DE102013216093B4

DE102013216093B4 - Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung, insbesondere für die Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks oder die Bearbeitung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102013216093B4
Application number: DE102013216093.3A
Authority: DE
Inventors: Rainer Sagemüller; Dominik Seitz
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: EP3033596A1; CN105556253A; US20160195869A1; WO2015022398A1; US10073435B2; CN105556253B; DE102013216093A1

Abstract

Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung (11, 12), welche einen ersten Teil (12) und einen relativ zu dem ersten Teil (12) um eine Drehachse (A1) der Drehvorrichtung (11, 12) drehbaren, zweiten Teil (11) sowie eine Drehpositions-Messvorrichtung (74, 75) zur Messung von Drehpositionen des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (11) relativ zueinander aufweist, wobei die Drehpositions-Messvorrichtung (74, 75) einen Drehpositionssensor (74) und einen für die Messung der Drehposition mit dem Drehpositionssensor (74) zusammenwirkenden Messkörper (75) aufweist, wobei der Drehpositionssensor (74) mit dem ersten Teil (12) und der Messkörper (75) mit dem zweiten Teil (11) verbunden ist oder umgekehrt, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Fehler der Drehvorrichtung (11, 12) aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung einer idealen Drehachse (A2) der Drehvorrichtung (11, 12) andererseits werden in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (11) relativ zueinander, gemessen und entsprechende Fehlermesswerte erhalten, – aus den Fehlermesswerten werden erwartete Schwankungen der radialen Position des ersten Teils (12) oder des zweiten Teils (11) der Drehvorrichtung und/oder Schwankungen der Position des ersten Teils (12) oder des zweiten Teils (11) bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung der Drehvorrichtung, die aufgrund einer Abweichung der Drehbewegung der Drehvorrichtung (11, 12) von einer idealen Drehbewegung um die ideale Drehachse (A2) entstehen, für eine Mehrzahl von Drehpositionsmessorten ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung welche einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse der Drehvorrichtung drehbaren, zweiten Teil sowie eine Drehpositions-Messvorrichtung zur Messung von Drehpositionen des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander aufweist, wobei die Drehpositions-Messvorrichtung einen Drehpositionssensor und einen für die Messung der Drehposition mit dem Drehpositionssensor zusammenwirkenden Messkörper aufweist und wobei der Drehpositionssensor mit dem ersten Teil und der Messkörper mit dem zweiten Teil verbunden ist oder umgekehrt. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung, mit der das Verfahren ausführbar ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Fehler der Drehvorrichtung zumindest zu einem Teil reproduzierbar sind.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks oder bei der Bearbeitung eines Werkstücks. Die Drehvorrichtung ermöglicht eine Drehbewegung des Werkstücks um eine Drehachse der Drehvorrichtung während der Bestimmung der Koordinaten oder während der Bearbeitung des Werkstücks. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung, mit der das Verfahren ausführbar ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Fehler der Drehvorrichtung zumindest zu einem Teil reproduzierbar sind.
Es ist bekannt, Werkstücke zum Zweck der Messung ihrer Koordinaten oder zum Zweck der Bearbeitung des Werkstücks drehbar zu lagern. Z. B. werden auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik Werkstücke auf drehbaren Tischen (so genannte Drehtische) angeordnet. Auf diese Weise kann das Werkstück in verschiedene Arbeitsausrichtungen gebracht werden, in denen das Koordinatenmessgerät arbeitet, d. h. Koordinaten des Werkstücks misst. Insbesondere können die Koordinaten des Werkstücks kontinuierlich (z. B. scannend) gemessen werden, während die Drehvorrichtung das Werkstück um ihre Drehachse dreht.
Entsprechendes gilt für die Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine. Das Werkstück kann in verschiedene Arbeitsausrichtungen gebracht werden, um das Werkzeug zu bearbeiten. Insbesondere kann das Werkstück kontinuierlich gedreht werden, während es bearbeitet wird.
Die Arbeitsausrichtung kann insbesondere durch eine Richtung definiert sein, die sich senkrecht zu der Drehachse und durch einen Punkt auf der Oberfläche des Werkstücks erstreckt, an dem das Werkstück abgetastet wird oder an dem das Werkstück bearbeitet wird. Die beim taktilen Antasten des Werkstücks mit einem Taster oder beim Bearbeiten des Werkstücks auf das Werkstück wirkende Kraft kann daher insbesondere senkrecht zu der Drehachse in Richtung der Arbeitsausrichtung wirken.
Auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik ist es häufig zur Formprüfung eines Werkstücks vorteilhaft, das Werkstück mit einem Taster abzutasten, der eine nahezu konstante Arbeitsausrichtung und Arbeitsposition relativ zu der Drehvorrichtung hat, während die Drehvorrichtung das Werkstück dreht. Die Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung sind nicht völlig konstant, da das Werkstück in der Regel nicht exakt rotationssymmetrisch zu der Drehachse der Drehvorrichtung angeordnet ist und/oder nicht oder nicht exakt rotationssymmetrisch geformt ist. Z. B. kann ein Taster eines Koordinatenmessgeräts, der die Oberfläche des Werkstücks taktil antastet, von dem Koordinatenmessgerät in einer festen Position und bei einer festen Ausrichtung gehalten werden, wobei der Taster abhängig von der zu messenden Form des Werkstücks unterschiedlich weit relativ zu einer Halterung des Tasters ausgelenkt wird. Durch die nahezu konstante Arbeitsausrichtung und Arbeitsposition können Fehler der Koordinatenmessung aufgrund von positionsabhängigen und ausrichtungsabhängigen Fehlern des Koordinatenmessgeräts minimiert werden. Die Fehler der Drehvorrichtung bestimmen in diesem Fall das Messergebnis maßgeblich. Auch die Geschwindigkeit der Vermessung des Werkstücks kann in vielen Fällen auf diese Weise gesteigert werden.
