Co to jest prostopadłość prowadnic liniowych i jak ją zmierzyć?

Prostopadłość prowadnicy liniowej opisuje, jak blisko jedna oś prowadząca, oś ruchu lub punkt odniesienia tworzy relację 90 stopni z innym określonym odniesieniem. Najczęściej sprawdza się to pomiędzy osiami ruchu X i Y maszyny, gdzie nazywa się to również prostopadłością osi lub ortogonalnością.

Prostopadłości nie należy mylić z równoległością pomiędzy dwiema szynami zamontowanymi na tej samej osi. Dwie szyny podtrzymujące jeden ruchomy stół są zwykle równoległe. Dwie różne osie ruchu, takie jak X i Y, zwykle mają być prostopadłe.

Jeśli osie X i Y nie są kwadratowe, maszyna może nadal poruszać się płynnie, ale zadana geometria może zostać zniekształcona. Zaprogramowany kwadrat może stać się równoległobokiem, a ścieżka kołowa może wykazywać kierunkowy błąd geometryczny, nawet jeśli każda pojedyncza oś jest dokładnie ustawiona wzdłuż własnego ruchu.

Do czego odnosi się prostopadłość

Termin ten może opisywać kilka różnych relacji. Rysunek, plan kontroli lub specyfikacja maszyny muszą dokładnie określać, która linia, płaszczyzna lub oś ruchu jest kontrolowana.

Zależności te wymagają różnych konfiguracji pomiarów. Wynik jest niekompletny, jeśli nie zostanie podany kontrolowany obiekt, punkt odniesienia, kierunek pomiaru i obliczona długość.

Prostopadłość a równoległość

Równoległość i prostopadłość są powiązanymi kontrolami wyrównania, ale rozwiązują różne problemy.

Przed sprawdzeniem prostopadłości XY każda oś musi już mieć akceptowalną prostolinijność, a równoległe szyny w każdej osi muszą być już wyrównane. W przeciwnym razie odczyt prostopadłości może zawierać błędy z kilku różnych źródeł.

Aby zmierzyć szyny zamontowane w tym samym kierunku, patrzjak zmierzyć równoległość prowadnicy liniowej.

Jak błąd prostopadłości wpływa na ruch

Efekt zależy od tego, która relacja jest nieprawidłowa.

Gdy osie ruchu X i Y nie są kwadratowe:

• Kwadratowa ścieżka może stać się równoległobokiem.
• Test interpolacji kołowej może wykazać zniekształcenie geometryczne.
• Elementy obrabiane z różnych kierunków osi mogą nie spotykać się pod zamierzonym kątem.
• Wyniki kontroli mogą się różnić w zależności od kierunku pomiaru.

Jeżeli punkty odniesienia mocowania szyny nie są prostopadłe lub umieszczone nieprawidłowo:

• Szyna może nie przylegać całkowicie do obu powierzchni odniesienia.
• Dokręcanie śrub może spowodować odkształcenie szyny lub odciągnięcie jej od zamierzonego punktu odniesienia.
• Płyta ruchoma może wprowadzić do wózków dodatkowe obciążenie momentem.
• Ostateczny kierunek osi może różnić się od rysunku maszynowego.

Błąd prostopadłości XY niekoniecznie utrudnia przesuwanie wózka, ponieważ każda oś może nadal być wewnętrznie prosta i równoległa. I odwrotnie, wózek wiążący jest częściej kojarzony z równoległością szyn,-zmiennością wysokości mocowania, zanieczyszczeniem lub zniekształceniem płyty niż z 90-stopniową relacją między oddzielnymi osiami.

Najpierw zdefiniuj pomiar

Przed wyborem instrumentu zdefiniuj następujące informacje:

• Która oś, powierzchnia bocznej szyny lub płaszczyzna montażowa jest kontrolowaną cechą?
• Która oś lub powierzchnia jest punktem odniesienia?
• Czy wymagana jest geometria komponentu, czy rzeczywisty ruch wózka?
• Na jakiej długości pomiaru oceniany jest wynik?
• Czy wynik należy podać w mm, mm/m, mikrometrach czy jednostkach kątowych?
• Jaka temperatura i warunki-ładowania maszyny mają zastosowanie?

