Большинство изКИМ-машины (координатно-измерительные машины) сделаныгранитные компоненты.
Координатно-измерительная машина (КИМ) — это гибкое измерительное устройство, которое нашло применение в различных производственных условиях, включая традиционные лаборатории контроля качества, а также в последнее время — непосредственно на производственных участках в более суровых условиях. Тепловые характеристики энкодерных шкал КИМ становятся важным фактором, влияющим на их назначение и область применения.
В недавно опубликованной статье компании Renishaw обсуждаются методы монтажа шкал плавающих и управляемых энкодеров.
Шкалы энкодеров фактически либо термически независимы от подложки (плавающие), либо термически зависят от подложки (с фиксацией). Плавающая шкала расширяется и сжимается в соответствии с тепловыми характеристиками материала шкалы, тогда как фиксация шкалы расширяется и сжимается с той же скоростью, что и подложка. Методы крепления измерительных шкал обеспечивают ряд преимуществ для различных измерительных задач: в статье Renishaw рассматривается случай, когда фиксация шкалы может быть предпочтительным решением для лабораторных установок.
КИМ используются для сбора трехмерных данных измерений на высокоточных обработанных компонентах, таких как блоки двигателей и лопатки реактивных двигателей, в рамках процесса контроля качества. Существует четыре основных типа координатно-измерительных машин: мостовые, консольные, портальные и с горизонтальной стрелой. КИМ мостового типа являются наиболее распространенными. В конструкции мостовой КИМ пиноль оси Z установлена на каретке, которая перемещается вдоль моста. Мост приводится в движение по двум направляющим в направлении оси Y. Двигатель приводит в движение одно плечо моста, в то время как противоположное плечо традиционно не приводится в движение: конструкция моста обычно направляется / поддерживается аэростатическими подшипниками. Каретка (ось X) и пиноль (ось Z) могут приводиться в движение ременным, винтовым или линейным двигателем. КИМ разработаны для минимизации неповторяющихся ошибок, поскольку их трудно компенсировать в контроллере.
Высокопроизводительные КИМ состоят из гранитного основания с высокой теплоёмкостью и жёсткой портальной/мостовой конструкции с малоинерционной пинолью, к которой закреплён датчик для измерения параметров заготовки. Полученные данные используются для обеспечения соответствия деталей заданным допускам. Высокоточные линейные энкодеры установлены на отдельных осях X, Y и Z, длина которых на более крупных станках может достигать нескольких метров.
Типичная гранитная мостовая КИМ, работающая в кондиционируемом помещении со средней температурой 20 ± 2 °C, где температура в помещении циклически меняется три раза в час, позволяет граниту с высокой теплоёмкостью поддерживать постоянную среднюю температуру 20 °C. Плавающий линейный энкодер из нержавеющей стали, установленный на каждой оси КИМ, будет в значительной степени независим от гранитной подложки и быстро реагировать на изменения температуры воздуха благодаря его высокой теплопроводности и низкой теплоёмкости, которая значительно ниже теплоёмкости гранитного стола. Это приведёт к максимальному расширению или сжатию шкалы по типичной оси длиной 3 м примерно на 60 мкм. Это расширение может привести к существенной погрешности измерения, которую трудно компенсировать из-за её изменяющегося во времени характера.
В данном случае предпочтительным вариантом является шкала с регулировкой по подложке: шкала с регулировкой будет расширяться только в соответствии с коэффициентом теплового расширения (КТР) гранитной подложки и, следовательно, будет мало меняться в ответ на небольшие колебания температуры воздуха. Необходимо учитывать и долгосрочные изменения температуры, которые повлияют на среднюю температуру подложки с высокой теплоёмкостью. Температурная компенсация проста, поскольку контроллеру необходимо компенсировать только тепловое поведение машины, не учитывая при этом тепловое поведение шкалы энкодера.
Подводя итог, можно сказать, что энкодерные системы с управляемыми шкалами представляют собой отличное решение для прецизионных КИМ с подложками с низким КТР и высокой теплоёмкостью, а также для других применений, требующих высоких метрологических характеристик. Преимущества управляемых шкал включают упрощение режимов термокомпенсации и потенциальное снижение невоспроизводимых ошибок измерений, связанных, например, с колебаниями температуры воздуха в зоне расположения машины.
Время публикации: 25 декабря 2021 г.