مصادر الخطأ الثابتة لـآلة قياس الإحداثياتوتشمل بشكل رئيسي: خطأ آلة قياس الإحداثيات نفسها، مثل خطأ آلية التوجيه (الخط المستقيم، الدوران)، وتشوه نظام الإحداثيات المرجعي، وخطأ المجس، وخطأ الكمية القياسية؛ والخطأ الناتج عن عوامل مختلفة مرتبطة بظروف القياس، مثل تأثير بيئة القياس (درجة الحرارة، الغبار، إلخ)، وتأثير طريقة القياس، وتأثير بعض عوامل عدم اليقين، إلخ.
تتسم مصادر الخطأ في آلات قياس الإحداثيات بتعقيدها الشديد، ما يجعل اكتشافها وفصلها وتصحيحها بشكل منفصل أمرًا صعبًا. وعادةً ما يتم تصحيح المصادر التي تؤثر بشكل كبير على دقة الآلة، وتلك التي يسهل فصلها. ويُعدّ خطأ آلية عمل آلة قياس الإحداثيات حاليًا أكثر الأخطاء التي يتم بحثها. ومعظم آلات قياس الإحداثيات المستخدمة في الإنتاج هي آلات ذات نظام إحداثيات متعامد، وبالنسبة لآلات قياس الإحداثيات العامة، يشير خطأ الآلية بشكل أساسي إلى خطأ مكونات الحركة الخطية، بما في ذلك خطأ تحديد الموقع، وخطأ استقامة الحركة، وخطأ الحركة الزاوية، وخطأ التعامد.
لتقييم دقةآلة قياس الإحداثياتأو لتطبيق تصحيح الأخطاء، يُستخدم نموذج الخطأ الكامن في آلة قياس الإحداثيات كأساس، حيث يجب تحديد تعريف كل عنصر من عناصر الخطأ وتحليله ونقله وإجمالي الخطأ. يُشير ما يُسمى بالخطأ الإجمالي، في التحقق من دقة آلات قياس الإحداثيات، إلى الخطأ المُركّب الذي يعكس خصائص دقة هذه الآلات، أي دقة الإشارة ودقة التكرار، وما إلى ذلك. أما في تقنية تصحيح أخطاء آلات قياس الإحداثيات، فيُشير إلى خطأ متجه النقاط المكانية.
تحليل أخطاء الآلية
خصائص آلية آلة القياس الإحداثية، حيث يحد قضيب التوجيه من خمس درجات من الحرية للجزء الذي يتم توجيهه بواسطته، ويتحكم نظام القياس في درجة الحرية السادسة في اتجاه الحركة، لذلك يتم تحديد موضع الجزء الموجه في الفضاء بواسطة قضيب التوجيه ونظام القياس الذي ينتمي إليه.
تحليل أخطاء المجس
يوجد نوعان من مجسات آلات القياس الإحداثية ثلاثية الأبعاد: مجسات التلامس، التي تُقسم بدورها إلى فئتين: مجسات التبديل (المعروفة أيضًا بمجسات اللمس أو الإشارات الديناميكية) ومجسات المسح (المعروفة أيضًا بمجسات التناسب أو الإشارات الثابتة)، وذلك وفقًا لبنيتها. تنتج أخطاء مجسات التبديل عن شوط التبديل، وعدم تجانس المجس، وتشتت شوط التبديل، ومنطقة عدم الضبط، وما إلى ذلك. أما أخطاء مجسات المسح فتنتج عن علاقة القوة بالإزاحة، وعلاقة الإزاحة بالإزاحة، والتداخل بين المكونات، وما إلى ذلك.
تُعرَّف شوط تبديل المجس، الذي يُمثل انحراف المجس عن قطعة العمل عند نقطة التلامس، بأنه انحراف المجس لمسافة معينة. هذا هو الخطأ النظامي للمجس. أما تباين المجس، فهو عدم اتساق شوط التبديل في جميع الاتجاهات. وهو خطأ نظامي، ولكنه يُعامل عادةً كخطأ عشوائي. ويُشير تحليل شوط التبديل إلى درجة تشتت شوط التبديل أثناء القياسات المتكررة. ويُحسب القياس الفعلي على أنه الانحراف المعياري لشوط التبديل في اتجاه واحد.
