การสร้างมาสเตอร์เพื่อความแม่นยำของ CMM

ส่วนใหญ่ของเครื่องจักร CMM (เครื่องวัดพิกัด) ผลิตโดยส่วนประกอบหินแกรนิต.

เครื่องวัดพิกัด (CMM) เป็นอุปกรณ์วัดที่มีความยืดหยุ่นและมีบทบาทหลากหลายในสภาพแวดล้อมการผลิต รวมถึงการใช้งานในห้องปฏิบัติการคุณภาพแบบดั้งเดิม และบทบาทล่าสุดคือการสนับสนุนการผลิตโดยตรงในพื้นที่การผลิตในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงยิ่งขึ้น พฤติกรรมทางความร้อนของมาตราส่วนตัวเข้ารหัสของ CMM จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาในบทบาทและการใช้งานต่างๆ

ในบทความที่ Renishaw ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ ได้มีการกล่าวถึงเทคนิคการติดตั้งสเกลตัวเข้ารหัสแบบลอยตัวและแบบปรับได้

สเกลของตัวเข้ารหัส (Encoder scale) สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสองแบบ คือ แบบอิสระจากอุณหภูมิของวัสดุที่ใช้ติดตั้ง (แบบลอยตัว) และแบบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัสดุที่ใช้ติดตั้ง (แบบยึดติด) สเกลแบบลอยตัวจะขยายและหดตัวตามคุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุสเกล ในขณะที่สเกลแบบยึดติดจะขยายและหดตัวในอัตราเดียวกับวัสดุที่ใช้ติดตั้ง เทคนิคการติดตั้งสเกลวัดเหล่านี้มีข้อดีที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานวัดประเภทต่างๆ บทความจาก Renishaw นำเสนอตัวอย่างกรณีที่สเกลแบบยึดติดอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับเครื่องมือในห้องปฏิบัติการ

เครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) ใช้ในการเก็บข้อมูลการวัดสามมิติบนชิ้นส่วนที่ผ่านการกลึงอย่างแม่นยำสูง เช่น บล็อกเครื่องยนต์และใบพัดเครื่องยนต์เจ็ท ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการควบคุมคุณภาพ เครื่องวัดพิกัดสามมิติมีสี่ประเภทพื้นฐาน ได้แก่ แบบสะพาน แบบคานยื่น แบบโครง และแบบแขนแนวนอน เครื่องวัดพิกัดสามมิติแบบสะพานเป็นแบบที่พบได้บ่อยที่สุด ในการออกแบบเครื่องวัดพิกัดสามมิติแบบสะพาน แกน Z จะติดตั้งอยู่บนแท่นเลื่อนที่เคลื่อนที่ไปตามสะพาน สะพานจะถูกขับเคลื่อนไปตามรางนำสองรางในทิศทางแกน Y มอเตอร์จะขับเคลื่อนไหล่ข้างหนึ่งของสะพาน ในขณะที่ไหล่ตรงข้ามโดยทั่วไปจะไม่ได้ถูกขับเคลื่อน โครงสร้างสะพานมักจะถูกรองรับด้วยแบริ่งแบบแอโรสแตติก แท่นเลื่อน (แกน X) และแกน Z อาจถูกขับเคลื่อนด้วยสายพาน สกรู หรือมอเตอร์เชิงเส้น เครื่องวัดพิกัดสามมิติได้รับการออกแบบมาเพื่อลดข้อผิดพลาดที่ไม่สามารถทำซ้ำได้ เนื่องจากเป็นการยากที่จะชดเชยข้อผิดพลาดเหล่านี้ในตัวควบคุม

เครื่องวัดพิกัดสามมิติประสิทธิภาพสูงประกอบด้วยฐานหินแกรนิตที่มีมวลความร้อนสูงและโครงสร้างคาน/สะพานที่แข็งแรง พร้อมด้วยแกนหมุนที่มีแรงเฉื่อยต่ำซึ่งติดตั้งเซ็นเซอร์เพื่อวัดคุณลักษณะของชิ้นงาน ข้อมูลที่ได้จะใช้เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนเป็นไปตามค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดไว้ ตัวเข้ารหัสเชิงเส้นความแม่นยำสูงติดตั้งอยู่บนแกน X, Y และ Z แยกกัน ซึ่งอาจมีความยาวหลายเมตรในเครื่องจักรขนาดใหญ่

เครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) แบบสะพานหินแกรนิตทั่วไปที่ทำงานในห้องปรับอากาศ โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ย 20 ±2 °C ซึ่งอุณหภูมิห้องเปลี่ยนแปลงสามครั้งต่อชั่วโมง จะช่วยให้หินแกรนิตที่มีมวลความร้อนสูงรักษาอุณหภูมิเฉลี่ยคงที่ที่ 20 °C ได้ ตัวเข้ารหัสเชิงเส้นแบบลอยตัวที่ทำจากสแตนเลสซึ่งติดตั้งอยู่บนแกนแต่ละแกนของ CMM จะเป็นอิสระจากพื้นผิวหินแกรนิตเป็นส่วนใหญ่ และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนสูงและมวลความร้อนต่ำ ซึ่งต่ำกว่ามวลความร้อนของโต๊ะหินแกรนิตอย่างมาก สิ่งนี้จะนำไปสู่การขยายตัวหรือหดตัวสูงสุดของมาตราส่วนบนแกน 3 เมตรโดยทั่วไปประมาณ 60 µm การขยายตัวนี้สามารถทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดอย่างมาก ซึ่งยากต่อการชดเชยเนื่องจากลักษณะที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

ในกรณีนี้ การเลือกใช้สเกลที่ขึ้นรูปจากวัสดุพื้นฐานเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากสเกลที่ขึ้นรูปแล้วจะขยายตัวตามค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของวัสดุพื้นฐานที่เป็นหินแกรนิตเท่านั้น ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมากเมื่ออุณหภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในระยะยาวด้วย ซึ่งจะส่งผลต่ออุณหภูมิเฉลี่ยของวัสดุพื้นฐานที่มีมวลความร้อนสูง การชดเชยอุณหภูมิทำได้ง่าย เนื่องจากตัวควบคุมจำเป็นต้องชดเชยเฉพาะพฤติกรรมทางความร้อนของเครื่องจักรโดยไม่ต้องพิจารณาพฤติกรรมทางความร้อนของสเกลตัวเข้ารหัสด้วย

โดยสรุปแล้ว ระบบเข้ารหัสที่มีมาตราส่วนที่กำหนดไว้บนพื้นผิวเป็นโซลูชันที่ยอดเยี่ยมสำหรับเครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) ที่มีความแม่นยำสูง สำหรับวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ/มวลความร้อนสูง และการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการประสิทธิภาพการวัดในระดับสูง ข้อดีของมาตราส่วนที่กำหนดไว้บนพื้นผิว ได้แก่ การลดความซับซ้อนของระบบชดเชยความร้อน และศักยภาพในการลดข้อผิดพลาดในการวัดที่ไม่สามารถทำซ้ำได้ เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศในสภาพแวดล้อมของเครื่องจักร