座標測定機（CMM）は柔軟性の高い測定装置であり、従来の品質管理ラボでの使用に加え、近年では過酷な環境下における製造現場の生産を直接サポートするなど、製造環境において様々な役割を担ってきました。CMMエンコーダスケールの熱挙動は、その役割と用途において重要な考慮事項となります。
Renishaw が最近公開した記事では、フローティング エンコーダ スケールとマスタリング エンコーダ スケールの取り付け手法について説明しています。
エンコーダスケールは、実質的には取り付け基板から熱的に独立している（フローティング）か、基板に熱的に依存している（マスタリング）かのいずれかです。フローティングスケールはスケール材質の熱特性に応じて伸縮しますが、マスタリングスケールは下地の基板と同じ速度で伸縮します。計測スケールの取り付け技術は、様々な計測アプリケーションに様々な利点をもたらします。レニショーの記事では、マスタリングスケールが実験用機械に適したソリューションとなる事例を紹介しています。
CMM は、品質管理プロセスの一環として、エンジン ブロックやジェット エンジン ブレードなどの高精度の機械加工部品の 3 次元測定データを取得するために使用されます。座標測定機には、ブリッジ型、カンチレバー型、ガントリー型、水平アーム型の 4 つの基本的なタイプがあります。ブリッジ型 CMM が最も一般的です。CMM ブリッジ設計では、Z 軸クイルがブリッジに沿って移動するキャリッジに取り付けられています。ブリッジは、Y 軸方向の 2 つのガイド ウェイに沿って駆動されます。モーターがブリッジの一方の肩を駆動し、反対側の肩は従来駆動されません。ブリッジ構造は通常、空気静圧ベアリングでガイド / 支持されています。キャリッジ (X 軸) とクイル (Z 軸) は、ベルト、ネジ、またはリニア モーターで駆動できます。CMM は、コントローラで補正するのが難しい非再現性エラーを最小限に抑えるように設計されています。
高性能CMMは、高熱容量の花崗岩製ベッドと剛性の高いガントリー/ブリッジ構造で構成され、低慣性クイルに取り付けられたセンサーでワークピースの形状を測定します。生成されたデータは、部品が所定の公差を満たしていることを確認するために使用されます。大型機械では数メートルにも及ぶこともあるX、Y、Z軸には、それぞれ高精度リニアエンコーダが搭載されています。
空調設備の整った室内（平均温度 20 ± 2 °C）で稼働する典型的な花崗岩製ブリッジ型 CMM では、室温が 1 時間に 3 回変動するため、高熱質量の花崗岩は平均温度 20 °C を一定に維持できます。各 CMM 軸に取り付けられたフローティング リニア ステンレス スチール エンコーダは、花崗岩基板からほぼ独立しており、高い熱伝導性と低熱質量（花崗岩テーブルの熱質量よりも大幅に低い）により、気温の変化に迅速に反応します。これにより、典型的な 3 m 軸におけるスケールの最大伸縮は約 60 µm になります。この伸縮は大きな測定誤差を生じさせる可能性があり、時間とともに変化する性質上、補正が困難です。
この場合、基板マスタリングスケールが最適な選択肢です。マスタリングスケールは花崗岩基板の熱膨張係数（CTE）に応じてのみ膨張するため、気温の小さな変動に対してはほとんど変化しません。長期的な温度変化も考慮する必要があり、これは高熱質量基板の平均温度に影響を与えます。コントローラはエンコーダスケールの熱挙動を考慮せずに、機械の熱挙動のみを補正すればよいため、温度補正は簡単です。
まとめると、基板マスタスケールを備えたエンコーダシステムは、低熱膨張率（CTE）/高熱質量基板を備えた高精度CMMや、高度な計測性能が求められるその他のアプリケーションに最適なソリューションです。マスタスケールの利点としては、熱補正システムの簡素化、そして例えば機械設置環境における気温変化などに起因する非繰り返し測定誤差の低減が挙げられます。
投稿日時: 2021年12月25日