Eine spezielle Messaufgabe auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik besteht in der Welligkeitsanalyse bei der Formprüfung insbesondere von rotationssymmetrischen Bereichen von Werkstücken. Die Abweichungen der tatsächlichen Form von der ideal rotationssymmetrischen zeigen häufig einen Wellenverlauf. Der Bewegungsfehler einer Drehvorrichtung, um den die reale Drehbewegung der Drehvorrichtung von einer idealen Drehbewegung abweicht, kann aber dazu führen, dass die Ergebnisse der Welligkeitsanalyse besonders ungenau sind, insbesondere ungenauer sind, als Ergebnisse bei der Messung von Koordinaten einzelner Oberflächenpunkte des Werkstücks.
Entsprechendes gilt bei der Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine. Bei der angestrebten Herstellung eines rotationssymmetrischen Bereichs können sich in einem ungünstigen Fall aufgrund der Bewegungsfehler der Drehvorrichtung, mit der das Werkstück während der Bearbeitung gedreht wird, Wellen mit besonders großen Amplituden ergeben.
Zur Reduzierung der Fehler der Drehvorrichtung kann die Drehvorrichtung so konstruiert werden, dass der Fehler Vorgaben erfüllt. Insbesondere können Luftlagerungen zur Lagerung der drehbeweglichen Teile der Drehvorrichtung eingesetzt werden und bei motorisch angetriebenen Drehvorrichtungen Direktantriebe eingesetzt werden. Je kleiner der Fehler der Drehvorrichtung sein soll, desto höher ist der konstruktive Aufwand.
Alternativ oder zusätzlich können Fehler der Drehvorrichtung mit einem Koordinatenmessgerät gemessen werden, wobei ein Kalibrierkörper oder eine Anordnung von Kalibrierkörpern an dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet wird (z. B. auf den Drehtisch gestellt wird) und vermessen wird. Die Vermessung der Fehler der Drehvorrichtung bezüglich aller sechs möglichen Freiheitsgrade der Bewegung mittels eines Koordinatenmessgeräts, das auch Werkstücke vermessen kann, ist jedoch zeitaufwendig. Bei hoher geforderter Genauigkeit muss die Kalibrierung wiederholt werden, beispielsweise wenn die Drehvorrichtung Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Entsprechendes gilt für eine Drehvorrichtung, die ausgestaltet ist, Werkstücke im Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine drehbar zu halten. Der Aufwand für eine Kalibrierung ist in diesem Fall im Vergleich zur Koordinatenmesstechnik meist noch größer, da auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik meist das Koordinatenmessgerät für die Kalibrierung eingesetzt werden kann, das auch später die Vermessung von Werkstücken durchführt.
Eric Marsh beschreibt in „Precision Spindle Metrology”, ISBN 978-1-932078-77-0, insbesondere Kapitel 2, Konzepte zur Beschreibung von Bewegungsfehlern einer Präzisionsspindel.
Auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik ist eine hohe Präzision von Drehvorrichtungen z. B. bei der sogenannten Rundheitsprüfung gefordert, bei der kreisrunde Konturen von Werkstücken (z. B. die Umfangsflächen von Zylindern) auf Abweichungen von der idealen Kreisform geprüft werden sollen.
In einem anderen Fall sollen in Zusammenhang mit der Verwendung von Drehvorrichtungen Teilungsmessungen (d. h. Winkelabstände in Umlaufrichtung um eine Rotationssymmetrieachse) durchgeführt werden, z. B. die Winkelabstände der Zähne oder Flanken an Zahnrädern. Hierzu sind sehr präzise messende Drehpositions-Messvorrichtungen der Drehvorrichtung erforderlich, da andernfalls allein aufgrund des Fehlers der Drehpositions-Messvorrichtung ein gleich großer Messfehler entsteht. Aber auch in anderen Fällen auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik oder der Werkzeugmaschinen sind sehr präzise messende Drehpositions-Messvorrichtungen erforderlich.
Bei solchen Drehpositions-Messvorrichtungen tritt der sogenannte Exzenterfehler auf und liefert einen großen Fehlerbeitrag. Der Gesamt-Exzenterfehler setzt sich im Wesentlichen aus dem Exzenterfehler der Drehlagerung zur Lagerung der Drehbewegung der Drehvorrichtung und dem Montagefehler der Drehpositions-Messvorrichtung zusammen. Es ist bekannt, den Gesamt-Exzenterfehler durch Justierung weitgehend zu eliminieren. Im Ergebnis kann der Rest-Fehlerbeitrag des Gesamt-Exzenterfehlers zum Gesamt-Fehler der Drehvorrichtung sehr klein werden. Eine weitere Möglichkeit zur Reduktion des Exzenterfehlers besteht darin, an bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegenden Positionen jeweils einen Drehpositionssensor anzuordnen und deren Messergebnisse derart miteinander zu verrechnen, sodass entweder der Exzenterfehler eliminiert wird oder berechnet wird und anschließend zur Korrektur verwendet werden kann.
