Technische Information

Resultierende Positionsabweichung nach abschnittsweiser
linearer Fehlerkompensation beim LIDA 400
Für inkrementale Längenmessgeräte von HEIDENHAIN gilt die angegebene Messgenauigkeit typisch über einen Bereich von 1 m.
Manche Anwendungen z. B. an Messmaschinen erfordern eine Angabe über kürzere Strecken, z.B. 50 mm oder 100 mm.
Mit der Möglichkeit, die Maschine zu kalibrieren und die so ermittelten Abweichungen in der Folge-Elektronik zu kompensieren, lässt sichdie Maschinengenauigkeit erheblich erhöhen. Vor allem in der Koordinatenmesstechnik ist dieses Verfahren etabliert und liefert einen entscheidenden Beitrag für hohe Maschinengenauigkeiten über große Messlängen. Moderne Steuerungen erlauben zehn und mehr Korrekturwerte pro Meter Verfahrweg.
Um die voraussichtliche Messunsicherheit der Maschine zu berechnen, braucht der Maschinenhersteller Angaben über die maximal zu
erwartende Abweichung zwischen den Stützpunkten. Da bei inkrementalen Messgeräten nichtlineare Fehleranteile auftreten die bereitsüber kurze Bereiche relevante Abweichungen aufweisen können, reicht hierfür die übliche Angabe der Messgenauigkeit nicht aus.
HEIDENHAIN ermittelt deshalb den zu erwartenden Restfehler nach abschnittsweiser linearer Kompensation für die Messgeräte derBaureihe LIDA 400. Dabei zeigte sich eindrucksvoll die hohe Genauigkeit und gute Signalqualität dieses Messgerätes.

Juli 2008

Abschnittsweise lineare Fehlerkorrektur

Bestimmen der Restabweichungen
HEIDENHAIN ermittelt die Positionsabweichungen nach abschnittsweiser linearer
Fehlerkorrektur (Restabweichung) bei Korrekturpunkt-Abständen A von 50 mm und100 mm. Im folgenden Beispiel ist der Abstand A 50 mm (siehe Abbildung 2). Die
Korrekturwerte werden also bei n x 50,d. h. bei 0, 50, 100, 150 usw. ermittelt. Anschließend wird zwischen diesen Punkten
linear interpoliert. Die folgende, abschnittsweise lineare Kompensation eliminiert dieAbweichungen an den jeweiligen Korrekturpunkten. Die Kurve in Abbildung 3 zeigt die
Restabweichungen nach abschnittsweiser
linearer Kompensation.
Die maximale Restabweichung
Die so ermittelte Restabweichung ist natürlich stark von der Lage der Korrekturpunkte
abhängig. Um die tatsächlich maximale
Restabweichung zu erhalten, wird die
Schar der Korrekturpunkte schrittweise um
je einen Millimeter verschoben und die Korrekturwerte für die Positionen 1, 51, 101,usw. bis 49, 99, 149 usw. aufgezeichnet.
Analog zum obigen Beispiel werden auchdafür die Restabweichungen errechnet undanschließend aus der Vielzahl der Fehlerkurven der maximale Betrag der Restabweichungen ermittelt. Dieses Verfahren stellt
sicher, dass die angegebene maximale Abweichung nach abschnittsweiser linearerFehlerkorrektur unabhängig von der Position
der Korrekturpunkte ist.

Positionsabweichungen [µm]

0.600
0.400
0.200
00.200
0.4000.6000.800050100150200

250

300

350

400

450

Position [mm]Abbildung 1: Typische Positionsabweichungen über die Messlänge ML
0.800

Positionsabweichungen [µm]Beim LIDA 400 werden die Positionsabweichungen über die Messlänge durcheine Vergleichsmessung gegen ein kalibriertes Referenzmessgerät ermittelt. Die
Aufzeichnung erfolgt mit einem Messabstand von einem Millimeter. Ein Beispiel fürdie Positionsabweichungen über die Messlänge ist in Abbildung 1 dargestellt.

0.800

0.600
0.400
0.200
00.200
0.400A

0.6000.800050100150200250300

350

400

450

Position [mm]Abbildung 2: Korrekturpunkte für abschnittsweise lineare Fehlerkorrektur
0.800

Positionsabweichungen [µm]Die Genauigkeit von inkrementalen Längenmessgeräten setzt sich in erster Linie
zusammen aus den Positionsabweichungen über größere Längenintervalle
und den Positionsabweichungen innerhalb
einer Signalperiode.

