Mastering voor CMM-precisie

Het grootste deel vanCMM-machines (coördinaten meetmachines) worden gemaakt doorgranieten componenten.

Een coördinatenmeetmachine (CMM) is een flexibel meetinstrument dat diverse functies vervult in de productieomgeving, van traditioneel kwaliteitslaboratorium tot, meer recent, directe ondersteuning van de productie op de werkvloer in veeleisende omgevingen. Het thermische gedrag van de encoderschalen van een CMM is een belangrijke factor in de overweging bij de toepassing ervan.

In een recent gepubliceerd artikel van Renishaw worden de montagemethoden voor zwevende en gemasterde encoderschalen besproken.

Encoderschalen zijn in feite thermisch onafhankelijk van hun montagesubstraat (zwevend) of thermisch afhankelijk van het substraat (gemasterd). Een zwevende schaal zet uit en krimpt afhankelijk van de thermische eigenschappen van het schaalmateriaal, terwijl een gemasterde schaal uitzet en krimpt met dezelfde snelheid als het onderliggende substraat. De montagetechnieken voor meetschalen bieden diverse voordelen voor verschillende meettoepassingen: het artikel van Renishaw beschrijft een geval waarin een gemasterde schaal de voorkeur kan hebben voor laboratoriumapparatuur.

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 arm-CMM's. Brug-CMM's komen het meest voor. Bij een brug-CMM is een Z-as-spil 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 doorgaans geleid/ondersteund door aerostatische lagers. De wagen (X-as) en de spil (Z-as) kunnen worden aangedreven door een riem, schroef of lineaire motor. CMM's zijn ontworpen om niet-herhaalbare fouten te minimaliseren, omdat deze moeilijk te compenseren zijn in de besturingseenheid.

Hoogwaardige CMM's bestaan ​​uit een granieten bed met een hoge thermische massa en een stijve portaal-/brugconstructie, met een spindel met lage inertie waaraan een sensor is bevestigd om de kenmerken van het werkstuk te meten. De gegenereerde gegevens worden gebruikt om te garanderen dat onderdelen aan vooraf bepaalde toleranties voldoen. Zeer nauwkeurige lineaire encoders zijn geïnstalleerd op de afzonderlijke X-, Y- en Z-assen, die bij grotere machines vele meters lang kunnen zijn.

Een typische CMM van het brugtype met granieten plaat, die wordt gebruikt in een geklimatiseerde ruimte met een gemiddelde temperatuur van 20 ± 2 °C, waarbij de kamertemperatuur driemaal per uur schommelt, zorgt ervoor dat het graniet met zijn hoge thermische massa een constante gemiddelde temperatuur van 20 °C behoudt. Een zwevende lineaire roestvrijstalen encoder, geïnstalleerd op elke CMM-as, is grotendeels onafhankelijk van het granieten substraat en reageert snel op veranderingen in de luchttemperatuur dankzij de hoge thermische geleidbaarheid en lage thermische massa, die aanzienlijk lager is dan die van de granieten plaat. Dit leidt tot een maximale uitzetting of inkrimping van de schaal over een typische as van 3 meter van ongeveer 60 µm. Deze uitzetting kan een aanzienlijke meetfout veroorzaken die moeilijk te compenseren is vanwege het tijdsafhankelijke karakter ervan.

Een op het substraat afgestemde schaalverdeling heeft in dit geval de voorkeur: een dergelijke schaalverdeling zet alleen uit met de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) van het granieten substraat en vertoont daarom weinig verandering bij kleine schommelingen in de luchttemperatuur. Veranderingen in temperatuur op de langere termijn moeten echter wel in overweging worden genomen, aangezien deze 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 rekening te houden met het thermische gedrag van de encoderschaal.

Samenvattend zijn encodersystemen met substraat-gekalibreerde schalen een uitstekende oplossing voor precisie-CMM's met substraten met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) / hoge thermische massa en andere toepassingen die hoge meetnauwkeurigheid vereisen. De voordelen van gekalibreerde schalen omvatten de vereenvoudiging van thermische compensatieregimes en de mogelijkheid om niet-herhaalbare meetfouten te verminderen die bijvoorbeeld worden veroorzaakt door variaties in de luchttemperatuur in de omgeving van de machine.