Häufig weist eine Drehpositions-Messvorrichtung auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik einen Messkörper auf, der eine Vielzahl von um die Drehachse herum verteilten Markierungen hat. Das Messprinzip beruht darauf, dass die Markierungen einen Umlauf um die Drehachse in gleich große Winkelabschnitte unterteilen. Abweichungen von dieser gleichmäßigen Anordnung der Markierungen werden daher als Teilungsfehler bezeichnet. Eine Bestimmung des Teilungsfehlers durch separate Vermessung ist mit entsprechendem Aufwand möglich. Wenn eine Referenz-Winkelposition des Messkörpers festgelegt ist, kann der Teilungsfehler rechnerisch korrigiert werden.
Um die bereits erwähnten Exzenterfehler von vornherein zu reduzieren, können aufwendige Drehlager zur Lagerung der Drehbewegung der Drehvorrichtung verwendet werden, die lediglich einen geringen Exzenterfehler mit sich bringen. Der Aufwand für solche Drehlager ist hoch und erfordert in der Regel dennoch eine Justierung, um den Exzenterfehler weiter zu reduzieren.
Ist der Aufwand für die Drehlagerung der Drehvorrichtung geringer, muss nicht nur ein verhältnismäßig großer Exzenterfehler in Kauf genommen werden, sondern treten auch zusätzliche Bewegungsfehler auf, d. h. unerwünschte translatorische und rotatorische Bewegungsanteile während der Drehbewegung der Drehvorrichtung. Grundsätzlich sind alle Bewegungsanteile unerwünscht, um die sich eine reale Drehbewegung von einer idealen Drehbewegung der Drehvorrichtung unterscheidet. Bei einer idealen Drehbewegung drehen sich alle Bereiche des drehbaren Teils der Drehvorrichtung bei konstant bleibender radialer Position der Bereich bezüglich der Drehachse, wenn eine Drehbewegung stattfindet. Im Ergebnis ist die Drehachse der Drehvorrichtung ortsfest, d. h. führt keine translatorischen Bewegungen in Richtung der Drehachse oder quer zur Drehachse aus und verkippt auch nicht. Eine Verkippung der Drehachse ist gleichbedeutend mit einer Änderung der Ausrichtung der Drehachse.
Bewegungsfehler der Drehvorrichtung können gemessen und während eines späteren Betriebes der Drehvorrichtung rechnerisch korrigiert werden. Der Aufwand für die rechnerische Korrektur ist jedoch sehr hoch, insbesondere da die Bewegungsfehler häufig sehr kleine Amplituden aufweisen. Insbesondere eine Korrektur am Ort, an dem die Drehpositions-Messvorrichtung der Drehvorrichtung die Drehposition misst, ist sehr aufwendig, da der Bewegungsfehler lediglich zu einem Drehpositionsmessfehler im Bereich von Bruchteilen von Winkelsekunden führt. Bekannte Verfahren zur Bestimmung der Drehpositionsfehler erfordern außerdem Messungen, die einige Stunden dauern können. Während dieser langen Messdauer kann sich außerdem die Temperatur ändern, was wiederum zu einer Veränderung des Bewegungsfehlers führt.
Eine weitere Möglichkeit, die Auswirkungen des Bewegungsfehlers auf die Drehpositionsmessung zu reduzieren, besteht darin, sogenannte Eigenlagerungen zu verwenden. Diese ermöglichen es, den an den relativ zueinander drehbaren Teilen der Drehvorrichtung angeordneten Komponenten der Drehpositions-Messvorrichtung (z. B. Drehpositionssensor und Messkörper mit Markierungen) die Bewegungsfehler der Drehvorrichtung gemeinsam auszuführen. Solche Eigenlagerungen sind besonders aufwendig.
Insbesondere wenn von einer Drehvorrichtung Werkstücke gedreht werden sollen, die zumindest Bereiche aufweisen, welche in großem Abstand zur Drehachse der Drehvorrichtung angeordnet sind, wirkt sich der Drehpositionsmessfehler besonders stark auf den Fehler bei der Vermessung der Koordinaten des Werkstücks durch ein Koordinatenmessgerät oder auf die Bearbeitung des Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine aus. Geht die Steuerung des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine von der fehlerhaften Drehposition aus, wirkt sich dies proportional zu dem radialen Abstand auf den Koordinatenmessfehler bzw. die Bearbeitung aus. Z. B. kommen in der Praxis Drehpositionsmessfehler bis zu einer Bogensekunde vor, die bei einem radialen Abstand von 0,2 m zu einem Positionsfehler des Werkstücks in einer Richtung tangential zur Umlaufrichtung von etwa einem Mikrometer führt.
WO 2013/007285 A1 beschreibt die Korrektur und/oder Vermeidung von Fehlern bei der Messung von Koordinaten eines Werkstücks. Eine Koordinatenmessanordnung weist einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teil auf, wobei an dem ersten oder zweiten Teil ein Messkörper angeordnet ist und an dem anderen Teil zumindest ein Sensor angeordnet ist, der ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers und damit entsprechend der relativen Position des ersten und zweiten Teils erzeugt.
WO 2013/007286 A1 beschreibt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Messanordnung zum Bestimmen von Drehpositionen einer Drehvorrichtung, die einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse drehbaren zweiten Teil aufweist. Drehpositionen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil und/oder Drehpositionen des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil werden mit einer Mehrzahl von Sensoren erfasst, die um die Drehachse herum verteilt angeordnet sind, sodass redundante Informationen über die Drehpositionen des ersten Teils und zweiten Teils relativ zueinander vorliegen. Die redundanten Informationen werden derart ausgewertet, dass Effekte einer translatorischen Bewegung des ersten und des zweiten Teils relativ zueinander korrigiert werden, wobei die translatorische Bewegung quer zur Erstreckung der Drehachse verläuft.
