AT398246B

AT398246B - DEVICE FOR CONTROLLING THE GEOMETRIC AND DYNAMIC ACCURACY OF AN NC CONTROLLED WORK HEAD

Info

Publication number: AT398246B
Application number: AT114293A
Authority: AT
Original assignee: Frank Adolf Dipl Ing Dr
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-10-25
Also published as: ATA114293A; DE4419909A1; DE4419909B4

Description

AT 398 246 BAT 398 246 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der geometrischen und dynamischen Genauigkeit eines NC-gesteuerten Arbeitskopfes von automatischen Fertigungs- oder Manipulationseinrichtungen, insbesondere von NC-Werkzeugmaschinen und Industrierobotern, mit einem auf einem inertialfest montierten Grundkörper drehbar gelagerten Arm, der in seinem Endbereich eine Radialführung für ein mit dem 5 Arbeitskopf lösbar verbundenes Antastelement aufweist, wobei zur Erfassung der Kreisbahnabweichung des Antastelementes ein mit diesem zusammenwirkendes, radial zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeßgerät am Arm befestigt ist.The invention relates to a device for controlling the geometric and dynamic accuracy of an NC-controlled working head of automatic manufacturing or manipulation devices, in particular NC machine tools and industrial robots, with an arm rotatably mounted on an inertially fixed base body, which in its end region has a radial guide for has a probing element detachably connected to the 5 working head, a length measuring device cooperating with it and arranged radially to the axis of rotation of the arm being attached to the arm for detecting the circular path deviation of the probing element.

Werkzeugmaschinen sind mit Fehlern behaftet, weiche Maß-, Form- und Lagefehler am Werkstück bewirken. Bei NC-Maschinen kommen noch dynamische Einflüsse, die von Steuerungen und Vorschub-10 Regelkreisen resultieren, hinzu. Diese bewirken, daß die vom Werkzeug relativ zum Werkstück abgefahrene Bahn von der programmierten Bahn abweicht.Machine tools are subject to errors that cause dimensional, shape and position errors on the workpiece. In the case of NC machines, there are also dynamic influences that result from controls and feed control loops. These cause the path traversed by the tool relative to the workpiece to deviate from the programmed path.

