Im Bereich der Präzisionsmessung ist die Drei-Koordinaten-Messmaschine das Kerngerät zur Kontrolle der Produktqualität, und die Basis bildet die Grundlage für ihren stabilen Betrieb. Ihr thermisches Verformungsverhalten bestimmt direkt die Messgenauigkeit. Granit und Gusseisen, zwei gängige Grundmaterialien, erregen seit langem aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen Verformung große Aufmerksamkeit. Mit der Visualisierungstechnologie von Wärmebildkameras können wir den wesentlichen Unterschied in der thermischen Stabilität der beiden Materialien direkt aufzeigen und so eine wissenschaftliche Grundlage für die Geräteauswahl in der Präzisionsfertigungsindustrie schaffen.
Thermische Verformung: Der „unsichtbare Killer“, der die Genauigkeit der Drei-Koordinaten-Messung beeinträchtigt
Das Drei-Koordinaten-Messgerät erfasst dreidimensionale Daten durch den Kontakt der Sonde mit dem Messobjekt. Jede thermische Verformung der Basis führt zu einer Verschiebung der Messreferenz. In einer industriellen Umgebung können Faktoren wie Wärmeentwicklung während des Gerätebetriebs und Schwankungen der Umgebungstemperatur eine thermische Ausdehnung oder Kontraktion der Basis verursachen. Schon geringe thermische Verformungen können Positionsabweichungen der Messsonde und schließlich Messfehler verursachen. In Branchen mit extrem hohen Präzisionsanforderungen, wie der Luft- und Raumfahrt und der Halbleiterindustrie, können durch thermische Verformung verursachte Fehler zu Produktverschrottung oder Leistungseinbußen führen. Daher ist die thermische Stabilität der Basis von entscheidender Bedeutung.
Wärmebildkamera: Macht Unterschiede in der thermischen Verformung sichtbar
Wärmebildkameras können die Temperaturverteilung auf der Oberfläche eines Objekts visuell darstellen. Durch die Analyse der Temperaturänderungen in verschiedenen Bereichen können sie die thermische Verformung visuell darstellen. Im Experiment wählten wir Drei-Koordinaten-Messmaschinensockel aus Granit und Gusseisen gleicher Spezifikation, simulierten die Wärmeentwicklung während des Betriebs der Geräte unter denselben Bedingungen und zeichneten mit einer Wärmebildkamera die Temperaturänderungen und thermischen Verformungsprozesse beider Geräte auf.
Gusseisensockel: Erhebliche thermische Verformung und besorgniserregende Stabilität
Die Wärmebildaufnahme zeigt, dass die Oberflächentemperatur des Gusseisensockels nach 30-minütigem Betrieb stark ungleichmäßig verteilt ist. Aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeleitfähigkeit von Gusseisen steigt die Temperatur im lokalen Bereich des Sockels schnell an, und der Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur kann 8 bis 10 °C erreichen. Unter der Einwirkung der thermischen Spannung verformt sich der Gusseisensockel geringfügig, was mit bloßem Auge erkennbar ist. Ein hochpräzises Messgerät hat festgestellt, dass die lineare Größenänderung 0,02 bis 0,03 mm erreicht hat. Diese Verformung würde den Messfehler auf ± 5 μm erhöhen und die Messgenauigkeit erheblich beeinträchtigen. Außerdem wird die Wärme nach dem Abschalten des Gusseisensockels langsam abgeleitet, und es dauert ein bis zwei Stunden, bis der Ausgangszustand wiederhergestellt ist, was die Dauerbetriebsfähigkeit des Geräts stark einschränkt.
Granitsockel: Ausgezeichnete thermische Stabilität gewährleistet Messgenauigkeit
Im Gegensatz dazu weist die Granitbasis während des Betriebs eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf. Wärmebilder zeigen eine gleichmäßige Oberflächentemperaturverteilung. Nach einer Betriebsstunde beträgt die maximale Temperaturdifferenz an der Basisoberfläche lediglich 1–2 °C. Dies ist auf den extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Granit (5–7 × 10⁻⁶/℃) und seine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen. Tests ergaben, dass die lineare Maßabweichung der Granitbasis unter gleichen Betriebsbedingungen weniger als 0,005 mm beträgt, und der Messfehler kann auf ±1 μm begrenzt werden. Selbst nach langfristigem Dauerbetrieb behält die Granitbasis ihre Formstabilität. Nach Betriebsende stabilisiert sich die Temperatur schnell wieder und bietet so eine zuverlässige Referenz für die nächste Messung.
Durch die intuitive Darstellung und den Datenvergleich der Wärmebildkamera wird der Vorteil von Granit hinsichtlich der thermischen Stabilität deutlich. Fertigungsunternehmen, die hochpräzise Messungen anstreben, können durch die Wahl eines Drei-Koordinatenmessgeräts mit Granitsockel Messfehler durch thermische Verformung effektiv reduzieren und die Genauigkeit und Effizienz der Produktprüfung verbessern. Da die Fertigungsindustrie immer mehr auf Präzision und Intelligenz setzt, werden Granitsockel mit ihrer hervorragenden thermischen Stabilität zum bevorzugten Material für Drei-Koordinatenmessgeräte und weitere Präzisionsgeräte und steigern so das Qualitätsniveau der Branche.
Veröffentlichungszeit: 13. Mai 2025