Funktionen und Spezifikationen
Die Funktion eines Positioniertisches ist die Ausführung einer präzisen Bewegung ausschließlich in die gewünschte Richtung. Bei einem Lineartisch entspricht die erwünschte Bewegung einer idealen Geraden. Bewegungen in die anderen Richtungen führen zu Abweichungen von der gewünschten Bahn und/oder Position. Weitere Einflussgrößen sind etwaige Belastungskräfte und natürlich die Art der Konstruktion und Fertigung des Positioniertisches. Hochleistungspositionierer sind komplexe Systeme, bei denen jedes noch so kleine Detail in der Konstruktion und der Anwendung mit zu berücksichtigen ist, wenn man unerwünschte Ergebnisse vermeiden will. Mit anderen Worten: Die Anwendung und die verschiedenen Leistungsdaten eines Produktes sind bis ins Detail zu überprüfen.
Hinweis: Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die in diesem Katalog angegebenen Leistungsdaten auf einachsige Positionierer und nicht auf eine Baugruppe mit mehreren Achsen. Anwendungen mit mehrachsigen Baugruppen empfehlen wir Ihnen mit unseren Verkaufsingenieuren zu besprechen.
Koordinatensystem und Vorzeichenkonvention
Jeder Positioniertisch hat sechs Freiheitsgrade: drei geradlinige Bewegungen entlang den Achsen X, Y und Z sowie die Rotationen um diese Achsen (Abb. 1). Alle hier beschriebenen Bewegungen beziehen sich auf ein rechtshändiges Koordinatensystem. Das Kreuzprodukt der +X- und +Y-Achsen (zweiter und dritter Finger) bildet die +Z-Achse (Daumen). Zeigt der Daumen der rechten Hand in die positive Richtung einer Achse, umschließen die Finger die Achse in die positive Drehrichtung um diese Achse. Jede Bewegung kann als eine Zusammensetzung verschiedener geradliniger Bewegungen entlang und/oder Rotationen um die Koordinatenachsen betrachtet werden. Wir beziehen uns in der Regel auf ein Koordinatensystem, in dem die X und Y-Achsen horizontal (die Verstellrichtung des ersten Positionierers entspricht der X-Achse) und die Z-Achse vertikal verlaufen.
Abb. 1 — Rechtshändiges Koordinatensystem mit sechs Freiheitsgraden.Führungsabweichung bei Lineartischen
Der lineare Anteil einer Abweichung von der Verstellachse (im Gegensatz zur Verkippung). Die Abweichung von der erwünschten, ideal geradlinigen Bewegung setzt sich aus zwei orthogonalen Komponenten zusammen. In den Standards ISO-230 und ASME B5.57 wird die Führungsabweichung auch Geradheit oder Abweichung von der Geradheit genannt. In der täglichen Praxis der Branche werden die Begriffe Ebenheit und Geradheit aber mit den folgenden Definitionen verwendet.
Ebenheit
In Abbildung 2 entspricht die ideale geradlinige Bewegung einer ausschließlichen Bewegung in Richtung X-Achse. Eine Abweichung von der Ebenheit wäre eine Verschiebung entlang der Z-Achse.
Geradheit
In Abbildung 2 entspricht die ideale geradlinige Bewegung einer ausschließlichen Bewegung in Richtung X-Achse. Eine Abweichung von der Geradheit wäre eine Verschiebung entlang der Y-Achse.
Abb. 2 — Abweichungen von der Verstellachse bei Lineartischen.Verkippung bei Lineartischen
Die als Winkel gemessene Abweichung von der idealen geradlinigen Verstellachse. Die Verkippung setzt sich aus drei orthogonalen Komponenten zusammen, die mit Neigen, Rollen und Gieren bezeichnet werden (Abb. 3).
Eine präzise Beurteilung der Führungsabweichungen einer bestimmten Anwendung kann komplex sein, insbesondere bei mehrachsigen Systemen oder Anwendungen, bei denen der relevante Referenzpunkt von den Führungen des Verstelltisches entfernt ist.
Abb. 3 — Rollen, Neigen und Gieren eines Lineartisches.Kreuzkopplung
Mit Kreuzkopplung wird bei mehrachsigen Systemen der Bewegungsanteil einer Achse bezeichnet, der durch eine Einwirkung einer andere Achse hervorgerufen wird.
Abbefehler
Eine durch einen langen Hebelarm verursachte lineare Abweichung von der Verstellachse aufgrund von Verkippung oder Taumeln der Führungsachse (Abb. 4). Dieser Fehler tritt dann in den Vordergrund, wenn die Messung relativ weit von der Führungsachse entfernt durchgeführt wird. Bei einem Hebelarm von 20 mm und einer Verkippung von 1 mrad tritt z.B. ein Abbefehler von 0,02 mm auf.
Abb. 4 — Der Abbefehler lässt sich durch eine Verkürzung des Hebelarmes verringern. Man beachte die Verkippung des Positionierers.Exzentrizität und Taumeln beim Rotationstisch
Beim Rotationstisch bezeichnet Exzentrizität die Abweichung des Drehmittelpunktes von seiner mittleren Position im Verlauf einer Drehung (Abb. 5). Die Exzentrizität wird auch radiale Führungsabweichung genannt. Bei einem perfekt zentrierten Rotationstisch mit perfekten Lagern würde keine Exzentrizität auftreten.
