Dr hab. inż. Paweł MajdaWydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki

Metoda badań


Charakterystyki błędów kinematycznych wyznaczane są na podstawie wskazań zmian długości z interferometru laserowego tzw. LaserTRACER-MT firmy ETALON. Tracer ten wykorzystuje interferometr wysokiej rozdzielczości do pomiaru odległości między dwoma punktami odniesienia w postaci reflektorów zabudowanych w przegubach kulistych, które połączone są sobą prowadnicą teleskopową. Zakres pomiaru wynosi 270÷1000 mm z niepewnością wskazań długości mniejszą od 1 mikrometra na metr. Użycie interferometru śledzącego pozwala wyznaczyć błąd przestrzennego pozycjonowania (ang. volumetric error) dla szeregowych struktur kinematycznych. Wyniki takich pomiarów umożliwiają analizę błędów kinematycznych osi sterowanych obrabiarek, w tym osi liniowych (18 składowych) i jeśli występują rotacyjnych (8 składowych) łącznie z błędami prostopadłości osi (3 składowe błędów).


obrazek


Schemat oznaczania kinematycznych błędów liniowych osi obrabiarek wg ISO 230



gdzie:
  • X, Y, Z - osie układu odniesienia (w tym układzie buduje się mapę błędu VE),
  • EXX, EYY, EZZ – błąd pozycjonowania (ang. positioning) - sztuk 3,
  • EYX, EXY, EYZ – błąd prostoliniowości w płaszczyźnie poziomej (ang. horizontal straightness) - sztuk 3,
  • EZX, EZY, EXZ – błąd prostoliniowości w płaszczyźnie pionowej (ang. vertical straightness) - sztuk 3,
  • EAX, EBY, ECZ – beczka, błąd rotacji, (ang. roll) - sztuk 3,
  • EBX, EAY, EAZ – skok, błąd rotacji (ang. pitch) - sztuk 3,
  • ECX, ECY, EBZ – schodzenie z kursu, błąd rotacji (ang. yaw) - sztuk 3,
  • COY – prostopadłość osi Y do X,
  • AOZ – prostopadłość osi Z do Y,
  • BOX – prostopadłość osi X do Z.

Błędy prostopadłości osi to skalary, natomiast pozostałe to funkcje aktualnie rozpatrywanej pozycji wzdłuż osi. Uzyskane wyniki pozwalają ponadto wyznaczenie dokładności i powtarzalności pozycjonowania osi zgodnie ze standardem ISO 230-2 oraz dla pomiarów diagonalnych zgodnie z ISO 230-6 i testu okrągłości zgodnie z ISO 230-4.  



 obrazek


 System LaserTRACER-MT do pomiarów błędu przestrzennego pozycjonowania osi obrabiarek CNC


Wynikiem pomiarów są charakterystyki błędów kinematycznych trzech translacyjnych osi posuwowych badanej frezarki oraz trzy wartości prostopadłości wzajemnej. Metodą Monte Carlo wyznaczane są także niepewności błędów kinematycznych maszyny. Na podstawie znajomości błędów kinematycznych wizualizacji podlega rozkład wektorowego pola błędu obrabiarki w jej całej przestrzeni obróbczej. 


Celem polepszenia dokładności pozycjonowania zalecanym jest użycie tablic wyznaczonych błędów kinematycznych do wprowadzenia poprawek kompensacyjnych w układzie sterowania CNC obrabiarki.


Film - sekwencja położeń LaserTRACER-MT w pomiarach frezarki.


Film - LaserTRACER-MT w pomiarach frezarki średniej wielkości.