Szacowanie niepewności pomiaru przestrzennego błędu pozycjonowania maszyn technologicznych *

STRESZCZENIE: Zaprezentowano wyniki wyznaczania niepewności dla błędu przestrzennego pozycjonowania elementów wykonawczych przenośnego portalu spawalniczego. Analizie poddano metodę pomiaru, która wykorzystuje laserowy system nadążny (tzw. tracer) oraz algorytm multilateracji do wyznaczania rozkładu wektorowego pola błędu pozycjonowania. W obliczeniach symulacyjnych metodą Monte Carlo oprócz niepewności systemu pomiarowego uwzględniono także składniki niepewności pomiaru temperatury, wyznaczania współczynnika rozszerzalności cieplnej oraz powtarzalności pozycjonowania badanych osi. Potwierdzono wysoką skuteczność zastosowanej metody. Zaprezentowano także przykład praktyczny i wizualizację rozkładu błędów przed kompensacją oraz po kompensacji błędów kinematycznych i wzajemnej prostopadłości osi w układzie sterowania numerycznego maszyny.

SŁOWA KLUCZOWE: błąd przestrzennego pozycjonowania, multilateracja, niepewność pomiarów

ABSTRACT: The article presents results of evaluation of uncertainty of volumetric error of a mobile welding portal. The analysis were made for a method of measurement, which uses laser tracer and a multilateration algorithm to determine the distribution of the vector field of positioning error. In the simulation calculations a Monte Carlo method was used. The simulation also included components of the measurement system uncertainty, the uncertainty of temperature, determination of a thermal expansion coefficient and positioning repeatability of a machine axis. High efficiency (impressive accuracy) of this method was confirmed. The article also presents a practical example and a visualization of volumetric error before and after the compensation of kinematic error and mutuality of axis squareness made in the numerical control system of a mobile welding portal.

KEYWORDS: volumetric error, multilateration, uncertainty of measurement

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Majda P. „Modelowanie i eksperymentalna ocena dokładności przestrzennego pozycjonowania zespołów posuwowych obrabiarek sterowanych numerycznie”. ISBN 978-83-7518-454-9. Szczecin: Wydawnictwo ZAPOL, 2012.
• Hughes E.B., Wilson A., Peggs G.N. “Design of a high-accuracy CMM based on multi-lateration techniques”. CIRP Annals – Manufacturing Technology. No. 49 (2008): pp. 391–394.
• Schwenke H., Frank M., Hannaford J. “Error mapping of CMMs and machine tools by a single tracking interferometer”. CIRP Annals – Manufacturing Technology. No. 54 (2008): pp. 475–478.
• Schwenke H. et al. “On-the-fly calibration of linear and rotary axes of machine tools and CMMs using a tracking interferometer”. CIRP Annals – Manufacturing Technology. No. 58 (2008): pp. 477–480.
• Jindong W., Junjie G., Guoxiong Z., Bao’an G., Hongjian W. “The technical method of geometric error measurement for multi-axis NC machine tool by laser tracker”. Measurement Science and Technology. DOI:10.1088/0957-0233/23/4/045003. No. 23 (2012): p. 11.
• Sładek J. „Dokładność pomiarów współrzędnościowych”. ISBN: 978-83-7242-558-4. Kraków: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2012.
• Zhang G.X., Lin Y.B., Li X.H., Li Z. “Four-beam laser tracking interferometer system for threedimensional coordinate measurement”. Acta Optica Sinica. No. 23 (2009): pp. 1030–1036.
• Majda P., Dolata M., Nowak M. “Determination of machine tool errors using tracking interferometer”. Archives of Mechanical Technology and Automation. Vol. 34, No. 3 (2014): pp. 23–34.
• ISO 230-1:2012. Test code for machine tools – Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2016.11.521