في القياسات البُعدية الدقيقة، تُعدّ درجة الحرارة من أكثر العوامل شيوعًا، ومع ذلك يسهل إغفالها، والتي تؤثر على نتائج القياس. تُحدد جميع المعايير البُعدية عند درجة حرارة مرجعية تبلغ 20 درجة مئوية، ولكن بيئات الإنتاج الفعلية غالبًا ما تعجز عن الحفاظ على هذه الظروف باستمرار، مما يُؤدي إلى انحرافات في القياس لا يُمكن تجاهلها في الفحص الدقيق.
1. الاختلافات في معامل التمدد الحراري الخطي
تتأثر المواد المختلفة بتغيرات درجة الحرارة بدرجات متفاوتة، مع وجود اختلافات كبيرة في معاملات التمدد الحراري الخطي. تتراوح هذه المعاملات تقريبًا للمواد الشائعة كما يلي: سبائك الألومنيوم حوالي 23 × 10⁻⁶/°م، والفولاذ حوالي 11 × 10⁻⁶/°م، وسبائك النحاس حوالي 17 × 10⁻⁶/°م. معامل تمدد سبائك الألومنيوم ضعف معامل تمدد الفولاذ تقريبًا، مما يعني أنه عند نفس تغير درجة الحرارة، يكون التغير في أبعاد قطعة عمل مصنوعة من الألومنيوم ضعف التغير في أبعاد قطعة عمل مصنوعة من الفولاذ.
كمثال، عند قياس قطعة عمل من الألومنيوم بقياس 100 مم، وعندما تنحرف درجة حرارة بيئة القياس عن القيمة القياسية البالغة 20 درجة مئوية بمقدار 5 درجات مئوية، يكون التغير في الأبعاد تقريبًا: 100 مم × 23 × 10⁻⁶/°م × 5°م = 0.0115 مم. بالنسبة لقطع العمل الدقيقة ذات التفاوتات المسموح بها في حدود ±0.01 مم، يتجاوز التغير في الأبعاد الناتج عن درجة الحرارة وحدها نطاق التفاوت المسموح به بالكامل. إذا لم يتم التحكم في درجة الحرارة أو تعويضها أثناء القياس، تفقد النتائج أهميتها في تحديد اجتياز الاختبار أو فشله.
2. الانحراف الحراري للجهاز نفسه
إلى جانب التغيرات في أبعاد قطعة العمل، تُظهر آلة قياس الفيديو نفسها انحرافًا حراريًا. فبعد التشغيل، تؤدي الحرارة المتولدة من مصدر الضوء ومحركات التشغيل والمكونات الأخرى إلى رفع درجة حرارة العناصر الهيكلية، بما في ذلك عمود المحور Z والمقياس الخطي وأسطوانة العدسة، مما يُسبب تشوهًا حراريًا. وبالتحديد: يتمدد عمود المحور Z محوريًا عند تسخينه، مما يؤثر بشكل مباشر على موضع مستوى التركيز البؤري وبيانات قياس المحور Z؛ ويؤدي التمدد الحراري للمقياس الخطي إلى تغيير تباعد تدريجاته، مما يؤثر على دقة قراءة الإحداثيات؛ وقد يتسبب التشوه الحراري لأسطوانة العدسة في تغييرات طفيفة في التكبير والبعد البؤري.
يؤدي التأثير المُجتمع لظواهر الانحراف الحراري هذه إلى اختلاف نتائج قياس نفس قطعة العمل عند تشغيلها مباشرةً مقارنةً بقياسها بعد فترة من التشغيل. لذا، ينبغي تسخين الجهاز جيدًا قبل إجراء القياس الرسمي لضمان وصول جميع مكوناته إلى حالة التوازن الحراري. يعتمد وقت التسخين المطلوب على بنية الجهاز والظروف البيئية؛ ويُوصى عمومًا بفترة استقرار لا تقل عن 30 دقيقة بعد التشغيل، وذلك وفقًا لمتطلبات دليل تشغيل الجهاز.
