Untersuchung der Einflussschwelle von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Messgenauigkeit von Granit-Präzisionsplattformen.

Im Bereich der Präzisionsmessung hat sich die Granit-Präzisionsplattform aufgrund ihrer hervorragenden Stabilität, hohen Härte und guten Verschleißfestigkeit als ideale Basis für viele hochpräzise Messaufgaben etabliert. Allerdings beeinträchtigen Temperaturschwankungen als Umweltfaktor, quasi als „Präzisionskiller“, die Messgenauigkeit der Granit-Präzisionsplattform erheblich. Daher ist es von großer Bedeutung, die Einflussschwellenwerte eingehend zu untersuchen, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen zu gewährleisten.

Obwohl Granit für seine Stabilität bekannt ist, reagiert er auf Temperaturschwankungen. Seine Hauptbestandteile sind Quarz, Feldspat und andere Mineralien, die sich bei unterschiedlichen Temperaturen ausdehnen und zusammenziehen. Steigt die Umgebungstemperatur, erwärmt sich die Granit-Präzisionsplattform und dehnt sich aus, wodurch sich ihre Größe geringfügig ändert. Sinkt die Temperatur, zieht sie sich wieder zusammen. Scheinbar kleine Größenänderungen können sich in Präzisionsmessszenarien zu entscheidenden Faktoren entwickeln, die die Messergebnisse beeinflussen.

Am Beispiel eines gängigen Koordinatenmessgeräts mit Granitplattform lässt sich zeigen, dass bei hochpräzisen Messungen die Anforderungen an die Messgenauigkeit oft im Mikrometerbereich oder sogar darunter liegen. Bei einer Standardtemperatur von 20 °C wird angenommen, dass sich die verschiedenen Dimensionsparameter der Plattform in einem idealen Zustand befinden und durch Messung des Werkstücks genaue Daten gewonnen werden können. Bei schwankender Umgebungstemperatur ändert sich die Situation jedoch grundlegend. Nach umfangreichen experimentellen Datenanalysen und theoretischen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die lineare Ausdehnung oder Kontraktion einer Granit-Präzisionsplattform unter normalen Bedingungen bei einer Umgebungstemperaturschwankung von 1 °C etwa 5–7 × 10⁻⁶/°C beträgt. Dies bedeutet, dass sich die Seitenlänge einer Granitplattform mit einem Meter Seitenlänge bei einer Temperaturänderung von 1 °C um 5–7 Mikrometer ändern kann. Bei Präzisionsmessungen reicht eine solche Größenänderung aus, um Messfehler außerhalb des zulässigen Bereichs zu verursachen.
Je nach Messanforderungen und Genauigkeitsniveau variiert auch der Einfluss von Temperaturschwankungen. Bei herkömmlichen Präzisionsmessungen, wie beispielsweise der Größenmessung von Maschinenteilen, muss die Temperaturschwankung gemäß der oben genannten Berechnung des Ausdehnungskoeffizienten bei einem zulässigen Messfehler von ±20 µm im Bereich von ±3–4 °C gehalten werden, um den durch die Größenänderung der Plattform verursachten Messfehler auf ein akzeptables Maß zu begrenzen. In Bereichen mit hohen Präzisionsanforderungen, wie etwa der Lithografieprozessmessung in der Halbleiterfertigung, ist ein Fehler von ±1 µm zulässig, und die Temperaturschwankung muss streng auf ±0,1–0,2 °C begrenzt werden. Überschreitet die Temperaturschwankung diesen Schwellenwert, können die thermische Ausdehnung und Kontraktion der Granitplattform zu Abweichungen in den Messergebnissen führen, was die Ausbeute der Chipfertigung beeinträchtigt.
Um den Einfluss von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Messgenauigkeit von Granit-Präzisionsplattformen zu minimieren, werden in der Praxis häufig verschiedene Maßnahmen ergriffen. Beispielsweise wird in der Messumgebung eine hochpräzise Konstanttemperatureinrichtung installiert, um die Temperaturschwankungen auf ein Minimum zu beschränken. Die Messdaten werden temperaturkompensiert und die Messergebnisse mithilfe eines Softwarealgorithmus unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Plattform und der Echtzeit-Temperaturänderungen korrigiert. Unabhängig von den getroffenen Maßnahmen ist jedoch das genaue Verständnis des Einflusses von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Messgenauigkeit von Granit-Präzisionsplattformen die Voraussetzung für präzise und zuverlässige Messungen.