DD239854B5

DD239854B5 - Method for correction value determination on coordinate measuring machines

Info

Publication number: DD239854B5
Application number: DD27921685A
Authority: DD
Inventors: Georg Dipl-Math Nolte; Ulrich Dipl-Ing Boehm
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1985-08-01
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1994-04-14
Also published as: DD239854A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrekturwertermittlung an Koordinatenmeßgeräten. Insbesondere werden die systematischen Fehler bestimmt, deren Korrektur den x-y-Koordinatenanschluß bei mechanischen und optischen Messungen in den verschiedenen z-Positionen sichert.The invention relates to a method for correction value determination on coordinate measuring machines. In particular, the systematic errors are determined whose correction ensures the x-y coordinate connection in mechanical and optical measurements in the different z-positions.

Characteristic of the known technical solutions

Beim Messen mit Koordinatenmeßgeräten wirken verschiedene Fehlereinflüsse auf das Ergebnis der Messungen. Eine wesentliche Fehlerursache bei der Koordinatenmessung besteht in einer Abweichung des tatsächlichen Koordinatensystems der Geräte vom idealen Referenzkoordinatensystem, hervorgerufen durch Positionierfehler in Richtung der einzelnen Koordinatenachsen, Geradheitsfehler und Rechtwinkligkeitsfehler.When measuring with coordinate measuring machines, different error factors affect the result of the measurements. A major cause of error in coordinate measurement is a deviation of the actual coordinate system of the devices from the ideal reference coordinate system caused by positioning errors in the direction of the individual coordinate axes, straightness errors and squareness errors.

Zur Abschätzung von Einzelfehlern und ihres Einflusses auf die Gesamtmeßunsicherheit eines Koordinatenmeßgerätes und zur Genauigkeitsüberwachung der Koordinatenmeßgeräte sind bereits mehrere Verfahren entwickelt worden. Insbesondere in der VDI-Zeitschrift 122 (1980), Nr. 13, Juli (I) Seite 535 ff. wird vorgeschlagen, dazu Prüfkörper vorzusehen. Speziell wird ein Verfahren zur Abnahme von Mehrkoordinatenmeßgeräten beschrieben, bei denen Stufenendmaße als Prüfkörper verwendet werden. Es wird besonders darauf hingewiesen, daß bei diesem u.a. Verfahren die Fehler bzw. die Längenmeßunsicherheit nur Stichprobenhaft an einzelnen Punkten innerhalb des Meßbereiches erfaßt werden und eine Korrektur von systematischen Fehlern daraus nicht abgeleitet werden kann.Several methods have already been developed for the estimation of individual errors and their influence on the overall measurement uncertainty of a coordinate measuring machine and for the accuracy monitoring of the coordinate measuring machines. In particular, in the VDI journal 122 (1980), No. 13, July (I) page 535 et seq., It is proposed to provide this test specimens. Specifically, a method is described for the acceptance of Mehrkoordinatenmessseßgeräten in which Stufenendmaße be used as specimens. It is particularly noted that this u.a. Method the errors or the Längenmeßunsicherheit are only sampled at individual points within the measuring range are detected and a correction of systematic errors can not be derived therefrom.

Auch in der Feingerätetechnik 30, (1981), 4, Seite 159 ff. wird zur Abschätzung von Einzelfehlern und zur Überwachung der Genauigkeit von Koordinatenmeßgeräten auf räumliche Prüfkörper definierter Geometrie, wie Kugeln, Zylinder u. ä. verwiesen.Also in the Feingerätetechnik 30, (1981), 4, page 159 ff. For the estimation of individual errors and to monitor the accuracy of coordinate measuring on spatial specimens defined geometry, such as spheres, cylinders and. ä. referenced.

In dem Artikel wird in Bezug auf die Darstellung der Verwendung eines kombinierten Quaderlochkörpers als Prüfkörper erwähnt, daß sich aus den Meßergebnissen Korrekturen für systematische Fehler ableiten lassen, die in der Software des Koordinatenmeßgerätes berücksichtigt werden können.In the article it is mentioned with reference to the representation of the use of a combined rectangular parallelepiped body as test specimen that corrections for systematic errors can be derived from the measurement results which can be taken into account in the software of the coordinate measuring machine.

Die Ermittlung und Korrektur von systematischen Fehlern in einzelnen Achsen und in verschiedenen Ebenen des Meßvolumens und von Rechtwinkligkeitsfehlern gehören zum Stand der Technik.The detection and correction of systematic errors in individual axes and in different levels of the measuring volume and squareness errors are state of the art.

