Prob ucu seçimindeki faktörler
Bir CMM ölçümünün ne kadar hassas olması gerektiğini değerlendirirken, en yaygın yöntem CMM sapmasının özellik toleransına oranı olarak en az 1: 5 (1:10 idealdir, fakat pek çok durumda uygulanması çok pahalı olabilir) kullanılmasıdır. Bu oran, parçada beklenen değişime kıyaslandığında nispeten daha küçük sapmaya sahip olmasını garantileyecek, bir emniyet payı sağlamaktadır. En sıkı toleransta 1:5 oranı sağlanabildiği sürece, hassasiyet tartışmalarına gerek yoktur.

Maalesef bir probun ucunu değiştirmek kadar zararsız bir işlem, alınacak olan gerçek hassasiyet değerinde şaşırtıcı derecede büyük bir etkiye sahip olabilir ve bu durum ölçüm sonuçlarında kayda değer değişimlere neden olur. Bu hassasiyeti kontrol etmek için sadece CMM’in yıllık kalibrasyonuna güvenmek yeterli değildir. Çünkü bu sadece test için kullanılan prob ucu (genellikle çok kısa bir probtur) ile alınan sonucu doğrulamaktadır. Bu değer en-iyi-durum hassasiyeti olarak kabul edilebilir. Ölçümlerin olası hassasiyetlerini daha iyi anlamak için, prob ucunun ölçüm sapmasına nasıl bir etkisi olduğunu anlamamız gerekir.

Bu bölüm tüm CMM hassasiyetini etkileyen uç seçimini dört ana açıdan ele alacaktır:

1. Prob küresi küreselliği (yuvarlaklığı)
2. Prob ucu bükülmesi
3. Termal kararlılık
4. Prop ucu malzeme seçimi (tarama uygulamaları)

Prob küresi küreselliği (yuvarlaklığı)
Pek çok prob ucunun ölçme ucu, çoğunlukla sentetik yakuttan yapılmış olan, bir küreden oluşmaktadır. Bu uçların küreselliğinde (yuvarlaklık) var olan herhangi bir hata CMM’in ölçüm sapmasında bir etken olacaktır. Bu yolla bir CMM’in hassasiyetinin %10’a yakınının kaybedilmesi çok kolaydır.

Yakut küreler, kürenin mükemmel bir küreden maksimum sapması ile ilgili olan “derece”leri ile tanımlanan farklı hassasiyet seviyelerinde üretilirler. Kullanılan en yaygın iki küre özelliği 5. Derece ve 10. Derecedir. (Derece azaldıkça küre daha iyi olur.) Kürenin derecesini 5’ten 10’a “düşürmek” prob ucunun maliyeti açısından biraz daha hesaplıdır, ama 1:5 oranını tehdit etmek için yeterli olabilir.

Sorun şudur ki, kürenin derecesinin gözle algılanması imkansızdır ve ölçme sonuçlarında da çok açık bir şekilde belirli değildir, bu durum derece düşürmenin etkilerinin hesaplanmasını zorlaştırmaktadır. Bir çözüm, 5. derece küreleri standart olarak tanımlamaktır: bu küreler biraz daha pahalıya mal olurlar, ama bu masraf sağlam bir parçanın hurdaya çıkması olasılığı, veya daha da kötüsü uygun olmayan bir parçayı uygun hale getirme maliyeti ile karşılaştırıldığında küçük bir miktardır. CMM’in hassasiyeti arttıkça, kürenin derecesinin etkisi de daha belirgin olacaktır. En yüksek özellikli CMM’lerde, bu yol ile %10 kadar hassasiyet kaybı olabilir.

Haydi bir örneğe bakalım…

1. derece küreye sahip bir prob ucu kullanırken, ISO 10360-2’ye göre oluşan tipik bir prob ile ölçüm hatası (MPEP):

MPEP = 1,70 µm
Bu değer her biri 25 ayrı yarıçap olarak değerlendirilen 25 farklı noktanın ölçülmesi ile bulunmuştur. Yarıçap değişme aralığı MPEP değeridir. Prob ucu yuvarlaklığının buna doğrudan etkisi vardır ve bir kürenin derecesini 5’ten 10’a çıkarmak bu değeri 0.12 μm arttırır ve prob ile ölçüm hatalarını %7 oranında azaltır:

MPEP = 1,82 µm
Prob ucu küresi yuvarlaklığının, tarama probunun performansını değerlendirmek için bir küre üzerinde dört tarama güzergahı kullanan, MPETHP üzerinde de etkisi olduğunu unutmayınız.

Notlar:

1. derece küre küreselliği = 0,13 µm
2. derece küre küreselliği = 0,25 µm
   Renishaw, en çok talep gören uygulamaları için, sadece 0,08 μm küreselliğe sahip olan 3. derece kürelerden oluşan bir prob ucu serisi sunmaktadır.

