiden tot een maximale uitzetting of krimp van de schaal over een typische 3m-as van ongeveer 60 µm. Deze uitzetting kan een aanzienlijke meetfout veroorzaken, die moeilijk te compenseren is vanwege de tijdsvariatie.
Een substraat-gemasterde schaal is in dit geval de beste keuze: een gemasterde schaal zou alleen uitzetten met de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) van het granietsubstraat en zou daarom weinig verandering vertonen in reactie op kleine schommelingen in de luchttemperatuur. Temperatuurveranderingen op langere termijn moeten echter wel in aanmerking worden genomen en deze zullen de gemiddelde temperatuur van een substraat met een hoge thermische massa beïnvloeden. Temperatuurcompensatie is eenvoudig, omdat de controller alleen het thermische gedrag van de machine hoeft te compenseren, zonder ook rekening te houden met het thermische gedrag van de encoderschaal.
Kortom, encodersystemen met substraatgemasterde schalen vormen een uitstekende oplossing voor precisie-CMM's met een lage CTE/hoge thermische massa en andere toepassingen die hoge metrologische prestaties vereisen. De voordelen van gemasterde schalen omvatten vereenvoudiging van thermische compensatieregimes en de mogelijkheid om niet-herhaalbare meetfouten te verminderen, bijvoorbeeld door temperatuurschommelingen in de lokale machineomgeving.
Plaatsingstijd: 25-12-2021