Problematisch ist jedoch die Ermittlung und Korrektur des systematischen Fehlers, der durch eine Positionsänderung des Meßkopfes in z-Richtung bzw. eine Höhenänderung der optischen Visiereinrichtung in den anderen Koordinaten (x-, y-Koordinate) hervorgerufen wird. Für viele Koordinatenmeßgeräte ist dieser systematische Fehler besonders groß, so daß der x-y-Meßanschluß mit unbefriedigend großen Fehlern behaftet ist und räumliche, nichtachsparallele Messungen nur mit einer großen Meßunsicherheit durchgeführt werden können.The problem, however, is the detection and correction of the systematic error, which is caused by a change in position of the measuring head in the z-direction or a change in height of the optical sighting device in the other coordinates (x, y coordinate). For many coordinate measuring machines, this systematic error is particularly great, so that the x-y measuring connection is subject to unsatisfactory large errors and spatial, non-parallel measurements can only be carried out with a high degree of uncertainty of measurement.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und eine Genauigkeitssteigerung der Messungen mit Koordinatenmeßgeräten zu erzielen.It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art, and to achieve an increase in accuracy of the measurements with coordinate measuring machines.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein praktikables Verfahren zu schaffen, daß die Ermittlung von Korrekturwerten zum x-y-Meßanschluß bei mechanischen und optischen Messungen in verschiedenen z-Positionen ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Korrekturwertermittlung an Koordinatenmeßgeräten zur Sicherung des x-y-Koordinatenanschlusses bei mechanischen und optischen Messungen in verschiedenen z-Positionen aufgrund des Ausmessens eines Prüfkörpers (Zylinder oder Kegel), dessen Rechtwinkligkeitsabweichung zu einer antastbaren Bezugsfläche bekannt ist, mit einer mechansichen oder optischen Abtastanordnung und der rechnerischen Verarbeitung der Meßergebnisse, dadurch gelöst, daß zunächst die Sollage der Achse des auf den Meßtisch aufgestellten, in x- oder y-RichtungThe invention has for its object to provide a practical method that allows the determination of correction values for x-y Meßanschluß in mechanical and optical measurements in different z-positions. According to the invention this object is achieved in a method for correction value determination on coordinate to secure the xy coordinate terminal in mechanical and optical measurements in different z-positions due to the measurement of a test specimen (cylinder or cone) whose perpendicularity deviation is known to a probable reference surface, with a mechansichen or optical scanning arrangement and the computational processing of the measurement results, achieved in that first the desired position of the axis of the set up on the measuring table, in the x or y direction

ausgerichteten Prüfkörpers durch mechanische oder optische Meßwerterfassung an der Bezugsfläche bestimmt wird, daß danach für mehrere Positionen der Abtastanordnung in der senkrecht zur x-y-Ebene verlaufenden z-Richtung Meßpunktkoordinaten auf der Mantelfläche des Prüfkörpers durch Antastung mit mindestens zwei mechanischen Tastern verschiedener Länge einer mechanischen oderzwei Objektiven unterschiedlicher Schnittweite einer optischen Abtastanordnung aufgenommen werden, daß für jeden benutzten Taster bzw. jedes benutzte Objektiv und zu jeder aus diesen Meßpunktkoordinaten vom Auswerterechner des Koordinatenmeßgerätes die Mittelpunktskoordinaten und die Differenzen der Mittelpunktsänderung von der von der Solllage der Pröfkörperachse determinierten Solländerung in x- und y-Richtung errechnet und als Korrekturwerte abgespeichert werden, und daß bei späteren Messungen mit dem Meßgerät die Korrekturwerte, die sich durch tasterlängen- bzw. schnittweitenabhängige Inter- oder Extrapolation aus den abgespeicherten Korrekturwerten ergeben, rechnerisch berücksichtigt werden.aligned test body is determined by mechanical or optical data acquisition on the reference surface, that thereafter for several positions of the scanning in the direction perpendicular to the xy plane z-direction Meßpunktkoordinaten on the lateral surface of the specimen by probing with at least two mechanical buttons different length of a mechanical ortwo lenses different focal length of an optical scanning arrangement are recorded, that for each used probe or each lens used and to each of these Meßpunktkoordinaten from the evaluation of the coordinate, the center coordinates and the differences of the center point change determined by the desired position of the Pröfkörperachse desired change in x- and y- Direction calculated and stored as correction values, and that in later measurements with the meter, the correction values, which are determined by button length- or section-dependent I nter or extrapolation result from the stored correction values, are taken into account mathematically.

Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Ermittlung von Korrekturwerten zum x-y-Koordinatenanschluß im Bezug auf z-Positionen mit geringem Arbeits- und Zeitaufwand erfolgt, und daß dem Verfahren selbst eine aufgrund günstiger Fehlerfortpflanzung und -kompensation geringe Meßunsicherheit zugrunde liegt. Außerdem dient das Verfahren einer optimalen Korrektur bei der Verarbeitung von Meßergebnissen.It is an advantage of the method according to the invention that the determination of correction values for the x-y coordinate connection with respect to z positions is carried out with little effort and time, and that the method itself is based on low measurement uncertainty due to favorable error propagation and compensation. In addition, the method is used for optimal correction in the processing of measurement results.

