Die meistenKoordinatenmessgeräte (Koordinatenmessgeräte) werden hergestellt vonGranitkomponenten.
Koordinatenmessgeräte (KMG) sind vielseitige Messgeräte, die in der Fertigungsumgebung verschiedene Einsatzgebiete erschlossen haben. Dazu gehören die Verwendung im klassischen Qualitätslabor und in jüngerer Zeit die direkte Unterstützung der Produktion in anspruchsvollen Umgebungen. Das thermische Verhalten der Encoder-Skalen von KMG spielt dabei eine wichtige Rolle für die jeweiligen Einsatzgebiete.
In einem kürzlich erschienenen Artikel von Renishaw werden die Montagetechniken für schwimmende und fest installierte Encoder-Skalen erörtert.
Encoder-Skalen sind entweder thermisch unabhängig vom Montagesubstrat (schwimmend) oder thermisch abhängig vom Substrat (fest gelagert). Eine schwimmende Skala dehnt sich entsprechend den thermischen Eigenschaften des Skalenmaterials aus und zieht sich zusammen, während eine fest gelagerte Skala sich im gleichen Maße wie das darunterliegende Substrat ausdehnt und zusammenzieht. Die Montagetechniken für Messskalen bieten vielfältige Vorteile für verschiedene Messanwendungen: Der Artikel von Renishaw zeigt auf, wann eine fest gelagerte Skala die bevorzugte Lösung für Laborgeräte sein kann.
Koordinatenmessgeräte (KMG) werden zur Erfassung dreidimensionaler Messdaten an hochpräzisen, bearbeiteten Bauteilen wie Motorblöcken und Triebwerkschaufeln im Rahmen der Qualitätskontrolle eingesetzt. Es gibt vier Grundtypen von KMG: Brücken-, Ausleger-, Portal- und Horizontalarm-KMG. Brücken-KMG sind am weitesten verbreitet. Bei einer Brücken-KMG ist die Z-Achsen-Pinole auf einem Schlitten montiert, der sich entlang der Brücke bewegt. Die Brücke wird in Y-Richtung auf zwei Führungsbahnen geführt. Ein Motor treibt einen Brückenarm an, während der gegenüberliegende Arm üblicherweise nicht angetrieben wird. Die Brückenkonstruktion wird typischerweise auf aerostatischen Lagern geführt. Schlitten (X-Achse) und Pinole (Z-Achse) können über einen Riemen, eine Spindel oder einen Linearmotor angetrieben werden. KMG sind so konstruiert, dass nicht wiederholbare Fehler minimiert werden, da diese in der Steuerung schwer zu kompensieren sind.
Hochleistungs-Koordinatenmessgeräte (KMG) bestehen aus einem Granitbett mit hoher thermischer Masse und einer steifen Portal-/Brückenkonstruktion mit einer trägheitsarmen Pinole, an der ein Sensor zur Messung der Werkstückmerkmale angebracht ist. Die erzeugten Daten dienen der Sicherstellung, dass die Teile vorgegebene Toleranzen einhalten. Hochpräzise Linear-Encoder sind an den separaten X-, Y- und Z-Achsen installiert, die bei größeren Maschinen mehrere Meter lang sein können.
Eine typische Koordinatenmessmaschine (KMM) mit Granitbrücke, betrieben in einem klimatisierten Raum mit einer Durchschnittstemperatur von 20 ± 2 °C, in dem die Raumtemperatur dreimal pro Stunde schwankt, ermöglicht es dem Granit mit seiner hohen Wärmekapazität, eine konstante Durchschnittstemperatur von 20 °C aufrechtzuerhalten. Ein schwimmend gelagerter linearer Edelstahl-Encoder, der auf jeder KMM-Achse installiert ist, ist weitgehend unabhängig vom Granitsubstrat und reagiert aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und geringen Wärmekapazität – die deutlich unter der Wärmekapazität des Granittisches liegt – schnell auf Änderungen der Lufttemperatur. Dies führt zu einer maximalen Ausdehnung oder Kontraktion der Skala über eine typische 3 m lange Achse von ca. 60 µm. Diese Ausdehnung kann einen erheblichen Messfehler verursachen, der aufgrund seiner zeitlichen Variabilität schwer zu kompensieren ist.
Eine substratbasierte Skala ist in diesem Fall die bevorzugte Wahl: Sie dehnt sich lediglich mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des Granitsubstrats aus und reagiert daher kaum auf kleine Lufttemperaturschwankungen. Längerfristige Temperaturänderungen müssen jedoch berücksichtigt werden, da sie die Durchschnittstemperatur eines Substrats mit hoher Wärmekapazität beeinflussen. Die Temperaturkompensation ist unkompliziert, da die Steuerung nur das thermische Verhalten der Maschine kompensieren muss und nicht das des Encoders.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Encodersysteme mit substratbasierten Messskalen eine hervorragende Lösung für Präzisions-Koordinatenmessgeräte mit Substraten mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und hoher thermischer Masse sowie für andere Anwendungen mit hohen messtechnischen Anforderungen darstellen. Zu den Vorteilen substratbasierter Messskalen zählen die Vereinfachung der Temperaturkompensation und das Potenzial zur Reduzierung nicht reproduzierbarer Messfehler, die beispielsweise durch Temperaturschwankungen in der Maschinenumgebung verursacht werden.
Veröffentlichungsdatum: 25. Dezember 2021