La maggior parte diMacchine CMM (macchine di misura a coordinate) sono realizzati dacomponenti in granito.
Una macchina di misura a coordinate (CMM) è uno strumento di misura flessibile che ha sviluppato diversi ruoli nell'ambiente produttivo, tra cui l'utilizzo nei tradizionali laboratori di controllo qualità e, più di recente, il ruolo di supporto diretto alla produzione in ambienti più difficili. Il comportamento termico delle scale degli encoder della CMM diventa un fattore importante da considerare in relazione al suo ruolo e alla sua applicazione.
In un articolo pubblicato di recente da Renishaw, viene discusso il tema delle tecniche di montaggio delle scale degli encoder flottanti e masterizzate.
Le righe degli encoder sono termicamente indipendenti dal substrato di montaggio (flottanti) o termicamente dipendenti dal substrato (masterizzate). Una riga flottante si espande e si contrae in base alle caratteristiche termiche del materiale della riga, mentre una riga masterizzata si espande e si contrae alla stessa velocità del substrato sottostante. Le tecniche di montaggio delle righe di misura offrono una varietà di vantaggi per le diverse applicazioni di misura: l'articolo di Renishaw presenta il caso in cui una riga masterizzata potrebbe essere la soluzione preferibile per le macchine da laboratorio.
Le CMM vengono utilizzate per acquisire dati di misura tridimensionali su componenti lavorati ad alta precisione, come blocchi motore e pale di motori a reazione, nell'ambito di un processo di controllo qualità. Esistono quattro tipi fondamentali di macchine di misura a coordinate: a ponte, a sbalzo, a portale e a braccio orizzontale. Le CMM a ponte sono le più diffuse. In una CMM a ponte, una colonna dell'asse Z è montata su un carrello che si muove lungo il ponte. Il ponte è azionato lungo due guide nella direzione dell'asse Y. Un motore aziona una spalla del ponte, mentre la spalla opposta è tradizionalmente non azionata: la struttura del ponte è tipicamente guidata/supportata da cuscinetti aerostatici. Il carrello (asse X) e la colonna (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 questi sono difficili da compensare nel controllore.
Le CMM ad alte prestazioni sono costituite da un basamento in granito ad alta massa termica e da una struttura a portale/ponte rigida, con un cannotto a bassa inerzia a cui è fissato un sensore per misurare le caratteristiche del pezzo. I dati generati vengono utilizzati per garantire che i pezzi rispettino le tolleranze prestabilite. Encoder lineari ad alta precisione sono installati sugli assi X, Y e Z separati, che possono raggiungere lunghezze di diversi metri sulle macchine più grandi.
Una tipica CMM a ponte in granito, utilizzata in una stanza climatizzata con una temperatura media di 20 ±2 °C, dove la temperatura ambiente varia tre volte all'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 ampiamente indipendente dal substrato di granito e risponderebbe rapidamente alle variazioni di temperatura dell'aria grazie alla sua elevata conduttività termica e alla bassa massa termica, significativamente inferiore a quella del tavolo in granito. Ciò porterebbe a 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 misura sostanziale, difficile da compensare a causa della sua natura variabile nel tempo.
In questo caso, la scelta migliore è una scala masterizzata sul substrato: una scala masterizzata si espanderebbe solo con il coefficiente di dilatazione termica (CTE) del substrato di granito e, pertanto, mostrerebbe poche variazioni in risposta a piccole oscillazioni della temperatura dell'aria. È comunque necessario considerare variazioni di temperatura a lungo termine, che influenzeranno la temperatura media di un substrato ad alta massa termica. 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 scale masterizzate sul substrato rappresentano un'eccellente soluzione per CMM di precisione con basso CTE/substrati ad alta massa termica e altre applicazioni che richiedono elevati livelli di prestazioni metrologiche. I vantaggi delle scale masterizzate includono la semplificazione dei regimi di compensazione termica e la potenziale riduzione degli errori di misura non ripetibili dovuti, ad esempio, alle variazioni di temperatura dell'aria nell'ambiente della macchina.
Data di pubblicazione: 25-12-2021