Zur Beurteilung der Genauigkeit einer NC-Maschine gilt es, die geometrischen und die dynamischen Fehler zu messen. In allen Fällen ist es möglich, eine Probebearbeitung an einem ausgewählten Werkstück durchzuführen und dieses anschließend zu vermessen. Dabei ist es aber äußerst schwierig, die Fehlerursa-75 chen zu analysieren, weil noch die technologischen Einflüsse vom Werkzeug und den Schnittbedingungen hinzukommen. Man trachtet daher, Methoden und Vorrichtungen zu entwickeln, um an der Maschine selbst die Abweichung der fehlerbehafteten Bahn von der programmierten Bahn zu messen. Zur Überprüfung der geometrischen Genauigkeit von NC-Werkzeugmaschinen sind etliche Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Neben der Prüfung der Einzelfehler mit Laser-Interferometer, Autokollimator und Richtwaagen gewinnt der 20 sogenannte Kreisformtest zunehmende Bedeutung. Der Kreisformtest erlaubt die Überprüfung der dynamischen Eigenschaften der NC-Maschine im Bahnsteuerbetriebv sowie Aussagen über die Maschinengeometrie. Als Bahn bietet sich ein Kreis an, weil er von allen bahngesteuerten NC-Maschinen in Form der Zirkularinterpoiation realisiert werden kann und weil die Messung eines Kreises relativ einfach zu bewerkstelligen ist. 25 Zur Erzeugung einer Kreisbahn sind auf einer bahngesteuerten NC-Werkzeugmaschine zwei gradlinig bewegte und rechtwinkelig zueinander angeordnete Maschinenkomponenten, zum Beispiel die zwei Einheiten eines Kreuztisches, nach einem Sinus- und Cosinusgesetz synchron so zu bewegen, daß als resultierende Bewegung die besagte Kreisbahn entsteht. Infolge der beschränkten Dynamik der beiden beteiligten Regelkreise, infolge mechanischer Unvollkommenheiten und weiterer Störeinflüsse weicht der so erzeugte 30 Kreis von dem idealen, fehlerfreien Kreis mehr oder weniger ab. Markant ist beispielsweise der Einfluß der Geschwindigkeit, der sich üblicherweise in einer Zunahme der Kreisverzerrungen bei Erhöhungen der Vorschubgeschwindigkeiten zeigt.To assess the accuracy of an NC machine, it is important to measure the geometric and dynamic errors. In all cases it is possible to carry out a test machining on a selected workpiece and then measure it. However, it is extremely difficult to analyze the causes of errors because there are also the technological influences of the tool and the cutting conditions. The aim is therefore to develop methods and devices for measuring the deviation of the defective path from the programmed path on the machine itself. A number of devices and methods are known for checking the geometric accuracy of NC machine tools. In addition to checking individual errors with a laser interferometer, autocollimator and spirit levels, the 20 so-called circular shape test is becoming increasingly important. The circular shape test allows the dynamic properties of the NC machine to be checked in path control mode as well as statements about the machine geometry. A circle offers itself as a path, because it can be implemented by all path-controlled NC machines in the form of circular interpolation and because the measurement of a circle is relatively easy to do. 25 To create a circular path, two machine components that are moved in a straight line and arranged at right angles to each other, for example the two units of a cross table, must be moved synchronously according to a sine and cosine law on a path-controlled NC machine tool so that the resulting movement results in the said circular path. As a result of the limited dynamics of the two control loops involved, as a result of mechanical imperfections and further interferences, the 30 loop generated in this way deviates more or less from the ideal, error-free loop. The influence of the speed, for example, which is usually shown in an increase in the circular distortions with increases in the feed speeds, is striking.

Beim Kreisformtest geht es darum, diese Kreisformabweichungen zu messen und das Ergebnis auszuwerten, um Rückschlüsse auf die Güte der NC-Maschine abzuleiten. Hiezu sind die im folgenden 35 beschriebenen Vorrichtungen marktgängig, beziehungsweise bekannt.The circular shape test is about measuring these circular shape deviations and evaluating the result in order to draw conclusions about the quality of the NC machine. For this purpose, the devices described in the following 35 are commercially available or known.

Eine bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht aus einem drehbaren Arm, dessen äußeres Ende die Form einer Gabel aufweist, in die ein mit der Frässpindel verbundener Bolzen hineinragt, sodaß der Arm gedreht wird, wenn die Vorrichtung selbst am Fräsmaschinentisch befestigt und eine Kreisbahn programmiert wird. Die Kreisformabweichungen werden von einem radial am Arm angeordneten 40 Meßtaster erfaßt, welcher besagten Bolzen antastet.A known device of the type mentioned above consists of a rotatable arm, the outer end of which has the shape of a fork into which a bolt connected to the milling spindle protrudes, so that the arm is rotated when the device itself is attached to the milling machine table and a circular path is programmed . The circular shape deviations are detected by a 40 measuring probe arranged radially on the arm, which probes said bolt.

Eine andere bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Kreisformtestes besteht aus einem in zwei Koorinatenrichtungen auslenkbaren Meßtaster und einer hochgenauen bearbeiteten Kreisplatte, dem sogenannten Kreisnormal. Kreisnormal und Taster werden auf der NC-Maschine so angeordnet, daß sie die Positionen von Werkstücken einerseits und Werkzeug andererseits einnehmen. Wenn der Taster rund um 45 den Kreis bewegt wird, entsprechen seine Auslenkungen den Abweichungen zwischen Ist-Kontur und Sollkontur.Another known device for carrying out the circular shape test consists of a measuring probe which can be deflected in two coordinate directions and a highly precise machined circular plate, the so-called circular standard. Circular normals and buttons are arranged on the NC machine so that they assume the positions of workpieces on the one hand and tools on the other. If the button is moved around the circle by 45, its deflections correspond to the deviations between the actual contour and the target contour.

