A base de uma máquina de granito costuma ser a base silenciosa por trás de medições confiáveis. Em uma máquina de medição por coordenadas, sistema de inspeção óptica, plataforma de medição-de visão ou máquina de metrologia-baseada em laser, sensores e software podem receber a maior parte da atenção. No entanto, a estrutura de referência mecânica abaixo deles tem uma influência direta na precisão geométrica, na repetibilidade, no comportamento de vibração e na estabilidade-de longo prazo.
O granito de precisão é amplamente utilizado em CMM e máquinas de medição óptica porque pode fornecer uma base estável, rígida, resistente à corrosão-, não-magnética e usinável com precisão-. Quando adequadamente selecionada, fabricada, suportada e inspecionada, uma base de granito ajuda os fabricantes de equipamentos a criar superfícies de referência confiáveis para guias, mesas de trabalho, sondas, câmeras, ópticas, motores lineares, sistemas de codificadores e acessórios.
UNPARALLELED® fabrica componentes de granito de precisão,Estruturas de base de granito CMM, bases de metrologia de granito, conjuntos de-rolamentos pneumáticos de granito e soluções personalizadas de bases de máquinas de granito para fabricantes de-equipamentos de alta tecnologia. Este artigo explica por que o granito é usado em equipamentos de medição de precisão e o que os engenheiros devem considerar ao selecionar uma estrutura de granito.
Uma máquina de medição é tão estável quanto sua referência
Um CMM mede a geometria de uma peça estabelecendo coordenadas no espaço-tridimensional. Uma máquina de medição óptica depende de relações estáveis entre a câmera, a lente, a fonte de luz, a platina, a peça de trabalho e o software de medição. Em ambos os casos, a base estrutural ajuda a definir o referencial físico.
Se a base mudar de forma sob carga, reagir rapidamente às mudanças de temperatura, transmitir vibração do piso ou permitir que as guias se movam umas em relação às outras, a máquina poderá sofrer variações de medição. O efeito pode ser pequeno numa aplicação geral de oficina, mas torna-se cada vez mais importante à medida que as tolerâncias de medição se tornam mais rigorosas.
Um CMM pode medir comprimento, largura, profundidade, localização, forma e outras características geométricas de uma peça de trabalho por meio de medição-com base em coordenadas. No uso prático, a precisão do resultado depende de todo o sistema de medição: desempenho da sonda, feedback de escala, compensação de software, controle ambiental, projeto de fixação, método do operador e estabilidade da referência estrutural da máquina.
Por esse motivo, a base de uma máquina de granito deve ser tratada como um componente de precisão-e não apenas como um suporte pesado.
Por que o granito funciona bem em metrologia de precisão
O granito tem uma longa história em metrologia porque combina propriedades de materiais que são úteis para referências de medição estáveis. Ele pode ser processado em superfícies de referência planas, retas, paralelas e perpendiculares e, em seguida, usado como base para sistemas de medição mecânica e óptica.
| Característica do Granito | Relevância para CMM e equipamentos ópticos | Benefício de Engenharia |
|---|---|---|
| Estabilidade dimensional | A base deve preservar a geometria crítica ao longo do tempo | Ajuda a manter a relação entre eixos, acessórios e sensores |
| Menor expansão térmica que o aço | A mudança de temperatura pode alterar a geometria da máquina | Ajuda a reduzir a resposta estrutural a mudanças ambientais moderadas |
| Baixa condutividade térmica | As perturbações de temperatura não se propagam tão rapidamente como em muitos metais | Suporta comportamento térmico mais gradual em ambientes controlados |
| Amortecimento natural de vibrações | Vibrações ambientais e{0}}geradas por máquinas podem atrapalhar a medição | Ajuda a reduzir o movimento transmitido e o ruído de medição |
| Alta rigidez e massa | A base suporta guias, estágios, mesas de trabalho e estruturas móveis | Fornece um caminho de carga estável para montagens de precisão |
| Resistência à corrosão | Equipamentos de inspeção podem operar durante anos em espaços controlados | Evita muitos problemas de{0}proteção contra corrosão associados a estruturas metálicas |
| Comportamento não{0}}magnético | Alguns sensores e sistemas de medição são sensíveis à influência magnética | Pode ser benéfico onde a interferência magnética deve ser minimizada |
| Usinabilidade de precisão | Faces críticas requerem geometria controlada | Suporta superfícies de referência lapidadas e retificadas, inserções, trilhos e interfaces |
Uma fonte alemã de-engenharia de precisão descreve o granito como tendo expansão térmica relativamente baixa e baixa condutividade térmica em comparação com o aço, bem como bom amortecimento de vibrações e ausência de tensões residuais. Essas propriedades estão entre as razões pelas quais o granito é usado em aplicações de medição de coordenadas e orientação de precisão.
