هنگامی که مهندسان یک پایه یا صفحه پایه را برای یک ماشین اندازه گیری مختصات (CMM)، یک سیستم بازرسی نوری، یا یک مرحله پردازش نیمه هادی مشخص می کنند، انتخاب ماده به ندرت یک فکر بعدی است - این یکی از مهم ترین تصمیمات در طراحی است. میرایی ارتعاش، پایداری حرارتی و یکپارچگی ابعادی درازمدت-همه به آنچه که پلت فرم زیر تجهیزات ساخته شده است بازمی گردد. سه ماده بر این فضا غالب است: گرانیت طبیعی، سنگ مرمر و چدن. هر کدام تحت شرایطی که تولید دقیق نیاز دارد، رفتار بسیار متفاوتی دارد.
چرا تراکم و پایداری بیش از آنچه مردم فکر می کنند اهمیت دارند؟
کار یک پایگاه اندازه گیری به طرز فریبنده ای ساده است: صاف بمانید، ثابت بمانید و سال ها همینطور بمانید. در عمل، این نیاز به ماده ای با چگالی بالا، تنش داخلی کم و حداقل واکنش به نوسانات دما یا ارتعاشات محیطی دارد.
گرانیت سیاه طبیعی دقیقاً به همین دلایل در مترولوژی ارزشمند است. گرانیت سیاه با چگالی بالا معمولاً در حدود 3100 کیلوگرم بر مترمکعب است که به طور قابلتوجهی ویژگیهای میرایی بهتری نسبت به سنگ مرمر به آن میدهد که نرمتر، متخلخلتر و در طول زمان مستعد تغییرات ساختاری میکروسکوپی است. چگالی کمتر و تخلخل بیشتر سنگ مرمر آن را مستعد جذب رطوبت می کند، که می تواند سطحی را که قرار است مسطح تا حدود میکرون باقی بماند، به طرز ماهرانه ای منحرف کند.
همچنین به همین دلیل است که جایگزینی مواد یک مشکل آرام اما دائمی در صنعت است. از آنجایی که سنگ مرمر ارزانتر است و ظاهراً شبیه گرانیت سیاه است، برخی از تامینکنندگان از آن بهعنوان پایهای-برای گرانیت دقیق واقعی در اجزایی استفاده میکنند که شکاف عملکرد فیزیکی واقعاً مهم است. برای سطوح همه منظوره ممکن است مورد توجه قرار نگیرد، اما برای تجهیزاتی که در سطح میکرونی - CMM ها، تداخل سنج های لیزری، ابزارهای بازرسی نیمه هادی کار می کنند - تفاوت در پایداری ظاهری نیست. این به طور مستقیم در تکرارپذیری اندازه گیری نشان می دهد.
چدن: قوی، اما در برابر رانش مصون نیست
چدن سابقه ای طولانی به عنوان ماده پایه دارد، به ویژه درماشین ابزارهای نسل قدیمی-، به لطف قدرت و ماشین کاری آن. اما چدن یک فلز است و مانند تمام فلزات با دما بسیار بیشتر از سنگ منبسط و منقبض می شود. در محیط هایی که کنترل حرارتی به شدت مدیریت نمی شود، این ضریب انبساط حرارتی به منبع واقعی خطای اندازه گیری تبدیل می شود. چدن همچنین مغناطیسی و رسانای الکتریکی است که میتواند در نزدیکی ابزار دقیق الکترونیکی یا نوری نامطلوب باشد.
چه چیزی گرانیت را به انتخاب پیش فرض در مترولوژی مدرن تبدیل می کند
ترکیب مزایای گرانیت در طول عمر یک ابزار:
ثبات ابعادیگرانیت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی در مقایسه با فلزات است، بنابراین در برابر تاب خوردگی با تغییر دمای محیط در طول روز تولید مقاومت می کند.
میرایی ارتعاش: ساختار کریستالی گرانیت ارتعاشات با فرکانس بالا را موثرتر از فلز ریخته گری جذب می کند، که برای تجهیزات اندازه گیری نانومتری- و میکرونی- بسیار اهمیت دارد.
غیر-غناطیسی، غیر رسانا: این باعث می شود که با طیف وسیع تری از ابزار دقیق، از تداخل سنج های لیزری گرفته تا سطح سنج های الکترونیکی، سازگار باشد.
حفظ صافی طولانی مدت-گرانیت برخلاف فلز، الگوهای تنشزدایی داخلی را ایجاد نمیکند که بتواند به تدریج سطح فلز ماشینکاری شده را طی سالها استفاده تغییر شکل دهد.
این ویژگیها توضیح میدهند که چرا گرانیت به مواد پایه استاندارد در تجهیزات نیمهرسانا، ماشینهای حفاری PCB، CMM، سیستمهای بازرسی نوری (AOI)، تجهیزات CT و اشعه ایکس صنعتی، پلتفرمهای موتور خطی، و ابزار اندازهگیری مختصات تبدیل شده است.
نکته ای در مورد منبع یابی
همه گرانیت ها برابر نیستند و تمام گرانیت هایی که در بازار قطعات دقیق فروخته می شوند در واقع گرانیت نیستند. خریدارانی که پایههای گرانیتی، صفحات سطحی یا خطکشهای اندازهگیری را مشخص میکنند، بهجای تکیه بر بازرسی بصری، باید مستقیماً از تأمینکنندگان درخواست ارقام چگالی مواد و تأیید مستقل کنند. گرانیت سیاه واقعی-چگالی بالا، که به درستی استخراج و فرآوری شده است، یکی از معدود موادی است که میتواند هم پایداری مکانیکی و هم قابلیت اطمینان طولانیمدت مورد نیاز برنامههای کاربردی فوق{{4} را ارائه دهد.