يشير مصطلح "نطاق التعطيل لإعادة الضبط" إلى انحراف قضيب المجس عن وضع التوازن، وعند إزالة القوة الخارجية، تتم إعادة ضبط القضيب بواسطة قوة الزنبرك، ولكن بسبب دور الاحتكاك، لا يمكن للقضيب العودة إلى الوضع الأصلي، وهذا الانحراف عن الوضع الأصلي هو نطاق التعطيل لإعادة الضبط.
الخطأ التكاملي النسبي لآلة قياس الإحداثيات
ما يسمى بالخطأ التكاملي النسبي هو الفرق بين القيمة المقاسة والقيمة الحقيقية للمسافة من نقطة إلى نقطة في مساحة قياس CMM، والتي يمكن التعبير عنها بالصيغة التالية.
الخطأ التكاملي النسبي = قيمة قياس المسافة / القيمة الحقيقية للمسافة
بالنسبة لقبول حصص CMM والمعايرة الدورية، ليس من الضروري معرفة خطأ كل نقطة في مساحة القياس بدقة، ولكن فقط دقة قطعة العمل لقياس الإحداثيات، والتي يمكن تقييمها من خلال الخطأ المتكامل النسبي لـ CMM.
لا يعكس الخطأ المتكامل النسبي بشكل مباشر مصدر الخطأ وخطأ القياس النهائي، ولكنه يعكس فقط حجم الخطأ عند قياس الأبعاد المتعلقة بالمسافة، وتكون طريقة القياس بسيطة نسبيًا.
خطأ متجه الفضاء لآلة قياس الإحداثيات
يشير خطأ متجه الفضاء إلى خطأ المتجه عند أي نقطة في فضاء القياس لجهاز قياس الإحداثيات ثلاثي الأبعاد. وهو الفرق بين أي نقطة ثابتة في فضاء القياس في نظام إحداثيات مثالي قائم الزاوية والإحداثيات ثلاثية الأبعاد المقابلة في نظام الإحداثيات الفعلي الذي أنشأه جهاز قياس الإحداثيات ثلاثي الأبعاد.
نظرياً، خطأ متجه الفضاء هو خطأ المتجه الشامل الذي تم الحصول عليه عن طريق توليف المتجهات لجميع أخطاء تلك النقطة الفضائية.
تتطلب آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد دقة قياس عالية، فهي تتكون من أجزاء عديدة وبنية معقدة، وتتأثر أخطاء القياس فيها بعوامل كثيرة. وفيما يلي أربعة مصادر رئيسية للأخطاء الثابتة في الآلات متعددة المحاور مثل آلات قياس الإحداثيات ثلاثية الأبعاد.
(1) الأخطاء الهندسية الناتجة عن دقة الأجزاء الهيكلية المحدودة (مثل الموجهات وأنظمة القياس). وتتحدد هذه الأخطاء بدقة تصنيع هذه الأجزاء الهيكلية ودقة ضبطها أثناء التركيب والصيانة.
(2) الأخطاء المتعلقة بالصلابة المحدودة لأجزاء آلية آلة القياس الإحداثية. وتنتج هذه الأخطاء بشكل رئيسي عن وزن الأجزاء المتحركة. وتتحدد هذه الأخطاء بصلابة الأجزاء الهيكلية ووزنها وتكوينها.
(3) الأخطاء الحرارية، مثل تمدد وانحناء الدليل الناتج عن تغيرات درجة الحرارة الفردية وتدرجاتها. وتتحدد هذه الأخطاء ببنية الماكينة وخصائص المواد وتوزيع درجة الحرارة في آلة القياس الإحداثي، وتتأثر بمصادر الحرارة الخارجية (مثل درجة الحرارة المحيطة) ومصادر الحرارة الداخلية (مثل وحدة القيادة).
(4) أخطاء المجس والملحقات، وتشمل بشكل رئيسي التغييرات في نصف قطر طرف المجس الناتجة عن استبدال المجس، وإضافة قضيب طويل، وإضافة ملحقات أخرى؛ خطأ التباين عندما يلامس المجس القياس في اتجاهات ومواضع مختلفة؛ الخطأ الناتج عن دوران طاولة الفهرسة.
تاريخ النشر: 17 نوفمبر 2022