DE19630205A1 - Coordinate measuring correction and positioning system for machine tool - Google Patents

Coordinate measuring correction and positioning system for machine tool

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DE19630205A1
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radiation
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spatially resolving
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Bernd-Uwe Prof Zehner
Milos Dipl Ing Medvecky
Matthias Eckehard Dipl Groeger
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ZEHNER BERND UWE PROF UNIV DR
Original Assignee
ZEHNER BERND UWE PROF UNIV DR
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Abstract

The system includes a radiation emitting transmitter (8) arranged in a fixed position on an optical block (15). The beam (11) emanating from the transmitter is aligned to a detecting receiver (12), which is arranged fixed on a cross carriage (10). The optical block is movable in an adjusting direction, using adjusting regulators (7). The regulators are connected fixed with the frame (1). Position sensors (16) which are preferably designed as an interferometer system, are arranged fixed on the optical block, opposite the scanning surfaces (3) on the main spindle (2). Distance sensors (18) are arranged fixed on the optical block, which preferably stand opposite the casing surface of the main spindle. A machine control (13) is connected with the receiver across measuring and control lines.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die bei ihrem Einsatz insbesondere an und in Verbin­ dung mit Werkzeugmaschinen eine deutliche Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit durch das Vermeiden von Positionierfehlern beziehungsweise Fehlern des Maschinenkoordi­ natensystems sichert.The invention relates to a device which, when used, in particular in and in conjunction with machine tools a significant improvement in machining accuracy by avoiding positioning errors or machine coordinate errors natensystems secures.

Bei der Fertigung von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen in den heute geforderten, engen Toleranzen stellt eine wesentliche Einflußgröße die Maschine dar. Dieser Einfluß erklärt sich aus der Einhaltung der vorgegebenen Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück, welche zu dem gewünschten Fertigungsresultat führt. Die dabei die Werkzeugmaschine cha­ rakterisierenden GrößenIn the manufacture of workpieces on machine tools in the tight spaces required today Tolerances are an important factor influencing the machine. This influence can be explained compliance with the specified relative movement between tool and workpiece, which leads to the desired manufacturing result. The machine tool cha characteristic sizes

  • - geometrischen Genauigkeit- geometric accuracy
  • - thermisches Verhalten- thermal behavior
  • - statisches Verhalten und- static behavior and
  • - dynamisches Verhalten- dynamic behaviour

haben eine unmittelbare Auswirkung auf die tatsächliche Einhaltung der Sollposition im Bear­ beitungsprozeß. Es entstehen somit naturgemäß Abweichungen der Istposition von der Sollpo­ sition. Um diese Abweichungen zu kompensieren wurden bereits mehrere Systeme vorge­ schlagen, wie beispielsweise Hilfsvorrichtungen und Sonderkonstruktionen zur Erhöhung der Struktursteifigkeit der Maschine, mechanische Kompensationsvorrichtungen zum Ausgleich auftretender Abweichungen von der geforderten Position sowie besondere Einstellvorrichtun­ gen, welche die Orthogonalität und Parallelität zwischen den verschiedenen Bewegungsach­ sen sicherstellen sollen.have an immediate impact on the actual adherence to the target position in the bear processing process. This naturally results in deviations of the actual position from the target position sition. In order to compensate for these deviations, several systems have already been proposed propose, such as auxiliary devices and special designs to increase the Structural rigidity of the machine, mechanical compensation devices for compensation deviations from the required position as well as special adjustment devices conditions that determine the orthogonality and parallelism between the different movements should ensure.

Eine solche Vorrichtung zur Kompensation der maschinenbedingten Abweichungen ist aus der DE-OS 30 09 393 bekannt, bei der ausgehend von experimentell ermittelten Zuordnungen zwi­ schen Bearbeitungsparametern und Maschinenverformungen über einen Seilzugmechanismus für jede Bearbeitungsaufgabe eine mechanische Kompensation der Verformungen her­ beigeführt wird. Dieses System kann nicht universell auf beliebige Aufgaben und beliebige Ma­ schinen angewendet werden, daSuch a device for compensating for machine-related deviations is known from the DE-OS 30 09 393 known in which, based on experimentally determined assignments between machining parameters and machine deformations via a cable pull mechanism mechanical compensation of the deformations for each machining task  is introduced. This system cannot be universally applied to any task and any measure machines are used because

  • - durch die mechanische Ausbildung der Übertragungsglieder die Genauigkeit für die Präzisionsfertigung nicht ausreichend ist,- Accuracy for the mechanical design of the transmission elements precision manufacturing is not sufficient,
  • - keine simultane Ermittlung der zu beeinflussenden Größe erfolgt und- There is no simultaneous determination of the size to be influenced and
  • - die Funktionalität stark von der Wissensbasis abhängt (Expertensystem).- the functionality depends heavily on the knowledge base (expert system).

