Menguasai Presisi CMM

Sebagian besarMesin CMM (mesin pengukur koordinat) dibuat olehkomponen granit.

Mesin Pengukur Koordinat (CMM) adalah perangkat pengukuran yang fleksibel dan telah mengembangkan sejumlah peran dalam lingkungan manufaktur, termasuk penggunaan di laboratorium kualitas tradisional, dan peran yang lebih baru yaitu mendukung langsung produksi di lantai manufaktur dalam lingkungan yang lebih keras. Perilaku termal skala encoder CMM menjadi pertimbangan penting antara peran dan aplikasinya.

Dalam sebuah artikel yang baru-baru ini diterbitkan oleh Renishaw, dibahas mengenai teknik pemasangan skala encoder mengambang dan yang telah dikuasai.

Skala encoder pada dasarnya bersifat independen secara termal dari substrat pemasangannya (mengambang) atau bergantung secara termal pada substrat (terkontrol). Skala mengambang mengembang dan menyusut sesuai dengan karakteristik termal material skala, sedangkan skala terkontrol mengembang dan menyusut dengan laju yang sama dengan substrat di bawahnya. Teknik pemasangan skala pengukuran menawarkan berbagai manfaat untuk berbagai aplikasi pengukuran: artikel dari Renishaw menyajikan kasus di mana skala terkontrol mungkin menjadi solusi yang lebih disukai untuk mesin laboratorium.

CMM (Coordinate Measuring Machine) digunakan untuk menangkap data pengukuran tiga dimensi pada komponen mesin presisi tinggi, seperti blok mesin dan bilah mesin jet, sebagai bagian dari proses kontrol kualitas. Terdapat empat jenis dasar mesin pengukur koordinat: jembatan, kantilever, gantry, dan lengan horizontal. CMM tipe jembatan adalah yang paling umum. Dalam desain jembatan CMM, poros sumbu Z dipasang pada kereta yang bergerak di sepanjang jembatan. Jembatan digerakkan di sepanjang dua jalur pemandu pada arah sumbu Y. Sebuah motor menggerakkan salah satu bahu jembatan, sedangkan bahu yang berlawanan biasanya tidak digerakkan: struktur jembatan biasanya dipandu/ditopang pada bantalan aerostatik. Kereta (sumbu X) dan poros (sumbu Z) dapat digerakkan oleh sabuk, sekrup, atau motor linier. CMM dirancang untuk meminimalkan kesalahan yang tidak dapat diulang karena kesalahan ini sulit dikompensasi dalam pengontrol.

CMM berkinerja tinggi terdiri dari alas granit dengan massa termal tinggi dan struktur gantry/jembatan yang kokoh, dengan poros berinersia rendah yang dipasangi sensor untuk mengukur fitur benda kerja. Data yang dihasilkan digunakan untuk memastikan bahwa komponen memenuhi toleransi yang telah ditentukan. Encoder linier presisi tinggi dipasang pada sumbu X, Y, dan Z yang terpisah, yang panjangnya bisa mencapai beberapa meter pada mesin yang lebih besar.

CMM tipe jembatan granit tipikal yang dioperasikan di ruangan ber-AC, dengan suhu rata-rata 20 ±2 °C, di mana suhu ruangan berfluktuasi tiga kali setiap jam, memungkinkan granit dengan massa termal tinggi untuk mempertahankan suhu rata-rata konstan 20 °C. Encoder linier baja tahan karat mengambang yang dipasang pada setiap sumbu CMM akan sebagian besar independen dari substrat granit dan merespons dengan cepat terhadap perubahan suhu udara karena konduktivitas termalnya yang tinggi dan massa termalnya yang rendah, yang jauh lebih rendah daripada massa termal meja granit. Hal ini akan menyebabkan ekspansi atau kontraksi maksimum skala pada sumbu tipikal 3m sekitar 60 µm. Ekspansi ini dapat menghasilkan kesalahan pengukuran yang substansial yang sulit dikompensasi karena sifatnya yang berubah-ubah seiring waktu.

Dalam kasus ini, skala yang dikuasai substrat adalah pilihan yang lebih disukai: skala yang dikuasai hanya akan mengembang dengan koefisien ekspansi termal (CTE) substrat granit dan, oleh karena itu, akan menunjukkan sedikit perubahan sebagai respons terhadap osilasi kecil pada suhu udara. Perubahan suhu jangka panjang tetap harus dipertimbangkan dan ini akan memengaruhi suhu rata-rata substrat dengan massa termal tinggi. Kompensasi suhu relatif mudah karena pengontrol hanya perlu mengkompensasi perilaku termal mesin tanpa juga mempertimbangkan perilaku termal skala encoder.

Singkatnya, sistem encoder dengan skala yang terintegrasi pada substrat merupakan solusi yang sangat baik untuk CMM presisi dengan substrat CTE rendah / massa termal tinggi dan aplikasi lain yang membutuhkan tingkat kinerja metrologi yang tinggi. Keunggulan skala terintegrasi meliputi penyederhanaan rezim kompensasi termal dan potensi pengurangan kesalahan pengukuran yang tidak berulang karena, misalnya, variasi suhu udara di lingkungan mesin setempat.