Що таке перпендикулярність лінійних напрямних і як її виміряти?

Лінійна напрямна перпендикулярність описує, наскільки близько одна напрямна вісь, вісь руху або опорна точка кріплення утворює 90-градусне відношення до іншої заданої бази. Найчастіше перевіряється між осями руху машини X і Y, де це також називається прямокутністю осі або ортогональністю.

Перпендикулярність не слід плутати з паралельністю двох рейок, встановлених на одній осі. Дві рейки, що підтримують один рухомий стіл, зазвичай мають бути паралельними. Дві різні осі руху, наприклад X і Y, зазвичай мають бути перпендикулярними.

Якщо осі X і Y не є квадратними, машина може рухатися плавно, але задана геометрія може бути спотворена. Запрограмований квадрат може стати паралелограмом, а кругова траєкторія може показати геометричну похибку напрямку, навіть якщо кожна окрема вісь розташовується точно вздовж власного ходу.

Що означає перпендикулярність

Цей термін може описувати кілька різних відносин. Креслення, план перевірки або специфікація машини повинні точно визначати, яка лінія, площина або вісь руху контролюються.

Ці зв’язки вимагають різних налаштувань вимірювання. Результат є неповним, якщо не вказано контрольовану функцію, базову базу, напрямок вимірювання та оцінену довжину.

Перпендикулярність проти паралельності

Паралельність і перпендикулярність є пов’язаними засобами керування вирівнюванням, але вони вирішують різні проблеми.

Перед перевіркою перпендикулярності XY кожна вісь повинна мати прийнятну прямолінійність, а паралельні рейки всередині кожної осі повинні бути вирівняні. В іншому випадку показання перпендикулярності можуть містити помилки з кількох різних джерел.

Для вимірювання рейок, встановлених в одному напрямку, дивяк виміряти паралельність лінійної напрямної.

Як помилка перпендикулярності впливає на рух

Ефект залежить від того, яке співвідношення є неправильним.

Коли осі руху X і Y не є квадратними:

• Квадратний шлях може стати паралелограмом.
• Перевірка кругової інтерполяції може виявити геометричне спотворення.
• Деталі, оброблені з різних напрямків осі, можуть не зустрічатися під запланованим кутом.
• Результати перевірки можуть відрізнятися в залежності від напрямку вимірювання.

Якщо опорні точки кріплення на рейці розташовані не перпендикулярно або неправильно:

• Рейка може не повністю прилягати до обох опорних поверхонь.
• Затягуючі болти можуть деформувати рейку або відтягнути її від передбачуваної бази.
• Рухома пластина може створювати додаткове моментне навантаження на каретки.
• Кінцевий напрямок осі може відрізнятися від креслення машини.

Помилка прямокутності XY не обов’язково ускладнює переміщення каретки, оскільки кожна вісь все ще може бути внутрішньо прямою та паралельною. І навпаки, зв’язувальна каретка частіше пов’язана з паралельністю рейок, зміною-висоти монтажу, забрудненням або викривленням пластини, ніж із співвідношенням 90 градусів між окремими осями.

Спочатку визначте вимірювання

Перш ніж вибрати інструмент, визначтеся з наступною інформацією:

• Яка вісь, бічна поверхня рейки чи монтажна площина є контрольованим елементом?
• Яка вісь або поверхня є базовою?
• Це вимога щодо геометрії компонента чи фактичного руху каретки?
• На якій довжині вимірювання оцінюється результат?
• Чи слід повідомляти результат у мм, мм/м, мікрометрах чи кутових одиницях?
• Які умови-завантаження машини застосовуються?

Вимірювання оброблених монтажних країв автоматично не доводить, що кінцеві осі руху перпендикулярні. Розташування рейки, затягування болтів, зміна каретки, деформація столу та регулювання збірки можуть змінити завершену геометрію руху.

Спосіб 1: квадрат і циферблатний індикатор

Відкалібрований прецизійний косинець і циферблатний тестовий індикатор забезпечують практичний метод перевірки прямокутності двох відносно коротких осей машини. Косинець повинен мати достатню точність для необхідного допуску верстата.