Damit ist die in der DE-OS 30 09 393 beschriebene Steuerungseinrichtung für den universellen Einsatz an Präzisions-Werkzeugmaschinen weniger geeignet.This is the control device described in DE-OS 30 09 393 for the universal Use on precision machine tools less suitable.

Weiterhin ist nach Weck /1/ eine Einrichtung zur Beeinflussung geometrischer Maschinendaten bekannt, bei welcher durch eine Regeleinrichtung der Verlagerung eines Frässtößels an Por­ talfräsmaschinen entgegengewirkt wird. Dabei wird ein proportional um den Betrag der Ver­ formung abgelenkter Laserstrahl als Verkörperung der durch hydraulische Maßnahmen zu kompensierenden Verformung genutzt. Das genannte System ist in der beschriebenen Form kaum an Präzisions-Fertigungseinrichtungen nutzbar, daFurthermore, according to Weck / 1 / there is a device for influencing geometric machine data is known, in which by a control device the displacement of a milling tappet to Por valley milling machines is counteracted. It is a proportional to the amount of Ver Deflection of the deflected laser beam as the embodiment of hydraulic measures compensating deformation used. The system mentioned is in the form described barely usable on precision manufacturing equipment, because

  • - der Meßstrahl im unbelasteten und kalten Zustand der Maschine aufwendig me­ chanisch justiert werden muß,- The measuring beam in the unloaded and cold state of the machine is expensive has to be adjusted
  • - die Einrichtung als Referenzgröße nicht verformungsinvariante Maschinenbau­ teile verwendet und- The device as a reference variable not deformation-invariant mechanical engineering parts used and
  • - nur ein eng begrenztes Segment der gesamten Kraftflußstrecke der Maschine von der Einrichtung geregelt wird.- only a narrowly limited segment of the entire power flow path of the machine is regulated by the institution.

Auf Grund der dieser Mängel ist diese Regeleinrichtung ebenfalls weniger für einen allgemei­ nen Einsatz in der Präzisionsfertigung geeignet.Because of these shortcomings, this control device is also less general Suitable for use in precision manufacturing.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Anordnung, wel­ che bei ihrem Einsatz insbesondere an Werkzeugmaschinen konstruktiv- und fertigungstech­ nisch bedingte Fluchtungs- und Richtungsfehler von Maschinenachsen sowie Gestell- und Führungsbahnverlagerungen aufgrund von thermoelastischen räumlichen Längen- bezie­ hungsweise Formänderungen der Maschine sowie statische und dynamische Verformungen durch Prozeßkräfte kompensiert beziehungsweise vermindert und gleichzeitig eine universelle Einsatzmöglichkeit der Anordnung im Bezug auf verschiedene technische Maschinenkonzepte sichert.The object underlying the invention is to provide an arrangement wel construction and manufacturing technology when used in particular on machine tools niche alignment and direction errors of machine axes as well as frame and Guideway misalignment due to thermoelastic spatial relationship changes in shape of the machine as well as static and dynamic deformations compensated or reduced by process forces and at the same time a universal Possibility of using the arrangement in relation to various technical machine concepts backs up.

Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Aufgabenstellung durch die Schaffung einer Anord­ nung gelöst, welche eine CNC-Werkzeugmaschine mit einer über Spindellager drehbeweglich mit dem Gestell verbundenen Hauptspindel, einem in einer Koordinate beweglichen, mit einem Längsantrieb versehenen und mit einem Längs-Lagemeßsystem verbundenen Längsschlitten, einem auf einer anderen als der Längsschlittenachse beweglich angeordneten, mit einem Querschlittenantrieb und einem Quer-Lagemeßsystem verbundenen Querschlitten, einer Ma­ schinensteuerung , die über Meß- und Steuerleitungen insbesondere mit dem Antrieb und dem Lagemeßsystem des Längsschlittens und dem Querschlittenantrieb und dem Quer-Lagemeßsystem verbunden ist, verwendet, wobei auf einem Optikblock ein strahlungsemittie­ render Sender fest angeordnet ist, wobei der von dem strahlungsemittierenden Sender aus­ gehende Lichtstrahl auf einen auf dem Querschlitten fest angeordneten ortsauflösenden Emp­ fänger gerichtet ist, der Optikblock in Stellrichtung beweglich mit Justierstellern verbunden ist, welche mit dem Gestell fest verbunden sind, auf dem Optikblock Lagesensoren, die vorzugs­ weise als Interferometeranordnungen ausgebildet sind, fest angeordnet sind, die Antastflächen auf der Mantelfläche der Hauptspindel gegenüberstehen, auf dem Optikblock Abstandssenso­ ren fest angeordnet sind, welche vorzugsweise der Mantelfläche der Hauptspindel gegenüber­ stehen, und die Maschinensteuerung über Meß- und Steuerleitungen mit dem ortsauflösenden Empfänger verbunden ist.According to the invention, the aforementioned task is created by creating an arrangement Solution solved, which a CNC machine tool with a rotating spindle bearing  main spindle connected to the frame, one movable in a coordinate, with one Longitudinal slide provided with longitudinal drive and connected with a longitudinal position measuring system, one arranged movably on another than the longitudinal slide axis, with one Cross slide drive and a cross position measuring system connected cross slide, a Ma Machine control system, which is connected via measuring and control lines, in particular to the drive and the Position measuring system of the longitudinal slide and the cross slide drive and the Cross-position measuring system is used, with a radiation emitting on an optical block render transmitter is fixed, the being from the radiation-emitting transmitter outgoing light beam onto a spatially resolving emp fixedly arranged on the cross slide is directed, the optics block is movably connected to adjustment actuators in the direction of adjustment, which are firmly connected to the frame, position sensors on the optics block, the preferred are designed as interferometer arrangements, are fixedly arranged, the contact surfaces on the outer surface of the main spindle, on the optics block distance sensor ren are fixed, which preferably opposite the outer surface of the main spindle stand, and the machine control via measuring and control lines with the spatially resolving Receiver is connected.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf dem Optikblock der ortsauflösende Empfänger und auf dem Querschlitten der strahlungsemittierende Sender angeordnet sind, wobei der von dem strahlungsemittierenden Sender ausgehende Lichtstrahl auf den ortsauflö­ senden Empfänger gerichtet ist.In an embodiment of the invention it is provided that the spatially resolving optical block Receiver and are arranged on the cross slide of the radiation-emitting transmitter, the light beam emanating from the radiation-emitting transmitter onto the spatially resolving send recipient is directed.

