في مجال القياس الدقيق، تُعدّ آلة القياس ثلاثية الإحداثيات الجهاز الأساسي لمراقبة جودة المنتج، وتُشكّل قاعدتها أساسًا لاستقرار تشغيلها. يُحدد أداء التشوه الحراري دقة القياس بشكل مباشر. لطالما جذب الجرانيت والحديد الزهر، باعتبارهما مادتين أساسيتين رئيسيتين، اهتمامًا كبيرًا لاختلافاتهما في التشوه الحراري. بفضل تقنية الكشف التصويري لأجهزة التصوير الحراري، يُمكننا الكشف مباشرةً عن الفرق الجوهري في الاستقرار الحراري بينهما، مما يُوفر أساسًا علميًا لاختيار المعدات في صناعة التصنيع الدقيق.
التشوه الحراري: "القاتل الخفي" الذي يؤثر على دقة القياس ثلاثي الإحداثيات
تلتقط آلة القياس ثلاثية الإحداثيات بيانات ثلاثية الأبعاد من خلال ملامسة المسبار للجسم المراد قياسه. أي تشوه حراري للقاعدة سيتسبب في إزاحة مرجع القياس. في البيئة الصناعية، يمكن لعوامل مثل توليد الحرارة أثناء تشغيل المعدات وتقلبات درجة حرارة البيئة أن تسبب تمددًا أو انكماشًا حراريًا للقاعدة. يمكن أن يتسبب التشوه الحراري الطفيف في انحرافات موضعية في مسبار القياس، مما يؤدي في النهاية إلى أخطاء في القياس. في الصناعات ذات متطلبات الدقة العالية للغاية، مثل صناعة الطيران وأشباه الموصلات، قد تؤدي الأخطاء الناتجة عن التشوه الحراري إلى تلف المنتج أو تدهور أدائه. لذلك، يُعد الاستقرار الحراري للقاعدة أمرًا بالغ الأهمية.
المصور الحراري: يصور الاختلافات في التشوه الحراري
تستطيع أجهزة التصوير الحراري تحويل توزيع درجة الحرارة على سطح الجسم إلى صور مرئية. ومن خلال تحليل تغيرات درجة الحرارة في مناطق مختلفة، يمكنها عرض التشوه الحراري بصريًا. في التجربة، اخترنا قواعد آلات قياس ثلاثية الإحداثيات من الجرانيت والحديد الزهر بنفس المواصفات، وقمنا بمحاكاة توليد الحرارة أثناء تشغيل الجهاز في نفس البيئة، واستخدمنا جهاز تصوير حراري لتسجيل تغيرات درجة الحرارة وعمليات التشوه الحراري لكليهما.
قاعدة من الحديد الزهر: تشوه حراري كبير واستقرار مثير للقلق
تُظهر صورة التصوير الحراري أنه بعد تشغيل قاعدة الحديد الزهر لمدة 30 دقيقة، يوجد توزيع غير متساوٍ لدرجة حرارة السطح. بسبب الموصلية الحرارية غير المتساوية للحديد الزهر، ترتفع درجة الحرارة في المنطقة المحلية للقاعدة بسرعة، ويمكن أن يصل الفرق بين أعلى وأدنى درجات الحرارة إلى 8-10 درجات مئوية. تحت تأثير الإجهاد الحراري، تخضع قاعدة الحديد الزهر لتشوهات صغيرة مرئية للعين المجردة. وقد تم الكشف عنها بواسطة معدات قياس عالية الدقة أن التغيير في حجمها الخطي وصل إلى 0.02-0.03 مم. سيؤدي هذا التشوه إلى توسيع خطأ القياس إلى ± 5 ميكرومتر، مما يؤثر بشكل خطير على دقة القياس. بالإضافة إلى ذلك، بعد توقف قاعدة الحديد الزهر عن العمل، تتبدد الحرارة ببطء ويستغرق الأمر ما يصل إلى ساعة إلى ساعتين للعودة إلى الحالة الأولية، مما يحد بشكل كبير من قدرة التشغيل المستمر للمعدات.
قاعدة من الجرانيت: ثبات حراري ممتاز يضمن دقة القياس
على النقيض من ذلك، تتميز قاعدة الجرانيت بثبات حراري ممتاز أثناء التشغيل. تُظهر صور التصوير الحراري توزيعًا متساويًا لدرجة حرارة السطح. بعد ساعة واحدة من التشغيل، يبلغ أقصى فرق في درجة الحرارة على سطح القاعدة 1-2 درجة مئوية فقط. يُعزى ذلك إلى معامل التمدد الحراري المنخفض للغاية للجرانيت (5-7 × 10⁻⁶/℃) وتجانسه الممتاز في التوصيل الحراري. بعد الاختبار، كان التباين الخطي للأبعاد لقاعدة الجرانيت في نفس ظروف التشغيل أقل من 0.005 مم، ويمكن التحكم في خطأ القياس في حدود ±1 ميكرومتر. حتى بعد التشغيل المستمر لفترات طويلة، تحافظ قاعدة الجرانيت على شكلها الثابت، وبعد توقف التشغيل، تعود درجة الحرارة بسرعة إلى حالة مستقرة، مما يوفر مرجعًا موثوقًا للقياس التالي.
من خلال العرض البديهي ومقارنة بيانات جهاز التصوير الحراري، تتضح ميزة الجرانيت في الاستقرار الحراري. بالنسبة للمؤسسات الصناعية التي تسعى إلى قياسات عالية الدقة، فإن اختيار آلة قياس ثلاثية الإحداثيات بقاعدة من الجرانيت يمكن أن يقلل بشكل فعال من أخطاء القياس الناتجة عن التشوه الحراري، ويحسن دقة وكفاءة فحص المنتج. مع توجه الصناعة التحويلية نحو الدقة العالية والذكاء الاصطناعي، من المتوقع أن تصبح قواعد الجرانيت، بفضل استقرارها الحراري المتميز، المادة المفضلة لآلات القياس ثلاثية الإحداثيات، بل وحتى المعدات الأكثر دقة، مما يرتقي بمستوى مراقبة الجودة في هذه الصناعة إلى آفاق جديدة.
وقت النشر: ١٣ مايو ٢٠٢٥