Prob ucu bükülmesi
Endüstri standardı olan TP20 gibi temasla-tetiklemeli prob uçları kullanırken, her biri başka bir ölçüm durumu için en uygun hale getirilmiş olan farklı prob uçlarının avantajlarından yararlanmak için, prob ucu modüllerini değiştirmek yaygın bir uygulamadır. Tüm ölçümler için tek bir uzun prob ucunun kullanılmamasının nedeni, prob ucu uzadıkça, hassasiyet hatalarının artmasıdır. Prob ucunu mümkün olduğunca kısa ve stabil tutmak en iyisidir – ama neden?

Her ne kadar prob ucu doğrudan bu tür hatalardan sorumlu olmasa da, prob ucunun uzunluğu hatayı büyütmektedir. Söz konusu hata, probu farklı yönlerde tetiklemek için gerekli değişken kuvvetten kaynaklanmaktadır. Probların çoğu prob ucu ile parça ilk temas ettikleri anda tetiklenmezler; sensör mekanizmasının içindeki yay-yükünü aşacak bir kuvvete ihtiyaçları vardır. Bu kuvvet elastik olarak prob ucunun şeklini bozar. Bu bükülme, fiziksel temasın ardından, henüz tetikleme oluşmadan önce, probun parçaya göre kısa bir mesafe hareket etmesine izin verir. Bu hareket “ön-hareket” olarak bilinir.

Pek çok probun üçgen kinematik ayarlaması, tetiklemeyi oluşturmak için gereken kuvvetlerin farklılaşmasına neden olur. Daha stabil olan yönlerde prob, daha fazla prob ucu bükülmesi oluşana kadar, tetiklemeye karşı koyacaktır. Bu ayrıca CMM’in daha ileriye gideceği, böylelikle ön-hareketin yaklaşım açısı ile değişeceği anlamına gelir. (sağdaki şekle bakınız.) Bu ön-hareket değişimi, bileşke yaklaşım açıları (X, Y ve Z-eksenleri) kullanıldığı zaman daha karışıktır.

Temasla-tetiklemeli prob ön-hareket değişimi
Bu etkiyi minimuma indirmek için, tüm prob uçları kullanılmadan önce boyutu bilinen bir referans küre ile kalibre edilirler. İdeal ortamda bu işlem prob ucu ve yaklaşım açısının tüm kombinasyonlarında oluşan hataların haritasını çıkaracaktır. Pratikte, zaman kazanmak için genellikle örnek açılar alınır ve bu açıların ortalaması bulunur, bu durumda küçük oranda hata kalabilir.

Bunun etkisini deneysel testler yapmaksızın ölçüm sapmaları ile hesaplamak zordur. Unutulmaması gereken konu şudur ki, kalan ön-hareket değişim hataları seçilen prob ucunun esnekliği ile artacaktır. Bu durum prob ucu tasarımında, gövdenin eğilme esnemezliğini, ağırlığı ve fiyatı gibi diğer özelliklerinin üstüne taşıyarak, malzeme seçiminin ne kadar önemli olduğunu vurgulamaktadır. Pek çok kısa prob ucu için Young modulü E = 210 kN/mm2 olan çelik uygun iken, genellikle kullanılan en stabil malzeme tungsten karbür’dür (E = 620 kN/mm2), ama bu malzeme aynı zamanda yoğundur ve dolayısıyla uzun prob uçları için nadiren kullanılır. Bu durumlarda, karbon elyaf, stabilite (E ≥ 450 kN/mm2) ve ağırlığın hafif olmasının mükemmel bir kombinasyonunu sağlar. Bununla birlikte, seramik gövdeler (E = 300 – 400 kN/mm2), hafif ağırlıkları ve termal kararlılıklarının önemli olduğu takım tezgahı prob ile ölçüm uygulamalarında sıklıkla kullanılırlar.

Prob ucu stabilitesi ayrıca bu uçların gövde bağlantılarından da etkilenir. Genel bir kural olarak, bağlantılar histereze neden olabileceği için mümkün olan her yerde bağlantılardan kaçınmak en iyi yöntemdir. Ancak karmaşık parçaları ölçmek için sabit bir sensör kullanırken bu mümkün olmayabilir. Bu tür durumlarda, bir dizi prob ucu, adaptör, konektör ve mafsaldan oluşan bir konfigürasyona ihtiyaç olabilir. Bir kez daha, her bir element için seçilen malzemelerin değerlendirilmesi önemlidir, çünkü bu konfigürasyonun stabilitesini, ağırlığını ve dayanıklılığını etkileyecektir.