Im US-Patent 4 435 905 vom 13. März 1984 (James B BRYAN) wird weiters eine Vorrichtung beschrieben, die aus einem Stab besteht, an dessen Enden Kugeln angebracht sind, die in je einem Widerlager kardanisch gelagert sind. Zur Messung werden die beiden Widerlager an der NC-Maschine so derart befestigt, daß ihre Positionen den Positionen von Werkzeugen und Werkstücken entsprechen. Der Stab besteht aus zwei Teilen, die längsverschieblich miteinander verbunden sind, sodaß die Stablänge variabel ist. Die Verschiebung der beiden Teile zueinander wird durch ein integriertes Längenmeßsystem erfaßt. Wird ein Stabende auf einer Kreisbahn um das andere Ende bewegt, so entsprechen die Meßwerte den Kreisformabweichungen. Diese Vorrichtung ist heute marktgängig und wird von mehreren Firmen 55 angeboten.US Pat. No. 4,435,905 dated March 13, 1984 (James B BRYAN) also describes a device which consists of a rod, at the ends of which balls are attached, which are gimbally mounted in an abutment. For measurement, the two abutments are attached to the NC machine in such a way that their positions correspond to the positions of tools and workpieces. The rod consists of two parts, which are connected to one another in a longitudinally displaceable manner, so that the rod length is variable. The displacement of the two parts to each other is recorded by an integrated length measuring system. If a rod end is moved on a circular path around the other end, the measured values correspond to the circular shape deviations. This device is commercially available today and is offered by several companies 55.

Eine analoge Problematik gilt für Industrieroboter. Um Aussagen über die Genauigkeit eines Roboters treffen zu können, müssen die Bahnfehler der Roboterhand gemessen werden, wenn diese sich entlang einer programmierten Bahn bewegt. Auch zur Überprüfung der Bahngenauigkeit eines Industrieroboters 2An analogous problem applies to industrial robots. In order to be able to make statements about the accuracy of a robot, the path errors of the robot hand must be measured when it moves along a programmed path. Also for checking the path accuracy of an industrial robot 2

AT 398 246 B bietet sich der Kreisformtest an. Das Problem ist hier jedoch weitaus komplexer als bei einer NC-Werkzeugmaschine, weil an der Bahnerzeugung nicht nur zwei Bewegungskomponenten beteiligt sind, sondern bis zu sechs Bewegungen synchron überlagert sind.AT 398 246 B is the circular test. However, the problem here is far more complex than with an NC machine tool, because not only two motion components are involved in the path generation, but up to six movements are synchronously superimposed.

Bei einem der üblichen Knickarmroboter, welcher ausschließlich Drehgelenke besitzt, sind dies: 3 Positionsgeienke im Roboterkörper und drei Orientierungsgelenke in der Roboterhand. Während der Kreisformtest an NC-Werkzeugmaschinen bekannt ist und entsprechende Vorrichtungen existieren, ist seine Anwendung in der Robotik neu.In the case of one of the usual articulated-arm robots, which has only swivel joints, these are: 3 position brackets in the robot body and three orientation joints in the robot hand. While the circular shape test on NC machine tools is known and corresponding devices exist, its use in robotics is new.

Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß nur Kreisformabweichungen in radialer Richtung jeweils in einer Ebene gemessen werden können. Dies genügt im allgemeinen für die Beurteilung des dynamischen Verhaltens der Achsregelkreise von NC-Maschinen. Sollen auch die Geometriefehler der NC-Maschine beurteilt werden, so ist dies allerdings mit großem Aufwand verbunden.All known devices have in common that only circular shape deviations in the radial direction can be measured in each case in one plane. This is generally sufficient for the assessment of the dynamic behavior of the axis control loops of NC machines. However, if the geometry errors of the NC machine are also to be assessed, this is associated with great effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, mit welcher mit geringem Aufwand die geometrische und dynamische Genauigkeit von automatischen Fertigungs- und Manipulationseinrichtungen erfaßt werden kann.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a device of the type mentioned, with which the geometric and dynamic accuracy of automatic manufacturing and manipulation devices can be detected with little effort.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß zusätzlich ein parallel zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeßgerät am Endbereich des Armes zur Messung der axialen Verlagerung des Antastelementes befestigt ist. Dadurch kann neben der Abweichung von der Kreisbahn auch eine Distanzänderung bezüglich des Maschinentisches erfaßt werden.This is achieved according to the invention in that a length measuring device arranged parallel to the axis of rotation of the arm is additionally attached to the end region of the arm for measuring the axial displacement of the contact element. As a result, in addition to the deviation from the circular path, a change in distance with respect to the machine table can also be detected.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Antastelement im Bereich der Radialführung eine Antastkugel aufweist, mit welcher das radiale und axiale Längenmeßgerät Zusammenwirken. Damit wird erreicht, daß Kippeffekte die radiale und achsiale Messung nicht beeinflussen.It is preferably provided that the probe element has a probe ball in the region of the radial guide, with which the radial and axial length measuring device cooperate. This ensures that tilting effects do not influence the radial and axial measurement.

Um zusätzlich auch Kippeffekte messen zu können, ist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen, daß im Endbereich des Armes eine Platte mit einer normal auf die Drehachse stehenden Oberfläche vorgesehen ist und am Antastelement mindestens zwei drehsymmetrisch und parallel zur Längsachse des Antastelementes angeordnete Längenmeßgeräte auf einem Tasterträger befestigt sind, welche mit der Oberfläche der Platte Zusammenwirken. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, um den Kreisformtest bei Industrierobotern optimal einsetzen zu können. Ebenso günstig ist eine Ausführungsform, bei welcher die Positionen von Platte und Längenmeßgerät vertauscht, also die Längenmeßgeräte auf einem Tasterträger im Endbereich des Armes befestigt sind und die Platte dem Antastelement zugehörig ist. Um den Verschleiß der Längenmeßgeräte bei Verwendung von berührenden Tastern zu reduzieren, kann die Platte oder der Tasterträger am Arm bzw. am Antastelement drehbar gelagert sein. Sämtliche Längenmeßgeräte können sowohl als berührende als auch als berührungslose Taster ausgeführt sein.In order to also be able to measure tilting effects, it is provided in an advantageous embodiment that a plate with a surface normal to the axis of rotation is provided in the end region of the arm and at least two length measuring devices arranged on the probe element in a rotationally symmetrical manner and parallel to the longitudinal axis of the probe element are attached to a probe carrier are which interact with the surface of the plate. This embodiment is particularly suitable for optimally using the circular shape test in industrial robots. An embodiment in which the positions of the plate and the length measuring device are interchanged, that is, the length measuring devices are fastened on a probe carrier in the end region of the arm and the plate is associated with the probing element, is equally favorable. In order to reduce the wear of the length measuring devices when using touching buttons, the plate or the button holder can be rotatably mounted on the arm or on the contact element. All length measuring devices can be designed as both touching and non-contact buttons.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist zur Erfassung der Drehwinkelposition des Armes ein Winkelmeßgerät vorgesehen.In a preferred embodiment, an angle measuring device is provided for detecting the angle of rotation position of the arm.