Pomiar obrobionych krawędzi montażowych nie oznacza automatycznie, że końcowe osie ruchu są prostopadłe. Osadzenie szyn, dokręcenie śrub, zmiana wózka, odkształcenie stołu i regulacja zespołu mogą zmienić całą geometrię ruchu.

Metoda 1: Kwadrat i wskaźnik zegarowy

Kalibrowany precyzyjny kwadrat i czujnik zegarowy stanowią praktyczną metodę sprawdzania prostopadłości dwóch stosunkowo krótkich osi maszyny. Kwadrat musi mieć wystarczającą dokładność dla wymaganej tolerancji maszyny.

Podstawowa procedura dla etapu XY:

1. Oczyścić powierzchnię stykową stołu, kwadratu i wskaźnika. Usuń wióry, zadziory i pozostałości smaru, które mogłyby przechylić kwadrat.
2. Ustal oś X- jako kierunek ruchu odniesienia.
3. Umieść kwadrat precyzyjny na stole maszyny i ustaw jedną powierzchnię roboczą równolegle do ruchu osi X-.
4. Zamontuj czujnik zegarowy na elemencie ruchomym osi Y- tak, aby sonda stykała się z prostopadłą powierzchnią roboczą kwadratu.
5. Przesuwaj oś Y-przez zdefiniowaną długość kontroli, rejestrując wartości wskaźników.
6. Powtórz pomiar, aby sprawdzić powtarzalność, a następnie odwróć lub zmień położenie kwadratu, jeśli to konieczne, aby zidentyfikować kwadrat lub błąd konfiguracji.

Zmiana wskaźnika reprezentuje odchylenie boczne w stosunku do zmierzonego przemieszczenia osi Y- po prawidłowym ustawieniu kwadratu względem odniesienia osi X-. Kwadrat nie może się poruszać podczas ruchu osi.

Metoda 2: Pomiar optyczny

Maszyny o dłuższym przesuwie i-większej dokładności mogą wymagać autokolimatora, interferometru laserowego z odpowiednią optyką kątową lub prostoliniową albo trackera laserowego. Podstawowy wskaźnik laserowy lub laser liniowy nie wystarczą do identyfikowalnego-precyzyjnego pomiaru prostopadłości.

Typowy proces optyczny obejmuje:

1. Ustal kierunek lub zachowanie kątowe pierwszej osi ruchu.
2. Zmierz kierunek drugiej osi w tym samym układzie współrzędnych.
3. Oblicz zależność kątową pomiędzy dwoma dopasowanymi kierunkami ruchu.
4. Powtórz przebiegi w obu kierunkach jazdy, aby ocenić powtarzalność i efekty odwrócenia.
5. Stosować procedury środowiskowe i kompensacyjne producenta przyrządu.

Metody optyczne zmniejszają zależność od krótkiego kwadratu fizycznego i są przydatne w przypadku długich osi maszyn. Ich dokładność nadal zależy od konfiguracji instrumentu, temperatury powietrza, gradientów termicznych, wibracji i prawidłowej interpretacji mierzonych wektorów osi.

Metoda 3: CMM lub tracker laserowy

Współrzędnościowa maszyna pomiarowa lub tracker laserowy może ocenić prostopadłość, mierząc punkty wzdłuż dwóch obiektów odniesienia lub ścieżek ruchu i dopasowując linię lub płaszczyznę do każdego zestawu danych.