Weiter ist vorgesehen, daß der ortsauflösende Empfänger anstatt auf dem Querschlitten so auf dem Längschlitten angeordnet ist, daß der von dem strahlungsemittierenden Sender ausge­ hende Lichtstrahl auf den ortsauflösenden Empfänger gerichtet ist.It is also provided that the spatially resolving receiver instead of on the cross slide the longitudinal slide is arranged so that the radiation emitting transmitter light beam is directed onto the spatially resolving receiver.

Es ist vorgesehen, daß auf dem Optikblock der ortsauflösende Empfänger angeordnet ist, und der strahlungsemittierende Sender auf dem Längschlitten anstatt auf dem Querschlitten ange­ ordnet ist, wobei der von dem strahlungsemittierenden Sender ausgehende Lichtstrahl auf den ortsauflösenden Empfänger gerichtet ist.It is provided that the spatially resolving receiver is arranged on the optical block, and the radiation-emitting transmitter is placed on the longitudinal slide instead of on the cross slide is arranged, wherein the light beam emanating from the radiation-emitting transmitter onto the spatially resolving receiver is directed.

Weiter ist vorgesehen, daß auf dem Optikblock anstatt des strahlungsemittierenden Senders ein an sich bekanntes interferenzoptisches Längenmeßsystem angeordnet ist, dessen Meß­ strahl durch ein aktives optisches Element, vorzugsweise einen optischen Keil, gerichtet ist, welches anstatt des ortsauflösenden Empfängers auf dem Querschlitten fest angeordnet ist, und im Strahlengang nach dem optischen Keil gestellfest ein Umlenkspiegel angeordnet ist.It is also provided that instead of the radiation-emitting transmitter on the optics block a known interference optical length measuring system is arranged, the measuring beam is directed through an active optical element, preferably an optical wedge,  which is fixed on the cross slide instead of the spatially resolving receiver, and a deflection mirror is arranged fixed to the frame in the beam path after the optical wedge.

Ausgestaltend ist vorgesehen, daß anstelle des interferenzoptischen Längenmeßsystems auf einem Optikblock ein an sich bekanntes interferenzoptisches Geradheitsmeßsystem angeord­ net ist, in dessen Strahlengang anstelle des optischen Keils als aktives optisches Element sich vorzugsweise ein Wollaston-Prisma befindet, welches an dem Querschlitten fest angeordnet ist und im Strahlengang nach dem Wollaston-Prisma gestellfest ein Geradheitsretroreflektor an­ geordnet ist.It is provided that instead of the interference optical length measuring system a known optical interference straightness measuring system is arranged in an optical block net is in the beam path instead of the optical wedge as an active optical element preferably a Wollaston prism is located, which is fixedly arranged on the cross slide and a straightness retroreflector in the beam path after the Wollaston prism is ordered.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine erhebliche Qualitätsverbesserung der auf Werkzeugmaschinen zu fertigenden Teile durch eine wesentliche Verminderung von maschi­ nenbedingten Gestaltabweichungen der Werkstücke erzielt. Weiter können Werkzeugmaschi­ nen unter Beibehaltung konventioneller und preisgünstiger Maschinenkonzepte für Aufgaben der Präzisionsbearbeitung zum Einsatz gelangen.The arrangement according to the invention results in a considerable improvement in quality Machine tool parts to be manufactured through a substantial reduction in maschi achieved dimensional deviations of the workpieces. Further machine tools while maintaining conventional and inexpensive machine concepts for tasks precision machining.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinzuziehung von Zeichnungen erläutert werden.In the following, the invention is to be illustrated using exemplary embodiments with the aid of Drawings are explained.