Основна процедура для етапу XY:

1. Очистіть контактні поверхні столу, косинця та індикатора. Видаліть стружку, задирки та залишки мастила, які можуть нахилити квадрат.
2. Встановіть вісь X- як базовий напрямок руху.
3. Помістіть прецизійний косинець на стіл машини та вирівняйте одну робочу поверхню паралельно ходу осі X-.
4. Встановіть циферблатний індикатор на рухомий елемент осі Y-так, щоб зонд торкався перпендикулярної робочої поверхні квадрата.
5. Перемістіть вісь Y- через визначену довжину перевірки, записуючи значення індикатора.
6. Повторіть вимірювання, щоб перевірити повторюваність, потім переверніть або перемістіть косинець, де необхідно, щоб визначити квадрат або помилку налаштування.

Варіація індикатора представляє бічне відхилення за виміряним ходом осі Y-після того, як квадрат було правильно вирівняно з опорною віссю X-. Квадрат не повинен рухатися під час переміщення осі.

Метод 2: Оптичне вимірювання

Машинам із більшим ходом і вищою-точністю може знадобитися автоколіматор, лазерний інтерферометр із відповідною кутовою чи прямолінійною оптикою або лазерний трекер. Простий лазерний покажчик або лінійний лазер недостатні для відстежуваного високо{2}}точного вимірювання перпендикулярності.

Типовий оптичний процес включає:

1. Встановіть напрям або кутову поведінку першої осі руху.
2. Виміряйте напрямок другої осі в тій же системі координат.
3. Обчисліть кутове співвідношення між двома підігнаними напрямками руху.
4. Повторіть запуски в обох напрямках руху, щоб оцінити повторюваність і реверсивний ефект.
5. Застосовуйте екологічні та компенсаційні процедури виробника приладу.

Оптичні методи зменшують залежність від короткого фізичного квадрата та корисні для довгих осей машин. Їхня точність все ще залежить від налаштування приладу, температури повітря, теплових градієнтів, вібрації та правильної інтерпретації виміряних векторів осі.

Спосіб 3: CMM або лазерний трекер

Координатно-вимірювальна машина або лазерний трекер може оцінити перпендикулярність, вимірявши точки вздовж двох опорних об’єктів або шляхів руху та підігнавши лінію або площину до кожного набору даних.

Загальна процедура така:

1. Визначте систему координат верстата та необхідні точки відліку.
2. Зберіть достатню кількість розподілених точок уздовж першої осі, базової рейки або елемента кріплення.
3. Збирайте бали вздовж другої контрольованої функції.
4. Встановіть необхідні лінії або площини, використовуючи узгоджений метод оцінки.
5. Обчисліть кутове співвідношення або відхилення перпендикулярності між ними.

Необхідна кількість точок залежить від довжини елемента, геометрії, похибки вимірювання та стандарту контролю. Фіксоване число, наприклад 20 або 30 балів, не слід застосовувати до кожної машини.

Перевірка ШМ особливо корисна для перевірки оброблених основ, столів і позиціонування плечей перед встановленням направляючої. Для фактичної перпендикулярності осі-руху налаштування вимірювання мають фіксувати рух каретки чи столу, а не лише статичну геометрію рейки.

Як обчислити похибку

Для квадратного-і-індикаторного вимірювання спрощене відхилення перпендикулярності можна виразити як:

Коли результат нормалізовано до одного метра:

Для малих кутових похибок кут можна наближено визначити за співвідношенням між відхиленням і довжиною вимірювання:

Наприклад, якщо індикатор змінюється на 0,012 мм за перевірений хід 600 мм:

Це звітний приклад, а не універсальний допуск. Допустиме значення має виходити з конструкції машини, креслення, можливостей процесу або відповідного стандарту перевірки.

Жодної універсальної толерантності

Немає єдиного допуску на перпендикулярність, який підходить для кожної системи лінійних напрямних. Вісь транспортування упаковки, обробний центр з ЧПК і координатний вимірювальний стіл мають дуже різні геометричні вимоги.

Допустима похибка залежить від:

• Довжина ходу осі
• Необхідна деталь або точність позиціонування
• Відстань між направляючою та робочою точкою
• Конструкція машини та термічна поведінка
• Точність направляючої та попередній натяг
• Невизначеність вимірювання
• Наявність компенсації контролера

Допуск повинен завжди вказувати його оцінену довжину. Відхилення 0,01 мм на 100 мм не еквівалентно 0,01 мм на 1000 мм.

