Una base de màquina de granit és sovint la base tranquil·la darrere d'una mesura fiable. En una màquina de mesura de coordenades, un sistema d'inspecció òptica, una plataforma de mesura de visió-o una màquina de metrologia basada en làser-, els sensors i el programari poden rebre la major part de l'atenció. Tanmateix, l'estructura de referència mecànica que hi ha sota d'ells té una influència directa en la precisió geomètrica, la repetibilitat, el comportament de la vibració i l'estabilitat-a llarg termini.
El granit de precisió s'utilitza àmpliament en màquines de mesura òptiques i CMM perquè pot proporcionar una base estable, rígida, resistent a la corrosió, no{{1}magnètica i mecanitzable de precisió. Quan es selecciona, es fabrica, es recolza i s'inspecciona correctament, una base de granit ajuda els constructors d'equips a crear superfícies de referència fiables per a guies, taules de treball, sondes, càmeres, òptiques, motors lineals, sistemes de codificació i accessoris.
UNPARALLELED® fabrica components de granit de precisió,Estructures de base de granit CMM, bases de metrologia de granit, conjunts de coixinets-d'aire de granit i solucions personalitzades de bases de màquines de granit per a fabricants d'equips-de gamma alta. Aquest article explica per què el granit s'utilitza en equips de mesura de precisió i què haurien de tenir en compte els enginyers a l'hora de seleccionar una estructura de granit.
Una màquina de mesura només és tan estable com la seva referència
Un CMM mesura la geometria d'una peça mitjançant l'establiment de coordenades en l'espai tridimensional. Una màquina de mesura òptica es basa en relacions estables entre la càmera, la lent, la font de llum, l'escenari, la peça de treball i el programari de mesura. En ambdós casos, la base estructural ajuda a definir el marc físic de referència.
Si la base canvia de forma sota càrrega, reacciona ràpidament als canvis de temperatura, transmet vibracions del terra o permet que les guies es moguin entre si, la màquina pot experimentar variacions de mesura. L'efecte pot ser petit en una aplicació general de taller, però esdevé cada cop més important a mesura que les toleràncies de mesura es fan més ajustades.
Una CMM pot mesurar la longitud, l'amplada, la profunditat, la ubicació, la forma i altres característiques geomètriques d'una peça mitjançant un mesurament basat en coordenades-. En l'ús pràctic, la precisió del resultat depèn de tot el sistema de mesura: el rendiment de la sonda, la retroalimentació de l'escala, la compensació del programari, el control ambiental, el disseny de l'aparell, el mètode de l'operador i l'estabilitat de la referència estructural de la màquina.
Per aquest motiu, una base de màquina de granit s'ha de tractar com un component de precisió-no només com un suport pesat.
Per què el granit funciona bé en metrologia de precisió
El granit té una llarga trajectòria en metrologia perquè combina propietats dels materials que són útils per a referències de mesura estables. Es pot processar en superfícies de referència planes, rectes, paral·leles i perpendiculars, i després utilitzar-se com a base per a sistemes de mesura mecànics i òptics.
| Característica del granit | Rellevància per a CMM i equips òptics | Benefici d'enginyeria |
|---|---|---|
| Estabilitat dimensional | La base ha de conservar la geometria crítica al llarg del temps | Ajuda a mantenir la relació entre eixos, accessoris i sensors |
| Menor expansió tèrmica que l'acer | El canvi de temperatura pot alterar la geometria de la màquina | Ajuda a reduir la resposta estructural a canvis ambientals moderats |
| Baixa conductivitat tèrmica | Les pertorbacions de temperatura no es propaguen tan ràpidament com en molts metalls | Admet un comportament tèrmic més gradual en entorns controlats |
| Amortiment natural de vibracions | La vibració generada-l'entorn i la màquina pot alterar el mesurament | Ajuda a reduir el moviment transmès i el soroll de mesura |
| Alta rigidesa i massa | La base suporta guies, escenaris, taules de treball i estructures mòbils | Proporciona un camí de càrrega estable per a muntatges de precisió |
| Resistència a la corrosió | Els equips d'inspecció poden funcionar durant anys en espais controlats | Evita molts problemes de protecció-de corrosió associats a estructures metàl·liques |
| Comportament no-magnètic | Alguns sensors i sistemes de mesura són sensibles a la influència magnètica | Pot ser beneficiós quan s'ha de minimitzar la interferència magnètica |
| Mecanització de precisió | Les cares crítiques requereixen una geometria controlada | Admet superfícies, insercions, rails i interfícies de dades solapades i de terra |
Una font d'enginyeria de precisió-alemanya descriu que el granit té una expansió tèrmica relativament baixa i una conductivitat tèrmica baixa en comparació amb l'acer, així com un bon amortiment de vibracions i lliure de tensions residuals. Aquestes propietats es troben entre les raons per les quals s'utilitza el granit en aplicacions de mesura de coordenades i guia de precisió.