3. توازن درجة حرارة قطعة العمل
يُعدّ ضبط درجة حرارة قطعة العمل لتتماشى مع درجة حرارة البيئة المحيطة أمرًا بالغ الأهمية. فقد تكون قطعة العمل التي أُخرجت للتو من آلة التشغيل أكثر سخونة من درجة حرارة البيئة المحيطة (بسبب حرارة القطع) أو أقل سخونة (بسبب سائل التبريد المتبقي). وإذا وُضعت هذه القطعة مباشرةً على منصة القياس للفحص، فستستمر في التعرّض لتغيرات في درجة الحرارة والأبعاد أثناء القياس، مما يؤدي إلى نتائج غير مستقرة.
تتمثل الممارسة الصحيحة في وضع قطعة العمل في بيئة الفحص لفترة كافية قبل القياس، مما يسمح لدرجة حرارتها بالوصول إلى حالة التوازن الحراري الكامل مع درجة حرارة المحيط. بالنسبة للمواد ذات معاملات التمدد الحراري العالية، مثل سبائك الألومنيوم، يجب تمديد فترة التوازن الحراري تبعًا لذلك. ويمكن تحديد كفاية التوازن الحراري بقياس الفرق بين درجة حرارة سطح قطعة العمل ودرجة حرارة المحيط باستخدام مقياس حرارة تلامسي.
4. التحكم في درجة الحرارة للقياس الدفعي
لقياس نفس دفعة قطع العمل، ينبغي إجراء القياسات في ظل نفس ظروف درجة الحرارة المحيطة كلما أمكن ذلك. إذا تم قياس جزء من الدفعة صباحًا وجزء آخر مساءً، مع اختلاف درجات الحرارة المحيطة بين الجلستين، فسيحدث انحراف منتظم في درجة الحرارة بين مجموعتي البيانات، مما يؤثر على اتساق البيانات وقابليتها للمقارنة داخل الدفعة الواحدة.
حيثما تسمح الظروف، ينبغي تجهيز منطقة الفحص بأجهزة للتحكم في درجة الحرارة للحفاظ على درجة الحرارة المحيطة قريبة من 20 درجة مئوية والحد من تذبذبها. في حالات القياس عالية الدقة، يجب ضبط تذبذب درجة الحرارة المحيطة ضمن نطاق ±1 درجة مئوية. تدعم بعض الأجهزة وظائف تعويض درجة الحرارة، باستخدام مجسات حرارة لجمع بيانات درجة الحرارة المحيطة في الوقت الفعلي وتطبيق تصحيحات برمجية على نتائج القياس. مع ذلك، تعتمد دقة هذا التعويض على مدى تمثيلية بيانات درجة الحرارة المجمعة واكتمال نموذج التعويض.
5. الخصائص الحرارية للمواد الإنشائية
يؤثر اختيار مادة الهيكل الأساسي للجهاز على استقرار درجة الحرارة على المدى الطويل. يتميز الجرانيت بمعامل تمدد حراري خطي منخفض ومتجانس (حوالي 4-8 × 10⁻⁶/°م)، ولا يُظهر مشاكل تخفيف الإجهاد الموجودة في المعادن، مما يوفر استقرارًا بُعديًا فائقًا على المدى الطويل مقارنةً بالحديد الزهر. يستخدم جهاز JATEN JTDIM-200 هيكلًا من الجرانيت كقاعدة للجهاز (يُشار إليه على الموقع الرسمي بـ "هيكل جرانيتي مستقر")، بالإضافة إلى مقاييس خطية دقيقة، مما يُساعد على تقليل تأثير التشوه الحراري الهيكلي على دقة القياس في بيئات الفحص القياسية.
باختصار، يُعدّ التحكم في درجة الحرارة شرطًا أساسيًا لضمان دقة قياس الصور. وتشمل الممارسات القياسية ما يلي: الحفاظ على درجة حرارة بيئة الفحص مستقرة، وتسخين الجهاز حتى يصل إلى حالة التوازن الحراري بعد التشغيل، والسماح بدرجة حرارة قطعة العمل بالوصول إلى حالة التوازن الحراري الكافية قبل القياس، وإجراء قياسات الدفعة نفسها في ظل ظروف متطابقة، وتفعيل تعويض درجة الحرارة عند الضرورة.
https://www.jatentech.com/product/jtdim-200-video-measuring-system