DE 199 07 326 A1 beschreibt ein Winkelmesssystem zur Bestimmung der Winkelposition eines um eine Drehachse rotierenden Objektes, bestehend aus einer stationären Baueinheit und einer rotationssymmetrischen Messteilung, die mit dem rotierenden Objekt verbindbar ist. Mehrere Abtasteinheiten sind in einer definierten räumlichen Orientierung in der stationären Baueinheit angeordnet und dienen zur Abtastung der Messteilung an mehreren verschiedenen Messteilungsorten und liefern winkelpositionsabhängige Teil-Abtastsignale. Korrekturmittel erzeugen aus den Teil-Abtastsignalen der Abtasteinheiten winkelabhängige Ausgangssignale des Winkelmesssystems, die um eventuelle Fehler bereinigt sind, die durch eine ggf. vorliegende Nicht-Übereinstimmung der Drehachse des Objektes mit der Symmetrieachse der Messteilung resultieren.
WO 2011/064317 A2 beschreibt ein referenzsystemfrei ausführbares Kalibrierverfahren für eine Winkelmesseinrichtung mit einem Codeträger, welcher einen absoluten Positionscode trägt, und zumindest drei Leseköpfen, die eine fixe, bekannte Winkellage mit einem Winkelabstand zueinander aufweisen und jeweils den Positionscode zumindest teilweise erfassen, sodass ein absoluter Winkelpositionswert des jeweiligen Lesekopfes relativ zum Codeträger bestimmbar ist. Der Codeträger ist gegenüber den Leseköpfen drehbar und somit sind unterschiedliche Winkelstellungen des Codeträgers gegenüber den Leseköpfen einnehmbar. Ein Winkelfehler wird durch Vergleich der Differenz der Winkelpositionswerte der Leseköpfe mit der bekannten Winkellage der Leseköpfe zueinander bestimmt.
EP 1 498 691 A1 beschreibt ein Verfahren zur Korrektur der Messergebnisse eines Koordinatenmessgerätes, bei dem ein Werkstück kontinuierlich abgetastet wird. Das dynamische Biegeverhaltens eines Tasters wird als ein- oder mehrdimensionales Parameterfeld bestimmt. Aus dem Parameterfeld werden Korrekturwerte unter Berücksichtigung der Beschleunigung des Tasters bestimmt. Messergebnisse werden mit den Korrekturwerten korrigiert. Das Parameterfeld beschreibt die Abweichungen bei Beschleunigung des Tasters normal zur Werkstückoberfläche.
DE 100 06 753 A1 beschreibt eine Dreh-Schwenkeinrichtung für Tastköpfe von Koordinatenmessgeräten, mit wenigstens zwei Drehgelenken zur winkelmäßigen Ausrichtung der Tastköpfe, bei der der Dreh-Schwenkeinrichtung eine Korrektureinheit zugeordnet ist, die bei der Messung die Fehler aufgrund der elastischen Verformung der Dreh-Schwenkeinrichtung korrigiert. Zur Korrektur der Verformung in der Korrektureinheit wird ein mathematisches Modell verwendet, das wenigstens ein finites Element umfasst.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung anzugeben, das Auswirkungen von Bewegungsfehlern der Drehvorrichtung auf die Messung der Drehposition verringert. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass Bewegungsfehler der Drehvorrichtung, d. h. Abweichungen von einer idealen Drehbewegung, sich abhängig vom Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors der Drehvorrichtung unterschiedlich auf die Messgenauigkeit der Drehpositionsmessung auswirken. Wenn die reale Drehbewegung der Drehvorrichtung im Vergleich zu der idealen Drehbewegung zu einer zusätzlichen Bewegung in einer Richtung tangential zur Drehrichtung (d. h. tangential zur Umlaufrichtung um die Drehachse) der Drehvorrichtung führt, verfälscht dies die Messung der Drehposition. Die für die Drehpositions-Messvorrichtung relevante Komponente des Bewegungsfehlers verläuft daher in der Richtung tangential zur Drehrichtung und wird im Folgenden als tangentialer Bewegungsfehler bezeichnet und ist auf den jeweils betrachteten Ort bezogen. Die Erfindung geht aber außerdem von der Erkenntnis aus, dass sich verschiedene Bewegungsprozesse, die zu den Bewegungsfehlern (insbesondere auch zu dem tangentialen Bewegungsfehler) der Drehvorrichtung führen, einander überlagern und dabei kompensieren oder verstärken, je nachdem, welcher Ort der Drehvorrichtung betrachtet wird. Die Kompensation oder Verstärkung wirkt sich über den Verlauf einer Drehbewegung der Drehvorrichtung (insbesondere über den Verlauf einer ganzen Umdrehung) unterschiedlich aus, und zwar zeitlich und örtlich. Wird ein konkreter Ort betrachtet, nämlich ein Drehpositionsmessort, an dem die Drehpositions-Messvorrichtung die Drehposition der Drehvorrichtung misst, ändert sich die Kompensation oder Verstärkung während des Verlaufs der Drehbewegung. Im Ergebnis ist der tangentiale Bewegungsfehler daher örtlich abhängig vom Drehpositionsmessort und zeitlich abhängig von dem Verlauf der sich an dem Drehpositionsmessort auswirkenden Drehbewegung.
