La maggior parteMacchine CMM (macchine di misura a coordinate) sono realizzati dacomponenti in granito.
Le macchine di misura a coordinate (CMM) sono dispositivi di misura versatili che hanno assunto diversi ruoli nell'ambiente produttivo, tra cui l'utilizzo nei tradizionali laboratori di controllo qualità e, più recentemente, il supporto diretto alla produzione in officina, anche in ambienti più difficili. Il comportamento termico delle scale degli encoder delle CMM diventa quindi un aspetto importante da considerare in relazione ai loro ruoli e alle loro applicazioni.
In un recente articolo di Renishaw, vengono discusse le tecniche di montaggio della scala dell'encoder flottante e masterizzato.
Le scale degli encoder sono di fatto termicamente indipendenti dal substrato di montaggio (flottanti) o termicamente dipendenti dal substrato (basate). Una scala flottante si espande e si contrae in base alle caratteristiche termiche del materiale di cui è composta, mentre una scala basata si espande e si contrae alla stessa velocità del substrato sottostante. Le tecniche di montaggio delle scale di misura offrono una varietà di vantaggi per le diverse applicazioni di misurazione: l'articolo di Renishaw presenta il caso in cui una scala basata potrebbe essere la soluzione preferibile per le apparecchiature da laboratorio.
Le macchine di misura a coordinate (CMM) vengono utilizzate per acquisire dati di misurazione tridimensionali su componenti lavorati di alta precisione, come blocchi motore e pale di motori a reazione, nell'ambito di un processo di controllo qualità. Esistono quattro tipi principali di macchine di misura a coordinate: a ponte, a sbalzo, a portale e a braccio orizzontale. Le CMM a ponte sono le più comuni. In una CMM a ponte, il mandrino dell'asse Z è montato 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 delle spalle 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 il mandrino (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 sistema di controllo.
Le macchine di misura a coordinate (CMM) ad alte prestazioni sono costituite da un piano di lavoro in granito ad alta massa termica e da una struttura a portale/ponte rigida, con un mandrino a bassa inerzia al quale è fissato un sensore per misurare le caratteristiche del pezzo. I dati generati vengono utilizzati per garantire che i pezzi soddisfino le tolleranze predeterminate. Encoder lineari ad alta precisione sono installati sugli assi X, Y e Z, che nelle macchine di maggiori dimensioni possono raggiungere lunghezze di diversi metri.
Una tipica macchina di misura a coordinate (CMM) a ponte in granito, operante in una stanza climatizzata con una temperatura media di 20 ±2 °C, dove la temperatura ambiente varia 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 alle variazioni di temperatura dell'aria grazie alla sua elevata conduttività termica e alla bassa massa termica, significativamente inferiore alla massa termica del piano in granito. Ciò comporterebbe un'espansione o contrazione massima della scala su un tipico asse di 3 m di circa 60 µm. Tale espansione può produrre un errore di misura sostanziale, difficile da compensare a causa della sua natura variabile nel tempo.
In questo caso, la scelta preferibile è una scala masterizzata su substrato: una scala masterizzata si espanderebbe solo in base al 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 le 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 controllore deve solo compensare il comportamento termico della macchina senza dover considerare anche il comportamento termico della scala dell'encoder.
In sintesi, i sistemi di encoder con scale masterizzate sul substrato rappresentano un'ottima soluzione per le macchine di misura a coordinate (CMM) di precisione con substrati a basso coefficiente di dilatazione termica (CTE) e ad alta massa termica, nonché per altre applicazioni che richiedono elevate prestazioni metrologiche. I vantaggi delle scale masterizzate includono la semplificazione dei regimi di compensazione termica e la possibilità di ridurre gli errori di misura non ripetibili dovuti, ad esempio, alle variazioni di temperatura dell'aria nell'ambiente circostante la macchina.
Data di pubblicazione: 25 dicembre 2021