0.600
0.400
0.20000.2000.4000.6000.800

050100150200

250300350

400

Position [mm]Abbildung 3: Restabweichungen nach abschnittsweiser linearer Fehlerkorrektur

450

Positionsabweichungen u innerhalb
einer Signalperiode
Für Genauigkeitsbetrachtungen des gesamten Messgerätes sind zusätzlich die
Positionsabweichungen innerhalb einer
Signalperiode zu berücksichtigen.
Diese Abweichungen werden durch die
Qualität der Maßverkörperung und der Abtastung, sowie durch die Signalperiode desMessgeräts bestimmt.
Sie betragen für das LIDA 400 bei sachgerechtem Anbau gemäß Montageanleitungtypisch ± 1% der Signalperiode. Bei derSignalperiode von 20 µm errechnen sichdie Positionsabweichungen innerhalb einer
Signalperiode zu ± 0,2 µm. Für die Fehlerbetrachtung ist der Betrag, also 0,4 µm einzusetzen.
Resultierende PositionsabweichungDie resultierenden Abweichungen FGesamt
nach abschnittsweiser linearer Korrektur
setzen sich also zusammen aus• den maximalen Restabweichungen übergrößere Längenintervalle FRest (abhängig
vom Korrekturpunkt-Abstand)und• den Positionsabweichungen u innerhalb
einer SignalperiodeFGesamt = FRest + u
Abbildung 4: Positionsabweichungen u innerhalb einer Signalperiode
Für das im Beispiel betrachtete
LIDA 400 wurden folgende typischen
Werte ermittelt:• bei einem Korrekturpunkt-Abstand Avon 100 mm:
FGesamt = 1 µm + 0,4 µm
FGesamt = 1,4 µm

Fazit
Mit der Angabe der resultierenden Längenabweichung nach abschnittsweiser linearer
Fehlerkompensation stellt HEIDENHAIN
dem Maschinenhersteller eine wichtige
Kenngröße zur Verfügung.
Sie erlaubt ihm eine gute Abschätzung,welche Messunsicherheit zu erwarten ist
und zeigt gleichzeitig die hohe Genauigkeit
des eingesetzten Längenmessgeräts derBaureihe LIDA 400.

Positionsabweichungen [µm]

• bei einem Korrekturpunkt-Abstand A
von 50 mm:
FGesamt = 0,8 µm + 0,4 µm
FGesamt = 1,2 µm

Position [mm]Abbildung 5: Gesamtabweichungen nach abschnittsweiser linearer Fehlerkorrektur unter
Berücksichtigung der Postionsabweichungen u innerhalb einer SignalperiodeVermessen der Maschine

Moderne Folge-Elektroniken besitzen dieMöglichkeit neben einer linearen Fehlerkorrektur über den gesamten Messbereichauch Korrekturen an bestimmten Korrekturpunkten durchzuführen. Damit lassen sichauch nichtlineare Fehlerverläufe bis auf einen vergleichsweise geringen Restfehler
gut kompensieren. Für beide Methodenmuss der tatsächliche Fehlerverlauf derkompletten Achse über die zu kompensierende Strecke exakt erfasst werden. Da
immer auch mechanische Einflüsse derAchse, wie Führungsfehler, Abkippen inden Endpositionen, Toleranzen der Auflagefläche u.ä. aber auch ungünstiger Anbau(Abbe-Fehler) wirken, reicht es nicht aus,
allein die anhand eines Messprotokolls
dokumentierten Abweichungen des Messgeräts zu betrachten.
Zum Erfassen der resultierenden Abweichungen bietet HEIDEHNHAIN das Vergleichsmessgerät VM 182 für Messlängen
bis 1 520 mm an. Auch Messmaschinen
mit entsprechend hoher Genauigkeit oder
Laser-Interferometer sind dafür geeignet.

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH
Dr.-Johannes-Heidenhain-Straße 583301 Traunreut, Germany{ +49 8669 31-0
| +49 8669 5061
E-mail: info@heidenhain.dewww.heidenhain.de392 095 · 02 · A · 01 · 7/2008 · PDF

Vergleichsmessgerät VM 182
Das Vergleichsmessgerät VM 182 dientzum Prüfen und Kalibrieren von Linearachsen an Maschinen und Messeinrichtungen
mit Verfahrwegen bis 1 520 mm. Mit dem
VM 182 lassen sich lineare und nichtlineare
Fehlerverläufe sowie Umkehrfehler vonMaschinenachsen nach DIN ISO 230-2 bestimmen. Neben der Messung des Positionierfehlers wird gleichzeitig die Führungsabweichung orthogonal zur Verfahrrichtung

der Maschinenachse erfasst. Die ermittelten Korrekturwerte können in der FolgeElektronik zur elektronischen Fehlerkompensation verwendet werden.
Über die Zählerkarte IK 220 wird das
VM 182 an einen PC angeschlossen, dermit der Software ACCOM die Auswertungder Messwerte nach DIN ISO 230-2,
ISO 230-3 oder gemäß der VDI/DQO-Richtlinie 3441 vornimmt.

Weitere Informationen:• Prospekt Offene Längenmessgeräte• Prospekt Messgeräte zur Abnahme
und Kontrolle von Werkzeugmaschinen