Es zeigenShow it

Fig. 1 schematische Darstellung einer einachsigen Ausführung der Anordnung mit justierba­ rem Optikblock, beinhaltend einen strahlungsemittierenden Sender, sowie einen orts­ auflösenden Empfänger auf dem Querschlitten einer Drehmaschine. Fig. 1 is a schematic representation of a uniaxial embodiment of the arrangement with adjustable optic block, including a radiation-emitting transmitter, and a locally resolving receiver on the cross slide of a lathe.

Fig. 2 Anordnung des ortsauflösenden Empfängers auf dem Optikblock und des strahlungse­ mittierenden Senders auf dem Längsschlitten. Fig. 2 arrangement of the spatially resolving receiver on the optical block and the radiation-emitting transmitter on the longitudinal slide.

Fig. 3 Anordnung eines interferenzoptischen Längenmeßsystems auf dem Optikblock, eines optischen Keils auf dem Querschlitten und eines gestellfesten Umlenkspiegels. Fig. 3 arrangement of an interference optical length measuring system on the optical block, an optical wedge on the cross slide and a frame-fixed deflection mirror.

Fig. 4 Anordnung eines interferenzoptischen Geradheitsmeßsystems auf dem Optikblock, ei­ nes Wollaston-Prismas auf dem Querschlitten und eines gestellfesten Geradheitsretro­ reflektors. Fig. 4 arrangement of an interference-optical straightness measuring system on the optical block, egg nes Wollaston prism on the cross slide and a frame-fixed straightness retro reflector.

Eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erhöhung der Bearbeitungs­ genauigkeit ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist die Hauptspindel 2 einer Bearbeitungsmaschine, zum Beispiel einer Drehmaschine, drehbar durch die Spindellager 4 mit dem Gestell 1 verbun­ den. Es wird vorausgesetzt, daß die Hauptspindel 2 von einem Antrieb rotatorisch angetrieben wird und daß sich auf der Hauptspindel 2 eine Halterung, zum Beispiel ein Spannzylinder 5, für die Aufnahme eines Werkstückes 6 beziehungsweise eines Werkzeuges befindet. An der Ma­ schine ist ein Optikblock 15 angebracht, auf dem die Lagesensoren 16, Abstandssensoren 17 und der strahlungsemittierende Sender 8 angeordnet sind. Der Optikblock 15 ist über die Ju­ stiersteller 7 mit dem Gestell 1 verbunden, so daß durch die Ansteuerung der Justiersteller 7 der ausgehende Lichtstrahl 11, der von dem strahlungsemittierenden Sender 8 emittiert wird, vorzugsweise parallel zur Spindelachse ausgerichtet werden kann. Die Parallelität des Strahles wird durch die Lagesensoren 16 und Abstandssensoren 17 gemessen. Die Abstandssensoren 17 sind Meßvorrichtungen, die absolut den Abstand zwischen dem Optikblock 15 und der Hauptspindel 2 messen. Diese Einrichtungen dienen zur Ermittlung eines Anfangszustandes, in dem sich der Optikblock 15 im Bezug zu der Hauptspindel 2 nach dem Einschalten befindet. Die Lagesensoren 16 messen während des Bearbeitungsprozesses die Abstandsänderungen zwischen der Hauptspindel 2 und dem Optikblock 15. Vorzugsweise kommen in der beschrie­ benen Anordnung interferometrische Meßanordnungen zum Einsatz, welche die Hauptspindel 2 auf gut reflektierenden Antastflächen 3 abtasten. Ausgestaltend ist vorgesehen, als Lage­ sensoren 16 kapazitive Sensoren anzuordnen. Weiter ist vorgesehen, als Lagesensoren 16 induktive Sensoren anzuordnen. Die Meßwerte der Lagesensoren 16 und der Abstandssenso­ ren 17 werden über Signalleitungen 14 zur Maschinensteuerung 13 geführt, in welcher Abwei­ chungen der Spindelachse zu dem vom strahlungsemittierenden Sender 8 emittierten Licht­ strahl 11 ermittelt und Stellsignale für die Justiersteller 7 berechnet und über Steuerleitungen 14 an die Justiersteller 7 geleitet werden. Durch diesen Aufbau wird erreicht, daß der von dem strahlungsemittierenden Sender 8 emittierte Lichtstrahl 11 in einer definierten Beziehung zur Spindelachse während der Bearbeitung bleibt. Der emittierte Lichtstrahl 11 wird als Refe­ renzachse verwendet. Der von dem strahlungsemittierenden Sender 8 ausgehende Lichtstrahl 11 wird von einem auf dem Querschlitten 10 angeordneten ortsauflösenden Empfänger 12 empfangen, der Abweichungen des Querschlittens 10 zum Lichtstrahl 11 während der Bear­ beitung mißt. Diese Abweichungen werden in der Maschinensteuerung 13 ausgewertet, die mit dem ortsauflösenden Empfänger 12 über die Signalleitungen 14 verbunden ist und Stellsignale für den Querschlittenantrieb 9 über die Steuerleitungen 14 ausgibt, welche diese Abweichun­ gen korrigieren. Durch diese Anordnung wird das Werkzeug 20 immer in einem festgelegten Abstand zu der Referenzachse geführt.A first embodiment of a device according to the invention for increasing the machining accuracy is shown in Fig. 1. Here, the main spindle 2 of a processing machine, for example a lathe, is rotatably connected to the frame 1 by the spindle bearing 4 . It is assumed that the main spindle 2 is driven in rotation by a drive and that a holder, for example a clamping cylinder 5 , is located on the main spindle 2 for receiving a workpiece 6 or a tool. An optics block 15 is attached to the machine, on which the position sensors 16 , distance sensors 17 and the radiation-emitting transmitter 8 are arranged. The optical block 15 is connected via the Ju bull plate 7 with the frame 1, so that the outgoing light beam 11 emitted from the radiation-emitting transmitter 8 can be preferably aligned parallel to the spindle axis by the driving of Justiersteller 7. The parallelism of the beam is measured by the position sensors 16 and distance sensors 17 . The distance sensors 17 are measuring devices which absolutely measure the distance between the optics block 15 and the main spindle 2 . These devices serve to determine an initial state in which the optics block 15 is in relation to the main spindle 2 after being switched on. The position sensors 16 measure the changes in distance between the main spindle 2 and the optics block 15 during the machining process. Preferably, interferometric measuring arrangements are used in the described arrangement, which scan the main spindle 2 on well reflecting contact surfaces 3 . It is designed to arrange 16 capacitive sensors as position sensors. It is also provided that 16 inductive sensors are arranged as position sensors. The measured values of the position sensors 16 and the distance sensors 17 are routed via signal lines 14 to the machine control 13 , in which deviations of the spindle axis to the light emitted by the radiation-emitting transmitter 8, the beam 11 are determined and control signals for the adjustment plates 7 are calculated and via control lines 14 to the adjustment plates 7 are directed. This construction ensures that the light beam 11 emitted by the radiation-emitting transmitter 8 remains in a defined relationship to the spindle axis during processing. The emitted light beam 11 is used as a reference axis. The emanating from the radiation-emitting transmitter 8 light beam 11 is received by an element located on the cross slide 10 spatially resolving receiver 12, the deviations of the transverse carriage 10 measures the light beam 11 during the Bear processing. These deviations are evaluated in the machine control 13 , which is connected to the spatially resolving receiver 12 via the signal lines 14 and outputs control signals for the cross slide drive 9 via the control lines 14 , which correct these deviations. With this arrangement, the tool 20 is always guided at a fixed distance from the reference axis.

In einer weiteren Ausführung ist auf dem Optikblock 15 der ortsauflösende Empfänger 12 und auf dem Querschlitten 10 der strahlungsemittierende Sender 8 angeordnet, wobei der von dem strahlungsemittierenden Sender ausgehende Lichtstrahl 11 auf den ortsauflösenden Empfän­ ger 12 gerichtet ist.In a further embodiment, the spatially resolving receiver 12 is arranged on the optics block 15 and the radiation-emitting transmitter 8 is arranged on the cross slide 10, the light beam 11 emanating from the radiation-emitting transmitter being directed at the spatially resolving receiver 12 .

In einer weiteren Ausgestaltung ist der ortsauflösende Empfänger 12 analog dem Ausfüh­ rungsbeispiel 1 anstatt auf dem Querschlitten 10 so auf dem Längsschlitten 19 angeordnet, daß der von dem strahlungsemittierenden Sender 8 ausgehende Lichtstrahl 11 auf den orts­ auflösenden Empfänger gerichtet ist.In a further embodiment, the spatially resolving receiver 12 is arranged analogously to the exemplary embodiment 1 instead of on the cross slide 10 on the longitudinal slide 19 in such a way that the light beam 11 emanating from the radiation-emitting transmitter 8 is directed onto the spatially resolving receiver.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist der strahlungsemittierende Sender 8 auf dem Längsschlitten 19 angebracht. Der durch den strahlungsemittierenden Sender 8 emittierte Lichtstrahl 11 wird von einem auf dem Optikblock 15 angeordneten ortsempfindlichen Empfänger 12 empfangen, welcher die Abweichungen des Längsschlittens 19 während der Bearbeitung mißt. Diese Ab­ weichungen werden in der Maschinensteuerung 13 ausgewertet und Stellsignale für den Quer­ schlittenantrieb 9 generiert, die diese Abweichungen kompensieren. Durch diese Anordnung werden die Abweichungen des Längsschlittens 19 von der Maschinenachse erfaßt und kom­ pensiert. Im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden Fehler der Querschlit­ tenbewegung nicht erfaßt und kompensiert.In the arrangement of Fig. 2 of the radiation transmitter 8 is mounted on the longitudinal carriage 19. The light beam 11 emitted by the radiation-emitting transmitter 8 is received by a position-sensitive receiver 12 which is arranged on the optical block 15 and which measures the deviations of the longitudinal slide 19 during processing. From deviations are evaluated in the machine control 13 and control signals for the cross slide drive 9 are generated, which compensate for these deviations. With this arrangement, the deviations of the longitudinal slide 19 from the machine axis are detected and compensated. In comparison to the arrangement shown in FIG. 1, errors of the cross slide movement are not detected and compensated.

