Modele constructive ale maşinilor de măsurat în coordonate (II)

Calitate & Control

de Gabriela Georgescu

Modele constructive ale maşinilor de măsurat în coordonate (II)

În prima parte a seriei dedicate mașinilor de măsurat în coordonate am parcurs istoria CMMurilor, noile modele constructive și standardele de verificare a performanțelor mașinilor de măsurat în coordonate. Odată cu schimbarea tehnologiilor de producţie şi a materialelor au apărut o serie de cerinţe şi întrebări din partea clienţilor ce urmează să aleagă un astfel de instrument. În linii mari, factorii importanţi sunt: precizia, randamentul, costul şi mediul în care urmează a fi utilizat - în laborator sau în atelierul de producţie. Temperatura mediului de lucru, în special gradientul, variaţiile de temperatură reprezintă o provocare pentru producătorii maşinilor de măsurat în coordonate.

Materiale

Un factor de decizie important, ce determină performanțele unui CMM este materialul din care este construită mașina de măsurat în coordonate. În prezent, materialele frecvent utilizate sunt aluminiul și ceramica. Ceramica este un material stabil, alternativă la designul din granit, și reprezintă un compromis între viteză - productivitate și precizie mecanică - stabilitate. Unii producători preferă acest material datorită stabilității.

Aluminiul este un material ușor și permite performanțe dinamice ridicate, astfel laboratorul de măsură poate ține pasul cu producția. Coeficientul de dilatare termică al aluminiului permite CMM-ului să răspundă rapid și în mod linear la schimbările de temperatură, astfel poate fi compensat mult mai ușor decât alte CMM-uri realizate din materiale similare. Astfel, un CMM realizat din aluminiu este potrivit atât pentru utilizarea în laborator, unde variațiile de temperatură sunt mici, cât și pentru mediul de producție. Conductivitatea termică – aluminiul reflectă aproape 90% din căldura radiată și emite doar un mic procent de căldură absorbită.

Structura de aluminiu permite utilizarea unor motoare de dimensiuni reduse pentru deplasarea pe axele X, Y și Z. Acest tip de motoare emit mai puțină căldură și îmbunătățesc precizia CMM-urilor.

Stabilitate în mişcare

Principalii parametri de design includ greutatea masei în mișcare și proprietățile statice, dinamice și termice ale structurii fizice. Componentele ușoare utilizate pentru părțile mașinii care sunt în mișcare, de exemplu portalul - bridge - sau coloana - axa z- reduc forțele necesare pentru accelerarea mașinii în mișcare, astfel fiind posibilă utilizarea unor motoare de dimensiuni reduse și care emit mai puțină căldură. Importantă este înmagazinarea gradienților de căldură în structura pentru micșorarea deformărilor cadrului. Gradienții se pot înmagazina atunci când o componentă reacționează încet la variațiile de temperatură. Un exemplu bun este o placă mare de granit expusă la schimbări de temperatură. Datorită conductivității termice reduse și masei mari, căldura se va propaga încet prin material. Astfel, rezultă o distribuție non-uniformă. O distribuție asimetrică înseamnă diferențe în expansiunea și contracția suprafețelor superioare și inferioare, astfel deformându-se granitul. Pe de altă parte, aluminiul are un coeficient ridicat de conductivitate termică, căldura intră prin structura aluminiului și se transferă rapid prin material, evitându-se înmagazinarea gradienților termici și deformările.

 

De la teorie în practică

Cum se traduc aceste concepte \n designul real al unei mașini de măsurat în coordonate? Alegem spre exemplu un CMM Hexagon Manufacturing Intelligence: GLOBAL. Pentru mașinile GLOBAL principalele criterii pentru inovațiile în design au fost: precizia, randamentul și flexibilitatea în raport cu mediul de lucru. Pentru părțile fixe ale mașinii, anume masa de măsură a fost folosit ca material granitul. Granitul,indiferent de limitările privind conductivitatea termică, este alegerea potrivită pentru o suprafață cu un grad bun de planeitate și durabilitate bună.

