Koordinaattimittauskoneen (CMM) ydinarvo ei ole yksittäisessä lukemassa, vaan tiedon hajaantumisessa samaa työkappaletta toistuvasti mitatessa, nimittäin toistettavuudessa. Monet laitevalmistajat keskittyvät optimointitoimissaan lineaarisiin asteikoihin, antureisiin ja liikkeenohjausalgoritmeihin, mutta unohtavat, että pääkehys on kaikkien koordinaattialkujen kantaja. Valurauta- tai alumiinirunkojen pienet muodonmuutokset ja jäännösvärinä johtavat satunnaisiin mittauspoikkeamiin. Edes kehittyneet elektroniset ohjausjärjestelmät eivät pysty täysin kompensoimaan itse koneen rungon aiheuttamaa benchmark-poikkeamaa. Äärimmäisen tarkkojen komponenttien T&K-kokemuksen pohjalta UNVERTALLAINEN Group selvittää, kuinka graniittikehykset vähentävät perusteellisesti mittausten hajoamista, ja kvantifioi niiden panoksen CMM:n toistettavuuteen.
Heikentynyt toistettavuus tarkoittaa käytännössä sitä, että koneen koordinaattijärjestelmä siirtyy hieman ja arvaamattomasti kunkin mittauksen välillä. Tämä poikkeama johtuu pääasiassa kolmesta lähteestä: ulkoisesta tärinähäiriöstä, lämpötilan vaihtelun aiheuttamasta rakenteellisesta vääristymisestä ja materiaalin jäännösjännityksen hitaasti vapautumisesta ajan myötä. Perinteisillä valurautakungoilla on kunnollinen jäykkyys, mutta heikosti vaimennus. Kun mittapää koskettaa työkappaletta ja tuottaa mikroiskuja tai tärinää siirtyy työpajan nostureista ja viereisistä työstökoneista, runkoon tapahtuu lievää jatkuvaa värähtelyä. Värähtelyn vaimenemistila vaihtelee kunkin pisteen sieppauksen osalta, mikä johtaa satunnaisiin siirtymiin anturin liipaisuasennossa. Tämä näkyy vaihtelevina lukemina toistuvassa näytteenotossa samassa pisteessä ja heikentyneenä toistettavuutena. Alumiiniseokset johtavat lämpöä nopeasti. Pienet ympäristön lämpötilan vaihtelut aiheuttavat kehyksen laajenemista ja supistumista, mikä muuttaa X/Y/Z-akselien välistä ortogonaalisuutta. Työkappaleiden uudelleenmittaus eri ajanjaksoina tuottaa ilmeisiä eroja.
Graniittirunkojen ensimmäinen etu on nopea tärinänpoisto korkean luontaisen vaimennuksen ansiosta, mikä eliminoi satunnaiset virheet anturin laukaisuista. UNPARALLELED® musta graniitti saavuttaa tiheyden 3100kg/m³. Sen raerajarakenne tarjoaa alkuperäisen vaimennuksen. Anturin mikrokosketuksen ja ilmalaakereiden käynnistys-pysäytyshetkellä värähtelyenergia muuttuu lämmöksi nopeasti mineraalirakeiden rajapintojen yli ilman jatkuvaa värähtelyä rungossa. Verrattuna valurautakungoihin graniitti vähentää huomattavasti jäännösvärähtelyn amplitudia vastaavalla ulkoisella virityksellä. Häiriötila pysyy yhtenäisenä aina, kun mittapää koskettaa työkappaletta. Tämä poistaa yhden tyypillisen satunnaisen virhelähteen: tiedon hajaantuminen, joka johtuu vaihtelevista tärinäolosuhteista toistuvan näytteenoton aikana samassa paikassa, kiristäen suoraan toistuvien mittausten virhealuetta. Puolijohteiden, optisten osien ja ilmailun siipien submikronisissa tarkastusskenaarioissa tärinän aiheuttamat pienet hypyt erottavat usein läpäisy- ja epäonnistumistulokset.
Toiseksi erittäin alhainen ja tasainen lämpölaajeneminen vähentää koordinaattien siirtymää lämpötilan vaihteluista ja vakauttaa uudelleenmittaustuloksia ajan mittaan. CMM:ien toistettavuuden arviointi ei rajoitu lyhytaikaisiin testeihin vakiolämpötilalaboratorioissa; sen on ylläpidettävä jatkuvaa tarkastusta kokonaisina päivinä ja vuoroina. Metallirungot johtavat lämpöä nopeasti. Paikalliset lämpötilaerot aiheuttavat rungon kaarevuutta ja vääntymistä, mikä muuttaa X/Y/Z-akselien välistä kohtisuoraa. Jopa ohjelmiston lämpökompensoinnilla vain lineaarinen laajeneminen voidaan korjata, kun taas kiertymisestä aiheutuvia epälineaarisia virheitä on vaikea poistaa kokonaan. Graniitilla on alhainen lämpölaajenemiskerroin ja hidas lämmönjohtavuus. Lämpötilan muutokset etenevät hellävaraisesti tuottaen tasaisen muodonmuutoksen ja vastustaen paikallista vääristymistä. Pienissä työpajan lämpötilavaihteluissa kokonaiskoordinaattien poikkeama on rajoitettu submikronin alueelle. Tietojen hajonta laskee merkittävästi, kun samaa työkappaletta mitataan uudelleen aamulla ja iltapäivällä. Monet asiakkaat ilmoittavat, että laatutyöpajoissa ilman tiukkaa vakiolämpötilan valvontaa graniittirunkoiset CMM:t tarjoavat paljon vakaamman toistettavuuden kuin vastaavat valurautamallit, ja kalibrointivälit ovat huomattavasti pidentyneet.