Taumeln ist die Winkelabweichung der Rotationsachse von ihrer idealen Achse im Verlauf einer Drehung (Abb. 5). Man erkennt das Taumeln meist als zyklisch auftretende Verkippung der rotierenden Oberfläche des Messtisches. Taumeln kann zu einem Abbefehler führen. Wie die Exzentrizität wird das Taumeln im allgemeinen durch die Lager verursacht.
Abb. 5 — Abweichungen von der Verstellachse bei Rotationstischen.Cosinusfehler
Eine fehlerhafte Ausrichtung der Messachse zur Verstellachse führt zum Cosinusfehler. Der Cosinusfehler hängt von dem Winkel zwischen der Messachse und der Verstellachse ab (siehe Abb. 6). Sind die beiden Achsen parallel, tritt kein Cosinusfehler auf.
Abb. 6 — Der Cosinusfehler wird durch eine fehlerhafte Ausrichtung zwischen der Messachse und der Verstellachse hervorgerufen.Spiel
Unkontrollierte Bewegung aufgrund von Toleranzen bei mechanischen Teilen. Spiel trägt zu Umkehrspiel bei.
Reibung
Reibung wird als Widerstand bei einer Bewegung zwischen Kontaktflächen definiert. Verschiedene Faktoren tragen zur Gesamtreibung eines Systems bei: z.B. Gleitreibung, Abnutzung und Gleitmittelviskosität.
Haftreibung
Haftreibung ist die statische Reibung, die überwunden werden muss, um einen Körper aus der Ruheposition zu bewegen. Da die statische Reibung in der Regel größer als die Gleitreibung ist, muß eine höhere Kraft angewendet werden, um einen Körper aus der Ruheposition zu bewegen als eine Körper in Bewegung zu halten. Daher bewegt sich der Körper unter Krafteinwirkung zunächst gar nicht und macht dann plötzlich einen "Sprung", was zum Überfahren der Position und/oder Übersteigen der Geschwindigkeit führen kann. Bei der Konstruktion von Positionierern wird versucht, eine statische Reibung zu erreichen, die der Gleitreibung möglichst nahe kommt, um den Effekt zu reduzieren.
Positionsstabilität
Positionsstabilität ist die Fähigkeit, eine Position über längere Zeit in einem bestimmten Bereich konstant zu halten. Die Abweichung von einer stabilen Position wird Drift genannt. Drift wird durch Abnutzung, Schwingungen, Gleitmittelbewegung und Temperaturschwankungen verursacht.
Belastbarkeit
Die maximal zulässige Kraft, die an einem Verstelltisch in eine bestimmte Richtung angreifen kann und bei der der Verstelltisch seine Spezifikationen weiterhin erfüllt. Die maximal zulässige Kraft umfasst statische (Masse x Schwerkraft) und dynamische (Masse x Beschleunigung) Kräfte. Zu den dynamischen Kräften zählen ebenfalls externe Kräfte wie z. B. auf den Messtisch wirkende Schwingungen. Die von einem Verstelltisch auf eine Masse übertragbare Beschleunigung ist auf die Beschleunigungskraft beschränkt, die der Tisch aufbringen kann, ohne die Belastbarkeit zu übersteigen. Bei Rotationstischen ist die maximal zulässige Kraft das Drehmoment (Produkt von Winkelbeschleunigung und Trägheitsmoment). Bei Lineartischen treten Drehmomente auf, wenn die zu beschleunigenden Lasten mit einem Hebelarm angreifen. Wenn nicht anders angegeben, bezieht sich die in diesem Katalog angegebene Belastbarkeit auf eine mittig angreifende vertikale Last (Abb. 7).
Abb. 7 — Angaben zur Belastbarkeit beziehen sich auf mittig und orthogonal angreifende Lasten. Zentrale Belastbarkeit
Bei Lineartischen die maximal zulässige Kraft, die vertikal zur Bewegungsachse und Schlittenoberfläche in der Mitte des Schlittens angreifen kann (Abb. 14). Bei Rotationstischen bezeichnet dieser Begriff die maximal zulässige Kraft entlang der Rotationsachse. Ausserdem muss das maximale Drehmoment innerhalb der zulässigen Grenzen des Rotationstisches liegen.
Transversale Belastbarkeit
Der Begriff bezeichnet die maximale Belastung, die rechtwinklig zur Bewegungsachse entlang der Schlittenoberfläche angreifen kann (Abb. 7). Die transversale Belastbarkeit ist typischerweise geringer als die vertikale Belastbarkeit.
Axiale Belastbarkeit
Maximale Belastung entlang des Antriebsstrangs (Abb. 7). Bei vielen Messtischen unterscheidet sich die axiale Belastbarkeit in Richtung des Motors von der entgegen des Motors. Bei vertikal montierten Messtischen ist der Hebelarm der Belastung mit zu berücksichtigen.
Herabsetzung der Belastbarkeit bei exzentrische Belastung
Die Gleichung und die Parameter mit den genauen Werten für jeden Messtisch finden Sie in den Produktspezifikationen. Bei exzentrischer Belastung liegt die Belastbarkeit unter den sonstigen Werten. Bei hohen Belastungen empfehlen wir die Rücksprache mit einem Newport Verkaufsingenieur.