精密設(shè)備定位精度常見誤差曲線及分析（二）

隨著精密設(shè)備應(yīng)用的普及,采用激光干涉儀對精密設(shè)備進(jìn)行定位精度檢測也成為目前公認(rèn)的高效、高精度的檢測方法。但是不同的設(shè)備使用激光干涉儀檢測的精度曲線會各不相同,因此想要提高精密設(shè)備定位精度,就需要對不同的測試結(jié)果給予全面而科學(xué)地分析,本文就正隆產(chǎn)品在使用過程中遇到的幾種機(jī)床誤差曲線的誤差源及解決方案提出分析,供更多關(guān)心精密設(shè)備精度檢測和誤差修復(fù)的人士參考。

上圖顯示去程和回程兩次測試之間具有不變的垂直偏移。偏移曲線可能原因:

1)在干涉儀設(shè)置上可能的問題。該曲線的誤差大小不太可能與儀器操作有關(guān),主要去分

析機(jī)床本身的誤差源。

2)機(jī)床方面的問題：反向間隙未補(bǔ)償或不當(dāng)補(bǔ)償、車架與導(dǎo)軌之間存在軸向間隙(松動)。

針對以上問題建議:

1)絲杠滾珠絲桿驅(qū)動裝置:

2)檢查球狀螺母或絲杠是否磨損

3)檢查絲杠軸承的端部浮動情況

4)使用具有角度測量功能的5D干涉儀檢查軸線反轉(zhuǎn)時的車架角度間隙

5)檢查控制器內(nèi)設(shè)置的反向間隙補(bǔ)償是否正確

6)機(jī)架和小齒驅(qū)動裝置

7)檢查牙是否正確咬合;

8)檢查齒輪箱是否磨損

9)線性編碼器系統(tǒng)

當(dāng)測試采用配備旋轉(zhuǎn)位置反饋編碼器的機(jī)架和小齒輪或絲杠驅(qū)動裝置的設(shè)備時,將產(chǎn)生這種圖形。對于這類設(shè)備,當(dāng)軸線改變方向時,盡管在吸收反向間隙時待測軸線將瞬間暫停,滾珠絲杠或小齒輪驅(qū)動裝置內(nèi)的反向間隙仍使位置反饋系統(tǒng)記錄有移動

上圖顯示在去程測試中出現(xiàn)向上的坡度,回程測試為去程測試的鏡像。去程和回程測

試之間的偏差(或滯后或反向間隙)隨軸線離開受驅(qū)動端而逐漸提高

燕尾狀可能原因:

1)在激光干涉儀設(shè)置上可能的問題:該曲線的誤差大小不太可能與儀器操作有關(guān),主要偏移去分析設(shè)備本身的誤差源。

2)設(shè)備方面的問題:滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)、導(dǎo)軌太緊或者兩軌不平行、使用的誤差補(bǔ)償值不正確。

此類圖形表示滾珠絲杠發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)動滾珠絲杠所需的扭矩太高,絲杠自身開始發(fā)生變形(扭曲)時,將出現(xiàn)滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)。扭曲量隨著滾珠絲杠的螺帽離開受驅(qū)動端而逐漸提高。若導(dǎo)軌或球狀螺母很緊或咬著及/或滾珠絲杠自身強(qiáng)度不夠,可能發(fā)生滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)。垂直軸線的平衡塊重量不足也會引起這個問題。

當(dāng)設(shè)備逐漸離開起始點(diǎn)時,轉(zhuǎn)動滾珠絲杠所需的扭矩使它發(fā)生扭曲。如果編碼器安裝在滾珠絲杠的受驅(qū)動端,它轉(zhuǎn)動的角度將比在對端要稍大一些。

例如:在具有緊導(dǎo)軌或尺寸過小的滾珠絲杠的設(shè)備上,轉(zhuǎn)動絲杠所需的扭矩可能足以使絲杠扭曲0.5度/米。因此,如果滾珠絲杠的俯仰誤差值是10毫米,這個扭曲相當(dāng)于1米具有0.014毫米的總線性誤差。在去程測試中,于這個把曲,設(shè)備位置編碼器的讀數(shù)每1米將增加0.014毫米?，F(xiàn)在,讓我們看看回程測試即運(yùn)行方向相反的情況。當(dāng)滾珠絲杠改變方向時,它開始逐漸放松直到?jīng)]有扭曲,然后在往相反的方向移動時它又開始逐漸扭曲,直到施加足夠的扭矩使設(shè)備軸線重新移動為止。在這個放松和重新扭曲的過程中,機(jī)床保持靜止不動,激光記錄無移動,但是位置編碼器在滾珠絲杠的回程(受驅(qū)動)端部,將觀察到絲杠發(fā)生旋轉(zhuǎn)(扭曲)。這個反向效果給出的特性圖顯示回程測試為去程測試的鏡像.

