Erfassung geometrischer Abweichungen an Werkzeugmaschinen mit Hilfe eines Laser-Geradheits-Meßsystems auf Halbleiterlaserbasis:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
1997
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| Beschreibung: | Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 1997 |
| Beschreibung: | VI, 113 S. Ill., graph. Darst. |
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Zeichen, Einheiten und Benennungen
I
Seite
IV
Einleitung 1
Ji
Messung geometrischer Abweichungen - Stand der Technik 2
Messungen der Geradlinigkeit der Bewegung
Meßverfahren mit Lineal und Wegaufhehmem
Meßverfahren mit Prüfdraht und Mikroskop
Autokollimationsfernrohr
Meßverfahren mit dem Laser-Interferometer und Geradheitsoption
Messungen der Rundlaufabweichungen rotatorischer Achsen
Meßverfahren mit Prüfkugel und Wegaufhehmem
Messungen der Parallelität einer Axialschlittenbahn zu einer Drehachse
Meßverfahren mit Prüfdom und Meßtastern
Aufgabenstellung und Zielsetzung
4 Optimierung der Meßsystemkomponenten 11
4 1 Meßrechner 12
4 2 Strahlerzeugungskonzepte 13
421 Strahlerzeugung mittels Halbleiterlaser 14
422 Vergleichende Untersuchungen verschiedener Diodenlaser bezüglich
ihrer Strahllagestabilität
423 Verhalten während der Warmlaufphase 18
424 Möglichkeiten zur Verbesserung der Meßsignalstabilität 22
425 Einfluß der Strahldivergenz des Lasers auf die maximale Meßlänge 26
Inhaltsverzeichnis
Optische Positionsdetektoren
Kompensation der Nichtlinearitäten der Positionsdetektoren
Meßverstärker
Strahlabschirmung
Anforderungen
Realisierung
Einflüsse auf die e
Praxisbedingungen unter
Ermittlung des Einflusses der Meßlänge auf die Strahllagestabilität
Maßnahmen zur Verbesserung der Meßsignalstabilität
Ermittlung des Einflusses der emittierten Strahlleistung
Einflüsse der Umgebungsbedingungen
Einfluß der Luftfeuchtigkeit
Einfluß der Lufttemperatur
Einfluß von Luftverunreinigungen aufgrund von ölnebel
Einfluß der Verfahrgeschwindigkeit des Detektors auf das Meßsignal
Praxisbezogene Aufgaben für das Meßsystem
Erfassung von Geradlinigkeitsabweichungen
Prinzipielle Vorgehensweise bei einer optischen bzw einer
konventionellen Geradlinigkeitsmessung
Beschreibung eines alternativen Meß- und Auswerteverfahre
Beispiele durchgefuhrter Geradlinigkeitsmessungen
Erfassung von Abweichungen der Rechtwinkligkeit der Bewegung
zweier Maschinenteile
rens
Seite
27 6 3 Erfassung von Rundlaufabweichungen
29 631 Meßaufbau und Meßwertauswertung
632 Ermittlung reiner translatorischer Fehl
633 Beispielmessung
6 4 Erfassung von Abweichungen von der P
Axialschlittens zur Drehachse des W
37 641 Meßaufbau und Meßwertauswertung
39 642 Beispiele durchgefuhrter Parallelitätsin
7 Weitere Möglichkeiten für den E*
Laser-Geradheits-Meßsystems
46 71 Erfassung verschiedener geometrischer
50 7* Werkzeugmaschine durch Abfahren? auf der Mantelfläche eines Kegels
51 r--
51 Zusammenfassung und Ausblick
53 fö-*7’ Literatur
59 i§
60 fri
iE
Anhang
64 i -
64 ■ ii|
Br
■
71 ; Sv
77 ^
74 nÄTVV- -•
*
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis III
Seite Seite
27 6 3 Erfassung von Rundlaufabweichungen 75