Eine Anordnung nach Fig. 3 zeigt auf einem Optikblock 15 anstatt des strahlungsemittierenden Senders 8 ein an sich bekanntes Interferometer [Sender/Empfänger/Referenzstrahl] 22 fest angeordnet. Vorzugsweise wird dabei ein Michaelson-Längeninterferometer verwendet, des­ sen Referenzbildung bereits auf dem Optikblock 15 erfolgt. Der aus dem Strahlteiler austreten­ de Meßstrahl 18 wird durch ein aktives optisches Element, vorzugsweise einen optischen Keil 23 gerichtet. Besonders vorteilhaft ist dabei die Beeinflussung der Weglänge des Meßstrahls 18 wenn durch den Querschlitten 10 der Maschine eine Bewegung ausführt wird. Der im weite­ ren Strahlengang nach dem optischen Keil 23 befindliche Umlenkspiegel 25 ist derartig ange­ ordnet, daß der Meßstrahl 18 auf den Interferometer [Sender/Empfänger/Referenzstrahl] 22 trifft. Die im Interferometer [Sender/Empfänger/Referenzstrahl] 22 gewonnenen Signale wer­ den nun vorteilhaft zur Korrektur des Lagesignals des Querschlittens in der Maschinensteue­ rung 13 verwendet. An arrangement according to FIG. 3 shows an interferometer 22 known per se [transmitter / receiver / reference beam] 22 fixed on an optics block 15 instead of the radiation-emitting transmitter 8 . A Michaelson length interferometer is preferably used, the reference formation of which is already taking place on the optics block 15 . The measuring beam 18 emerging from the beam splitter is directed by an active optical element, preferably an optical wedge 23 . The influencing of the path length of the measuring beam 18 is particularly advantageous when a movement is carried out by the cross slide 10 of the machine. The deflection mirror 25 located in the wide beam path after the optical wedge 23 is arranged in such a way that the measuring beam 18 strikes the interferometer [transmitter / receiver / reference beam] 22 . The signals obtained in the interferometer [transmitter / receiver / reference beam] 22 are now advantageously used to correct the position signal of the cross slide in the machine control 13 .

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist auf einem Optikblock 15 anstelle des Interferometers [Sender/Empfänger/Referenzstrahl] 22 auf einem Optikblock 15 ein an sich bekanntes Gerad­ heitsinterferometer [Sender/Interferenzdetektor] 24 angeordnet. Von Vorteil ist dabei, daß sich im Strahlengang des Meßstrahls 18 auf dem Querschlitten 10 anstelle des optischen Keils 23 als aktives optisches Element vorzugsweise ein Wollaston-Prisma 26 befindet. Der durch das Wollastonprisma 26 geteilte Strahl trifft nun auf den gestellfest angeordneten Geradheitsretro­ reflektor 21. Dieser Geradheitsretroreflektor 21 reflektiert den aufgeteilten Meßstrahl 18 wieder in das Wollaston-Prisma, von wo der Meßstrahl 18 weiter in den Geradheitsinterferometer [Sender/Interferenzdetektor] 24 führt. Die im den Geradheitsinterferometer [Sender/Interfe­ renzdetektor] 24 gewonnenen Signale werden nun vorteilhaft zur Korrektur des Lagesignals des Querschlittens in der Maschinensteuerung 13 verwendet.In the arrangement of Fig. 4, instead of the interferometer [transmitter / receiver / reference beam] 22 is arranged on an optical block 15, a heitsinterferometer se known Straight [Channel / interference detector] 24 on an optical block 15. The advantage here is that there is preferably a Wollaston prism 26 in the beam path of the measuring beam 18 on the cross slide 10 instead of the optical wedge 23 as an active optical element. The beam divided by the Wollaston prism 26 now strikes the straightness retro reflector 21 which is fixed to the frame. This straightness retroreflector 21 reflects the split measuring beam 18 back into the Wollaston prism, from where the measuring beam 18 leads further into the straightness interferometer [transmitter / interference detector] 24 . The signals obtained in the straightness interferometer [transmitter / interference detector] 24 are now advantageously used to correct the position signal of the cross slide in the machine control 13 .