Isso não significa que o granito elimine todas as fontes de erros de medição. O sistema completo ainda requer gerenciamento térmico correto, calibração, projeto de suporte, isolamento, alinhamento de eixos, controle de feedback e planejamento de inspeção. O granito é valioso porque fornece uma plataforma estável na qual outros sistemas de precisão podem funcionar.
O papel do granito nas estruturas CMM
Uma base de granito CMM normalmente suporta a peça que está sendo medida, o sistema de fixação e a estrutura móvel da máquina. Dependendo da arquitetura do CMM, o granito pode ser utilizado para mesa, suporte de ponte, referência de guia, base de coluna ou montagem estrutural integrada.
A base deve permanecer geometricamente confiável enquanto transporta peças de trabalho, acessórios e elementos móveis da máquina. Ele pode incluir superfícies retificadas-de precisão, inserções roscadas, furos de montagem, buchas, guias de-mancais pneumáticos, recursos de roteamento-de cabos e interfaces de referência para montagem.
UNPARALLELED® oferece componentes de granito projetados para máquinas de medição por coordenadas. As informações existentes do produto CMM identificam a base de granito como um componente estrutural destinado a suportar medições CMM de alta{1}}precisão, com rigidez, comportamento de amortecimento-de vibração e usinabilidade entre os benefícios do material descritos.
Para um fabricante de CMM, a base de granito pode desempenhar diversas funções ao mesmo tempo:
- Estabelece o plano de medição primário para a peça de trabalho.
- Ele suporta placas de fixação, grampos, ninhos ou sistemas modulares de fixação de peças.
- Ele fornece superfícies de montagem controladas para guias e membros estruturais.
- Ajuda a transportar cargas estáticas e dinâmicas da ponte ou pórtico móvel.
- Ele fornece uma referência estável durante a calibração da máquina e testes de aceitação.
- Ele suporta remontagem repetível quando a máquina é transportada, reparada ou atualizada.
Uma base de granito CMM bem{0}}projetada faz, portanto, parte do ciclo geométrico da máquina. Sua importância aumenta à medida que a faixa de medição da máquina se expande, à medida que as tolerâncias se tornam mais restritas ou à medida que o equipamento deve operar com alta repetibilidade durante longos ciclos de produção.
Por que as máquinas de medição óptica precisam de uma base estável
Máquinas de medição óptica podem inspecionar componentes sem contato físico. Eles podem usar câmeras, lentes telecêntricas, luz estruturada, sensores laser, microscópios, interferômetros ou outros sistemas ópticos para medir bordas, perfis, características de superfície e geometria de peças.
Embora a medição não seja de{0}}contato, ela não é independente da mecânica. O caminho óptico depende de relações controladas entre a lente, a fonte de iluminação, o sensor, a peça de trabalho e o estágio de movimento. Uma pequena alteração na geometria base pode afetar o foco, a posição da imagem, o alinhamento do palco ou a relação entre vários eixos de medição.
Uma base metrológica de granito pode ajudar os fabricantes de equipamentos a criar interfaces de montagem estáveis para:
- Conjuntos de câmera e lente
- Módulos de iluminação e retroiluminação
- Sensores ópticos e cabeças laser
- Estágios XY de precisão
- Mesas rotativas e fixadores de peças
- Escalas lineares e sistemas codificadores
- Guias de movimento e rolamentos pneumáticos
- Módulos de sonda ou foco automático
Num sistema de inspeção óptica, o requisito mais importante pode não ser a massa total da base. Em vez disso, pode ser a estabilidade da superfície de trabalho sob a câmera, a retidão de uma face de montagem-de guia, o paralelismo entre eixos de movimento ou a repetibilidade de um dado de fixação.