Això no vol dir que el granit elimina totes les fonts d'error de mesura. El sistema complet encara requereix una correcta gestió tèrmica, calibratge, disseny de suport, aïllament, alineació d'eixos, control de retroalimentació i planificació de la inspecció. El granit és valuós perquè proporciona una plataforma estable sobre la qual poden treballar aquests altres sistemes de precisió.
El paper del granit en les estructures CMM
Una base de granit CMM suporta habitualment la peça que es mesura, el sistema de fixació i l'estructura mòbil de la màquina. Depenent de l'arquitectura del CMM, el granit es pot utilitzar per a la taula, el suport del pont, la referència de la guia, la base de la columna o un conjunt estructural integrat.
La base ha de romandre geomètricament fiable mentre es transporten peces de treball, accessoris i elements de la màquina en moviment. Pot incloure superfícies de terra de precisió-, insercions roscades, forats de muntatge, casquilles, guies de coixinets d'aire-, funcions d'encaminament de cables- i interfícies de dades per al muntatge.
UNPARALLELED® ofereix components de granit dissenyats per a màquines de mesura de coordenades. La informació existent del producte CMM identifica la base de granit com un component estructural destinat a suportar la mesura de CMM d'alta-precisió, amb rigidesa, comportament d'amortització-de vibracions i mecanització entre els avantatges del material descrits.
Per a un fabricant de CMM, la base de granit pot realitzar diverses funcions alhora:
- Estableix el pla de mesura primari de la peça.
- Admet plaques de fixació, pinces, nius o sistemes modulars de suport de treball.
- Proporciona superfícies de muntatge controlades per a guies i elements estructurals.
- Ajuda a transportar càrregues estàtiques i dinàmiques des del pont mòbil o del pòrtic.
- Proporciona una referència estable durant la calibració de la màquina i les proves d'acceptació.
- Admet el muntatge repetible quan la màquina es transporta, es repara o s'actualitza.
Per tant, una base de granit CMM ben dissenyada-forma part del bucle de geometria de la màquina. La seva importància augmenta a mesura que s'amplia el rang de mesura de la màquina, a mesura que les toleràncies es fan més ajustades o com l'equip ha de funcionar amb una alta repetibilitat en cicles de producció llargs.
Per què les màquines de mesura òptica necessiten una base estable
Les màquines de mesura òptica poden inspeccionar components sense contacte físic. Poden utilitzar càmeres, lents telecèntriques, llum estructurada, sensors làser, microscopis, interferòmetres o altres sistemes òptics per mesurar vores, perfils, característiques superficials i geometria de les peces.
Tot i que la mesura no és-per contacte, no és independent de la mecànica. El camí òptic depèn de les relacions controlades entre la lent, la font d'il·luminació, el sensor, la peça de treball i l'etapa de moviment. Un petit canvi en la geometria de la base pot afectar l'enfocament, la posició de la imatge, l'alineació de l'escenari o la relació entre diversos eixos de mesura.
Una base de metrologia de granit pot ajudar els constructors d'equips a crear interfícies de muntatge estables per a:
- Conjunts de càmera i lents
- Mòduls d'il·luminació i retroil·luminació
- Sensors òptics i capçals làser
- Etapes XY de precisió
- Taules giratòries i accessoris de peces de treball
- Escales lineals i sistemes codificadors
- Guies de moviment i coixinets d'aire
- Mòduls de sonda o enfocament automàtic
En un sistema d'inspecció òptica, el requisit més important pot no ser la massa total de la base. En canvi, pot ser l'estabilitat de la superfície de treball sota la càmera, la rectitud de la cara de muntatge d'una guia-, el paral·lelisme entre eixos de moviment o la repetibilitat d'una dada de fixació.