Die Auswertung der Meßergebnisse kann dabei durch eine vorzugsweise als Rundheitsmeßgerät ausgebildete Auswerteeinheit und/oder Rechnereinheit erfolgen.The evaluation of the measurement results can be carried out by an evaluation unit and / or computer unit which is preferably designed as a roundness measuring device.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 bis 3 bekannte Vorrichtungen zur Durchführung des Kreisformtests, Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 4a eine andere erfindungsgemäße Ausführungsvariante, Fig. 5 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer NC-Fräsmaschine und Fig. 6 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Industrieroboter.The invention is explained in more detail with reference to the drawings. 1 to 3 show known devices for carrying out the circular shape test, FIG. 4 shows a device according to the invention, FIG. 4a shows another embodiment variant according to the invention, FIG. 5 shows the use of the device according to the invention on an NC milling machine and FIG. 6 shows the application the device according to the invention on an industrial robot.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer hochgenau bearbeiteten Kreisplatte 1, welche auf dem Tisch der NC-Fräsmaschine befestigt wird und die von einem horizontal in zwei Richtungen auslenkbaren Taster 2 angetastet wird. Wird über die Steuerung der Maschine eine Kreisbahn derart programmiert, daß der Taster sich entlang des Umfanges der Kreisplatte bewegt, so entsprechen die elektrischen Ausgangssignale des Tasters den Abweichungen der Ist-Bewegung von der Sollbewegung. Aus der Aufzeichnung der Tastersignale können Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten der NC-Maschine wie auch auf geometrische Fehler gezogen werden.The device shown in Fig. 1 consists of a highly precisely machined circular plate 1 which is attached to the table of the NC milling machine and which is touched by a button 2 which can be deflected horizontally in two directions. If a circular path is programmed via the control of the machine in such a way that the button moves along the circumference of the circular plate, the electrical output signals of the button correspond to the deviations of the actual movement from the desired movement. Conclusions regarding the dynamic behavior of the NC machine as well as geometric errors can be drawn from the recording of the button signals.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Stab 3, dessen Länge durch ein längsverschiebliches Element variabel ist und der an beiden Enden Kugeln 4 und 5 aufweist, die in Lagerschalen 6 und 7 kardanisch gelagert sind. Die eine Lagerschale 6 wird am Fräsmaschinentisch befestigt, die andere Lagerschale 7 an der Frässpindel. Bei der Messung wird eine Kreisbahn mit dem Radius 8 programmiert. In den Stab ist ein Längenmeßsystem 9 integriert, welches die Längenänderungen des Stabes während der Kreisbewegung registriert. Die Auswertung der Meßsignale des Längenmeßsystems, d. h. die Radiusschwankungen der Kreisbahn entsprechen den Kreisformabweichungen und liefern Rückschlüsse über das dynamische Verhalten der NC-Maschine wie auch über Geometriefehler. 3The device shown in Fig. 2 consists of a rod 3, the length of which is variable by means of a longitudinally displaceable element and which has balls 4 and 5 at both ends, which are gimbal-mounted in bearing shells 6 and 7. One bearing shell 6 is attached to the milling machine table, the other bearing shell 7 to the milling spindle. A circular path with radius 8 is programmed during the measurement. A length measuring system 9 is integrated in the rod, which registers the changes in length of the rod during the circular movement. The evaluation of the measurement signals of the length measuring system, d. H. The radius fluctuations of the circular path correspond to the deviations from the circular shape and provide conclusions about the dynamic behavior of the NC machine as well as about geometry errors. 3rd

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Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem in einem Grundkörper 10 drehbar gelagerten Arm 11, der an seinem äußeren Ende als Gabel ausgebildet ist, sodaß er von einem Antastbolzen 12 gedreht wird, wenn dieser sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse des Armes bewegt. Auf dem Arm befindet sich ein Meßtaster 13, welcher radiale Verlagerungen des Antastbolzens während der Kreisbewegungen erfaßt. Der Meßaufbau erfolgt derart, daß der Grundkörper 10 der Vorrichtung auf dem Fräsmaschinentisch befestigt wird, während der Antastbolzen in der Frässpindel aufgenommen wird. Wieder geht es um Abweichungen der realen Kreisbahn von der idealen Kreisform, wenn eine programmierte Kreisbewegung durch die NC-Maschine ausgeführt wird.The device shown in Fig. 3 consists of an arm 11 rotatably mounted in a base body 10, which is formed at its outer end as a fork, so that it is rotated by a probe pin 12 when it moves in a circular path around the axis of rotation of the arm . There is a probe 13 on the arm, which detects radial displacements of the contact pin during the circular movements. The measurement setup is carried out in such a way that the base body 10 of the device is fastened to the milling machine table while the contact pin is received in the milling spindle. Again, the real circular path deviates from the ideal circular shape when a programmed circular movement is carried out by the NC machine.

