Lineare, Winkel- und Planarfehler.

In einer idealen Welt würde ein Linearbewegungssystem eine perfekt flache, gerade Bewegung ausführen und die gewünschte Position jedes Mal fehlerfrei erreichen. Doch selbst hochpräzise Linearführungen und -antriebe (Schrauben, Zahnstangen, Riemen, Linearmotoren) weisen aufgrund von Bearbeitungstoleranzen, Handhabung, Montage und sogar der Art ihrer Anwendung Fehler auf.

In linearen Bewegungssystemen treten drei Fehlerarten auf: Linearfehler, Winkelfehler und Planarfehler. Jede Art hat unterschiedliche Auswirkungen auf das System und die Anwendung. Um zu vermeiden, dass Sie unnötig für hochpräzise Komponenten bezahlen oder ein System erhalten, das die Anwendungsanforderungen nicht erfüllt, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen diesen drei Arten von Linearbewegungsfehlern und ihre Ursachen zu verstehen.

【Lineare Fehler】

Lineare Fehler umfassen Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit. Diese Fehler werden manchmal als Positionierungsfehler bezeichnet, da sie die Fähigkeit des Systems angeben, die gewünschte Position zu erreichen. Im Kontext linearer Systeme bezieht sich der Begriff „Genauigkeit“ typischerweise auf die Positioniergenauigkeit, also die Abweichung zwischen der Zielposition und der vom System erreichten Position. Die Wiederholbarkeit beschreibt, wie gut ein System über mehrere Versuche hinweg dieselbe Position wiedererlangt. Der Hauptverursacher linearer Fehler ist der Antriebsmechanismus (z. B. Spindel, Zahnstange oder Linearmotor). Aber auch die Systemeinstellung kann die Fähigkeit beeinflussen, die Zielposition präzise und wiederholbar zu erreichen.

【Winkelfehler】

Winkelfehler sind Fehler, bei denen sich der Messpunkt um eine Achse dreht. Sie werden üblicherweise als Roll-, Nick- und Gierfehler bezeichnet und bezeichnen eine Drehung um die X-, Y- bzw. Z-Achse. Befindet sich der Messpunkt in der Mitte des Tisches oder Schlittens, haben Winkelfehler möglicherweise keine nennenswerten Auswirkungen auf die Anwendung. Liegt der Messpunkt jedoch in einiger Entfernung vom Tisch oder Schlitten, können Abbé-Fehler, also entfernungsbedingte Winkelfehler, zu unerwünschten Ergebnissen führen, insbesondere bei Bearbeitungs-, Mess- und Montageanwendungen. Die Hauptursachen für Winkelfehler und damit auch für Abbé-Fehler sind Ungenauigkeiten in den Linearführungen und schlecht bearbeitete Montageflächen.

【Planare Fehler】

Planare Fehler – oft als „Geradheit“ und „Ebenheit“ bezeichnet – treten während der Systembewegung auf. Planare Fehler sind jedoch keine Rotation um eine Achse, sondern Abweichungen von einer idealen, geraden Referenzebene. Die Geradheit definiert das Ausmaß der Bewegung entlang der Y-Achse, während sich das System entlang der X-Achse bewegt. Analog dazu definiert die Ebenheit das Ausmaß der Bewegung entlang der Z-Achse, während sich das System entlang der X-Achse bewegt.

Beachten Sie hierbei, dass der Bezugspunkt die Bewegungsachse (normalerweise die X-Achse) ist. Es gibt also nur zwei Arten von Planarfehlern, die Bewegungen entlang der beiden verbleibenden Achsen betreffen.

Planarfehler wirken sich nachteilig auf Anwendungen wie Dosieren, Bearbeiten oder Messen aus, bei denen das Systemverhalten während der Bewegung entscheidend ist. In Mehrachsensystemen wirken sich Planarfehler einer Achse auf die benachbarte(n) Achse(n) aus, insbesondere wenn die Achsen „gestapelt“ sind, wie beispielsweise bei XY-Tischen, Planartischen und einigen kartesischen Systemen.