Temperatuurcompensatie voor draagbare metrologie

Veranderingen in de omgevingstemperatuur en de temperatuur van de onderdelen die we meten hebben een waarneembaar effect op vele algemene industriële materialen zoals staal en aluminium. Om die reden zijn voor de nauwkeurigste metingen met grote geautomatiseerde CMM's, zoals Globals en PMM's, een ruimte met temperatuurbeheersing en zelfs temperatuursensoren voor de onderdelen essentieel voor de beste resultaten.

Echter, draagbare meetsystemen zoals Leica-lasertrackers en draagbare armen van ROMER zijn ontworpen om naar het te meten onderdeel te brengen in plaats van andersom. De temperatuur op de meeste werkplaatsen in een productieomgeving wordt niet zo goed beheerst, als dit überhaupt al het geval is. Dit kan de vraag oproepen hoe, wanneer en of we ons zorgen moeten maken over thermische uitzetting van onze onderdelen bij draagbare metrologie.

Draagbare meetsystemen en softwarepakketten kunnen verschillende hulpmiddelen en methodes bieden voor het omgaan met temperatuurschommelingen. Onder andere:

1. Lengtestandaarden ter referentie, gemaakt van hetzelfde materiaal als het onderdeel dat gemeten wordt (deze techniek is een overblijfsel van theodolieten).

2. Een andere vergelijkbare techniek is om twee punten op het gereedschap te meten en het meetsysteem te voorzien van de "bekende" afstand tussen deze twee punten. Dit is een variatie op de lengtestandaardmethode.

3. De temperatuur van het materiaal kan op verschillende punten tijdens een meetcyclus gemeten en vastgelegd worden in de systeemsoftware met een hulpmiddel dat compenseert voor de uitzettingscoëfficiënt middels een berekende wijziging van de "schaal" van de meetdata.

4. Een aantal punten kan gemeten worden waarvoor al "nominale" meetdata bestaan. Middels het proces van een "best passende transformatie" berekent de systeemsoftware een wijziging van de "schaal" van de meetdata.

Al deze methodes hebben hun beperkingen. Als we alleen massieve blokken van een bepaald materiaal zouden meten, zou elke methode voor temperatuurcompensatie goed werken. In dat geval zouden dimensionele veranderingen lineair zijn en daarom de perfecte uitzettingscoëfficiënt opleveren voor compensatie van thermische veranderingen in het werkstuk.

In de realiteit meten we normaal gesproken geen homogene blokken materiaal. Vooral met draagbare metrologie meten we vaak grote werkstukken die gevormd, gelast, vastgebout, verbonden of bevestigd zijn aan andere stukken van hetzelfde of een ander materiaal. Door deze combinaties van materialen of oriëntaties van materialen veranderen we de richting van bewegingen door uitzetten of inkrimpen van materiaal. In de realiteit is het niet zo dat objecten lineair uitzetten of inkrimpen, ze verdraaien of buigen, of vervormen op een andere manier. Daarom kunnen we niet automatisch aannemen dat compenseren voor de uitzettingscoëfficiënt de beste manier is om te karakteriseren wat er echt gebeurt tijdens een thermische cyclus.

Dat gezegd hebbende, iedere methode voor temperatuurcompensatie heeft inherente zwakke punten vanwege de complexe realiteit. Het is zelfs mogelijk dat we bij compensatie van temperatuurschommelingen meer afwijkingen toevoegen dan we verwijderen. Sommige waarnemers zijn zich hiervan bewust en negeren de temperatuur van het object gewoon en proberen de thermische veranderingen helemaal niet te corrigeren.

Afgezien van het fysiek beheersen van de meetomgeving, is er geen perfecte oplossing voor thermische compensatie. In de meeste gevallen levert het berekenen van de schaal via de best passende transformatie de beste resultaten op. Dit geldt echter niet in alle gevallen en kan andere gevolgen hebben waarvan de waarnemer zich bewust moet zijn. Een goede waarnemer van draagbare metrologie zal stilstaan bij de thermische eigenschappen bij het ontwikkelen van een plan voor een bepaald onderdeel door het formaat, de materialen en de constructie te evalueren van het object dat gemeten moet worden.

De waarnemer moet tevens de karakteristieken evalueren van de omgeving, zoals de locaties van warmtebronnen, en mogelijke veranderingen in de temperatuur van lucht en onderdeel gedurende het meetproces. Een reeks metingen kan worden uitgevoerd en worden vergeleken met nominale data of met eerdere metingen. Het is altijd een goede oplossing om meerdere methodes voor thermische compensatie te proberen om tot de beste methode te komen voor die specifieke meettaak. En belangrijker nog, een goede waarnemer zal alle experimentele methodologie en de uiteindelijke inspectieprocedures goed documenteren zodat degenen die de meetresultaten interpreteren alle informatie hebben die ze nodig hebben.