Dominando a Precisão em CMM

A maioria deMáquinas CMM (máquinas de medição por coordenadas) são feitos porcomponentes de granito.

Uma Máquina de Medição por Coordenadas (MMC) é um dispositivo de medição flexível que desenvolveu diversas funções no ambiente de manufatura, incluindo o uso no tradicional laboratório de controle de qualidade e, mais recentemente, o papel de suporte direto à produção no chão de fábrica em ambientes mais severos. O comportamento térmico das escalas dos encoders da MMC torna-se uma consideração importante entre suas funções e aplicações.

Em um artigo publicado recentemente pela Renishaw, são discutidas as técnicas de montagem de escalas de encoders flutuantes e mestras.

As escalas de encoder são, na prática, termicamente independentes do substrato de montagem (flutuantes) ou termicamente dependentes do substrato (fixas). Uma escala flutuante expande e contrai de acordo com as características térmicas do material da escala, enquanto uma escala fixa expande e contrai na mesma taxa 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 fixa pode ser a solução preferida para máquinas de laboratório.

As máquinas de medição por coordenadas (MMCs) são utilizadas para capturar dados de medição tridimensionais em componentes usinados de alta precisão, como blocos de motor e pás de turbinas 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. As MMCs do tipo ponte são as mais comuns. Em um projeto de MMC do tipo ponte, um eixo Z é montado em um carro que se move ao longo da ponte. A ponte é acionada por duas guias na direção do eixo Y. Um motor aciona um dos lados da ponte, enquanto o lado oposto geralmente não é acionado: a estrutura da ponte é tipicamente guiada/apoiada por mancais aerostáticos. O carro (eixo X) e o eixo Z podem ser acionados por correia, fuso ou motor linear. As MMCs são projetadas para minimizar erros não repetíveis, pois estes são difíceis de compensar no controlador.

As máquinas de medição por coordenadas (MMCs) de alto desempenho são compostas por uma base de granito de alta massa térmica e uma estrutura rígida de pórtico/ponte, com um eixo de baixa inércia ao qual é acoplado um sensor para medir as características da peça. Os dados gerados são usados ​​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 típica máquina de medição por coordenadas (MMC) do tipo ponte de granito, operada em uma sala climatizada com temperatura média de 20 ± 2 °C, onde a temperatura ambiente varia três vezes por 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 MMC, seria em grande parte independente do substrato de granito e responderia rapidamente às mudanças na temperatura do ar devido à sua alta condutividade térmica e baixa massa térmica, significativamente menor 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 no tempo.

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

Em resumo, os sistemas de encoders com escalas mestras no substrato são uma excelente solução para máquinas de medição por coordenadas (MMCs) de precisão com substratos de baixo coeficiente de expansão térmica (CTE) e alta massa térmica, bem como para outras aplicações que exigem alto desempenho metrológico. As vantagens das escalas mestras incluem a simplificação dos regimes de compensação térmica e o potencial para redução de erros de medição não repetíveis devido, por exemplo, a variações de temperatura do ar no ambiente local da máquina.