Insbesondere unterscheiden sich an verschiedenen möglichen Drehpositionsmessorten die Amplituden des tangentialen Bewegungsfehlers über den Verlauf der Drehbewegung. Der Begriff Amplitude bezeichnet wie üblich die maximale Abweichung von der idealen Drehbewegung. Es kann aber nicht nur diese Amplitude betrachtet werden und ein Drehpositionsmessort ermittelt werden, an dem diese Amplitude klein oder sogar minimal ist. Vielmehr kann der Verlauf des tangentialen Bewegungsfehlers während der Drehbewegung auch in anderer Weise betrachtet werden und ein Drehpositionsmessort mit besonders günstigem Verlauf ermittelt werden, wobei „günstig” durch zumindest ein vorgegebenes Kriterium definiert sein kann. Z. B. gibt es Messaufgaben in der Koordinatenmesstechnik oder Bearbeitungsaufgaben bei der Bearbeitung von Werkstücken durch Werkzeugmaschinen, bei denen auf Präzision bezüglich einer bestimmten Ordnung der Abweichungen zwischen einem ideal kreisrunden Verlauf des Außenumfangs oder Innenumfangs des Werkstücks zu achten ist. Ein Verlauf mit drei Maxima und drei Minima der Abweichung über einen vollständigen Umlauf um die Drehachse oder über einen vorgegebenen Bereich von Drehpositionen (d. h. insbesondere einen Teil eines Umlaufs) hat beispielsweise die Ordnung drei. Den drei Maxima und drei Minima entsprechen drei Wellen. In der Beschreibung des tangentialen Bewegungsfehlers als Ortsfunktion (Abweichung von der idealen Drehbewegung als Funktion der Drehposition) können selbstverständlich Überlagerungen mehrerer Ordnungen vorliegen. Die Ortsfunktion ist der Zeitfunktion (Abweichung als Funktion des Zeitpunktes der Drehbewegung) äquivalent, wenn die Geschwindigkeit als Funktion der Zeit oder des Ortes bekannt ist, z. B. bei konstanter Geschwindigkeit. Die Erfindung ist auch nicht auf die Betrachtung der Ordnung drei beschränkt. Vielmehr können beliebige Ordnungen des tangentialen Bewegungsfehlers betrachtet werden.
Das vorgegebene Kriterium kann auch als vorgegebene Bedingung bezeichnet werden, die zu erfüllen ist. Zum Beispiel kann ein Verlauf des tangentialen Bewegungsfehlers über den bei der Drehbewegung durchlaufenen Bereich von Drehpositionen (insbesondere über einen vorgegebenen Bereich von Drehpositionen) mit 9 Wellen (d. h. 9 Maxima und Minima der Abweichung) oder einer anderen vorgegebenen Anzahl von Wellen günstig sein. Dem liegt der Gedanke zu Grunde, dass abhängig von der betrachteten Winkelposition der Drehpositionsmessung eine unterschiedliche Anzahl von Wellen auftreten kann und/oder die Amplitude des Bewegungsfehlers bei der Ordnung (zum Beispiel bei 9 Wellen) unterschiedlich groß sein kann. Insbesondere wird zur Erfüllung des vorgegebenen Kriteriums daher zum Beispiel der Drehpositionsmessort ermittelt, an dem die Amplitude des Bewegungsfehlers in Bezug auf eine vorgegebene Ordnung maximal ist.
Um auf das Beispiel der Ordnung drei zurückzukommen, ist es in diesem Fall erwünscht, dass der Messfehler des Drehpositionssensors aufgrund eines Bewegungsfehlers der Drehvorrichtung mit der Ordnung drei besonders gering ist, damit die Form des Werkstücks möglichst präzise gemessen werden kann. Auch in diesem Fall ist die Ordnung drei lediglich ein Ausführungsbeispiel. Für andere Ordnungen größer als eins kann entsprechend verfahren werden, z. B. indem ein Drehpositionsmessort ermittelt wird, für den der tangentiale Bewegungsfehler der Drehvorrichtung bezüglich der Ordnung klein ist, minimal ist oder eine vorgegebene Bedingung und damit ein Kriterium erfüllt (z. B. kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist).
Entsprechend kann auch für zumindest einen Bereich von Ordnungen (zum Beispiel drei bis fünf Wellen) vorgegangen werden, der mehr als eine Ordnung enthält. Statt von der Anzahl der Wellen einer Abweichung über einen Umlauf um die Drehachse der Drehvorrichtung bzw. um die Rotationssymmetrieachse des Werkstücks (oder von der Anzahl der Wellen einer Abweichung über einen vorgegebenen Bereich von Drehpositionen) kann auch von der Frequenz gesprochen werden.
Als Maß für den tangentialen Bewegungsfehler über einen Bereich von Winkelpositionen (insbesondere einen Bereich mit allen Winkelpositionen um die Drehachse oder einen Teilbereich davon) kann insbesondere die Amplitude des tangentialen Bewegungsfehlers in dem Bereich (das heißt die Amplitude der Ortsfunktion oder der Zeitfunktion, s. o.) oder die Amplitude nach einer Transformation (insbesondere eine Fouriertransformation) des tangentialen Bewegungsfehlers in den Frequenzraum (d. h. die Amplitude im Frequenzraum) verwendet werden.