Ein geradlinig bewegter Maschinenschlitten, beispielsweise der Tisch einer NC-Fräsmaschine hat sechs Freiheitsgerade, aus denen sechs Einzelfehler resultieren können.A machine slide moving in a straight line, for example the table of an NC milling machine, has six straight lines of freedom, from which six individual errors can result.

Es sind dies eine Positionsabweichung, zwei Geradheitsabweichungen, drei rotatorische Abweichungen, welche auch als Kippungen bezeichnet und im einzelnen mit Rollen, Stampfen und Gieren definiert werden.These are one position deviation, two straightness deviations, three rotary deviations, which are also referred to as tilts and are defined in detail with rolling, pounding and yawing.

Zwar lassen sich mit den bekannten Vorrichtungen auch Aussagen über diese geometrischen Einzelfehler machen, doch ist dafür eine aufwendige Meßstrategie mit einer Vielzahl von Messungen in verschiedenen Ebenen notwendig.Although known devices can also be used to make statements about these geometrical individual errors, a complex measurement strategy with a large number of measurements in different planes is necessary for this.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß mit einer neuen mechanischen Konfiguration unter Anordnung von bis zu sechs gleichzeitig messenden Tastern neben den Aussagen über die Dynamik der Maschine auch detaillierte Ergebnisse über die Maschinengemometrie, d. h. über die Größe der Einzelfehler gewonnen werden können.The advantage of the device according to the invention is that in addition to the statements about the dynamics of the machine, detailed results about the machine geometry, i.e. H. can be obtained from the size of the individual errors.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 4 besteht aus zwei Teilen, nämlich der Basis 14 und dem Antastelement 15.4 consists of two parts, namely the base 14 and the contact element 15.

Die Basis 14 besteht aus dem Lagerbock 16, in dem der Arm 17 um die Drehachse 18 drehbar gelagert ist. Der Arm 17 trägt zwei Meßtaster 19 und 20, wobei Taster 19 in radialer Richtung und Taster 20 parallel zur Drehachse 18 befestigt ist. Beide Taster liegen an einer Kugel 21 des Antastelementes 15 an und erfassen somit radiale und axiale Verlagerungen der Kugel 21.The base 14 consists of the bearing block 16, in which the arm 17 is rotatably mounted about the axis of rotation 18. The arm 17 carries two probes 19 and 20, the probe 19 being attached in the radial direction and the probe 20 parallel to the axis of rotation 18. Both buttons rest on a ball 21 of the contact element 15 and thus detect radial and axial displacements of the ball 21.

Die Drehung des Armes 17, bzw. dessen Winkeilage wird durch ein Winkelmeßgerät, vorzugsweise einen Drehimpulsgeber 22 erfaßt, dessen Achse mit dem Arm gekoppelt ist.The rotation of the arm 17, or its angular position, is detected by an angle measuring device, preferably a rotary pulse generator 22, the axis of which is coupled to the arm.

Des weiteren befindet sich auf dem Arm 17 eine Platte 23, deren Oberfläche 24 sehr genau eben bearbeitet und so justiert ist, daß sie mit der Drehachse 18 des Armes 17 einen rechten Winkel einschließt. Somit überstreicht diese Plattenoberfläche eine zur Drehachse 18 rechtwinkelig liegende Kreisringfläche, wenn der Arm 17 in Drehung versetzt wird. Die Platte 23 kann starr oder auch drehbar auf dem Arm 17 befestigt sein. ln Fig. 4 ist die besagte Plattenoberfläche als Ringfläche ausgebildet, was aus fertigungstechnischer Sicht begründbar ist.Furthermore, there is a plate 23 on the arm 17, the surface 24 of which is machined very precisely and is adjusted so that it encloses a right angle with the axis of rotation 18 of the arm 17. Thus, this plate surface sweeps over a circular ring surface perpendicular to the axis of rotation 18 when the arm 17 is set in rotation. The plate 23 can be fixed rigidly or rotatably on the arm 17. 4, said plate surface is designed as an annular surface, which can be justified from a manufacturing point of view.