É por isso que os engenheiros devem identificar antecipadamente as superfícies críticas. Uma grande estrutura de granito não necessita da mesma tolerância em todas as superfícies. O esforço de retificação e inspeção de precisão deve ser concentrado nas faces que influenciam diretamente o caminho óptico, o movimento da platina, os dados de referência e o resultado final da medição.
Exemplo: Base de Granito para Sistema de Inspeção Óptica
Considere um fabricante de equipamentos projetando uma máquina de inspeção óptica automatizada para componentes eletrônicos de precisão. A máquina inclui um sistema de câmera, lente telecêntrica, iluminação programável, um estágio XY do motor-linear, um módulo de foco do eixo-Z, feedback do codificador e um dispositivo de vácuo para segurar as peças.
O equipamento deve digitalizar um painel grande enquanto mantém uma qualidade de imagem estável e uma precisão posicional consistente. A equipe de engenharia especifica uma base de máquina de granito personalizada com uma área de trabalho de 2.500 mm por 1.500 mm.
A estrutura em granito pode exigir:
- Superfícies de montagem no solo para guias lineares duplas
- Faces de referência para componentes de motor-lineares
- Inserções roscadas para conjuntos de câmera, iluminação e proteção
- Uma interface plana e estável para uma mesa de trabalho a vácuo
- Recursos-de gerenciamento de canais e acesso a serviços-a cabo
- Dados definidos para instalação de balança de encoder
- Interfaces para pés niveladores ou suportes para isolamento-de vibração
- Planicidade, retidão, paralelismo e perpendicularidade controlados em superfícies críticas
À primeira vista, pode parecer uma simples plataforma de granito. Na realidade, é um componente de montagem de precisão que deve coordenar os requisitos estruturais, de movimento, ópticos, elétricos, térmicos e de instalação.
O cliente deve fornecer o desenho base, o modelo 3D, o espaçamento dos trilhos, a massa móvel, o perfil de aceleração, a carga permitida, as tolerâncias críticas, os locais de suporte, a temperatura operacional esperada, os requisitos de limpeza e as expectativas do relatório-de inspeção. Com essas informações, o fornecedor pode avaliar se a geometria, a disposição das pastilhas, a seleção do material, o processo de fabricação e o plano de inspeção são adequados.
Granito comparado com estruturas de máquinas metálicas
Ferro fundido, aço soldado, alumínio, fundição mineral, cerâmica e granito podem ser usados em equipamentos de precisão. Não existe um “melhor” material universal. A escolha apropriada depende do caso de carga, ambiente operacional, precisão alvo, condições térmicas, método de fabricação, arquitetura de movimento, custo alvo e ciclo de vida da máquina.
No entanto, o granito costuma ser uma opção atraente para CMM e equipamentos de metrologia óptica porque oferece uma combinação de geometria estável, amortecimento natural, resistência à corrosão e capacidade de superfície-de referência lapidada.