BezugszeichenlisteReference list

1 Gestell
2 Hauptspindel
3 Antastfläche
4 Spindellager
5 Spannzylinder
6 Werkstück
7 Justiersteller
8 strahlungsemittierender Sender
9 Querschlittenantrieb
10 Querschlitten
11 Lichtstrahl
12 ortsauflösender Empfänger
13 Maschinensteuerung
14 Signal-, Daten- und Energieversorgungsleitung
15 Optikblock
16 Lagesensor
17 Abstandssensor
18 Meßstrahl
19 Längsschlitten
20 Meißel
21 Geradheitsretroreflektor
22 Interferometer [Sender/Empfänger/Referenzstrahl]
23 optischer Keil
24 Geradheitsinterferometer [Sender/Interferenzdetektor]
25 Umlenkspiegel
26 Wollaston-Prisma
x Koordinatenachse
z Koordinatenachse
/1/ Manfred Weck: "Werkzeugmaschinen - Fertigungssysteme Bd. 2" VDI-Verlag, Düsseldorf 1991 1 frame
2 main spindles
3 contact surface
4 spindle bearings
5 clamping cylinders
6 workpiece
7 adjusters
8 radiation-emitting transmitters
9 cross slide drive
10 cross slides
11 light beam
12 spatially resolving receiver
13 machine control
14 Signal, data and power supply lines
15 optics block
16 position sensor
17 distance sensor
18 measuring beam
19 longitudinal slides
20 chisels
21 straightness retroreflector
22 interferometer [transmitter / receiver / reference beam]
23 optical wedge
24 straightness interferometer [transmitter / interference detector]
25 deflecting mirror
26 Wollaston prism
x coordinate axis
z coordinate axis
/ 1 / Manfred Weck: "Machine Tools - Manufacturing Systems Vol. 2" VDI-Verlag, Düsseldorf 1991

Claims (6)

