В точном измерении размеров температура является одним из наиболее распространенных, но часто упускаемых из виду факторов, влияющих на результаты измерений. Все эталонные размеры определены при эталонной температуре 20 °C, но в реальных производственных условиях часто невозможно постоянно поддерживать это условие, что приводит к отклонениям в измерениях, которые нельзя игнорировать при точном контроле.
1. Различия в коэффициенте линейного теплового расширения
Различные материалы в разной степени подвержены влиянию изменений температуры, что приводит к значительным различиям в коэффициентах линейного теплового расширения. Приблизительные диапазоны для распространенных материалов составляют: алюминиевый сплав — примерно 23×10⁻⁶/°C, сталь — примерно 11×10⁻⁶/°C, медный сплав — примерно 17×10⁻⁶/°C. Коэффициент теплового расширения алюминиевого сплава примерно вдвое выше, чем у стали, а это значит, что при одинаковом изменении температуры изменение размеров алюминиевой заготовки вдвое больше, чем стальной.
Рассмотрим в качестве примера алюминиевую заготовку диаметром 100 мм: когда температура окружающей среды при измерении отклоняется от стандартных 20 °C на 5 °C, изменение размеров составляет приблизительно: 100 мм × 23 × 10⁻⁶/°C × 5 °C = 0,0115 мм. Для прецизионных заготовок с допусками ±0,01 мм изменение размеров, вызванное только температурой, уже превышает весь диапазон допусков. Если температура не контролируется или не компенсируется во время измерения, результаты теряют свою значимость для определения соответствия/несоответствия требованиям.
2. Тепловой дрейф самого прибора.
Помимо изменения размеров обрабатываемой детали, сам видеоизмерительный прибор также подвержен тепловому дрейфу. После включения питания тепло, выделяемое источником света, приводными двигателями и другими компонентами, повышает температуру конструктивных элементов, включая колонну оси Z, линейную шкалу и корпус объектива, вызывая тепловую деформацию. В частности: колонна оси Z расширяется в осевом направлении при нагреве, непосредственно влияя на положение фокальной плоскости и точку измерения по оси Z; тепловое расширение линейной шкалы изменяет расстояние между делениями, влияя на точность считывания координат; и тепловая деформация корпуса объектива может вызывать незначительные изменения увеличения и фокусного расстояния.
Совокупный эффект этих явлений теплового дрейфа приводит к тому, что один и тот же образец может давать разные результаты при измерении сразу после включения питания и после периода работы. Поэтому перед проведением измерений прибор следует достаточно прогреть, чтобы все компоненты достигли теплового равновесия. Необходимое время прогрева зависит от конструкции прибора и условий окружающей среды; обычно рекомендуется период стабилизации не менее 30 минут после включения питания, в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации прибора.
3. Температурное равновесие заготовки
Выравнивание температуры заготовки с температурой окружающей среды имеет не меньшее значение. Заготовка, только что снятая с обрабатывающего оборудования, может быть горячее окружающей среды (из-за тепла от резки) или холоднее (из-за остатков охлаждающей жидкости). Если такую заготовку поместить непосредственно на измерительный стол для контроля, она будет продолжать подвергаться температурным и размерным изменениям во время измерения, что приведет к нестабильным результатам.
Правильная практика заключается в том, чтобы поместить заготовку в среду контроля на достаточное время перед измерением, чтобы ее температура полностью выровнялась с температурой окружающей среды. Для материалов с высокими коэффициентами теплового расширения, таких как алюминиевые сплавы, время выравнивания следует соответственно увеличить. Достаточность выравнивания можно определить, измерив разницу между температурой поверхности заготовки и температурой окружающей среды с помощью контактного термометра.
4. Контроль температуры для пакетных измерений
При измерении одной и той же партии заготовок измерения следует проводить, по возможности, при одинаковых температурных условиях окружающей среды. Если часть партии измеряется утром, а другая часть — днем, при разных температурах окружающей среды между двумя сеансами, это приводит к систематическому отклонению температуры между двумя наборами данных, что влияет на согласованность и сопоставимость результатов внутри партии.
Там, где позволяют условия, зона контроля должна быть оборудована средствами контроля температуры для поддержания температуры окружающей среды на уровне около 20 °C и ограничения колебаний температуры. В сценариях высокоточных измерений колебания температуры окружающей среды должны контролироваться в пределах ±1 °C. Некоторые приборы поддерживают функции температурной компенсации, используя датчики температуры для сбора данных о температуре окружающей среды в реальном времени и применяя программные корректировки к результатам измерений. Однако точность такой компенсации зависит от репрезентативности сбора данных о температуре и полноты модели компенсации.
5. Тепловые свойства конструкционных материалов
Выбор материала для базовой конструкции прибора оказывает долговременное влияние на температурную стабильность. Гранит имеет низкий и равномерный коэффициент линейного теплового расширения (приблизительно 4–8×10⁻⁶/°C) и не проявляет проблем, связанных с разгрузкой напряжений, характерных для металлов, что обеспечивает превосходную долговременную стабильность размеров по сравнению с чугуном. В приборе JATEN JTDIM-200 в качестве основания используется гранитная конструкция (на официальном сайте описанная как «стабильная гранитная конструкция») в сочетании с прецизионными линейными шкалами, что помогает снизить влияние структурной термической деформации на точность измерений в стандартных условиях контроля.
В заключение следует отметить, что контроль температуры является фундаментальным условием обеспечения точности измерения изображений. Стандартные методы включают: поддержание стабильной температуры окружающей среды при проведении измерений, прогрев прибора до достижения теплового равновесия после включения питания, обеспечение достаточного температурного равновесия обрабатываемой детали перед измерением, проведение измерений в рамках одной партии в идентичных условиях и включение температурной компенсации при необходимости.
https://www.jatentech.com/product/jtdim-200-video-measuring-system