В области точного контроля размеров видеоизмерительная машина (ВИММ), как типичное бесконтактное оптическое измерительное устройство, полагается не только на свою оптическую систему и программное обеспечение для измерений, но и в значительной степени на долговременную стабильность своей механической конструкции. В практических приложениях, даже когда видеоизмерительные машины имеют идентичные оптические конфигурации и принципы измерения, заметные различия в согласованности и повторяемости измерений могут проявляться даже после многих лет непрерывной эксплуатации. Такие различия редко вызваны кратковременными проблемами калибровки, а скорее кумулятивным воздействием механических структурных особенностей с течением времени.
Среди различных конструктивных решений портальная конструкция (портальный тип) широко применяется в видеоизмерительных машинах среднего и большого размера, а также в промышленном оптическом измерительном оборудовании. Ее преимущества заключаются не в каких-либо конкретных характеристиках, а в управляемости изменения погрешностей и стабильности работы системы в течение длительного времени эксплуатации.
Симметричное распределение нагрузки и согласованность измерений
Отличительной чертой портальных видеоизмерительных машин является симметричное расположение системы перемещения по обеим сторонам рабочего стола. Направляющие по оси X, приводные системы и несущие элементы распределены с левой и правой сторон, что позволяет сбалансировать рабочие нагрузки внутри конструкции. При такой конфигурации деформация конструкции, как правило, проявляется в виде равномерного и незначительного глобального прогиба, а не локального скручивания или неравномерной деформации, обычно наблюдаемой в конструкциях с односторонней опорой.
С точки зрения измерений, глобальные микродеформации приводят к непрерывным и предсказуемым геометрическим изменениям с ограниченным влиянием на повторяемость измерений. В отличие от этого, асимметричное кручение вносит угловые ошибки, которые изменяют относительное соотношение между оптической осью и плоскостью измерения. Такие ошибки часто трудно обнаружить при кратковременном тестировании, но при длительном использовании они могут проявляться в виде снижения согласованности измерений в разных областях. Симметричное распределение нагрузки эффективно замедляет накопление этих необратимых ошибок.
Превышение жесткости на кручение над жесткостью на изгиб
При проектировании видеоизмерительной машины жесткость на изгиб часто рассматривается более интуитивно. Однако в реальных процессах измерения крутящие нагрузки, как правило, оказывают более прямое влияние на результаты измерений. Во время скоординированных перемещений по осям X и Y даже минимальная деформация кручения может вызвать угловое отклонение системы координат измерения, влияя на точность обнаружения границ и стабильность расчета размеров.
Портальная конструкция образует относительно замкнутый механический контур через свою поперечную балку и двойные колонны, распределяя крутящие нагрузки по нескольким путям приложения нагрузки. Это сопротивление кручению особенно важно для видеоизмерительных машин с большим ходом. По мере увеличения диапазона измерений конструкции с недостаточной жесткостью на кручение с большей вероятностью будут демонстрировать зависящие от положения погрешности измерений, в то время как портальные конструкции лучше подходят для поддержания геометрической стабильности во всем диапазоне измерений.
Распределение центра тяжести и характеристики износа
В портальных видеоизмерительных машинах измерительная головка, объектив и камера обычно располагаются вблизи центра поперечной балки, что приводит к минимальным изменениям центра тяжести системы во время движения. Хотя такая конфигурация напрямую не повышает какой-либо конкретный параметр точности, она оказывает существенное долговременное влияние на характеристики износа направляющих систем и компонентов линейного привода.
Благодаря стабильному центру тяжести нагрузки, приложенные к направляющим, распределяются более равномерно, а колебания нагрузок в системе привода уменьшаются. В результате износ становится более равномерным, замедляя рост геометрических погрешностей с течением времени. Это облегчает видеоизмерительной машине поддержание повторяемости измерений посредством периодической калибровки. И наоборот, конструкции с большими смещениями центра тяжести более подвержены локальному износу, что увеличивает сложность технического обслуживания и калибровки по мере увеличения срока службы.
Предсказуемость термической деформации
В реальных условиях эксплуатации видеоизмерительные машины и другое оптическое измерительное оборудование неизбежно подвержены влиянию колебаний температуры окружающей среды и внутреннего тепловыделения. Критически важным является не то, происходит ли термическая деформация, а то, следует ли эта деформация предсказуемой закономерности.
Благодаря своей симметричной конструкции, портальная система обычно демонстрирует равномерное линейное расширение или сжатие под воздействием тепла, что приводит к постоянным изменениям в системе координат измерения. Эта предсказуемость обеспечивает надежную основу для учета несущих конструкций и программной компенсации. В условиях промышленного контроля такие характеристики особенно важны. Напротив, асимметричные конструкции с большей вероятностью подвержены локальному искривлению или угловым изменениям при воздействии температурных колебаний, что вносит дополнительную неопределенность в долговременную стабильность измерений.
Инженерное значение выбора конструкции
С инженерной точки зрения, механическая конструкция видеоизмерительной машины проектируется не только для обеспечения высокой жесткости или высокой скорости. Вместо этого она должна обеспечивать баланс между структурной устойчивостью, характером развития ошибок и возможностью долговременного обслуживания. Ценность портальной конструкции заключается не в краткосрочных данных испытаний, а в стабильном поведении измерительной системы с течением времени.
Для применений, требующих длительной непрерывной работы и высокой точности измерений, оптическое измерительное оборудование с симметричной конструкцией и высокой жесткостью на кручение, такое как портальные видеоизмерительные машины, обеспечивает явное преимущество в поддержании стабильных характеристик измерений. Это является основной причиной, по которой портальные конструкции продолжают широко использоваться в приложениях для точных измерений и контроля качества.
https://www.jatentech.com/products/video-measuring-machine
https://www.jatentech.com/product/video-measuring-machine-jtdmv