1. Anordnung zur Korrektur-Koordinatenmessung und Positions-Nachführung insbesondere an Werkzeugmaschinen, unter Verwendung einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer über Spindellager (4) drehbeweglich mit dem Gestell (1) verbundenen Hauptspindel (2), einem in einer Koordinate beweglichen, mit einem Längsantrieb versehenen und mit einem Längs-Lagemeßsystem verbundenen Längsschlitten (19), einem auf einer anderen als der Längs­ schlittenachse beweglich angeordneten, mit einem Querschlittenantrieb (9) und einem Quer-Lagemeßsystem verbundenen Querschlitten (10), einer Maschinensteuerung (13), die über Meß- und Steuerleitungen (14) insbesondere mit dem Antrieb und dem Lagemeßsy­ stem des Längsschlittens (19) und dem Querschlittenantrieb (9) und dem Querlagemeßsystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Optikblock (15) ein strah­ lungsemittierender Sender (8) fest angeordnet ist, wobei der von dem strahlungsemittieren­ den Sender (8) ausgehende Strahl (11) auf einen auf dem Querschlitten (10) fest angeord­ neten ortsauflösenden Empfänger (12) gerichtet ist, der Optikblock (15) in Stellrichtung be­ weglich mit Justierstellern (7) verbunden ist, welche mit dem Gestell (1) fest verbunden sind, auf dem Optikblock (15) Lagesensoren (16), die vorzugsweise als Interferometeran­ ordnung ausgebildet sind, fest angeordnet sind, die Antastflächen (3) auf der Hauptspindel (2) gegenüberstehen, auf dem Optikblock (15) Abstandssensoren (17) fest angeordnet sind, welche vorzugsweise der Mantelfläche der Hauptspindel (2) gegenüberstehen, und die Maschinensteuerung (13) über Meß- und Steuerleitungen (14) mit dem ortsauflösenden Empfänger (12) verbunden ist.1. An arrangement for the correction coordinate measurement and position tracking in particular in machine tools, using a CNC machine tool having a rotatably connected via spindle bearings (4) to the frame (1) main spindle (2), a mobile in a coordinate with a longitudinal drive provided and connected to a longitudinal position measuring system connected longitudinal slide ( 19 ), one on another than the longitudinal slide axis movably arranged with a cross slide drive ( 9 ) and a transverse position measuring system connected cross slide ( 10 ), a machine control ( 13 ), the measuring - And control lines ( 14 ) in particular with the drive and the Lagemeßsy stem of the longitudinal slide ( 19 ) and the cross slide drive ( 9 ) and the transverse position measurement system, characterized in that a radiation emitting transmitter ( 8 ) fixedly arranged on an optical block ( 15 ) the transmitter ( 8 ) emitting from the radiation Beam ( 11 ) is directed to a on the cross-slide ( 10 ) firmly arranged locating receiver ( 12 ), the optical block ( 15 ) in the actuating direction be movably connected to adjustment actuators ( 7 ) which are fixed to the frame ( 1 ) , on the optics block ( 15 ) position sensors ( 16 ), which are preferably designed as an interferometer arrangement, are firmly arranged, the contact surfaces ( 3 ) on the main spindle ( 2 ) face each other, on the optics block ( 15 ) distance sensors ( 17 ) are firmly arranged , which preferably face the outer surface of the main spindle ( 2 ), and the machine control ( 13 ) is connected via measuring and control lines ( 14 ) to the spatially resolving receiver ( 12 ). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Optikblock (15) der ortsauflösende Empfänger (12) und auf dem Querschlitten (10) der strahlungsemittierende Sender (8) angeordnet sind, wobei der von dem strahlungsemittierenden Sender (8) ausge­ hende Lichtstrahl (11) auf den ortsauflösenden Empfänger (12) gerichtet ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that on the optics block ( 15 ) of the spatially resolving receiver ( 12 ) and on the cross-slide ( 10 ) of the radiation-emitting transmitter ( 8 ) are arranged, with the radiation-emitting transmitter ( 8 ) out Light beam ( 11 ) is directed to the spatially resolving receiver ( 12 ). 3. Anordnung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsauflösende Empfänger (12) anstatt auf dem Querschlitten (10) so auf dem Längsschlitten (19) angeordnet ist, daß der von dem strahlungsemittierenden Sender (8) ausgehende Lichtstrahl (11) auf den ortsauflösenden Empfänger (12) gerichtet ist. 3. Arrangement according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the spatially resolving receiver ( 12 ) instead of on the cross slide ( 10 ) is arranged on the longitudinal slide ( 19 ) that that of the radiation-emitting transmitter ( 8 ) Light beam ( 11 ) is directed to the spatially resolving receiver ( 12 ). 4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Optikblock (15) der ortsauflösende Empfänger (12) angeordnet ist, und der strahlungsemittierende Sender (8) anstatt auf dem Querschlitten (10) auf dem Längsschlit­ ten (19) angeordnet ist, wobei der von dem strahlungsemittierenden Sender (8) ausgehende Lichtstrahl (11) auf den ortsauflösenden Empfänger (12) gerichtet ist.4. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that on the optics block ( 15 ) the spatially resolving receiver ( 12 ) is arranged, and the radiation-emitting transmitter ( 8 ) instead of on the cross slide ( 10 ) on the longitudinal slide ( 19 ) is arranged, the light beam ( 11 ) emanating from the radiation-emitting transmitter ( 8 ) being directed onto the spatially resolving receiver ( 12 ). 5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Optikblock (15) anstatt des strahlungsemittierenden Senders (8) ein an sich bekanntes Interferometer [Sender/Empfänger/Referenzstrahl] (22) angeordnet ist, dessen Meßstrahl (18) durch ein aktives optisches Element, vorzugsweise einen optischen Keil (23), gerichtet ist, welches anstatt des ortsauflösenden Empfängers (12) auf dem Quer­ schlitten (10) fest angeordnet ist, und im Strahlengang nach dem optischen Keil (23) ge­ stellfest ein Umlenkspiegel (25) angeordnet ist.5. Arrangement according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a known interferometer [transmitter / receiver / reference beam] ( 22 ) is arranged on an optical block ( 15 ) instead of the radiation-emitting transmitter ( 8 ), the measuring beam ( 18 ) by an active optical element, preferably an optical wedge ( 23 ), which is fixed instead of the spatially resolving receiver ( 12 ) on the cross slide ( 10 ), and in the beam path after the optical wedge ( 23 ) ge a deflecting mirror ( 25 ) is arranged in a fixed position. 6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Interferometers [Sender/Empfänger/Referenzstrahl] (22) auf einem Optik­ block (15) ein an sich bekanntes Geradheitsinterferometer [Sender/Interferenzdetektor] (24) angeordnet ist, in dessen Strahlengang sich anstelle des optischen Keils (23) als akti­ ves optisches Element vorzugsweise ein Wollaston-Prisma (26) befindet, welches auf dem Querschlitten (10) fest angeordnet ist, und im Strahlengang nach dem Wollaston-Prisma (26) gestellfest ein Geradheitsretroreflektor (21) angeordnet ist.6. Arrangement according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that instead of the interferometer [transmitter / receiver / reference beam] ( 22 ) on an optical block ( 15 ) a per se known straightness interferometer [transmitter / interference detector] ( 24 ) is arranged, in the beam path of which instead of the optical wedge ( 23 ) is an active optical element, preferably a Wollaston prism ( 26 ) which is fixedly arranged on the cross slide ( 10 ), and in the beam path after the Wollaston prism ( 26 ) a straightness retroreflector ( 21 ) is arranged fixed to the frame.
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