Basierend auf den vorhergehend beschriebenen Erkenntnissen der Erfindung wird vorgeschlagen, zum Zweck der Reduzierung von Fehlern einer Drehvorrichtung, die eine Drehpositions-Messvorrichtung aufweist, Bewegungsfehler der Drehvorrichtung, d. h. Fehler der Drehvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen der realen Drehachse der Drehvorrichtung einerseits und einer idealen Drehachse der Drehvorrichtung andererseits, zu messen und einen günstigen Drehpositionsmessort eines Drehpositionssensors der Drehpositions-Messvorrichtung zu ermitteln. Insbesondere wird ein Drehpositionsmessort ermittelt, an dem sich der Bewegungsfehler geringer auswirkt, insbesondere kleiner ist als für andere mögliche Drehpositionsmessorte, und/oder eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Dabei kann insbesondere, wie z. B. bereits oben erwähnt wurde, eine vorgegebene Messaufgabe oder Bearbeitungsaufgabe zugrunde gelegt werden, für die der Drehpositionsmessort günstig sein soll.
Die Bewegungsfehler können zum Beispiel bereits bei der Herstellung der Drehvorrichtung (zum Beispiel Drehtisch oder Drehgelenk) gemessen werden.
Insbesondere wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung, welche einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse der Drehvorrichtung drehbaren, zweiten Teil sowie eine Drehpositions-Messvorrichtung zur Messung von Drehpositionen des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander aufweist, wobei die Drehpositions-Messvorrichtung einen Drehpositionssensor und einen für die Messung der Drehposition mit dem Drehpositionssensor zusammenwirkenden Messkörper aufweist, wobei der Drehpositionssensor mit dem ersten Teil und der Messkörper mit dem zweiten Teil verbunden ist oder umgekehrt, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

– Fehler der Drehvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung einer idealen Drehachse der Drehvorrichtung andererseits werden in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander, gemessen und entsprechende Fehlermesswerte erhalten,
– aus den Fehlermesswerten werden erwartete Schwankungen der radialen Position des ersten Teils oder des zweiten Teils der Drehvorrichtung und/oder Schwankungen der Position des ersten Teils oder des zweiten Teils bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung der Drehvorrichtung, die aufgrund einer Abweichung der Drehbewegung der Drehvorrichtung von einer idealen Drehbewegung um die ideale Drehachse entstehen, für eine Mehrzahl von Drehpositionsmessorten des Drehpositionssensors ermittelt, an denen der Drehpositionssensor die Drehposition der Drehvorrichtung messen kann,
– unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen wird zumindest ein Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors ermittelt, für den die erwarteten Schwankungen der Position bezüglich der Richtung tangential zur Drehrichtung
– kleiner sind als für andere mögliche Drehpositionsmessorte und/oder
– eine vorgegebene Bedingung erfüllen.

Ferner wird vorgeschlagen: eine Anordnung zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung, welche einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse der Drehvorrichtung drehbaren, zweiten Teil sowie eine Drehpositions-Messvorrichtung zur Messung von Drehpositionen des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander aufweist, wobei die Drehpositions-Messvorrichtung einen Drehpositionssensor und einen für die Messung der Drehposition mit dem Drehpositionssensor zusammenwirkenden Messkörper aufweist, wobei der Drehpositionssensor mit dem ersten Teil und der Messkörper mit dem zweiten Teil verbunden ist oder umgekehrt, und wobei die Anordnung Folgendes aufweist:

– eine Messanordnung, die ausgestaltet ist, Fehler der Drehvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung einer idealen Drehachse der Drehvorrichtung andererseits in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander, zu messen und entsprechende Fehlermesswerte an eine Prognoseeinrichtung auszugeben,
– die Prognoseeinrichtung, die ausgestaltet ist, aus den Fehlermesswerten erwartete Schwankungen der radialen Position des ersten Teils oder des zweiten Teils der Drehvorrichtung und/oder Schwankungen der Position des ersten Teils oder des zweiten Teils bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung der Drehvorrichtung, die aufgrund einer Abweichung der Drehbewegung der Drehvorrichtung von einer idealen Drehbewegung um die ideale Drehachse entstehen, für eine Mehrzahl von Drehpositionsmessorten des Drehpositionssensors zu ermitteln, an denen der Drehpositionssensor die Drehposition der Drehvorrichtung messen kann,
– eine Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen zumindest einen Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors zu ermitteln, für den die erwarteten Schwankungen der Position bezüglich der Richtung tangential zur Drehrichtung
– kleiner sind als für andere mögliche Drehpositionsmessorte und/oder
– eine vorgegebene Bedingung erfüllen.

In der weiteren Beschreibung wird auf den ermittelten Drehpositionsmessort als ”günstiger” Drehpositionsmessort Bezug genommen. Insbesondere wird der Drehpositionssensor derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass der ermittelte Drehpositionsmessort eingestellt wird.
Zum Umfang der Erfindung gehört auch ein Verfahren, das die Schritte des Verfahrens zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung beinhaltet, wobei außerdem unter Verwendung der Drehvorrichtung als Teil eines Koordinatenmessgeräts ein Werkstück gemessen wird oder unter Verwendung der Drehvorrichtung als Teil einer Werkzeugmaschine ein Werkstück bearbeitet wird oder unter Verwendung der Drehvorrichtung ein Werkstück gedreht wird, und zwar vor, während und/oder nach der Vermessung des Werkstücks mit einem Koordinatenmessgerät oder der Bearbeitung des Werkstücks mit einer Werkzeugmaschine.
Insbesondere ist die Prognoseeinrichtung ausgestaltet, unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine Winkelposition des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse zu ermitteln und/oder unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine axiale Position des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse zu ermitteln.
