Odchylenia temperatury są jednym z głównych czynników wpływających na niepewność pomiaru podczas pomiarów na współrzędnościowych maszynach pomiarowych. Temperatura maszyny i przedmiotu obrabianego mają bezpośredni wpływ na wynik pomiaru. Oprócz czasowych i przestrzennych gradientów temperatury, czynnikami wpływającymi są również ciepło resztkowe przedmiotu obrabianego (np. z obróbki i przenoszenia) oraz źródła ciepła w urządzeniu pomiarowym (np. silniki, źródła światła).
Głównymi źródłami niepewności pomiarowej indukowanymi termicznie są rozszerzalność liniowa przedmiotu obrabianego i systemów pomiarowych zainstalowanych w urządzeniu pomiarowym wraz ze wzrostem temperatury. Inne termicznie indukowane odchylenia pomiarowe są spowodowane odkształceniem urządzenia pomiarowego i zmianą długości trzpienia pomiarowego podczas pomiarów dotykowych. Efekty te nie są korygowane w większości urządzeń. Wielkość odchylenia pomiaru różni się w zależności od współczynnika rozszerzalności cieplnej materiału przedmiotu obrabianego. Korekta temperaturowa wyników pomiaru jest zbędna tylko wtedy, gdy temperatura odniesienia jest utrzymywana przez cały czas trwania pomiaru. Oznacza to stałą temperaturę 20 °C zarówno dla całej współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM), jak i dla przedmiotu obrabianego.
Wywołana termicznie zmiana długości
Im większy współczynnik rozszerzalności cieplnej α materiału, długość L0 przedmiotu obrabianego i odchylenie temperatury ΔT od temperatury odniesienia, tym większe termicznie indukowane odchylenie długości ΔL:
ΔL = α - L₀ - ΔT
Bez kompensacji temperatury, na przykład, pomiar długości elementu PVDC o długości 100 mm w temperaturze 25 °C i systemów pomiarowych zamontowanych na prętach stalowych daje odchylenie pomiaru wynoszące około 70 µm.
Wraz ze wzrostem temperatury obrabiany przedmiot rozszerza się, a odchylenie pomiaru wzrasta. Ponieważ systemy pomiarowe również się rozszerzają, odchylenie pomiaru jest częściowo kompensowane (rys. 1). Dlatego w powyższym przykładzie zmiana długości systemów pomiarowych została odjęta od długości przedmiotu obrabianego.
Jeśli elementy mierzone są za pomocą systemów pomiarowych wykonanych z identycznych materiałów, efekty rozszerzania są kompensowane, o ile w systemie pomiarowym i elemencie panują takie same warunki temperaturowe. Metoda ta ma jednak dwie wady: Po pierwsze, w praktyce rzadko zdarza się, aby temperatury układów pomiarowych i przedmiotu obrabianego były dokładnie takie same, a po drugie, w ten sposób można mierzyć tylko przedmioty obrabiane, które mają taki sam współczynnik rozszerzalności cieplnej α jak układy pomiarowe.
Istnieją systemy pomiarowe wykonane ze specjalnej ceramiki, które mają współczynnik rozszerzalności cieplnej bliski zeru, więc należy wziąć pod uwagę tylko rozszerzalność przedmiotu obrabianego. Jednak samo to nie jest optymalnym rozwiązaniem do kompensacji odchyleń pomiarowych indukowanych termicznie.
Wynika to z faktu, że bez matematycznej korekty temperatury błąd spowodowany rozszerzalnością przedmiotu obrabianego wzrośnie, jeśli systemy pomiarowe również się nie rozszerzą. Matematyczna korekta wpływu temperatury jest tutaj absolutnie konieczna, jeśli nie można zapewnić, że elementy obrabiane są mierzone dokładnie w temperaturze 20 °C.
Specyfikacja dla rzeczywistych warunków otoczenia
Producent określa maksymalne dopuszczalne odchylenie pomiaru długości w określonych warunkach otoczenia dla każdej współrzędnościowej maszyny pomiarowej. Warunki te obejmują również przedział temperatur, w którym urządzenie działa zgodnie z podanymi specyfikacjami. Specyfikacje zwykle dotyczą odchyleń temperatury o ± 2 K od temperatury odniesienia 20 °C w pomieszczeniu pomiarowym. Niektórzy producenci gwarantują wyższą wydajność urządzenia pomiarowego dla bardziej stabilnych warunków temperaturowych, określając na przykład niższe maksymalne dopuszczalne odchylenie pomiaru długości wynoszące tylko ± 1 K dla wahań temperatury.
Specyfikacje dotyczące pracy urządzenia w nieklimatyzowanym środowisku, na przykład do pomiarów podczas produkcji, są oferowane tylko przez kilku producentów. W takim przypadku określone maksymalne dopuszczalne odchylenie pomiaru długości powinno być ważne dla zakresu temperatur od 16 °C do 30 °C jako minimum. Należy zauważyć, że ta specyfikacja nie jest ograniczona przez producenta do znormalizowanych materiałów o współczynniku rozszerzalności = 0. Taka specyfikacja byłaby mało praktyczna, ponieważ prawie nikt nie mierzy elementów o tej właściwości.
Czujniki temperatury w systemach pomiarowych są standardowym wyposażeniem wszystkich współrzędnościowych maszyn pomiarowych Werth. Rozszerzalność liniowa jest korygowana matematycznie przy użyciu współczynnika rozszerzalności cieplnej systemów pomiarowych.
