Vi introducerer Xenos, NISTs største koordinatmålemaskine

Når du går ind i laboratoriet, der huser NISTs nyeste koordinatmålemaskine (CMM), du kan først undre dig over, hvordan ingeniører fik det ind i rummet.

Ved omkring 11 fod i terninger (3,3 x 3,3 x 3,4 meter) og næsten 20, 000 pund (ca. 9, 000 kg), enheden – en model kaldet Xenos, lavet af det tyske firma Zeiss – fylder omkring halvdelen af ​​laboratoriepladsen. Med mindre end 100 mm (ikke helt 4 tommer) frihøjde over hovedet, det skraber næsten loftet.

At få instrumentet ind i det underjordiske laboratorium på NIST's Gaithersburg, Md., campus tog "en vis kreativitet og en masse tålmodighed, " siger Vincent Lee fra NIST's Physical Measurement Laboratory (PML). Han og hans kolleger vidste, at det var for stort til den rute, de normalt bruger til at installere tungt udstyr. "Så vi var nødt til at improvisere og sænke det ned i ventilationsskakten i bygningen, " siger Lee. De var også nødt til at slå en væg ud af rummet og bygge bro over en halv meter afstand mellem udvendige og indvendige gulve.

Xenos kom til NIST for at hjælpe videnskabsmænd med at måle "big G, " den universelle gravitationskonstant, der har unddraget sig præcise målinger i århundreder. Når dette eksperiment er afsluttet, imidlertid, forskerne håber at inkorporere instrumentet i deres voksende flåde af CMM'er, i stand til at foretage nogle af de mest præcise dimensionelle målinger i verden.

Koordinatmålemaskiner som Xenos bruger berøringsprober til at måle afstanden mellem punkter på et objekt i tre dimensioner, med milliardtedele af en meter følsomhed for de mest præcise maskiner. Kunder, der stoler på NIST til denne form for måling, omfatter producenter af ultrapræcisionsdele, såsom lejer til flymotorer, test artefakter til andre klasser af målemaskiner, og dele eller strukturer til systemer med høj nøjagtighed. Andre kunder kommer fra bil- og elektronikindustrien, og fra laboratorier, der udfører kalibreringer for deres egen kundekreds.

Med tilføjelsen af ​​Xenos, NISTs dimensionelle metrologigruppe besidder nu fire CMM'er i klassen med ultrahøj nøjagtighed.

Denne nyeste maskine har også potentialet til at udvide NISTs målekapacitet, da dens arbejdsvolumen (det område, der er tilgængeligt for sonden) er mere end dobbelt så stor som NISTs andre CMM-systemer – 1,5 x 0,9 x 0,7 meter, på størrelse med en vaskemaskine og tørretumbler side om side. Også, Xenos har et sondehoved, der kan bevæge sig i alle tre dimensioner, betyder, at i modsætning til CMM'er med et bevægeligt bord, følsomme dele som dem til det store G-eksperiment er mindre tilbøjelige til at blive forstyrret under måling.

Indtil nu, test af systemets ydeevne er "lovende, " Lee siger, "men der er en masse andre ting, vi skal lære, før vi designer og udfører målinger til det store G-eksperiment.

En aktuel udfordring er at kontrollere CMM's miljø. Lommer med varm eller kølig luft i rummet kan fordreje maskinen eller endda den del, der måles. For at sikre, at temperaturen er jævnt fordelt, laboratoriet anvender et system, der presser luft fra loftet ned gennem ventilerede gulvfliser. Men Xenos CMM er så stor, at som en sten, der sidder fast i en haveslange, det begrænser dette flow, forhindrer luften i at cirkulere optimalt. Lee udforsker i øjeblikket flere løsninger for at afhjælpe problemet.

Det store G-eksperiment starter til foråret og skulle være afsluttet inden for to år. "Efter det, vi planlægger at begynde at trykke Xenos-maskinen i brug til kalibreringer, " siger Lee.

I mellemtiden han og PML-personalet vil fortsætte med at få en større forståelse af Xenos for at kunne realisere dets fulde potentiale.

Holdet siger, at det vil tage år og år at lære maskinens særheder, foretage omhyggelige sammenligninger med sine CMM'er og andre længdemålemaskiner, og udføre omhyggeligt udførte eksperimenter for at kunne vurdere denne nye maskines muligheder. "Det var virkelig en stor indsats at få det til, hvor det er lige nu, " siger Lee. "Og jeg er ikke overrasket over, at det vil tage det samme, eller endnu mere, for virkelig at forstå CMM's potentiale."