Mastering per la precisione CMM

La maggior parteMacchine cm (macchine di misura a coordinate) sono realizzati dacomponenti in granito.

Una macchina di misura a coordinate (CMM) è un dispositivo di misura flessibile e ha sviluppato una serie di ruoli con l'ambiente di produzione, compreso l'uso nel tradizionale laboratorio di qualità e il ruolo più recente di supportare direttamente la produzione nel reparto di produzione in ambienti più difficili.Il comportamento termico delle righe degli encoder CMM diventa una considerazione importante tra i suoi ruoli e l'applicazione.

In un articolo recentemente pubblicato da Renishaw, viene discusso il tema delle tecniche di montaggio della scala dell'encoder flottante e masterizzato.

Le scale dell'encoder sono effettivamente termicamente indipendenti dal substrato di montaggio (flottante) o termicamente dipendenti dal substrato (masterizzate).Una scaglia flottante si espande e si contrae in base alle caratteristiche termiche del materiale della scaglia, mentre una scaglia masterizzata si espande e si contrae alla stessa velocità del substrato sottostante.Le tecniche di montaggio della bilancia di misura offrono numerosi vantaggi per le varie applicazioni di misura: l'articolo di Renishaw presenta il caso in cui una bilancia masterizzata potrebbe essere la soluzione preferita per le macchine da laboratorio.

Le CMM vengono utilizzate per acquisire dati di misurazione tridimensionali su componenti lavorati ad alta precisione, come blocchi motore e pale di motori a reazione, come parte di un processo di controllo qualità.Esistono quattro tipi base di macchine di misura a coordinate: a ponte, a sbalzo, a portale e a braccio orizzontale.Le CMM a ponte sono le più comuni.Nella progettazione di un ponte CMM, un supporto dell'asse Z è montato su un carrello che si muove lungo il ponte.Il ponte viene guidato lungo due guide nella direzione dell'asse Y.Un motore aziona una spalla del ponte, mentre la spalla opposta è tradizionalmente non guidata: la struttura del ponte è tipicamente guidata/supportata su cuscinetti aerostatici.Il carrello (asse X) e il cannotto (asse Z) possono essere azionati da una cinghia, una vite o un motore lineare.Le CMM sono progettate per ridurre al minimo gli errori non ripetibili poiché sono difficili da compensare nel controller.

Le macchine di misura ad alte prestazioni comprendono un basamento in granito ad elevata massa termica e una struttura rigida a portale/ponte, con una colonna a bassa inerzia alla quale è collegato un sensore per misurare le caratteristiche del pezzo.I dati generati vengono utilizzati per garantire che le parti soddisfino tolleranze predeterminate.Gli encoder lineari ad alta precisione sono installati sugli assi X, Y e Z separati che possono essere lunghi molti metri su macchine più grandi.

Una tipica CMM a ponte di granito utilizzata in una stanza climatizzata, con una temperatura media di 20 ±2 °C, dove la temperatura ambiente cambia tre volte ogni ora, consente al granito ad alta massa termica di mantenere una temperatura media costante di 20 °C.Un encoder lineare flottante in acciaio inossidabile installato su ciascun asse della CMM sarebbe in gran parte indipendente dal substrato di granito e risponderebbe rapidamente ai cambiamenti della temperatura dell'aria grazie alla sua elevata conduttività termica e alla bassa massa termica, che è significativamente inferiore alla massa termica del tavolo di granito .Ciò porterebbe ad un'espansione o contrazione massima della scala su un tipico asse di 3 m di circa 60 µm.Questa espansione può produrre un errore di misurazione sostanziale che è difficile da compensare a causa della sua natura variabile nel tempo.

In questo caso, una scala masterizzata è la scelta preferita: una scala masterizzata si espanderebbe solo con il coefficiente di dilatazione termica (CTE) del substrato di granito e, pertanto, mostrerebbe pochi cambiamenti in risposta a piccole oscillazioni della temperatura dell'aria.È necessario comunque considerare i cambiamenti di temperatura a lungo termine che influenzeranno la temperatura media di un substrato di massa ad alta temperatura.La compensazione della temperatura è semplice poiché il controller deve solo compensare il comportamento termico della macchina senza considerare anche il comportamento termico della scala dell'encoder.

In sintesi, i sistemi encoder con righe masterizzate sul substrato sono un'eccellente soluzione per CMM di precisione con substrati a basso CTE/elevata massa termica e altre applicazioni che richiedono elevati livelli di prestazioni metrologiche.I vantaggi delle bilance masterizzate includono la semplificazione dei regimi di compensazione termica e la potenziale riduzione degli errori di misurazione non ripetibili dovuti, ad esempio, alle variazioni della temperatura dell'aria nell'ambiente locale della macchina.