täten der Positionsdetektoren 29 631 Meßaufbau und Meßwertauswertung 75
632 Ermittlung reiner translatorischer Fehlerbewegungen 84
633 Beispielmessung 85
J|: 6 4 Erfassung von Abweichungen von der Parallelität der Bewegung des 88
37 Axialschlittens zur Drehachse des Werkstückträgers
37 641 Meßaufbau und Meßwertauswertung 88
bilität des Meßsignals unter 39 : ‘f; v
642 Beispiele durchgefuhrter Parallelitätsmessungen 90
(
7 Weitere Möglichkeiten für den Einsatz des 93
Meßlänge auf die Strahllagestabilität 39
If Laser-Geradheits-Meßsystems
der Meßsignalstabilität 46
s W
j Ü 7 1 Erfassung verschiedener geometrischer Abweichungen einer 93
Strahlleistung 50 1 i Werkzeugmaschine durch Abfahren einer Schraubenlinie
auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfes
fr
■^S V
8 Zusammenfassung und Ausblick 97
aufgrund von Ölnebel
59 i
9 Literatur 101
«t des Detektors auf das Meßsignal 60
10 Anhang 106
r das Meßsystem 64
eichungen 64
einer optischen bzw einer
§
Meß- und Auswerteverfahrens
gkeitsmessungen 71
Rechtwinkligkeit der Bewegung 74
IV Zeichen, Einheiten und Benennungen
Zeichen: Einheit: Benennung:
a(x) Koeffizient der Lösungsgleichung zur Bestimmung der Aus
gleichskurve bei der Parallelitätsmessung
A [im2 Fläche, die von der Rundlaufkurve eingeschlossen wird
b(x) Koeffizient der Lösungsgleichung zur Bestimmung der Aus
gleichskurve bei der Parallelitätsmessung
c(x) Koeffizient der Lösungsgleichung zur Bestimmung der Aus
gleichskurve bei der Parallelitätsmessung
M2 Hz Frequenzen eines Zweifrequenzen-Interferometers
hl mm Höhen der Meßebenen bei der Rundlaufmessung
h2 mm Höhen der Meßebenen bei der Rundlaufmessung
i Laufvariable
I W/m2 Intensität des Strahlflecks auf der PSD
k Anzahl der aufgenommenen Meßpunkte
L mm Länge des Meßnormals
n Anzahl der Rundlaufinessungen
n Anzahl der Meßpunkte über die gemittelt werden soll
N LaufVariable bei der Rundlaufmessung
M Anzahl der Meßwerte bei der Rundlaufmessung
Pv mW Verlustleistung des Strahlerzeugers
P( p) Meßpunkte
r«P) Um Radius der Meßpunkte bei kartesischer Darstellung der Rund
laufkoordinaten
Pm lim Radius des Ausrichtefehlerkreises
t sec/min Meßzeit
T °C Temperatur
AT °C Temperaturgradient
V m/min Verfahrgeschwindigkeit des Positionsdetektors bei einer Gerad
linigkeitsmessung
X lim aufgenommene x-Werte
Zeichen, Einheiten und Benennun en
Zeichen: Einheit: Benennung:
x pm in den theoretischen Ach
Xafk pm Abweichungen in X-Ric
Lasers
x(e) pm transformierte x-Koor *
xd pm x-Koordinate im Dioden-
*DK pm aufgenommene x-Werte
Xi pm x-Koordinate des i-ten Mi
bei einer Parallelitätsme
Xm pm gemittelte x-Werte
*0 pm Mittelpunktkoordinate in
*1» x2 pm Rundlaufabweichungen in
y(e) pm transformierte y-Koor
y pm in den theoretischen Ac
pm Abweichungen in Y-Rich
Lasers
pm y-Koordinate im Dioden-
pm aufgenommene y-Werte
pm y-Koordinate des i-ten
f- bei einer Parallelitä
pm Mittelpunktkoordinate in
pm Abstand zwischen Strahl
Parallelitätsmessung
f- grad Kippwinkel des Werkze
grad Kippwinkel des Masc
V pm Verlagerung des S
Abweichungen in X-Ric
pm Verlagerung des S
i- Abweichungen in Y-Ri
! pm Verlagerung des S■ ■ vy■ !