Die Drehvorrichtung ist insbesondere Teil eines Koordinatenmessgeräts zur Vermessung eines Werkstücks, Teil einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks oder ausgestaltet, ein Werkstück vor, während und/oder nach der Vermessung des Werkstücks mittels des Koordinatenmessgeräts oder der Bearbeitung des Werkstücks mittels der Werkzeugmaschine zu drehen.
Drehvorrichtungen weisen üblicherweise einen integrierten Sensor auf, der in der Lage ist, die Drehposition zu messen. Ein bekanntes Messprinzip wird z. B. in der EP 1 923 670 A1 beschrieben. Demnach ist es ein allgemeines Prinzip der Abtastung einer periodischen Teilung, dass ein Abtastkopf mit einer Sensoreinheit eine oder mehrere Teilungsperioden eines Messkörpers an dem anderen Teil der Drehvorrichtung abtastet. Auch die Drehvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können zumindest einen Sensor aufweisen, der eine Drehposition des ersten Teils der Drehvorrichtung relativ zu dem zweiten Teil der Drehvorrichtung erfasst, wobei der Sensor insbesondere Markierungen an einem Messkörper erfasst, die sich bei einer Drehbewegung der Drehvorrichtung durch den erfassbaren Bereich des Sensors hindurchbewegen. Dabei können die Markierungen z. B. strichförmige Markierungen sein, die sich in Bezug auf die Drehachse in radialer Richtung erstrecken oder die sich parallel zur Drehachse erstrecken. Entsprechende Messkörper werden auch als Teilkreisscheiben bezeichnet. Derartige Markierungen werden üblicherweise mit optischen Sensoren erfasst. Idealerweise befindet sich eine Vielzahl der Markierungen um die Drehachse herum verteilt in gleichen Winkelabständen zueinander. Alternativ können andere Markierungen an dem Messkörper dazu genutzt werden, die Drehbewegung zu erfassen. Möglich sind z. B. magnetische Markierungen, etwa durch eine Anordnung mit um die Drehachse herum verteilten magnetischen Elementen. Der entsprechende Sensor zur Erfassung der magnetischen Markierungen kann z. B. ein magnetoresistiver Sensor sein. Es können jedoch z. B. auch Hall-Sensoren oder andere Sensoren eingesetzt werden, die in der Lage sind, die Stärke oder Richtung eines Magnetfeldes zu erfassen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Drehvorrichtungen beschränkt, die eine Winkelmesseinrichtung aufweisen, welche Markierungen an einem Messkörper erfasst. Vielmehr kann der Messkörper alternativ z. B. zumindest einen Magneten aufweisen, so dass ein entsprechendes Magnetfeld bei der Drehbewegung der Drehvorrichtung um die Drehachse gedreht wird oder umgekehrt ein drehbarer Teil der Drehvorrichtung relativ zu dem ruhenden Magnetfeld verdreht wird. Zumindest ein Sensor erfasst das Magnetfeld und es wird daraus die Drehposition ermittelt.
Bei den zuvor genannten tatsächlichen Positionen der (realen) Drehachse der Drehvorrichtung und den zuvor genannten idealen Positionen der idealen Drehachse der Drehvorrichtung handelt es sich nicht um Drehpositionen, die von der Drehpositions-Messvorrichtung gemessen werden. Vielmehr handelt es sich um Positionen eines Punktes auf der jeweiligen Drehachse im Raum. Ausführungsbeispiele für diese Positionsmessung werden noch näher beschrieben. Zum Beispiel wird bei der Messung der Abweichungen der tatsächlichen Positionen von einer idealen Position ein Punkt der realen Drehachse (zum Beispiel an einer bestimmten axialen Position der Drehachse wiederholt während und/oder nach einer Drehbewegung der Drehvorrichtung betrachtet, das heißt es werden (z. B. indirekt über die Messung der Positionen zumindest eines Punktes eines mit dem Punkt auf der Drehachse verbundenen Körpers) seine Positionen gemessen und/oder seine Abweichungen von der entsprechenden idealen Position der idealen Drehachse gemessen. Die Messung der Abweichungen der tatsächlichen Ausrichtungen der (realen) Drehachse kann insbesondere dadurch ausgeführt werden, dass die Abweichungen der tatsächlichen Positionen einer Mehrzahl von Punkten der realen Drehachse von jeweils einer entsprechenden idealen Position gemessen werden und daraus die tatsächliche Ausrichtung bestimmt wird. Dies ist jedoch nur eine Möglichkeit. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass Abweichungen der tatsächlichen Ausrichtungen der realen Drehachse von der idealen Ausrichtung explizit bestimmt werden. Gemäß der Erfindung wird lediglich ein Fehler der Drehvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung einer idealen Drehachse der Drehvorrichtung andererseits gemessen. Zur Messung des Fehlers kann zum Beispiel alternativ zu der Betrachtung zweier Punkte der realen Drehachse lediglich ein Punkt der realen Drehachse betrachtet werden und außerdem ein von der realen Drehachse beabstandeter Punkt eines Körpers betrachtet werden, wobei der Körper mit der Drehachse verbunden ist. Als Messkörper zur Messung des Fehlers kann zum Beispiel ein rotationssymmetrischer Körper oder eine Anordnung rotationssymmetrischer Körper (zum Beispiel ein Stab mit zwei Kugeln) verwendet werden, dessen/deren Rotationssymmetrieachse zum Beispiel