Termal kararlılık
Sıcaklıktaki dalgalanmalar ciddi ölçüm hatalarına neden olabilir. Prob ucu adaptörleri için doğru malzemeyi seçmek, değişen koşullar altında, daha istikrarlı ölçüm sonuçlar vererek, daha fazla kararlılık sağlayabilir. Termal büyüme uzunluktan-bağımsız olduğu için, özellikle uzun prob uçlarının kullanıldığı durumlarda, düşük termal genleşme katsayısına sahip malzemeler tercih edilir.

Daha önce de belirtildiği gibi, stabil ve hafif olduğu ve sıcaklık değişimlerinde uzunluğu değişmediği için, uzun prob uçları için en çok kullanılan malzeme karbon elyaftır. Metallere ihtiyaç duyulduğu zaman – bağlantılar, mafsallar vs. – en iyi güç, kararlılık ve yoğunluk kombinasyonunu titanyum sağlamaktadır. Renishaw bu maddelerin her ikisinin de kullanıldığı prob ve prob ucu adaptörleri üretir.

Termal genleşme katsayıları
Prob ucu malzemesi seçimi
Pek çok uygulamada, yakut küreler prob uçları için ilk seçenektir. Ancak, diğer malzemelerin daha iyi alternatifler oluşturduğu bazı durumlar vardır.

Temasla-tetiklemeli ölçümlerde, prob ucu parçanın yüzeyi ile çok kısa süreler için temas eder ve hiç bağıl hareket yoktur. Tarama uygulamaları, küre parçanın yüzeyinde kaydığı ve sürtünmesel aşınmaya neden olduğu için farklıdır. Bu sürekli temas, olağan dışı koşullarda, prob ucunun üzerinde malzemelerin aşınmasına veya birikmesine neden olabilir, bu da kürenin küreselliğini etkilemektedir. Bu etkiler eğer kürenin bir bölgesi parça ile sürekli temas halinde ise daha da artacaktır. Renishaw bu etkilerle ilgili, iki farklı aşınma mekanizmasını vurgulayan, kapsamlı bir araştırma gerçekleştirmiştir:

Çizinme aşınması
Çizinme aşınmasıÇizinme aşınması, çok küçük partikül kalıntılarının prob ucu ve iş parçasında çok küçük çiziklere neden olup, prob ucunda küçük “yassı yüzeyler” oluşturabileceği, dökme demir gibi yüzeyleri tararken ortaya çıkar. Sert zirkonya prob uçları bu uygulamalar için en uygun seçenektir.

Kaynaşmalı aşınma
Adhesif aşınma testi 2Kaynaşmalı aşınma, prob ucu küresi ve bileşen malzemesi arasında kimyasal bir yatkınlık olduğu zaman ortaya çıkar. Bu aşınma alüminyum parçaları yakut bir küre (alüminyum oksit) tararken görülebilir. Maddeler nispeten yumuşak olan parçadan prob ucuna geçerek, prob ucunun üzerinde alüminyum bir kaplama oluşturur ve bir kez daha kürenin yuvarlaklığını etkilerler. Bu durumda, aşınmaya karşı iyi bir dayanım gösterdiği ve alüminyum tarafından çekilmediği için, silikon nitrit en iyi seçenektir.

Diğer faktörler
Bir prob ucu seçerken göz önünde bulundurulması gereken diğer konular:

Prob ucu dişli boyutu seçilen sensöre uymalıdır
Prob ucu tipi – düz, yıldız, döner, veya isteğe özel üretilmiş
Ölçme ucu tipi – küre, silindir, disk, yarımküre
Ölçme ucu yüzey pürüzlülüğünün ölçüm hassasiyeti üzerindeki etkisini en aza indirmelidir.
Tüm bu konular daha detaylı bir şekilde Renishaw’un Hassas prob uçları broşürü’nde incelenmiştir.

Sonuç

Prob uçları, sensör ve parça arasında gerekli olan arayüzü sağlayan, tüm ölçme işlemlerinde önemli bir etkendir. Parçanın etrafındaki özelliklere erişimi sağlarlar ve yüzeyin proba göre konumunu güvenilir bir şekilde bildirmelidirler. Hassas bir ölçüme olanak tanımak için, her biri yapacakları ölçme işleminin ihtiyaçlarını karşılayan maddelerden oluşan hassas bileşenlerden üretilmelidir. Eğer özenle seçilir ise, doğru prob ucu sapmalara neden olmayacak, istikrarlı ve güvenilir ölçüm sonuçları verecektir. Parça toleranslarının sıkı olduğu ve daha uzun prob uçları gereken durumlarda, bu seçimlerin hassasiyet üzerindeki etkisi dikkatlice değerlendirilmelidir.

Kaynak: renishaw.com.tr Daha fazla bilgi için Renishaw plc web sayfasını ziyaret ediniz.