Точность координатно-измерительных машин при работе в цеховых условиях

Точность координатно-измерительных машин (КИМ) зависит от температурных условий окружающей среды, в которой работает машина.

Свяжитесь с нами

Точность координатно-измерительных машин (КИМ) зависит от температурных условий окружающей среды, в которой работает машина. Колебания температуры, воздействуя на шкалы, элементы конструкции машины и измеряемые объекты, вызывают их расширение, сжатие и, в некоторых случаях, искажения нелинейного характера.
 
Хотя искажения, вызываемые тепловыми колебаниями, компенсируются тем или иным способом, они могут привести к существенной неопределенности измерений, особенно в случае измерения в цехах, где контролировать температуру бывает сложно. В условиях непрерывной тенденции переноса задач контроля измерений из метрологических лабораторий с контролируемой температурой в заводские помещения понимание того, как температура влияет на точность КИМ становится более важной чем когда-либо ранее.
 
Традиционно, температурная зависимость точности КИМ определялась с помощью температурных диапазонов с центральной точкой около 20°C (68°F). Например, производитель может указать теоретическую максимально допустимую ошибку показаний КИМ при измерении габаритов, MPEE, в соответствии с ISO 10360-2, в температурном диапазоне 18-22°C (64-72°F) равной:
 
MPEE = 3,0 + 3,0 * L / 1000
 
Здесь MPEE измеряется в микронах, а L -- это измеренная длина в миллиметрах.
 
Хотя указывать зависимость точности КИМ от температуры для машины, находящейся в лабораторных условиях, считается логичным (как для изготовителя КИМ, так и для пользователя), эта логика перестает работать в случае машин, установленных и эксплуатируемых в условиях, где температура не контролируется как в кратких, так и в длительных временных масштабах.
 
В то время как указание одного диапазона температур (неважно, широкого или узкого) удобно для изготовителя КИМ, заказчик имеет дело с единственной консервативной, но не очень подробной оценкой изготовителя, показывающей изменение точности машины с колебаниями температур. В конце концов, основной причиной приобрести машину для работы в цеховых условиях является необходимость установить ее там, где температура окружающей среды будет, вероятней всего, влиять на точность измерения КИМ.

Ступенчатые характеристики

Обычно изготовители КИМ пытались решить эту проблему, указывая погрешность по нескольким температурным диапазонам. Обратимся вновь к теоретической КИМ, имеющей погрешность, определяемую следующим образом:
 
MPEE = 3.0 + 3.0 * L / 1000 (18-22°C)
MPEE = 3.3 + 4.2 * L / 1000 (16-26°C)
MPEE = 3.5 + 5.0 * L / 1000 (15-30°C)
 
При измеряемой длине L, равной 500 мм, это представляется в виде ступенчатого графика зависимости от окружающей температуры
chart 1

Непрерывные температурные характеристики

Учитывая физику явления, когда каркасы метрологических конструкций сжимаются, искажаются и расширяются при изменении температуры, мы интуитивно понимаем, что ступенчатый график не является точным. Метрологические конструкции обычно не имеют изменений погрешностей в виде ступенчатой зависимости от температуры, когда точность ухудшается мгновенно при пересечении температурой некоторого порогового значения. В противном случае, если бы это было так, мы, вероятно, не стали бы выполнять измерения с помощью таких приборов.
 
Короче, для условий, в которых отсутствует достаточный контроль температуры, требуется более детальное описание зависимости точности КИМ от изменяющейся температуры окружающей среды. Более реальной альтернативой описания физики процесса является определение точности в виде непрерывной функции окружающей температуры. С прагматической точки зрения метролога или инженера по качеству, это гораздо полезней.
 
Чтобы проиллюстрировать эту точку зрения, рассмотрим реальную КИМ. Будем считать выражение точности 4.5.4 SF цеховые КИМ:
 
MPEE = 3,1 + 0,05 * ?T + (3,0 + 0,2 * ?T) * L / 1000 (15-40°C)
 
Еще раз, будем считать измеряемую длину равной 500 мм, и график MPEE в качестве функции зависимости от окружающей температуры. В этом случае мы интуитивно видим более физически реальный результат, который более полезный для практического применения в метрологических задачах.
 
Полезность реального результата видна далее, когда мы отобразим на одном графике предыдущий гипотетический пример, в котором рабочий диапазон представлен в виде нескольких широких температурных диапазонов.
chart 2
 
Помимо того, что непрерывная характеристика дает более точную картину погрешности КИМ при колебании температуры, эта характеристика представляет собой компактный и элегантный способ определения характеристик точности машины и особенно хорошо подходит для использования в составлении автоматизированных отчетов результатов измерения.
 

Температурные колебания во времени

Другой фактор, который необходимо учитывать при работе в расширенном температурном диапазоне, непрерывном или нет, являются указанные изготовителем допустимые температурные изменения во времени. Обычно они показаны в виде колебаний за период 1 часа и 24 часов. Эта характеристика показывает пользователю, какие колебания температуры за данный отрезок времени допустимы, чтобы поддерживать заданную точность работы. Чем больше допускается колебаний в данный период времени, тем лучше машина справляется с изменениями цеховых температурных условий.
 

Практические советы при установке КИМ в цеху

Приняв решение установить КИМ в цеховых условиях, важно провести оценку выполняемых измерительных задач и рассчитать допустимую погрешность. Затем рассчитайте точность машины, используя постоянные тепловые характеристики при всех различных значениях температур, которые могут быть в цеху, проверяя при этом, чтобы не превышалось значение колебания температур в период одного часа или одних суток. Это даст вам ожидаемое значение точности машины в любой момент времени суток. Если точность машины приемлема для решения ваших задач в любой момент времени, замечательно! Вы можете использовать вашу машину целый день. Если нет, вы должны рассмотреть альтернативы, такие как использование машины только в определенные интервалы времени, или проверять детали с большими допусками в то время, когда температура в цеху наибольшая.
 
Использование КИМ в постоянных температурных условиях в цеху дает пользователю КИМ более полную картину ожидаемой работоспособности машины в неконтролируемых условиях окружающей среды. Это позволяет принимать более правильные решения и быть более уверенным в результатах измерений. Одна из таких КИМ -- машина 4.5.4SF для работы в цеховых условиях.