Studie zur Einflussschwelle von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Messgenauigkeit von Präzisionsplattformen aus Granit.

Im Bereich der Präzisionsmessung hat sich die Granit-Präzisionsplattform mit ihrer hervorragenden Stabilität, hohen Härte und guten Verschleißfestigkeit als ideale Grundlage für viele hochpräzise Messarbeiten erwiesen. Temperaturschwankungen in den Umgebungsfaktoren, wie der im Dunkeln verborgene „Präzisionskiller“, haben jedoch einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Messgenauigkeit der Granit-Präzisionsplattform. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messarbeiten zu gewährleisten, ist es von großer Bedeutung, die Einflussschwelle gründlich zu untersuchen.

Obwohl Granit für seine Stabilität bekannt ist, ist er nicht immun gegen Temperaturschwankungen. Seine Hauptbestandteile sind Quarz, Feldspat und andere Mineralien, die bei unterschiedlichen Temperaturen thermische Ausdehnungs- und Kontraktionserscheinungen hervorrufen. Steigt die Umgebungstemperatur, erwärmt sich die Granit-Präzisionsplattform und dehnt sich aus, wodurch sich ihre Größe geringfügig ändert. Sinkt die Temperatur, schrumpft sie wieder in ihren ursprünglichen Zustand. Scheinbar kleine Größenänderungen können sich bei Präzisionsmessungen zu entscheidenden Faktoren für die Messergebnisse entwickeln.

Am Beispiel eines gängigen Koordinatenmessgeräts mit Granitplattform liegen bei hochpräzisen Messungen die Anforderungen an die Messgenauigkeit oft im Mikrometerbereich oder sogar darüber. Es wird davon ausgegangen, dass sich bei einer Standardtemperatur von 20 °C die verschiedenen Maßparameter der Plattform in einem idealen Zustand befinden und durch Messung des Werkstücks genaue Daten gewonnen werden können. Bei schwankenden Umgebungstemperaturen sieht die Situation ganz anders aus. Zahlreiche experimentelle Datenstatistiken und theoretische Analysen zeigen, dass die lineare Ausdehnung oder Kontraktion einer Präzisionsplattform aus Granit unter normalen Umständen bei einer Umgebungstemperaturschwankung von 1 °C etwa 5–7 × 10⁻⁶/°C beträgt. Dies bedeutet, dass sich bei einer Granitplattform mit einer Kantenlänge von 1 Meter die Kantenlänge um 5–7 Mikrometer ändern kann, wenn sich die Temperatur um 1 °C ändert. Bei Präzisionsmessungen reicht eine solche Größenänderung aus, um Messfehler außerhalb des akzeptablen Bereichs zu verursachen.
Für Messarbeiten mit unterschiedlichen Genauigkeitsanforderungen ist auch die Einflussschwelle von Temperaturschwankungen unterschiedlich. Bei gewöhnlichen Präzisionsmessungen, wie etwa der Größenmessung mechanischer Teile, muss die Temperaturschwankung gemäß der obigen Berechnung des Ausdehnungskoeffizienten bei einem zulässigen Messfehler von ± 20 Mikrometern in einem Bereich von ± 3–4 °C gehalten werden, um den durch die Größenänderung der Plattform verursachten Messfehler auf ein akzeptables Niveau zu begrenzen. In Bereichen mit hohen Präzisionsanforderungen, wie etwa der Lithografie-Prozessmessung bei der Herstellung von Halbleiterchips, ist der Fehler auf ± 1 Mikrometer begrenzt, und die Temperaturschwankung muss streng auf ± 0,1–0,2 °C begrenzt werden. Sobald die Temperaturschwankung diesen Schwellenwert überschreitet, können die thermische Ausdehnung und Kontraktion der Granitplattform zu Abweichungen in den Messergebnissen führen, die sich auf die Ausbeute der Chipherstellung auswirken.
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 Konstanttemperaturanlage installiert, um Temperaturschwankungen in einem sehr kleinen Bereich zu kontrollieren. Die Messdaten werden temperaturkompensiert und die Messergebnisse werden durch einen Softwarealgorithmus entsprechend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Plattform und den Echtzeit-Temperaturänderungen korrigiert. Unabhängig von den ergriffenen Maßnahmen ist die genaue Erfassung des Einflusses von Umgebungstemperaturschwankungen auf die Messgenauigkeit von Granit-Präzisionsplattformen die Voraussetzung für präzise und zuverlässige Messungen.