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22.03.2017

Kalibrierinterferometer von Sios

Kalibrierung von Linearachsen

Kalibrierinterferometer erlauben die simultane Messung mehrerer Freiheitsgrade. Das senkt die erforderliche Messzeit, zudem lassen sich die Messergebnisse der Einzelgrößen einander zuordnen.

Kalibrierinterferometer (© Sios)

Lineare Positionierachsen kommen als grundlegende Baugruppen in vielfältigen Anwendungen der Fertigungs-, Mess- und Gerätetechnik, wie z. B. in Werkzeugmaschinen und Koordinatenmessgeräten, zum Einsatz. Dabei ergibt sich anwendungsspezifisch ein breites Spektrum an Positionierbereichen und Genauigkeitsanforderungen. Zur schnellen und präzisen Kalibrierung der Positioniereinrichtungen kommen die Kalibrierinterferometer der Serie SP 15000 C5 von Sios Meßtechnik, Ilmenau, zum Einsatz.

Die Genauigkeit eines Gesamtsystems wird durch sämtliche rotatorische und translatorische Abweichungen der einzelnen Achsen von der idealen linearen Bewegungsbahn begrenzt. Die messtechnische Beschreibung der Bewegungsbahn eines linear geführten Maschinenteils ist folglich eine der wesentlichsten Aufgaben bei der Inbetriebnahme und der Abnahme von Maschinen und Geräten mit linearen Positionierachsen. Die exakte Kenntnis der Abweichungen ermöglicht sowohl eine Charakterisierung der Gesamtpositionierunsicherheit als auch die Erstellung von Korrekturfeldern zur Kompensation systematischer Abweichungen der Bewegungsabläufe.

Interferometrische Verfahren sind in der Maschinenvermessung etabliert und ermöglichen in unterschiedlichen Aufbauten hochgenaue Positions- und Winkelmessungen. Neben der hohen erreichbaren Messauflösung und der Linearität ist die Rückführbarkeit auf die Meterdefinition ein entscheidender Vorteil des interferometrischen Messverfahrens. Diese wird durch den Frequenzanschluss der als Maßstab eingesetzten Laserquelle gewährleistet.

Simultane Messung von Position, Winkel und Geradheit

Das neuartige Kalibrierinterferometer erleichtert laut Hersteller die Kalibrierung von Linearachsen. Die Geräte ermöglichen die hochgenaue simultane Erfassung der linearen Position, des Nick- und Gierwinkels sowie einer Geradheitskomponente, wobei die einzelnen Bewegungskomponenten typischerweise nacheinander, d. h. in mehreren Messvorgängen, aufgenommen werden.

Als Geradheitsoptik dient ein Wollaston-Prisma, das einen Laserstrahl unter dem Winkel 2γ V-förmig in zwei Messstrahlen aufspaltet. Die Messstrahlen werden an den beiden entsprechend geneigten Spiegelflächen des Geradheitsspiegels reflektiert. Relativverschiebungen von Wollaston-Prisma und Geradheitsspiegel bewirken proportionale Änderungen der optischen Weglängen der beiden Teilstrahlen.

Das eingesetzte Wollaston-Prisma realisiert einen Aufspaltwinkel der Messstrahlen für die Geradheitsmessung von etwa 1,5°, wodurch eine Messauflösung von 0,01 µm erreicht wird. Dabei stellt die Symmetrieachse des Geradheitsspiegels die Referenzgerade dar, zu der die Geradheit in senkrechter Richtung erfasst wird. Für die Messung der zweiten Geradheitskomponente müssen lediglich der Geradheitsspiegel und das Wollaston-Prisma um 90° gedreht werden.

Ermittlung der Positionierunsicherheit von Präzisionspositionierachsen

Kalibrierinterferometer dienen der Charakterisierung rotatorischer und translatorischer Führungsabweichungen von linearen Positionierachsen und aus solchen Baugruppen aufgebauten Gesamtsystemen. Die Linearachse verfügt über einen großen Verfahrbereich, wobei jedoch große Abweichungen von der lineargeführten Bewegung auftreten (Bild 1, links). Diese Messungen sind möglich durch die erweiterten Messbereiche für alle Freiheitsgrade. Es können Längen bis 50 m mit einem maximalen Kippwinkel von ±5° gemessen werden. Der Messbereich für die Geradheitsmessung beträgt ±4 mm in einem Axialbereich von 6 m. Die Kalibrierinterferometer sind robust und variabel einsetzbar.

Der Planartisch weist in seinem Verfahrbereich Positionierabweichungen < 0,1 µm und Winkelabweichungen im unteren Winkelsekundenbereich auf (Bild 1, rechts). Auch diese Messungen, die der Charakterisierung und Verbesserung des neu entwickelten x-y-Tischs dienten, konnten aufgrund der hohen Auflösung und geringen Messunsicherheit der Messgrößen durchgeführt werden.

Die simultane Mehrgrößenbestimmung, die zur Ermittlung der Positionierunsicherheit von Präzisionspositionierachsen zwingend erforderlich ist, wird bei Messungen mit dem Kalibrierinterferometer realisiert. Nur so können die durch die Messanordnung verursachten systematischen Messabweichungen sicher identifiziert und korrigiert werden. W

Control: Halle 4, Stand 4412

Dr. Ilko Rahneberg, Enrico Langlotz, Dr. Denis Dontsov

Sios Meßtechnik GmbH
www.sios.de

Unternehmensinformation

SIOS Meßtechnik GmbH

Am Vogelherd 46
DE 98693 Ilmenau
Tel.: 03677 6447-0
Fax: 03677 6447-8

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