الجرانيت مقابل الحديد الزهر: الكشف عن اختلافات التشوه الحراري لقاعدة آلة قياس ثلاثية الإحداثيات باستخدام جهاز تصوير حراري.

في مجال القياس الدقيق، تُعدّ آلة القياس ثلاثية الإحداثيات المعدات الأساسية للتحكم في جودة المنتج، وتُشكّل القاعدة الركيزة الأساسية لتشغيلها المستقر. ويؤثر أداء التشوه الحراري لهذه القاعدة بشكل مباشر على دقة القياس. لطالما حظي الجرانيت والحديد الزهر، باعتبارهما مادتين أساسيتين، باهتمام كبير نظرًا لاختلافهما في التشوه الحراري. وبفضل تقنية الكشف المرئي للكاميرات الحرارية، يُمكننا الكشف مباشرةً عن الفرق الجوهري في الاستقرار الحراري بينهما، مما يُوفّر أساسًا علميًا لاختيار المعدات في صناعة التصنيع الدقيق.

التشوه الحراري: "القاتل الخفي" الذي يؤثر على دقة القياس ثلاثي الإحداثيات
تستمد آلة القياس ثلاثية الإحداثيات بياناتها ثلاثية الأبعاد من خلال ملامسة المجس للجسم المراد قياسه. أي تشوه حراري في القاعدة سيؤدي إلى انزياح نقطة القياس المرجعية. في البيئات الصناعية، يمكن لعوامل مثل توليد الحرارة أثناء تشغيل المعدات وتقلبات درجة الحرارة المحيطة أن تتسبب في تمدد أو انكماش القاعدة حراريًا. قد يؤدي التشوه الحراري الطفيف إلى انحرافات موضعية في مجس القياس، مما قد ينتج عنه أخطاء في القياس. بالنسبة للصناعات التي تتطلب دقة عالية للغاية، مثل صناعات الطيران والفضاء وأشباه الموصلات، قد تؤدي الأخطاء الناتجة عن التشوه الحراري إلى تلف المنتج أو تدهور أدائه. لذلك، يُعدّ الاستقرار الحراري للقاعدة ذا أهمية بالغة.
جهاز التصوير الحراري: يُظهر 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 حالة التشوه الحراري بصريًا. في هذه التجربة، اخترنا قواعد لآلة قياس ثلاثية الإحداثيات مصنوعة من الجرانيت والحديد الزهر، بنفس المواصفات، وقمنا بمحاكاة توليد الحرارة أثناء تشغيل الجهاز في نفس الظروف، واستخدمنا جهاز تصوير حراري لتسجيل تغيرات درجة الحرارة وعمليات التشوه الحراري لكلا القاعدتين.
قاعدة من الحديد الزهر: تشوه حراري كبير واستقرار مثير للقلق
تُظهر صورة التصوير الحراري أنه بعد تشغيل قاعدة الحديد الزهر لمدة 30 دقيقة، يظهر تفاوت كبير في توزيع درجة حرارة السطح. ونظرًا لاختلاف الموصلية الحرارية للحديد الزهر، ترتفع درجة الحرارة في المنطقة الموضعية من القاعدة بسرعة، وقد يصل الفرق بين أعلى وأدنى درجة حرارة إلى 8-10 درجات مئوية. وتحت تأثير الإجهاد الحراري، تتعرض قاعدة الحديد الزهر لتشوهات دقيقة يمكن رؤيتها بالعين المجردة. وقد رصدت أجهزة قياس عالية الدقة أن التغير في أبعادها الخطية يصل إلى 0.02-0.03 ملم. ويؤدي هذا التشوه إلى زيادة هامش الخطأ في القياس إلى ±5 ميكرومتر، مما يؤثر سلبًا على دقة القياس. إضافةً إلى ذلك، بعد توقف قاعدة الحديد الزهر عن العمل، يتبدد الحر ببطء، ويستغرق الأمر من ساعة إلى ساعتين للعودة إلى الحالة الأولية، مما يحدّ بشكل كبير من قدرة الجهاز على التشغيل المستمر.
قاعدة من الجرانيت: يضمن الثبات الحراري الممتاز دقة القياس
على النقيض تمامًا، تُظهر قاعدة الجرانيت استقرارًا حراريًا ممتازًا أثناء التشغيل. تُظهر صور التصوير الحراري أن توزيع درجة حرارة السطح متجانس. بعد ساعة واحدة من التشغيل، لا يتجاوز فرق درجة الحرارة الأقصى على سطح القاعدة 1-2 درجة مئوية. يُعزى ذلك إلى معامل التمدد الحراري المنخفض للغاية للجرانيت (5-7 × 10⁻⁶/درجة مئوية) وتجانس توصيله الحراري الممتاز. بعد الاختبار، كان التغير الخطي في أبعاد قاعدة الجرانيت في ظل ظروف التشغيل نفسها أقل من 0.005 مم، ويمكن التحكم في خطأ القياس ضمن ±1 ميكرومتر. حتى بعد التشغيل المستمر لفترة طويلة، تحافظ قاعدة الجرانيت على شكلها المستقر، وبعد توقف التشغيل، تعود درجة الحرارة بسرعة إلى حالة مستقرة، مما يوفر مرجعًا موثوقًا للقياس التالي.

من خلال العرض البديهي ومقارنة البيانات في جهاز التصوير الحراري، تتضح ميزة الجرانيت في الثبات الحراري. بالنسبة للمؤسسات الصناعية التي تسعى إلى قياسات عالية الدقة، فإن اختيار آلة قياس ثلاثية الإحداثيات بقاعدة من الجرانيت يقلل بشكل فعال من أخطاء القياس الناتجة عن التشوه الحراري، ويحسن دقة وكفاءة فحص المنتجات. ومع توجه الصناعة التحويلية نحو الدقة العالية والذكاء الاصطناعي، ستصبح قواعد الجرانيت، بفضل ثباتها الحراري المتميز، المادة المفضلة لآلات القياس ثلاثية الإحداثيات، بل ولأجهزة أكثر دقة، مما يرتقي بمستوى مراقبة الجودة في هذه الصناعة إلى آفاق جديدة.