Îmbunătățirile în procesul de rectificare a granitului permit fabricarea unei mese de granit – o singură piesă – cu ghidaje integrate pentru pernele de aer. Baza mașinii de măsură devine astfel grea și în combinație cu damperii pasivi de izolare permite atenuarea influenței vibrațiilor din mediul de lucru, vibrațiile influențând negativ precizia și repetabilitatea. Suplimentar, în cazul în care mediul de lucru prezintă un nivel de vibrații ridicat, pot fi montați suporți activi pneumatici pentru atenuarea vibrațiilor. Din punct de vedere termic, alegerea granitului este mai puțin favorabilă datorită faptului că baza mașinii (suprafață mare) este predispusă la deformarea termică datorită schimbărilor de temperatură din mediul de lucru. Cu toate acestea, deformarea poate fi estimată și se poate compensa software. Senzori de temperatură sunt montați pe suprafața superioară și inferioară a mesei de granit pentru compensarea erorilor geometrice rezultate din deformarea termică, chiar și atunci când deformarea este asimetrică. Acest tip de compensare a fost testat și este eficient în practică. În contrast cu baza statică (fixă), structura mobilă a mașinii GLOBAL este realizată în întregime din aluminiu extrudat și turnat. După cum am prezentat, aluminiul are proprietăți termice potrivite pentru design-ul unui CMM. Cu toate acestea, riglele, cele care în final determină poziția palpatorului (senzorului) în volumul de măsură al mașinii de măsurat în coordonate, sunt realizate din oțel.

Aluminiul și oțelul au coeficienți de dilatare diferiți, lucru care poate crea probleme în cazul în care interfața dintre cele două nu este proiectată corect.

Dacă cele două sunt fixate rigid acestea se vor distorsiona într-un mod dificil de estimat. Această problemă de design a fost rezolvată prin modul în care riglele sunt aplicate pe structura de aluminiu. Riglele sunt fixate de structura mașinii la un capăt și la celălalt capăt le este permisă extinderea / contractarea independent de structura de aluminiu.

Astfel, cele două materiale se dilată independent unul de celălalt, într-un mod controlat și ușor de estimat, iar eroarea introdusă de deformarea lineară a riglelor poate fi ușor corectată. Axele X și Z ale mașinii de măsurat în coordonate

GLOBAL sunt din aluminiu extrudat, în timp ce picioarele portalului sunt din aluminiu turnat.

Cum am prezentat în cele de mai sus, granitul este alegerea potrivită pentru părțile componente statice, însă nu este ideal pentru structurile în mișcare.

Deși din punct de vedere constructiv baza de granit este o alegere bună, pentru a profita de planeitatea suprafeței de lucru, în cazul elementelor în mișcare  sunt preferate alte metode constructive. Aluminiul pentru portalul în mișcare conferă rigiditate, masă ușoară și stabilitate termică – elemente cheie pentru un CMM precis, rapid și cu influență redusă a mediului de lucru.

Verificarea performanţelor

CMM-urile Hexagon Manufacturing Intelligence din gama GLOBAL folosesc tehnici de compensare geometrică statică și compensare termică pentru atingerea unor performanțe înalte și a stabilității termice.

Sunt 4 paşi în metoda pentru compensarea erorilor geometrice statice:

1. Măsurarea erorilor fiecărei mașini de măsurat în coordonate (colectarea datelor)

2. Calculul corecțiilor și salvarea într-un tabel (mapa de compensare – error map)

3. Aplicarea corecțiilor în controllerul CMM-ului

4. Verificarea performanțelor – conform standardelor descrise în prima parte a articolului

Pentru deformările termice ale mesei de granit și dilatarea riglelor sunt folosite tehnici de compensare termică. Efectele erorilor introduse de variațiile de temperatură sunt identice cu efectele ero rilor de geometrie (statice).

Principala diferență este cauza acestora. Erorile statice sunt o proprietate a mașinii complet asamblate. În principiu acestea nu se schimbă în timp. Astfel, acestea pot fi salvate la un anumit moment și stocate într-un fișier. În contrast, erorile datorate deformării termice sunt în funcție de mediu și de răspunsul CMM-ului. Aceste erori se schimbă constant, numai în cazul în care mașina este într-un mediu cu temperatură controlată.

În concluzie, metodele constructive ale CMM-urilor moderne includ compromisuri în ceea ce privește precizia, randamentul sau flexibilitatea în mediul de lucru. Prin decizii inteligente de design, inclusiv selectarea și aplicarea materialelor potrivite și folosind tehnicile de compensare a erorilor, producătorii mașinilor de măsurat în coordonate pot găsi un echilibru între parametrii constructivi pentru a oferi soluții în mediul actual de metrologie.

(Referințe și informații suplimentare: Modern CMM Design Concepts – Hexagon Metrology, 2010 - www.hexagonmetrology.eu).


English summary

The coordinate measuring machines (CMM) are a very valuable tool of product quality management. They are used in all types of manufacturing: from custom-made to mass production. To ensure efficiency, they must be accurate (regardless of their operational environment), flexible, affordable and to maintain their qualities in any working environment. The concurrent compliance with these requirements compelled CMM manufacturers to introduce new software-based manufacturing concepts adapted to constructive environmental conditions.


GABRIELA GEORGESCU este MICRO-TOP Consulting,Engineering & Service SRL



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.


Da, sunt de acord