Una ripresa grandangolare della parte anteriore della nuova macchina di misura a coordinate Xenos, che mostra la testa della sonda (rosso, centro). Credito:Istituto nazionale di standard e tecnologia
Quando entri nel laboratorio che ospita la nuovissima macchina di misura a coordinate (CMM) del NIST, all'inizio potresti essere perplesso su come gli ingegneri l'hanno fatto entrare nella stanza.
A circa 11 piedi cubi (3,3 x 3,3 x 3,4 metri) e quasi 20, 000 libbre (circa 9, 000 chilogrammi), il dispositivo – un modello chiamato Xenos, realizzato dalla società tedesca Zeiss – occupa circa la metà del volume dello spazio del laboratorio. Con meno di 100 mm (non esattamente 4 pollici) di altezza libera, sfiora quasi il soffitto.
Portare lo strumento nel laboratorio sotterraneo a Gaithersburg del NIST, Md., campus ha richiesto "un po' di creatività e molta pazienza, " dice Vincent Lee del Physical Measurement Laboratory (PML) del NIST. Lui e i suoi colleghi sapevano che era troppo grande per il percorso che normalmente usano per installare attrezzature pesanti. "Quindi abbiamo dovuto improvvisare e abbassarlo nel condotto di ventilazione nell'edificio, "Dice Lee. Hanno anche dovuto buttare fuori un muro dalla stanza e colmare un divario di mezzo metro tra il pavimento esterno e quello interno.
Gli xeno sono venuti al NIST per aiutare gli scienziati a effettuare una misurazione di "grande G, " la costante universale di gravitazione che ha eluso per secoli una misurazione precisa. Quando l'esperimento sarà completo, però, i ricercatori sperano di incorporare lo strumento nella loro crescente flotta di CMM, in grado di effettuare alcune delle misurazioni dimensionali più precise al mondo.
Le macchine di misura a coordinate come Xenos utilizzano tastatori per misurare le distanze tra i punti su un oggetto in tre dimensioni, con miliardesimi di metro di sensibilità per le macchine più precise. I clienti che si affidano a NIST per questo tipo di misurazione includono produttori di parti di altissima precisione, come cuscinetti per motori aeronautici, manufatti di prova per altre classi di macchine di misura, e parti o strutture per sistemi ad alta precisione. Altri clienti provengono dall'industria automobilistica ed elettronica, e da laboratori che effettuano tarature per la propria clientela.
Con l'aggiunta degli xeno, Il gruppo di metrologia dimensionale del NIST ora possiede quattro CMM nella classe di precisione ultra elevata.
Vincent Lee del NIST con la macchina di misura a coordinate Xenos. Credito:Istituto nazionale di standard e tecnologia
Questa macchina più recente ha anche il potenziale per espandere la capacità di misurazione del NIST poiché il suo volume di lavoro (l'area accessibile alla sonda) è più del doppio di quello degli altri sistemi CMM del NIST:1,5 x 0,9 x 0,7 metri, grande quanto una lavatrice e un'asciugatrice affiancate. Anche, lo Xenos ha una testa della sonda che può muoversi in tutte e tre le dimensioni, intendendo che, a differenza delle CMM con tavola mobile, parti sensibili come quelle per l'esperimento G grande hanno meno probabilità di essere disturbate durante la misurazione.
Finora, i test delle prestazioni del sistema sono "promettenti, "Lei dice, "ma ci sono molte altre cose che dobbiamo imparare prima di progettare ed eseguire misurazioni per l'esperimento Big G.
Una delle sfide attuali è il controllo dell'ambiente della CMM. Sacche di aria calda o fredda nella stanza possono deformare la macchina o anche il pezzo da misurare. Per garantire una distribuzione uniforme della temperatura, il laboratorio utilizza un sistema che spinge l'aria dal soffitto verso il basso attraverso piastrelle del pavimento ventilate. Ma la Xenos CMM è così grande che, come un sasso incastrato in un tubo da giardino, limita questo flusso, impedendo all'aria di circolare in modo ottimale. Lee sta attualmente esplorando diverse soluzioni per migliorare il problema.
L'esperimento Big G inizierà questa primavera e dovrebbe essere completato entro due anni. "Dopo di che, abbiamo in programma di iniziare a mettere in servizio la macchina Xenos per le calibrazioni, "dice Lee.
Nel frattempo, lui e lo staff della PML continueranno ad acquisire una maggiore comprensione degli xeno per essere in grado di realizzare il loro pieno potenziale.
Il team dice che ci vorranno anni e anni per imparare le stranezze della macchina, facendo accurati confronti con le sue CMM e altre macchine per la misurazione della lunghezza, e l'esecuzione di esperimenti accuratamente eseguiti per poter valutare le capacità di questa nuova macchina. "È stato davvero un grande sforzo arrivare dove si trova ora, " dice Lee. "E non mi sorprende che ci vorrà lo stesso, o anche di più, per capire davvero il potenziale della CMM."