Ogólna procedura jest następująca:

1. Zdefiniuj układ współrzędnych maszyny i wymagane punkty odniesienia.
2. Zbierz wystarczającą liczbę punktów rozmieszczonych wzdłuż pierwszej osi, punktu odniesienia szyny lub elementu montażowego.
3. Zbieraj punkty wzdłuż drugiego kontrolowanego obiektu.
4. Dopasuj wymagane linie lub płaszczyzny, stosując uzgodnioną metodę oceny.
5. Oblicz zależność kątową lub odchylenie prostopadłości między nimi.

Wymagana ilość punktów zależy od długości elementu, geometrii, niepewności pomiaru i standardu kontroli. Nie do każdej maszyny należy przypisywać stałą liczbę, np. 20 lub 30 punktów.

Inspekcja CMM jest szczególnie przydatna do sprawdzania obrobionych podstaw, stołów i ustalania występów przed montażem prowadnic. Aby uzyskać rzeczywistą prostopadłość-osi ruchu, konfiguracja pomiarowa musi uwzględniać ruch wózka lub stołu, a nie tylko statyczną geometrię szyny.

Jak obliczyć błąd

W przypadku pomiaru kwadratowego-i-wskaźnikowego uproszczone odchylenie prostopadłości można wyrazić jako:

Po znormalizowaniu wyniku do jednego metra:

W przypadku małych błędów kątowych kąt można przybliżyć ze stosunku odchylenia do długości pomiaru:

Na przykład, jeśli wskaźnik zmieni się o 0,012 mm na zweryfikowanym przesuwie 600 mm:

To jest przykład raportowania, a nie powszechna tolerancja akceptacji. Dopuszczalna wartość musi wynikać z projektu maszyny, rysunku, możliwości procesu lub obowiązującej normy kontroli.

Żadnej powszechnej tolerancji

Nie ma jednej tolerancji prostopadłości odpowiedniej dla każdego systemu prowadnic liniowych. Oś przenoszenia opakowań, centrum obróbcze CNC i stanowisko do pomiaru współrzędnych mają bardzo różne wymagania geometryczne.

Błąd dopuszczalny zależy od:

• Długość przesuwu osi
• Wymagana dokładność części lub pozycjonowania
• Odległość między prowadnicą a punktem roboczym
• Budowa maszyny i zachowanie termiczne
• Dokładność przewodnika i napięcie wstępne
• Niepewność pomiaru
• Dostępność kompensacji sterownika

Tolerancja powinna zawsze określać obliczoną długość. Odchylenie 0,01 mm na 100 mm nie jest równoważne 0,01 mm na 1000 mm.

Typowe błędy pomiarowe

Korzystanie z niezweryfikowanego kwadratu

Jeśli błąd kwadratowy jest bliski tolerancji maszyny, wynik nie pozwala na wiarygodne odróżnienie błędu maszyny od błędu narzędzia odniesienia.- Użyj skalibrowanego kwadratu z odpowiednią niepewnością.

Nie udało się wyrównać kwadratu do osi głównej

Precyzyjny kwadrat umieszczony na stole nie jest automatycznie dopasowywany do ruchu w osi X-. Najpierw należy ustawić jedną ścianę równolegle do wybranej osi głównej, zanim ściana prostopadła zostanie użyta do sprawdzenia Y.

Pomiar przed równoległością jest prawidłowy

Jeżeli dwie szyny w obrębie jednej osi nie są równoległe, stół ruchomy może odchylać się lub zacinać podczas jazdy. Wynikającą z tego zmianę wskaźnika można pomylić z błędem prostopadłości.

Ignorowanie błędu cosinusa wskaźnika

Sonda powinna stykać się z powierzchnią odniesienia pod odpowiednim kątem i pozostawać w zamierzonym zakresie pomiarowym. Pochylony trzonek wskaźnika lub zmieniający się kąt zwilżania wprowadzają dodatkowy błąd.

Pomiar podczas zmiany temperatury

Ramy maszyn, kwadraty, szyny i przyrządy pomiarowe rozszerzają się pod wpływem temperatury. Podczas precyzyjnej kontroli należy pozostawić sprzęt do ustabilizowania się i unikać bezpośredniego światła słonecznego, zmieniającej się temperatury płynu chłodzącego i lokalnych źródeł ciepła.