i
Bewegungen des W
Zeichen, Einheiten und Benennun en
g-
t der Lösungsgleichung zur Bestimmung der Aus-
e bei der Parallelitätsmessung
e von der Rundlaufkurve eingeschlossen wird
t der Lösungsgleichung zur Bestimmung der Aus-
e bei der Parallelitätsmessung
t der Lösungsgleichung zur Bestimmung der Aus-
e bei der Parallelitätsmessung
n eines Zweifrequenzen-Interferometers
Meßebenen bei der Rundlaufmessung
Meßebenen bei der Rundlaufmessung
le
s Strahlflecks auf der PSD
aufgenommenen Meßpunkte
Meßnormals
Rundlaufinessungen
Meßpunkte über die gemittelt werden soll
le bei der Rundlauf messung
Meßwerte bei der Rundlaufmessung
g des Strahlerzeugers
Meßpunkte bei kartesischer Darstellung der Rund-
ten
usrichtefehlerkreises
ent
windigkeit des Positionsdetektors bei einer Gerad-
sung
ne x-Werte
chen:
Einheiten und Benennun en V
Einheit:
pm
gm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
pm
grad
grad
pm
pm
pm
Benennung:
in den theoretischen Achsmittelpunkt verschobene x-Koordinate
Abweichungen in X-Richtung aufgrund des Ausrichtefehlers des
Lasers
transformierte x-Koordinate
x-Koordinate im Dioden-Koordinatensystem
aufgenommene x-Werte bei der Rundlaufinessung
x-Koordinate des i-ten Mittelpunktes des Ausrichtefehlerkreises
bei einer Parallelitätsmessung
gemittelte x-Werte
Mittelpunktkoordinate in x-Richtung
Rundlaufabweichungen in den Höhen h,, h2
transformierte y-Koordinate
in den theoretischen Achsmittelpunkt verschobene y-Koordinate
Abweichungen in Y-Richtung aufgrund des Ausrichtefehlers des
Lasers
y-Koordinate im Dioden-Koordinatensystem
aufgenommene y-Werte bei der Rundlaufinessung
y-Koordinate des i-ten Mittelpunktes des Ausrichtefehlerkreises
bei einer Parallelitätsmessung
Mittelpunktkoordinate in y-Richtung
Abstand zwischen Strahlerzeuger und Positionsdetektor bei der
Parallelitätsmessung
Kippwinkel des Werkzeughalters
Kippwinkel des Maschinentisches bei der Rundlaufinessung
Verlagerung des Strahlflecks aufgrund translatorischer
Abweichungen in X-Richtung
Verlagerung des Strahlflecks aufgrund translatorischer
Abweichungen in Y-Richtung
Verlagerung des Strahlflecks aufgrund von kippenden
Bewegungen des Werkstückträgers in X-Richtung
VI Zeichen, Einheiten und Benennungen Einleitun
t
ökyOfch) pm Verlagerung des Strahlflecks aufgrund von kippenden
Bewegungen des Werkstückträgers in Y-Richtung
Ömxfh) pm Mittelpunktverlagerung in X-Richtung
pm Mittelpunktverlagerung in Y-Richtung
^ki pm höhenabhängiger Kippanteil der Rundlaufabweichung
8t pm translatorischer Anteil der Rundlaufabweichung
5x( p) pm Komponente des Rundlauffehlers in x-Richtung
5y( P)
pm Komponente des Rundlauffehlers in y-Richtung
0 grad Strahlaufspaltungswinkel im Wollaston-Prisma
k nm Laserstrahlwellenlänge
P grad Drehwinkel des Werkstückträgers
Po grad Startwinkel der Messung im Diodensystem
1 Einleitung
Sowohl für den Hersteller als auch für den Betrei
Kenntnis der Genauigkeit der Maschine von
Darüber hinaus ergeben sich aus den ständig
fimktionssicherheit und Genauigkeit techni
g zur Reduzierung von Fertigungs
ontrollen
bestimmt die geometrische Genaui
onssicherheit des fertigen Produktes So ha
den Führungsbahnen einer Werkzeugmaschine
relativ zum Werkstück zur Folge,
eometrie resultiert Aus diesem Z
gezielter Minimierung geometrischer
der vorhandenen Abweichungen no
eten Meßmittel zur Erfassung dieser A
der Entwicklung von Meß
Referenznormal, welches nach M
eingesetzt werden kann, eine en
Definition eines immateriellen Normals
sierung einer entsprechenden realen
Meßmethoden zur Erfassung geometri
Art Es wurden z B Spanndrähte,
die Abweichungen mit Me
interferometrische Meß
Laser-Lichtwellenlängen
immer dann, wenn sich die M
en zurückführen läßt In
sungen) oder mit extr
llechtwinkligkeitsmessung) kann
Photodioden ausgewichen
llps*
v • ^
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