Ausfuhrungsbeispielexemplary

Das Verfahren zur Sicherung des x-y-Koordinatenanschlusses an Koordinatenmeßmaschinen setzt ein ausgemessenes Prüfnormal mit kreisförmigen Querschnitt, einen Prüfzylinder oder -kegel, voraus. Als Prüfkörper sind sowohl Innen- als auch Außennormale anwendbar. Die Rechtwinkligkeitsabweichng zu einer antastbaren Bezugsfläche, z. B. einer Stirnfläche des Prüfkörpers, muß bekannt sein.The method of securing the x-y coordinate terminal to coordinate measuring machines requires a measured test standard of circular cross-section, a test cylinder or cone. Both internal and external standards can be used as test specimens. The perpendicularity deviation to a touchable reference surface, e.g. B. an end face of the specimen, must be known.

Gemäß dem Verfahren wird zunächst die Sollage der Achse des auf den Meßtisch aufgestellten, in x- oder y-Richtung ausgerichteten Prüfkörpers durch Meßwerterfassung an der Bezugsfläche, Verdichtung der Meßpunkte zu einer Ebene, Berechnung des Normalenvektors zu der Ebene und Berücksichtigung der Rechtwinkligkeitsabweichung des Prüfkörpers bestimmt.According to the method, first of all the desired position of the axis of the test body set up on the measuring table and aligned in the x- or y-direction is determined by measured value detection on the reference surface, compaction of the measuring points to a plane, calculation of the normal vector to the plane and consideration of the perpendicularity of the test specimen ,

Danach werden für mehrere Positionen der Abtastanordnung in der senkrecht zur x-y-Ebene, also zur Meßtischoberfläche, verlaufenden z-Richtung Meßpunktkoordinaten auf der Mantelfläche des Prüfkörpers durch Antastung mit mindestens zwei in z-Richtung angebrachten mechanischen Tastern aufgenommen. Bei Verwendung einer optischen Abtastanordnung erfolgt die optische Meßpunkterfassung mit Objektiven unterschiedlicherSchnittweite.Thereafter, for several positions of the scanning arrangement in the direction perpendicular to the x-y plane, ie the measuring table surface, extending z-direction measuring point coordinates recorded on the lateral surface of the specimen by probing with at least two attached in the z direction mechanical buttons. When using an optical scanning arrangement, the optical measuring point detection is carried out with lenses of different cutting width.

Für jeden benutzten Taster bzw. jedes benutzte Objektiv werden vom Auswerterechner des Koordinatenmeßgerätes zu jeder z-PositionFor each button used or each lens used are from the processor of the coordinate to each z-position

— aus den Meßpunktkoordinaten der Mittelpunkt des durch sie bestimmten Ausgleichskreises berechnet,- calculated from the Meßpunktkoordinaten the center of the balance circle determined by them,

— die Mittelpunktsänderung bezogen auf eine festzulegende z-Position bestimmt,- determines the change of center with respect to a z-position to be determined,

— die Differenzen der Mittelpunktsänderung von der durch die Sollage der Prüfkörperachse vorgegebenen Solländerung in x- und y-Richtung errechnet und- Calculates the differences of the center point change of the predetermined by the desired position of the specimen axis target change in the x and y directions and

— die berechneten Differenzen als Korrekturwerte abgespeichert.- The calculated differences stored as correction values.

Bei späteren Messungen mit dem Koordinatenmeßgerät kann dann der x-y-Koordiantenanschluß gesichert werden, indem der automatischen Meßwertkorrektur auch die mit dem beschriebenen Verfahren ermittelten Korrekturwerte zugrundegelegt werden. Die zu berücksichtigenden Korrekturen ergeben sich dabei durch tasterlänge- bzw. schnittweitenabhängige Inter- oder Extrapolation.For later measurements with the coordinate measuring machine, the x-y coordinate connection can then be saved by also using the correction values determined by the described method for the automatic measured value correction. The corrections to be considered result from probe-length- or slice-dependent interpolation or extrapolation.

Claims

Claim:

Method for correction value determination on coordinate measuring instruments for securing the xy coordinate connection in mechanical and optical measurements in different z-positions due to the measurement of a test specimen (cylinder or cone), the perpendicularity deviation is known to a touchable reference surface, with a mechanical or optical scanning and the computational Processing the Meßerrrtisse, characterized in that first the desired position of the axis of the set up on the measuring table, aligned in the x-ory direction test specimen is determined by mechanical or optical data acquisition on the reference surface, that thereafter for several positions of the scanning in the perpendicular to the xy Plane extending z-direction Meßpunktkoordinaten on the lateral surface of the specimen by probing with at least two mechanical buttons different length of a mechanical or two lenses of different cutting width of a optical scanning arrangement are recorded, that calculates the center point coordinates and the differences of the center point change of the determined by the desired position of the Prüfkörperachse desired change in the x- and y-direction and for each used probe and each of these Meßpunktkoordinaten from the evaluation of the coordinate be stored as correction values, and that in subsequent measurements with the measuring instrument, the correction values resulting from interpolation or extrapolation from the stored correction values by probe length or slice-dependent, are taken into account mathematically.