És per això que els enginyers haurien d'identificar les superfícies crítiques aviat. Una gran estructura de granit no necessita la mateixa tolerància a totes les superfícies. L'esforç de rectificat i inspecció de precisió s'ha de concentrar en les cares que influeixen directament en el camí òptic, el moviment de l'escenari, les dades de referència i el resultat final de la mesura.
Exemple: Base de granit per a un sistema d'inspecció òptica
Penseu en un fabricant d'equips que dissenya una màquina d'inspecció òptica automatitzada per a components electrònics de precisió. La màquina inclou un sistema de càmeres, lent telecèntrica, il·luminació programable, una etapa XY de motor lineal-, un mòdul d'enfocament de l'eix Z-, retroalimentació del codificador i un dispositiu de buit per subjectar les peces.
L'equip ha d'escanejar un panell gran mantenint una qualitat d'imatge estable i una precisió de posició constant. L'equip d'enginyers especifica una base de màquina de granit personalitzada amb una àrea de treball de 2.500 mm per 1.500 mm.
L'estructura de granit pot requerir:
- Superfícies de muntatge a terra per a guies lineals dobles
- Cares de referència per a components motors-lineals
- Insercions roscades per a càmeres, il·luminació i muntatges de protecció
- Una interfície plana i estable per a una taula de treball al buit
- Canals de gestió-per cable i funcions d'accés-de serveis
- Dades definides per a la instal·lació de l'escala del codificador
- Interfícies per a peus anivellants o suports d'aïllament-de vibracions
- Planitud controlada, rectitud, paral·lelisme i perpendicularitat en superfícies crítiques
A primera vista, pot semblar que es tracta d'una simple plataforma de granit. En realitat, és un component de muntatge de precisió que ha de coordinar els requisits estructurals, de moviment, òptics, elèctrics, tèrmics i d'instal·lació.
El client ha de proporcionar el dibuix base, el model 3D, l'espaiat entre els carrils, la massa en moviment, el perfil d'acceleració, la càrrega admissible, les toleràncies crítiques, les ubicacions de suport, la temperatura operativa prevista, els requisits de neteja i les expectatives-de l'informe d'inspecció. Amb aquesta informació, el proveïdor pot avaluar si la geometria, la disposició de la inserció, la selecció del material, el procés de fabricació i el pla d'inspecció són adequats.
Granit en comparació amb estructures metàl·liques de màquines
El ferro colat, l'acer soldat, l'alumini, la fosa mineral, la ceràmica i el granit es poden utilitzar en equips de precisió. No hi ha un "millor" material universal. L'elecció adequada depèn del cas de càrrega, l'entorn operatiu, la precisió de l'objectiu, les condicions tèrmiques, el mètode de fabricació, l'arquitectura de moviment, l'objectiu de cost i el cicle de vida de la màquina.
Tanmateix, el granit sovint és una opció atractiva per a equips de metrologia òptica i CMM perquè ofereix una combinació de geometria estable, amortiment natural, resistència a la corrosió i capacitat de superfície de referència-lapada.