Поширені помилки вимірювання

Використання неперевіреного квадрата

Якщо квадратична помилка близька до допуска машини, результат не може надійно відрізнити помилку машини від помилки еталонного-інструмента. Використовуйте калібрований квадрат із відповідною невизначеністю.

Не вдається вирівняти косинець до головної осі

Точний квадрат, розміщений на столі, не вирівнюється автоматично за рухом осі X-. Перш ніж використовувати перпендикулярну грань для перевірки Y, одну грань потрібно встановити паралельно вибраній головній осі.

Вимірювання до встановлення правильності паралельності

Якщо дві рейки в межах однієї осі не паралельні, рухомий стіл може відхилятися або загинатися під час руху. Результуючу зміну індикатора можна прийняти за помилку перпендикулярності.

Ігнорування косинусної помилки індикатора

Зонд повинен торкатися контрольної поверхні під правильним кутом і залишатися в межах призначеного діапазону вимірювання. Нахилений шток індикатора або зміна кута контакту вносить додаткову похибку.

Вимірювання під час зміни температури

Рами машин, кутники, рейки та вимірювальні прилади розширюються з температурою. Дозвольте обладнанню стабілізуватися та уникайте прямого сонячного світла, зміни температури теплоносія та місцевих джерел тепла під час точної перевірки.

Як виправити перпендикулярність

Метод виправлення залежить від того, чи походить помилка від монтажної основи, положення рейки, рухомої конструкції чи калібрування машини.

1. Підтвердьте головну вісь.Перевірте його прямолінійність і внутрішню паралельність рейок, перш ніж використовувати його як еталон.
2. Огляньте монтажні поверхні.Видаліть задирки, вм’ятини, бруд і виступи навколо отворів для болтів.
3. Послабте лише регульовану вісь.Тримайте встановлену головну вісь фіксованою, якщо перевірка не покаже, що вона також є неправильною.
4. Налаштуйте відповідно до правильного посилання.Для позиціонування осі використовуйте оброблене плече, прецизійний косинець, джиг або зворотний зв’язок вимірювання.
5. Поступово затягуйте.Дотримуйтеся вказаної послідовності болтів і моменту затягування, перевіряючи, щоб вісь не зсувалась.
6. Повторно перевірте повну подорож.Виміряйте в обох напрямках руху та повторіть, коли всі рейки, каретки та пластини будуть повністю затягнуті.

Прокладки можна використовувати лише там, де це дозволяє конструкція машини та напрям корекції. Випадкове шиммування може покращити одне зчитування, водночас створюючи спотворення-лицьової сторони, крен або помилку висоти в іншому місці.

Якщо необхідне регулювання перевищує доступний діапазон монтажу, може знадобитися повторна механічна -обробка монтажного плеча або основи. Компенсація контролера може зменшити певні геометричні похибки в керованому русі, але вона не виправляє механічне зв’язування, погану посадку рейки або надмірне внутрішнє навантаження на каретку.

Рекомендований наказ про перевірку

Логічна послідовність перевірки запобігає помилці помилки вирівнювання за іншу:

1. Рівність і чистота-монтажної поверхні
2. Головна прямолінійність рейок
3. Паралельність рейок всередині кожної осі
4. Рух каретки та опір бігу
5. Перпендикулярність між різними осями руху
6. Повне позиціонування машини та тести інтерполяції

Інспекцію монтажної-поверхні дивлінійне кріплення направляючої-рівність поверхні. Повну послідовність складання дивяк встановити напрямні лінійного руху.

Висновок

Лінійна напрямна перпендикулярність зазвичай описує 90{2}}відношення між двома осями руху або між напрямком напрямної та заданою базовою точкою машини. Він відрізняється від паралельності рейок, прямолінійності шляху та площинності монтажної поверхні.

Точний косинець і індикатор можуть забезпечити практичну перевірку майстерні, тоді як оптичне обладнання, КІМ і лазерні трекери більше підходять для довгих подорожей або систем з вищою{0}}точністю. Незалежно від методу необхідно чітко визначити точку відліку, довжину перевірки, похибку приладу та об’єкт вимірювання.

DLY постачає кульковий-тип HD, низькопрофільний-ED, мініатюрний MD та роликовий-тип RDлінійні напрямніз параметрами точності H і P. Остаточна перпендикулярність машини залежить як від точності направляючої, так і від монтажу, вирівнювання та перевірки повної системи руху.

← Повернутися до блогу DLY