Das Antastelement 15 besteht im einzelnen aus dem Anpaßteil 25, welcher je nach Maschinen- oder Robotertype unterschiedlich ausgeführt sein kann, dem Tasterträger 26 und der Antastkugel 21. Auf dem Tasterträger 26 können sinnvollerweise bis zu vier Meßtaster 27, 28, 29, 30 befestigt sein. Taster 30 ist in Fig. 4 nicht sichtbar, da er 180* gegenüber Taster 29 sitzt und somit vor der Zeichnungsebene liegt.The probe element 15 consists in detail of the adapter 25, which can be designed differently depending on the type of machine or robot, the probe carrier 26 and the probe ball 21. Up to four measuring probes 27, 28, 29, 30 can usefully be attached to the probe carrier 26 . Button 30 is not visible in FIG. 4, since it sits 180 * opposite button 29 and thus lies in front of the drawing plane.

Das Antasteiement 15 besitzt keine feste Verbindung zur Basis 14, die Antastkugel 21 ist lediglich durch eine im Endbereich 17' des Armes 17 vorgesehene, tangential spielfreie, Radialführung 39 so umfangen, daß sie radial frei beweglich ist, eine Bewegung rechtwinkelig dazu aber eine Drehung des Armes 17 bewirkt.The contact element 15 has no fixed connection to the base 14, the contact ball 21 is only encircled by a tangential play-free radial guide 39 provided in the end region 17 'of the arm 17 in such a way that it is radially freely movable, but a movement at right angles thereto is a rotation of the Armes 17 causes.

In Fig. 4 sind die Drehachse 18 des Armes 17 und die Symmetrieachse 31 des Antastelementes 15 in paralleler Lage dargestellt. Es ist aber ein wesentliches Element der Erfindung, daß Schräglagen beider zueinander nicht nur möglich, sondern durch die Taster 27, 28, 29 und 30 mit hoher Genauigkeit meßbar sind.4, the axis of rotation 18 of the arm 17 and the axis of symmetry 31 of the contact element 15 are shown in a parallel position. However, it is an essential element of the invention that inclined positions of the two are not only possible with respect to one another, but can also be measured with a high degree of accuracy using the buttons 27, 28, 29 and 30.

Eine weitere Ausführungsvariante ist in Fig. 4a dargestellt. Gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Anordnung, sind die Positionen der vier die Kippbewegung messenden Taster und der Platte vertauscht. Am Arm 17 ist nun der Tasterträger 26a angeordnet, welcher die Taster 26a, 27a, 28a und 30a trägt, wogegen die Platte 23a mit der genau bearbeiteten Oberfläche 24a am Antastelement 15a sitzt. Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, daß alle Taster 27a, 28a, 29a und 30a der Basis 14 zugehörig sind, sodaß das Antastelement 15a frei von elektrischen Leitungen ist. Im gezeigten Fall wird der Tasterträger 26a vorteilhafterweise drehbar ausgeführt, um dessen Lage relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem konstant zu halten.Another embodiment variant is shown in Fig. 4a. Compared to the arrangement shown in FIG. 4, the positions of the four buttons and the plate measuring the tilting movement are interchanged. The button carrier 26a, which carries the buttons 26a, 27a, 28a and 30a, is now arranged on the arm 17, whereas the plate 23a with the precisely machined surface 24a sits on the contact element 15a. This embodiment variant has the advantage that all buttons 27a, 28a, 29a and 30a belong to the base 14, so that the contact element 15a is free of electrical lines. In the case shown, the button carrier 26a is advantageously made rotatable in order to keep its position constant relative to a stationary coordinate system.

