Lineare, Winkel- und Flächenfehler.

Im Idealfall würde ein Linearführungssystem eine absolut ebene, geradlinige Bewegung ausführen und die Zielposition jedes Mal fehlerfrei erreichen. Doch selbst hochpräzise Linearführungen und -antriebe (Gewindespindeln, Zahnstangen, Riemen, Linearmotoren) weisen aufgrund von Fertigungstoleranzen, Handhabung, Montage und sogar der Art ihrer Anwendung gewisse Abweichungen auf.

Bei linearen Bewegungssystemen treten drei Fehlertypen auf: lineare, Winkel- und Planarfehler. Jeder Fehlertyp hat unterschiedliche Auswirkungen auf das System und die Anwendung. Um unnötige Kosten für hochpräzise Komponenten zu vermeiden und ein System zu erhalten, das die Anwendungsanforderungen nicht erfüllt, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen diesen drei Fehlertypen und ihre Ursachen zu verstehen.

【Lineare Fehler】

Lineare Fehler umfassen Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit. Diese Fehler werden auch als Positionierfehler bezeichnet, da sie die Fähigkeit des Systems beschreiben, die gewünschte Position zu erreichen. Im Kontext linearer Systeme bezieht sich der Begriff „Genauigkeit“ typischerweise auf die Positioniergenauigkeit, also die Abweichung zwischen der Sollposition und der vom System erreichten Position. Die Wiederholgenauigkeit beschreibt, wie gut ein System bei wiederholten Versuchen zur gleichen Position zurückkehrt. Hauptursache für lineare Fehler ist der Antriebsmechanismus (z. B. Spindel, Zahnstange und Ritzel oder Linearmotor), aber auch die Systemeinstellung kann die Fähigkeit beeinflussen, die Zielposition genau und wiederholgenau zu erreichen.

【Winkelfehler】

Winkelfehler sind Fehler, bei denen sich der betrachtete Punkt um eine Achse dreht. Man spricht typischerweise von Roll-, Nick- und Gierfehlern, die die Drehung um die X-, Y- bzw. Z-Achse bezeichnen. Befindet sich der betrachtete Punkt im Mittelpunkt des Tisches oder Schlittens, haben Winkelfehler möglicherweise keine signifikanten Auswirkungen auf die Anwendung. Liegt der betrachtete Punkt jedoch in einiger Entfernung vom Tisch oder Schlitten, können Abbé-Fehler – Winkelfehler, die sich mit zunehmender Entfernung verstärken – unerwünschte Ergebnisse verursachen, 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 auch als „Geradheit“ oder „Ebenheit“ bezeichnet – treten während der Bewegung des Systems auf. Im Gegensatz zu Rotationen um eine Achse stellen planare Fehler Abweichungen von einer idealen, geraden Referenzebene dar. 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.

Hierbei ist zu beachten, dass der Bezugspunkt die Bewegungsachse (typischerweise die X-Achse) ist, sodass es nur zwei Arten von planaren Fehlern gibt, die Bewegungen entlang der beiden übrigen Achsen betreffen.

Planare Fehler sind in Anwendungen wie Dosier-, Bearbeitungs- oder Messtechnik, bei denen das Verhalten des Systems während der Bewegung entscheidend ist, nachteilig. In Mehrachsensystemen wirken sich planare Fehler einer Achse auf die benachbarte(n) Achse(n) aus, insbesondere wenn die Achsen übereinander angeordnet sind, wie beispielsweise bei XY-Tischen, Planartischen und einigen kartesischen Systemen.