إتقان دقة آلة القياس الإحداثية

معظمآلات قياس الإحداثيات (آلات قياس الإحداثيات) مصنوعة بواسطةمكونات من الجرانيت.

تُعدّ آلة قياس الإحداثيات (CMM) جهاز قياس مرنًا، وقد تطورت لتشمل أدوارًا متعددة في بيئة التصنيع، بدءًا من استخدامها في مختبرات الجودة التقليدية، وصولًا إلى دورها الأحدث في دعم الإنتاج مباشرةً في خطوط الإنتاج في البيئات القاسية. ويُعدّ السلوك الحراري لمقاييس التشفير في آلة قياس الإحداثيات عاملًا مهمًا في تحديد أدوارها وتطبيقاتها.

في مقال نُشر مؤخراً من قبل شركة رينيشو، تمت مناقشة موضوع تقنيات تركيب مقياس التشفير العائم والمتقن.

تُصنّف مقاييس التشفير إلى نوعين: إما مستقلة حراريًا عن الركيزة المثبتة عليها (عائمة)، أو معتمدة حراريًا عليها (مُدمجة). يتمدد المقياس العائم وينكمش وفقًا للخصائص الحرارية لمادته، بينما يتمدد المقياس المُدمج وينكمش بنفس معدل الركيزة الأساسية. توفر تقنيات تثبيت مقاييس القياس مزايا عديدة لتطبيقات القياس المختلفة؛ إذ تُقدّم مقالة من شركة رينيشو مثالًا على حالة قد يكون فيها المقياس المُدمج هو الحل الأمثل لأجهزة المختبرات.

تُستخدم آلات قياس الإحداثيات (CMMs) لالتقاط بيانات القياس ثلاثية الأبعاد على مكونات مصنعة بدقة عالية، مثل كتل المحركات وشفرات محركات الطائرات النفاثة، كجزء من عملية مراقبة الجودة. توجد أربعة أنواع أساسية من آلات قياس الإحداثيات: الجسرية، والكابوية، والرافعة، والذراع الأفقية. تُعد آلات قياس الإحداثيات الجسرية الأكثر شيوعًا. في تصميم الجسر، يُثبّت محور Z على عربة تتحرك على طول الجسر. يتحرك الجسر على طول مسارين توجيهيين في اتجاه المحور Y. يُحرّك محرك أحد جانبي الجسر، بينما يكون الجانب الآخر غير مُحرّك عادةً: يُوجّه هيكل الجسر/يُدعّم عادةً على محامل هوائية. يمكن تحريك العربة (المحور X) ومحور Z بواسطة سير أو برغي أو محرك خطي. صُممت آلات قياس الإحداثيات لتقليل الأخطاء غير المتكررة، حيث يصعب تعويضها في وحدة التحكم.

تتألف آلات القياس الإحداثية عالية الأداء من قاعدة جرانيتية ذات كتلة حرارية عالية وهيكل جسري صلب، مزود بعمود قياس منخفض القصور الذاتي مُثبَّت عليه مستشعر لقياس خصائص قطعة العمل. تُستخدم البيانات المُولَّدة لضمان مطابقة الأجزاء للتفاوتات المحددة مسبقًا. تُركَّب مشفرات خطية عالية الدقة على محاور X وY وZ المنفصلة، ​​والتي قد يصل طولها إلى عدة أمتار في الآلات الكبيرة.

يُشغَّل جهاز قياس إحداثيات ثلاثي الأبعاد نموذجي من نوع جسر الجرانيت في غرفة مكيفة، بمتوسط ​​درجة حرارة 20 ± 2 درجة مئوية، حيث تتغير درجة حرارة الغرفة ثلاث مرات كل ساعة، مما يسمح للجرانيت ذي الكتلة الحرارية العالية بالحفاظ على متوسط ​​درجة حرارة ثابت يبلغ 20 درجة مئوية. ويكون جهاز التشفير الخطي العائم المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، والمثبت على كل محور من محاور جهاز القياس، مستقلاً إلى حد كبير عن ركيزة الجرانيت، ويستجيب بسرعة لتغيرات درجة حرارة الهواء نظرًا لموصليته الحرارية العالية وكتلته الحرارية المنخفضة، والتي تقل بشكل ملحوظ عن الكتلة الحرارية لطاولة الجرانيت. ويؤدي هذا إلى أقصى تمدد أو انكماش للمقياس على محور نموذجي بطول 3 أمتار، يبلغ حوالي 60 ميكرومتر. ويمكن أن يُنتج هذا التمدد خطأً كبيرًا في القياس يصعب تعويضه نظرًا لطبيعته المتغيرة مع الزمن.

يُعدّ استخدام مقياس مُدمج مع الركيزة الخيار الأمثل في هذه الحالة، إذ يتمدد هذا المقياس فقط بمعامل التمدد الحراري لركيزة الجرانيت، وبالتالي لا يتأثر كثيرًا بالتقلبات الطفيفة في درجة حرارة الهواء. مع ذلك، لا بد من مراعاة التغيرات طويلة الأمد في درجة الحرارة، والتي ستؤثر على متوسط ​​درجة حرارة الركيزة ذات الكتلة الحرارية العالية. أما تعويض درجة الحرارة فهو أمر بسيط، إذ لا يحتاج جهاز التحكم إلا إلى تعويض السلوك الحراري للجهاز دون الحاجة إلى مراعاة السلوك الحراري لمقياس المُشفّر.

باختصار، تُعدّ أنظمة التشفير المزودة بمقاييس مُدمجة في الركيزة حلاً ممتازاً لأجهزة قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد الدقيقة ذات الركائز ذات معامل التمدد الحراري المنخفض والكتلة الحرارية العالية، وغيرها من التطبيقات التي تتطلب مستويات عالية من دقة القياس. تشمل مزايا المقاييس المُدمجة تبسيط أنظمة التعويض الحراري وإمكانية تقليل أخطاء القياس غير المتكررة الناتجة، على سبيل المثال، عن تغيرات درجة حرارة الهواء في بيئة الجهاز.