| Consideració de disseny | Granit de precisió | Estructura metàl·lica típica |
|---|---|---|
| Estrès intern | La pedra envellida naturalment no té cap tensió residual de fosa o soldadura de la fabricació | Els metalls fosos, soldats o mecanitzats poden requerir processos d'alleujament-de tensió |
| Comportament a la corrosió | No requereix recobriment anticorrosió convencional | L'acer i el ferro colat solen requerir protecció contra la corrosió |
| Comportament de vibració | Ofereix un amortiment natural útil | Pot requerir mesures d'amortiment addicionals segons el disseny |
| Resposta tèrmica | Generalment menor expansió i transferència de calor més lenta que l'acer | Sovint reacciona més ràpidament a les variacions de temperatura |
| Interfícies de precisió | Es pot mòlt i lligat; es poden integrar insercions | Es pot mecanitzar amb precisió, però pot requerir l'alleujament-d'estrès i el control de la corrosió |
| Reparació i modificació | Requereix mecanitzat especialitzat del granit i treballs d'inserció | Els canvis de soldadura i mecanitzat poden ser més accessibles, depenent del disseny |
| Aplicacions adequades | CMM, metrologia òptica, inspecció, plataformes de semiconductors i moviment estable | Ampliament adequat per a màquines-eina, automatització, marcs estructurals i sistemes dinàmics |
El granit no és automàticament millor en totes les aplicacions. Una màquina amb altes càrregues de xoc, forces de tall altament dinàmiques, modificacions estructurals freqüents o geometria de soldadura complexa pot requerir una altra solució. La decisió d'enginyeria més forta prové d'avaluar tot el sistema de la màquina, en lloc de seleccionar material d'una sola propietat.
Matèria de fabricació, inspecció i integració
Una estructura de granit només és tan fiable com el procés utilitzat per fabricar-la i verificar-la. El proveïdor hauria de poder discutir la selecció del material, la manipulació dels components, la seqüència de mecanitzat, el rectificat de precisió, la lligadura, la instal·lació d'inserts, el mètode d'inspecció, la traçabilitat de calibratge, la capacitat de muntatge, l'embalatge i l'enviament.
UNPARALLELED® té la seu a Jinan, Xina, amb un accés còmode al port de Qingdao. L'empresa opera dues fàbriques amb un total d'aproximadament 200.000 m² i una àrea d'emmagatzematge de pedra crua-dedicada d'aproximadament 20.000 m².
Per a components de gran precisió, UNPARALLELED® afirma que pot suportar peces individuals de fins a aproximadament 100 tones, 20 m de longitud, 4.000 mm d'amplada i 1.000 mm de gruix, subjecte als requisits de disseny i producció. Les seves àrees de producció i inspecció amb clima-controlat i humitat-controlada inclouen un entorn de muntatge net dedicat per a muntatges de granit de precisió.
La capacitat d'inspecció inclou equips de Mahr, Mitutoyo, WYLER, Renishaw i altres proveïdors reconeguts, amb el suport de la traçabilitat de calibratge. Aquests recursos són importants quan un component de granit s'ha de lliurar amb requisits documentats de planitud, rectitud, perpendicularitat, paral·lelisme, ubicació d'inserció o-superfície de muntatge.
El procés de selecció també ha d'incloure qüestions pràctiques:
- Quines superfícies tenen una funció-crítica?
- Quines referències de referència controlen el muntatge acabat?
- Com es suportarà l'estructura de granit durant el mecanitzat, l'enviament i la instal·lació?
- Quin informe d'inspecció es requereix per a l'acceptació?
- El proveïdor muntarà guies, motors, coixinets d'aire, òptiques o accessoris?
- Com es protegirà l'estructura acabada de l'impacte i la contaminació durant el transport?
Sol·liciteu una solució de metrologia de granit personalitzada
En una màquina de mesurament òptica o CMM, la base de granit no és un maquinari de fons. És la referència mecànica que ajuda a la màquina a preservar l'alineació, la repetibilitat i la confiança en els seus resultats de mesura.
UNPARALLELED® subministra components de granit de precisió personalitzats, estructures de base de granit CMM, bases de metrologia de granit, plaques de superfície de granit, conjunts de coixinets d'aire-de granit i solucions de grans bases de màquines de granit per a equips d'automatització de semiconductors, metrologia, làser, òptica-i{2}de gamma alta.
La nostra política de qualitat és senzilla: "El negoci de precisió mai pot ser massa exigent". El nostre compromís amb els clients és igualment directe: "Sense trampa. Sense ocultació. Sense engany".
Per sol·licitar una avaluació tècnica o un pressupost personalitzat, envieu els vostres dibuixos, toleràncies, dimensions, condicions de càrrega, requisits de guia o moviment, condicions ambientals, requisits d'inspecció i detalls de l'aplicació. El nostre equip d'enginyers pot revisar el vostre projecte i recomanar una estructura de granit de precisió dissenyada al voltant dels requisits reals de la vostra màquina.