Co to jest trzpień współrzędnościowej maszyny pomiarowej?

Trzpień to "końcówka pomiarowa" dołączona do sondy współrzędnościowej maszyny pomiarowej - niezależnie od tego czy jest to tradycyjna maszyna CMM, czy też przenośne ramię pomiarowe, które ma fizyczny kontakt z mierzonym elementem. Sygnał generowany przez wyzwolenie (uruchomienie) sondy - wskutek przemieszczenia lub wprowadzenia danych przez użytkownika - umożliwia przeprowadzenie pomiarów. Rodzaj mierzonej części i cech ogółem określa typ i rozmiar stosowanego trzpienia. Maksymalna sztywność trzpienia oraz dokładność geometryczna końcówki trzpienia są bardzo ważne, by pomiary były rzetelne.  Firma Hexagon Manufacturing Intelligence oferuje trzpienie wyprodukowane zgodnie z najbardziej restrykcyjnymi normami  automatycznych maszyn CNC. Bardzo dokładny projekt i rygorystyczna kontrola procesu wytwarzania umożliwiają produkcję trzpieni o maksymalnej sztywności, dużej spójności sondy kulkowej z trzonem oraz maksymalną sferycznością końcówek pomiarowych.

Wydajność maszyn CMM i rzetelność wyników pomiarowych zostanie zmniejszona wskutek zastosowania trzpienia z niewłaściwą okrągłością, lokalizacją kuli oraz dopasowaniem gwintu bądź też z kiepską konstrukcją, która pozwala na nadmierne wygięcie podczas pomiarów. Większość tych wad trudno dostrzec, o ile jest to w ogóle możliwe, gołym okiem. Aby zapewnić najlepsze wyniki pomiarowe, Hexagon Manufacturing Intelligence oferuje jedynie trzpienie najwyższej jakości renomowanych marek i producentów, spełniające najbardziej restrykcyjne standardy projektowe oraz jakościowe.

Regularna wymiana trzpieni używanych przez współrzędnościową maszynę pomiarową stanowi bardzo ważną kwestię. Ponieważ produkty te są bardzo wytrzymałe,  mają dość długi okres użytkowania. Powinny być wymieniane po długim stosowaniu lub gdy zostały upuszczone, rozbite bądź niewłaściwie obsługiwane. W przypadku jakichkolwiek wątpliwości, zawsze należy dokonać wymiany trzpienia.

Terminologia, którą stosujemy:

Trzpienie są określane w sposób następujący:
A=Rozmiar gwintu (M2 do M6)
D=Średnica kulki
L=Długość całkowita: to długość od tylnego mocowania (bez gwintu) do środka kulki.
B=Efektywna długość pracy: mierzona od centrum kuli do punktu, w którym trzon dotyka cechy podczas pomiaru wektora normalnego do części.

Wybór końcówek pomiarowych trzpienia

Aby utrzymać najwyższą dokładność pomiarową  automatycznej współrzędnościowej maszyny pomiarowej, należy przestrzegać poniższych wskazówek:

Wybierz możliwie najkrótszy trzpień

Im większe odchylenie lub wygięcie trzpienia, tym większy błąd, a tym samym mniejsza dokładność. Najlepszym sposobem, by tego uniknąć jest wybór najkrótszego trzpienia umożliwiającego realizację zadania pomiarowego.

Należy zminimalizować ilość złączek wszędzie tam, gdzie to możliwe

Zawsze, gdy "budujesz" trzpień wykorzystując złączki lub przedłużki, tworzysz potencjalne punty wygięcia i odchylenia. Jeśli tylko jest to możliwe, stosuj jak najmniejszą liczbę elementów.

Wybierz jak największą kulkę

Duża kula maksymalnie zwiększa prześwit  kulki i trzonu od mierzonej części, zmniejszając możliwość przypadkowego uruchomienia spowodowanego "błędem trzpienia", gdy trzon dotyka mierzonego elementu zamiast kulki. Dodatkowo duża kulka minimalizuje wpływ wykończenia powierzchni na pomiary.

Wybór materiału, z którego wykonany jest trzpień

Rubin, który jest standardem przemysłowym oraz optymalnym, dla wielu zastosowań, materiałem na kulki trzpieni pomiarowych jest jednym z najtwardszych znanych materiałów.  Syntetyczny rubin to w 99% czysty tlenek glinu, którego kryształy (lub „monokryształy ciągnione”) wzrastają w temperaturze 2000°C procesu Verneuil-a (z wykorzystaniem techniki flame fusion). Te monokryształy są następnie cięte i stopniowo obrabiane do ściśle kulistego kształtu.  Kulki rubinowe posiadają wyjątkowo gładką powierzchnię i charakteryzują się wysoką wytrzymałością na ściskanie oraz odpornością na korozję mechaniczną.

Występuje bardzo mało zastosowań, w których rubin nie byłby preferowanym materiałem kulek, istnieją jednak dwa takie zastosowania, gdzie zaleca się stosowanie kulek wykonanych z innych materiałów. Pierwszym z nich jest wysokowydajne skanowanie aluminiowych części.  Z powodu przyciągania materiałów może wystąpić zjawisko znane jako „zużycie adhezyjne”, które polega na narastaniu na kulce warstewki aluminium pochodzącego z powierzchni skanowanego elementu.  W takich zastosowaniach lepszym materiałem kulek jest azotek krzemu.
 
Drugim takim zadaniem jest wysokowydajne skanowanie części żeliwnych. Skutkiem wzajemnych oddziaływań tych dwóch materiałów może być „zużycie ścierne” powierzchni kulki rubinowej. W przypadku takich zastosowań zaleca się użycie kulek z tlenku cyrkonu.

Materiały trzonów

Stal

W przypadku trzpieni pomiarowych o średnicy kulki/końcówki 2 mm lub większej i o długościach do 30 mm, jako materiał trzonu powszechnie stosuje się niemagnetyczną stal nierdzewną. W tym przedziale wymiarów jednoczęściowy trzon stalowy oferuje optymalny stosunek sztywności do masy, zapewniając wystarczający prześwit pomiędzy kulką i trzonem bez obniżania sztywności przez połączenie trzonu z gwintowanym korpusem.

Węglik wolframu (WC)

Trzony z węglika wolframu są najlepsze pod względem maksymalizowania sztywności w przypadku niewielkich średnic trzonu, wymaganych dla średnic 1 mm lub mniejszych lub długości trzonu nie przekraczających 50 mm.
 

Ceramika

W przypadku średnic większych niż 3 mm oraz długości ponad 30 mm trzony ceramiczne oferują sztywność porównywalną ze stalowymi, lecz są znacznie lżejsze od trzonów z węglika wolframu.  Trzpienie pomiarowe o trzonach ceramicznych mogą również oferować podwyższone zabezpieczenie przed zniszczeniem sondy, ponieważ w razie kolizji następuje skruszenie trzonu.
 

Włókno węglowe

Włókno węglowe łączy maksymalną sztywność poprzeczną i podłużną z wyjątkowo niską wagą. Włókno węglowe jest obojętne, stosunkowo niewrażliwe na temperaturę i zapewnia wspaniałą ochronę w wymagającym środowisku przemysłowym. W przypadku trzpieni maszyny CMM mających powyżej 50 mm długości, włókno węglowe to idealny materiał do maksymalnego zwiększenia sztywności przy bardzo niskiej masie.