針對以上問題建議:

1)檢查絲杠和導(dǎo)軌潤滑及兩條線軌平行度;

2)檢查在垂直軸上的平衡作用:

3) 檢查并調(diào)節(jié)導(dǎo)軌夾條:

4)檢查導(dǎo)軌蓋是否咬著;

5)檢查控制器補(bǔ)償

上圖顯示正向(向外)運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)坡度而反向(間內(nèi))運(yùn)行則產(chǎn)生正坡度。正反向交叉線可能原因:

1)在激光干涉儀設(shè)置上可能的問題:該曲線的誤差大小不太可能與儀器操作有關(guān),主要去分析機(jī)床本身的誤差源。

2)設(shè)備方面的的問題,這是絲杠扭轉(zhuǎn)的一個特殊例子,其中,單向線性誤差補(bǔ)償和單反向值已在控制器中設(shè)置。

針對以上問題建議:

1)檢查絲杠和導(dǎo)軌潤滑以及兩條線軌平行度;

2)檢查在垂直軸上的平衡作用;

3)檢查并調(diào)節(jié)導(dǎo)軌夾條;

4)檢查導(dǎo)軌蓋是否咬著:

5) 檢查控制器補(bǔ)償。

如果用戶計劃在軸線中間位置完成大部分的工作,則當(dāng)前補(bǔ)償可認(rèn)為是最佳的,因為它將最大誤差分布在軸線端部,而最小的誤差則在中間位置。刪除反向誤差補(bǔ)償將產(chǎn)生燕尾狀圖形

上圖顯示在整個測試過程中誤差都呈增加的趨勢。它的一個重要特性是,甚至在設(shè)為基準(zhǔn)值或零的軸線位置上時,誤差還在增加。

鋸齒形可能原因:

1)在激光干涉儀設(shè)置上可能的問題、絲杠誤差、光學(xué)鏡組的熱漂移。

2)設(shè)備方面的的問題:機(jī)械故障、編碼器反饋不可靠

針對以上問題建議:如果誤差很小(幾個微米),可以在光學(xué)鏡組彼此靠近時設(shè)為基準(zhǔn)值并重做測試。

確保光學(xué)鏡組已有充分的時間適應(yīng)環(huán)境溫度

開始測試之前,讓機(jī)床預(yù)熱。

注：如果溫度或其它環(huán)境條件在測試期間發(fā)生變化,則可能的原因是激光設(shè)為基準(zhǔn)值時由于固定和移動光學(xué)鏡組之間有間隙而引起的絲杠誤差。確保在重新測試之前,盡可能降低絲杠誤差的可能性。

另一種可能性是由光學(xué)鏡組適應(yīng)環(huán)境引起的熱漂移。在重新測試之前,確保光學(xué)鏡已有足夠的時間適應(yīng)環(huán)境溫度。(光學(xué)鏡組引起這種誤差的可能性較小,因為鏡組的制作材料是鋁,能夠比鋼更快地適應(yīng)環(huán)境)。

若絲杠誤差和熱漂移都不是引起誤差的原因,則有可能是機(jī)械漂移。可能設(shè)備軸線相對設(shè)備位置反饋系統(tǒng)發(fā)生移動,這可能是由編碼器或線性計量儀安裝不牢固引起?？赡苁请姍C(jī)的熱量傳到機(jī)床的機(jī)體中使設(shè)備的溫度逐漸提高。若是這種情況,可以合理預(yù)測在一定次數(shù)的測試之后,誤差(單向)增加的速度將逐漸降低,因為有這種可能性,懷疑產(chǎn)生移動的組件因熱膨脹而移動的距離會受到物理性限制。機(jī)械漂移最有可能產(chǎn)生負(fù)誤差并且所產(chǎn)生的坡度會是一個方向比另一個方向扁平。

有可能編碼器信號有噪音,造成控制器的脈沖計數(shù)增加。也有可能編碼器信號電平與控制器輸入不兼容。

    提升設(shè)備精度的方法有很多，篇幅有限，無法把所有方法一一列舉，后續(xù)我們將會持續(xù)更新，對設(shè)備精度有要求的用戶，可持續(xù)關(guān)注！

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