Dominando a precisão CMM

A maioria deMáquinas Cmm (máquinas de medição por coordenadas) são feitas porcomponentes de granito.

Uma Máquina de Medição por Coordenadas (CMM) é um dispositivo de medição flexível que desenvolveu diversas funções no ambiente de fabricação, incluindo o uso no laboratório de qualidade tradicional e, mais recentemente, o suporte direto à produção no chão de fábrica em ambientes mais severos. O comportamento térmico das escalas do codificador CMM torna-se um fator importante a ser considerado entre suas funções e aplicações.

Em um artigo publicado recentemente pela Renishaw, o assunto das técnicas de montagem de escala de codificador flutuante e masterizada são discutidos.

As escalas de encoder são efetivamente termicamente independentes do substrato de montagem (flutuantes) ou termicamente dependentes do substrato (controladas). Uma escala flutuante expande e contrai de acordo com as características térmicas do material da escala, enquanto uma escala controlada expande e contrai na mesma proporção que o substrato subjacente. As técnicas de montagem de escalas de medição oferecem uma variedade de benefícios para as diversas aplicações de medição: o artigo da Renishaw apresenta o caso em que uma escala controlada pode ser a solução preferencial para máquinas de laboratório.

CMMs são usadas para capturar dados de medição tridimensionais em componentes usinados de alta precisão, como blocos de motor e pás de motores a jato, como parte de um processo de controle de qualidade. Existem quatro tipos básicos de máquinas de medição por coordenadas: ponte, cantilever, pórtico e braço horizontal. CMMs do tipo ponte são as mais comuns. Em um projeto de ponte CMM, uma haste de eixo Z é montada em um carro que se move ao longo da ponte. A ponte é acionada ao longo de duas guias na direção do eixo Y. Um motor aciona um ombro da ponte, enquanto o ombro oposto é tradicionalmente não acionado: a estrutura da ponte é tipicamente guiada/suportada em mancais aerostáticos. O carro (eixo X) e a haste (eixo Z) podem ser acionados por uma correia, parafuso ou motor linear. CMMs são projetadas para minimizar erros não repetíveis, pois estes são difíceis de compensar no controlador.

As CMMs de alto desempenho são compostas por um leito de granito de alta massa térmica e uma estrutura rígida de pórtico/ponte, com uma haste de baixa inércia à qual é acoplado um sensor para medir as características da peça. Os dados gerados são utilizados para garantir que as peças atendam às tolerâncias predeterminadas. Encoders lineares de alta precisão são instalados nos eixos X, Y e Z, que podem ter vários metros de comprimento em máquinas maiores.

Uma CMM típica do tipo ponte de granito, operada em uma sala com ar condicionado, com temperatura média de 20 ± 2 °C, onde a temperatura ambiente oscila três vezes a cada hora, permite que o granito de alta massa térmica mantenha uma temperatura média constante de 20 °C. Um encoder linear flutuante de aço inoxidável instalado em cada eixo da CMM seria amplamente independente do substrato de granito e responderia rapidamente às mudanças na temperatura do ar devido à sua alta condutividade térmica e baixa massa térmica, que é significativamente menor do que a massa térmica da mesa de granito. Isso levaria a uma expansão ou contração máxima da escala em um eixo típico de 3 m de aproximadamente 60 µm. Essa expansão pode produzir um erro de medição substancial, difícil de compensar devido à sua natureza variável com o tempo.

Uma escala masterizada de substrato é a escolha preferida neste caso: uma escala masterizada expandiria apenas com o coeficiente de expansão térmica (CTE) do substrato de granito e, portanto, apresentaria pouca alteração em resposta a pequenas oscilações na temperatura do ar. Mudanças de temperatura a longo prazo ainda devem ser consideradas, pois afetarão a temperatura média de um substrato com alta massa térmica. A compensação de temperatura é simples, pois o controlador precisa compensar apenas o comportamento térmico da máquina, sem considerar também o comportamento térmico da escala do encoder.

Em resumo, sistemas de encoder com escalas masterizadas de substrato são uma excelente solução para CMMs de precisão com substratos de baixo CTE/alta massa térmica e outras aplicações que exigem altos níveis de desempenho metrológico. As vantagens das escalas masterizadas incluem a simplificação dos regimes de compensação térmica e o potencial de redução de erros de medição não repetíveis devido, por exemplo, a variações da temperatura do ar no ambiente local da máquina.