Jak poprawić prostopadłość

Metoda korekcji zależy od tego, czy błąd wynika z podstawy montażowej, położenia szyny, ruchomej konstrukcji czy kalibracji maszyny.

1. Potwierdź oś główną.Przed użyciem go jako punktu odniesienia sprawdź jego prostoliniowość i wewnętrzną równoległość szyn.
2. Sprawdź powierzchnie montażowe.Usuń zadziory, wgniecenia, brud i wzniesienia wokół otworów na śruby.
3. Poluzuj tylko regulowaną oś.Utrzymuj ustaloną oś główną w stałym położeniu, chyba że kontrola wykaże, że jest ona również nieprawidłowa.
4. Dopasuj zgodnie z właściwym odniesieniem.Aby ustawić oś, użyj obrobionego kołnierza, precyzyjnego kwadratu, przyrządu lub informacji zwrotnej z pomiaru.
5. Dokręcaj stopniowo.Postępuj zgodnie z określoną kolejnością śrub i momentem obrotowym, sprawdzając, czy oś się nie przesunie.
6. Sprawdź ponownie całą podróż.Pomiar w obu kierunkach jazdy i powtórz po całkowitym dokręceniu wszystkich szyn, wózków i płyt.

Podkładki można stosować tylko wtedy, gdy pozwala na to konstrukcja maszyny i kierunek korekty. Losowe dopasowanie podkładek może poprawić jeden odczyt, powodując-zniekształcenie powierzchni montażowej, błąd przechyłu lub wysokości w innym miejscu.

Jeśli wymagana regulacja przekracza dostępny zakres montażu, występ montażowy lub podstawa mogą wymagać{{0} ponownej obróbki. Kompensacja sterownika może zmniejszyć pewne błędy geometryczne w zadanym ruchu, ale nie koryguje wiązań mechanicznych, złego osadzenia szyn lub nadmiernego wewnętrznego obciążenia wagonu.

Zalecana kolejność inspekcji

Logiczna sekwencja kontroli zapobiega pomyleniu jednego błędu współosiowości z innym:

1. Montaż-płaskości i czystości powierzchni
2. Mistrzowska prostota szyny
3. Równoległość szyn w obrębie każdej osi
4. Ruch wózka i opór jazdy
5. Prostopadłość pomiędzy różnymi osiami ruchu
6. Kompletne testy pozycjonowania i interpolacji maszyn

Informacje na temat montażu-kontroli powierzchni można znaleźć w artykulemontaż prowadnicy liniowej-płaskość powierzchni. Pełna sekwencja montażu, patrzjak zainstalować prowadnice liniowe.

Wniosek

Prostopadłość prowadnicy liniowej zwykle opisuje relację 90-stopni między dwiema osiami ruchu lub między kierunkiem prowadnicy a określonym punktem odniesienia maszyny. Różni się od równoległości szyn, prostoliniowości ścieżki i płaskości powierzchni montażowej.

Precyzyjny kwadrat i wskaźnik mogą zapewnić praktyczną kontrolę w warsztacie, podczas gdy sprzęt optyczny, maszyny współrzędnościowe i trackery laserowe są bardziej odpowiednie w przypadku systemów o długim przesuwie i-o wyższej dokładności. Niezależnie od metody należy jasno określić punkt odniesienia, długość kontroli, niepewność przyrządu i przedmiot pomiaru.

DLY dostarcza kulkę HD-, nisko-profil ED, miniaturę MD i typ rolki RD-prowadnice liniowez opcjami dokładności H i P. Ostateczna prostopadłość maszyny zależy zarówno od dokładności prowadnicy, jak i od montażu, osiowania i weryfikacji całego układu ruchu.

← Powrót do bloga DLY