Temperatuurafwijkingen zijn een van de belangrijkste factoren die bijdragen aan de meetonzekerheid bij het meten op coördinatenmeetmachines. De apparatuur- en werkstuktemperatuur hebben een directe invloed op meetresultaat. Naast de temporele en ruimtelijke temperatuurgradiënten zijn ook de restwarmte van het werkstuk (bijv. door bewerking en handling) en warmtebronnen in de meetmachine (bijv. motoren, lichtbronnen) van invloed.
De primaire thermisch geïnduceerde bronnen van meetonzekerheid zijn de lineaire uitzetting van het werkstuk en de meetsystemen die in de meetmachine geïnstalleerd zijn met toenemende temperaturen. Andere thermisch geïnduceerde meetafwijkingen worden onder andere veroorzaakt door vervorming van het meetapparaat en door de lengteverandering van de stylus tijdens tactiele metingen. Deze effecten worden in de meeste apparaten niet gecorrigeerd. De grootte van de meetfout varieert afhankelijk van de thermische uitzettingscoëfficiënt van het werkstukmateriaal. Het is alleen niet nodig om de meetresultaten te temperatuurcompensatie als de referentietemperatuur gedurende de hele meting meting gehandhaafd blijft. Dit betekent een constante temperatuur van 20 °C voor zowel de gehele coördinatenmeetmachine (CMM) als het werkstuk.
Thermisch geïnduceerde lengteverandering
Hoe groter de thermische uitzettingscoëfficiënt α van het materiaal, de lengte L0 van het werkstuk en de temperatuurafwijking ΔT van de referentietemperatuur, hoe groter de thermisch geïnduceerde lengteafwijking ΔL:
ΔL = α - L₀ - ΔT.
Zonder temperatuurcompensatie resulteert de lengtemeting op een 100 mm lang PVDC werkstuk bij 25 °C en meetsystemen gemonteerd op stalen staven bijvoorbeeld in een meetfout van ongeveer 70 µm.
Als de temperatuur toeneemt, zet het werkstuk uit en neemt de meetfout toe. Omdat de meetsystemen ook uitzetten, wordt de meetfout gedeeltelijk gecompenseerd (Fig. 1). Daarom is in bovenstaand voorbeeld de lengteverandering van de meetsystemen afgetrokken van die van het werkstuk.
Als werkstukken worden gemeten met meetsystemen van identieke materialen, worden de uitzettingseffecten gecompenseerd zolang op meetsysteem en het werkstuk dezelfde temperatuurcondities heersen. Deze methode heeft echter twee nadelen: Ten eerste komt het in de praktijk zelden voor dat de temperaturen van de meetsystemen en het werkstuk exact overeenkomen, en ten tweede kunnen alleen werkstukken met dezelfde thermische uitzettingscoëfficiënt α als de meetsystemen op deze manier gemeten worden.
Er zijn meetsystemen gemaakt van speciaal keramiek die een thermische uitzettingscoëfficiënt hebben die dicht bij nul ligt, zodat alleen rekening gehouden hoeft te worden met de uitzetting van het werkstuk. Dit alleen is echter geen optimale oplossing om thermisch geïnduceerde meetafwijkingen te compenseren.
Zonder een wiskundige correctie temperatuurcompensatie zal de fout door de uitzetting van het werkstuk namelijk toenemen als de meetsystemen niet ook uitzetten. De wiskundige correctie van de thermische invloed is hier absoluut noodzakelijk als niet gegarandeerd kan worden dat de werkstukken exact bij 20 °C gemeten worden.
specificatie voor echt milieuomstandigheden
Voor elke coördinaten meetmachine specificeert de fabrikant een maximaal toelaatbare afwijking lengtemeting onder gedefinieerde milieuomstandigheden voorwaarden. Deze voorwaarden omvatten ook het temperatuurinterval waarin de machine binnen de opgegeven specificaties werkt. De specificaties gelden meestal voor temperatuurafwijkingen van ± 2 K van de referentietemperatuur van 20 °C op meetkamer. Sommige fabrikanten garanderen een hogere prestatie van het meetapparaat voor stabielere temperatuuromstandigheden door een lagere maximaal toelaatbare afwijking lengtemeting te specificeren, bijvoorbeeld voor temperatuurschommelingen van slechts ± 1 K.
Specificaties voor het gebruik van het apparaat in een niet-geconditioneerde omgeving, bijvoorbeeld voor metingen tijdens de productie, worden slechts door enkele fabrikanten aangeboden. Hier moet de gespecificeerde maximaal toelaatbare afwijking lengtemeting gelden voor een temperatuurbereik tussen minimaal 16 °C en 30 °C. Opgemerkt moet worden dat deze specificatie door de fabrikant niet beperkt wordt tot standaardmaterialen met een uitzettingscoëfficiënt = 0. Een dergelijke zou weinig praktisch zijn. Een dergelijke specificatie zou van weinig praktisch nut zijn, omdat bijna niemand werkstukken met deze eigenschap meet.
Temperatuursensoren op de meetsystemen behoren tot de standaarduitrusting van alle Werth coördinatenmeetmachines. De lineaire uitzetting wordt wiskundig gecorrigeerd met behulp van de thermische uitzettingscoëfficiënt van de meetsystemen.