Kolmanneksi luonnollinen geologinen ikääntyminen satojen miljoonien vuosien aikana jättää erittäin alhaisen jäännösjännityksen. Graniitti ei muotoile hitaasti käyttöiän aikana, mikä säilyttää pitkän aikavälin toistettavuuden. Valurauta- ja alumiinikomponentit säilyttävät suuren jäännösjännityksen valun ja hitsauksen jälkeen. Jopa keinotekoisen ikääntymisen jälkeen stressi vapautuu vähitellen kuukausien tai vuosien aikana, mikä muuttaa hienovaraisesti rungon geometriaa. Uudet koneet voivat läpäistä toistettavuustestit toimitettaessa, mutta akselien suoruus ja kohtisuoraisuus heikkenevät hitaasti jatkuvan käytön jälkeen. Toistuvien mittausten tietojen hajonta kasvaa, mikä vaatii toistuvaa sammutuskalibrointia. Sen sijaan graniitti on lähes täysin vapauttanut sisäisen jännityksen. Sen geometrinen muoto pysyy vakaana pitkään tarkan viimeistelyn jälkeen, ja kolmen akselin ortogonaalisuus vastustaa ajautumista ajan myötä. Hyvä lyhyen aikavälin toistettavuus on helppo saavuttaa; haasteena on indeksin ylläpitäminen tuhansien ja kymmenien tuhansien tarkastusjaksojen jälkeen. Tämä selittää, miksi metrologiset laboratoriot ja kolmannen osapuolen tarkastuslaitokset suosivat graniittirungoista valmistettuja CMM-laitteita.
Tätä on tarkasteltava objektiivisesti: graniittikehykset eivät ole ihmelääke eivätkä voi itsenäisesti määrittää koko koneen toistettavuutta. Lineaariset vaa'at, ilmalaakerit, anturijärjestelmät, kokoonpanotyöt ja työpajan perustuksen tärinäneristys ovat myös tärkeitä. Graniitin tehtävänä on eliminoida koneen rungosta peräisin olevia hallitsemattomia satunnaisia virhelähteitä ja tarjota vakaa mekaaninen vertailukohta elektronisille kompensointijärjestelmille. Jos kehys jatkaa mikromuotoilua ja värähtelyä jatkuvasti, algoritminen kompensointi voi suorittaa vain likimääräisen korjauksen, eikä se voi eliminoida satunnaisia hyppyjä. Graniitti-CMM-runkoja työstettäessä UNPARALLELED suorittaa modaalisen simulaation ja oman painon muodonmuutosanalyysin monipistetuella. Ennen toimitusta laserinterferometrit ja erittäin tarkat elektroniset vaa'at varmistavat kolmiakselisen geometrian. Kaikki tarkastuslaitteet ovat jäljitettävissä kansallisiin metrologian instituutteihin, lukituskehyksen suoruuteen, kohtisuoraan ja tasaisuuteen. Täysgraniittiratkaisujen lisäksi tarkkuuskeraamisilla Z-akselilla ja hiilikuitupalkeilla varustetut komposiittikehykset voidaan konfiguroida erikokoisille ja tarkkuuslaatuisille koordinaattimittauskoneille.
Metrologisten tietojen näkökulmasta: identtisessä lineaarisessa mittakaavassa ja anturikonfiguraatiossa metallirunkoiset CMM:t näyttävät suuremman keskihajonnan toistuvissa mittauksissa ja hajautetuissa näytteenottotiedoissa. Siirtyminen graniittikehyksiin vaimentaa tärinän ja lämpömuodonmuutosten aiheuttamia satunnaisia virheitä, kiristää tiedon klusterointia ja nostaa toistettavuusindikaattoreita huomattavasti. Parannuksen suuruus vaihtelee työpajaympäristön mukaan. Suuremmat tärinä- ja lämpötilavaihtelut työmaalla tuovat enemmän näkyvää hyötyä graniittista. Massatuotantolinjan laaduntarkastuksessa parannettu toistettavuus vähentää virhearviointia, vähentää uudelleentarkastuksen työmäärää ja estää hyvien osien romuttamista mittausvaihtelun vuoksi.
Yhteenvetona voidaan todeta, että graniittikehykset parantavat CMM:n toistettavuutta kolmen ydinmekanismin avulla: vaimentavat satunnaisia värähtelyhäiriöitä, vähentävät termisen muodonmuutoksen ajautumista ja välttävät pitkäaikaista jännityksen virumista. Ne minimoivat epävarmat mekaaniset virheet ja varmistavat, että jokainen mittaus toimii samassa vakaassa koordinaattijärjestelmässä. UNPARALLELED Groupilla on täydellinen valikoima kansainvälisiä sertifiointeja, ja se toimittaa integroituja graniittityöpöytiä, poikkipalkkeja ja pylväitä luodakseen vakaat metrologiset vertailuarvot huippuluokan koordinaattimittauskoneille, mikä takaa toistuvien lyhytjaksoisten mittausten johdonmukaisuuden ja jatkuvan toistettavuuden vuosien käytön jälkeen.