| Consideração de projeto | Granito de Precisão | Estrutura Metálica Típica |
|---|---|---|
| Estresse interno | A pedra naturalmente envelhecida não apresenta tensões residuais de fundição ou soldagem provenientes da fabricação | Metais fundidos, soldados ou usinados podem exigir processos de{0}alívio de tensão |
| Comportamento de corrosão | Não requer revestimento-antiferrugem convencional | Aço e ferro fundido geralmente requerem proteção contra corrosão |
| Comportamento de vibração | Oferece amortecimento natural útil | Pode exigir medidas de amortecimento adicionais dependendo do projeto |
| Resposta térmica | Expansão geralmente menor e transferência de calor mais lenta do que o aço | Muitas vezes reage mais rapidamente à variação de temperatura |
| Interfaces de precisão | Pode ser retificado e lapidado; inserções podem ser integradas | Pode ser usinado com precisão, mas pode exigir alívio de-tensão e controle de corrosão |
| Reparo e modificação | Requer usinagem especializada em granito e trabalho de inserção | As alterações de soldagem e usinagem podem ser mais acessíveis, dependendo do projeto |
| Aplicações adequadas | CMM, metrologia óptica, inspeção, semicondutores e plataformas de movimento estável | Amplamente adequado para máquinas-ferramentas, automação, estruturas estruturais e sistemas dinâmicos |
O granito não é automaticamente melhor em todas as aplicações. Uma máquina com altas cargas de choque, forças de corte altamente dinâmicas, modificações estruturais frequentes ou geometria soldada complexa pode exigir outra solução. A decisão de engenharia mais forte vem da avaliação de todo o sistema da máquina, em vez de selecionar o material de uma única propriedade.
Matéria de Fabricação, Inspeção e Integração
Uma estrutura de granito é tão confiável quanto o processo utilizado para fabricá-la e verificá-la. O fornecedor deve ser capaz de discutir a seleção de materiais, manuseio de componentes, sequência de usinagem, retificação de precisão, lapidação, instalação de pastilhas, método de inspeção, rastreabilidade de calibração, capacidade de montagem, embalagem e envio.
UNPARALLELED® está sediada em Jinan, China, com acesso conveniente ao Porto de Qingdao. A empresa opera duas fábricas totalizando aproximadamente 200.000 m² e uma área dedicada-de armazenamento de pedra bruta de aproximadamente 20.000 m².
Para componentes de grande precisão, UNPARALLELED® afirma que pode suportar peças individuais de até aproximadamente 100 toneladas, 20 m de comprimento, 4.000 mm de largura e 1.000 mm de espessura, sujeito aos requisitos de projeto e produção. Suas áreas de produção e inspeção com controle climático-e umidade-controlada incluem um ambiente de montagem limpo dedicado para montagens de granito de precisão.
A capacidade de inspeção inclui equipamentos da Mahr, Mitutoyo, WYLER, Renishaw e outros fornecedores reconhecidos, apoiada pela rastreabilidade da calibração. Esses recursos são importantes quando um componente de granito deve ser entregue com requisitos documentados de planicidade, retilineidade, perpendicularidade, paralelismo, localização de inserção ou superfície-de montagem.
O processo seletivo também deve incluir questões práticas:
- Quais superfícies são-funcionais essenciais?
- Quais referências de referência controlam a montagem finalizada?
- Como será suportada a estrutura de granito durante a usinagem, transporte e instalação?
- Qual relatório de inspeção é necessário para aceitação?
- As guias, motores, rolamentos pneumáticos, ópticas ou acessórios serão montados pelo fornecedor?
- Como a estrutura acabada será protegida contra impactos e contaminação durante o transporte?
Solicite uma solução personalizada de metrologia de granito
Em uma CMM ou máquina de medição óptica, a base de granito não é um hardware de fundo. É a referência mecânica que ajuda a máquina a preservar o alinhamento, a repetibilidade e a confiança nos resultados de medição.
UNPARALLELED® fornece componentes de granito de precisão personalizados, estruturas de base de granito CMM, bases de metrologia de granito, placas de superfície de granito, conjuntos de rolamentos-de ar de granito e grandes soluções de base de máquinas de granito para semicondutores, metrologia, laser, inspeção-óptica e equipamentos-de automação de alta tecnologia.
A nossa política de qualidade é simples: "O negócio da precisão nunca pode ser demasiado exigente." Nosso compromisso com os clientes é igualmente direto: "Sem trapaça. Sem dissimulação. Sem engano."
Para solicitar uma avaliação técnica ou orçamento personalizado, envie seus desenhos, tolerâncias, dimensões, condições de carregamento, requisitos de guia ou movimento, condições ambientais, requisitos de inspeção e detalhes de aplicação. Nossa equipe de engenharia pode revisar seu projeto e recomendar uma estrutura de granito de precisão projetada de acordo com as necessidades reais de sua máquina.