Der Kreisformtest läuft nun wie unter Fig. 3 beschrieben ab, mit dem Unterschied, daß nicht nur Kreisformabweichungen gemessen werden, sondern daß auch alle axialen Verlagerungen und Kippungen, welche das Antastelement 15 relativ zur Basis 14 ausführt, erfaßt werden. Dies bedeutet die gleichzeitige Erfassung der dynamischen und der geometrischen Fehler. 4The circular shape test now proceeds as described in FIG. 3, with the difference that not only are circular shape deviations measured, but also all axial displacements and tiltings which the contact element 15 executes relative to the base 14 are recorded. This means the simultaneous detection of dynamic and geometric errors. 4th

Claims

AT 398 246 B The evaluation of the measurement results or the probe measurement values takes place via an evaluation unit 40. This can consist of a computer or an analog recording device, such as an X-Y recorder, or also of a commercially available roundness measuring device with a connection option for an external encoder. The type and design of the buttons is irrelevant to the invention. Instead of the touch buttons shown in the sketches, non-contact buttons that work according to optical, inductive or capacitive principles, for example, can also be used. Fig. 5 shows the application of the device according to the invention on an NC milling machine. The base 14 is fastened on the milling machine table 32 and the contact element 15 on the milling spindle 33. The illustration shows the detection of the table tilt 34, which can result from faulty table guidance or from external forces. 6 shows the application of the device according to the invention to an industrial robot. The base 14 is arranged stationary and the probing element 15 is attached to the robot hand 35. If the robot hand is controlled on a circular path, the radial button 19 detects the circular path deviations of the ball 21 in the circular plane, while the deviations from the circular plane are measured by the axial button 20. It is essential that the angular errors of the orientation axes 36 and 37 of the robot hand are also detected. 6, only the angular error 38 of the orientation axis 36 can be seen, since the angular error of the orientation axis 37 lies normal to the plane of the drawing. 1. Device for controlling the geometric and dynamic accuracy of an NC-controlled working head of automatic manufacturing or manipulation devices, in particular of NC machine tools and industrial robots, with an arm rotatably mounted on an inertially fixed base body, which has a radial guide in its end region has a probing element detachably connected to the working head, a length measuring device cooperating with it and arranged radially to the axis of rotation of the arm being attached to the arm to detect the deviation of the circular path of the probing element, characterized in that an additional element arranged parallel to the axis of rotation (18) of the arm (17) is attached to the arm Length measuring device (20) is fastened to the end region (17 ') of the arm (17) for measuring the axial displacement of the contact element (15, 15a).

2. Device according to claim 1, characterized in that the contact element (15) in the region of the radial guide (39) has a contact ball (21) with which the radial and axial length measuring device (19, 20) cooperate.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the end region (17 ') of the arm (17) a plate (23) with a normal to the axis of rotation (18) standing surface (24) is provided, and on the contact element ( 15) at least two rotationally symmetrical and parallel to the longitudinal axis (31) of the probe element (15) arranged length measuring devices (27, 28) are attached to a probe carrier (26), which interact with the surface (24) of the plate (23).

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the end region (17 ') of the arm (17) at least two rotationally symmetrical and parallel to the longitudinal axis (31a) of the probe element (15a) arranged length measuring devices (27a, 28a) on a probe carrier ( 26a) and a plate (23a) with a surface (24a) normal to the axis of rotation (18a) with which the length measuring devices (27a, 28a) cooperate is provided on the contact element (15a).

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the plate (23, 23a) on the arm (17) or on the contact element (15a) is rotatably mounted.

6. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the button carrier on the contact element (15) or on the arm (17) is rotatably mounted.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that buttons are provided as length measuring devices (19, 20, 27, 28, 29; 27a, 28a, 29a).

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that non-contact buttons are provided as length measuring devices (19, 20, 27, 28, 29; 27a, 28a, 29a)). 5 AT 398 246 B

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that an angle measuring device (22) is provided for detecting the rotational angle position of the arm (17).

10. The device according to claim 9, characterized in that the evaluation of the measurement results is carried out by an evaluation unit designed as a roundness measuring device (40)

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the evaluation of the measurement results is carried out by a computer unit. Including 5 sheets of drawings 6