so ausgerichtet wird, dass sie mit der realen Drehachse übereinstimmt. Ein anderes Beispiel ist eine Kugelplatte, die eine Mehrzahl von Kugeln aufweist, welche z. B. an derselben axialen Position entlang der Drehachse voneinander beabstandet angeordnet sein können. Noch ein anderes Beispiel ist die Teilkreisscheibe eines Drehpositions-Messsystems. In diesem Fall können zumindest zwei vorzugsweise um 90° Winkelabstand gegeneinander versetzte Drehpositionssensoren des Messsystems zur Messung der Messung der Drehbewegungsfehler verwendet werden. Um an einer anderen Position der Drehachse weitere Informationen über den Drehbewegungsfehler zu erhalten, kann dort ebenfalls gemessen werden, zum Beispiel von einem weiteren Drehpositions-Messsystem oder mit einem rotationssymmetrischen Körper oder einer Scheibe mit einer in Richtung quer zur Drehachse eben verlaufenden Oberfläche als Messkörper. Alternativ zu einem Drehpositions-Messsystem mit einer Teilkreisscheibe kann auch ein anderes Drehpositions-Messsystems verwendet werden. Es muss während der Drehbewegung (die optional immer wieder unterbrochen werden kann) lediglich an zumindest zwei vorzugsweise um 90° Winkelabstand gegeneinander versetzten Messorten die Drehposition gemessen werden. Ein Körper, der ein Teil eines Drehpositions-Messsystems trägt (zum Beispiel der Körper, der die Teilkreisscheibe trägt), kann auch auf andere Weise als Messkörper zur Messung des Drehbewegungsfehlers verwendet werden. Zum Beispiel kann der Körper eine in einer Richtung quer zur Drehachse eben verlaufenden Oberfläche aufweisen und kann die axiale Position der Oberfläche an Messorten gemessen werden, die während der Drehbewegung ruhen. Alternativ können die radialen Positionen eines Außenumfangs des Körpers gemessen werden.
Wenn hier die Rede von einem mit der Drehachse verbundenen Körper oder Punkt die Rede ist, bedeutet dies insbesondere, dass der Körper oder Punkt zu dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung gehört oder bei einer Drehung des drehbaren Teils der Drehvorrichtung um die reale Drehachse gedreht wird und dass die Position und Ausrichtung des Körpers oder die Position des Punktes relativ zu der realen Drehachse oder zumindest relativ zu einem Abschnitt der realen Drehachse bei einer Drehung der Drehvorrichtung nicht verändert wird.
Insbesondere können verschiedene Bewegungsfehler der Drehvorrichtung, getrennt nach Fehlerquellen und/oder getrennt nach Freiheitsgraden der Bewegung der realen Drehachse relativ zur idealen Drehachse gemessen und/oder ermittelt werden. Verschiedene Fehlerquellen sind z. B. Verkippungen der realen Drehachse in verschiedene Richtungen und Verschiebungen der realen Drehachse in verschiedene Richtungen. Verschiedene Freiheitsgrade der Bewegung der realen Drehachse relativ zur idealen Drehachse sind z. B. translatorische Freiheitsgrade quer zur realen oder idealen Drehachse sowie in Richtung der realen oder idealen Drehachse. Aus den verschiedenen Fehlern können z. B. unmittelbar Erkenntnisse über günstige Drehpositionsmessorte gewonnen werden. Es ist aber auch möglich, den erwarteten Gesamtfehler der Drehvorrichtung auszuwerten, z. B. an bestimmten Drehpositionsmessorten oder in Bereichen von möglichen Drehpositionsmessorten.
Bei dem Bereich von Drehwinkeln der Drehvorrichtung, in dem die Bewegungsfehler der Drehvorrichtung gemessen werden, kann es sich insbesondere um eine ganze Umdrehung handeln, d. h. es werden alle möglichen Drehstellungen durchlaufen. Z. B. können die Messwerte im Stillstand jeweils nach einer Drehbewegung der Drehvorrichtung gemessen werden oder während der Drehbewegung.
Durch die Messungen werden gemessene Bewegungsfehler der Drehvorrichtung erhalten. Aus diesen gemessenen Fehlern können nun erwartete Fehler der Drehvorrichtung ermittelt werden, die jeweils für einen Drehpositionsmessort erwartet werden. Dabei kann insbesondere zwischen gemessenen Fehlerwerten interpoliert werden und/oder extrapoliert werden. Außerdem kann zwischen bereits ermittelten erwarteten Fehlerwerten interpoliert und/oder extrapoliert werden. Im Ergebnis erhält man z. B. für einen Bereich möglicher Drehpositionsmessorte jeweils den erwarteten Fehler der Drehpositions-Messvorrichtung und damit der Drehvorrichtung. Aus dem erwarteten Fehler, der an den Messpunkten der Fehlermessung gleich dem gemessenen Fehler sein kann, kann nun zumindest ein Drehpositionsmessort ermittelt und somit gewählt werden, an dem ein Drehpositionssensor der Drehvorrichtung die Drehposition misst.
Sobald die Bewegungsfehler gemessen wurden, können die erwarteten Schwankungen wie oben erwähnt bezüglich der radialen Position des ersten Teils oder des zweiten Teils der Drehvorrichtung und/oder bezüglich der Position des ersten Teils oder des zweiten Teils in tangentialer Richtung ermittelt werden. Diese radialen und tangentialen Schwankungen sind einander äquivalent, wenn ein entsprechender äquivalenter Drehpositionsmessort betrachtet wird. Z. B. ein Ort des ersten Teils der Drehvorrichtung, der an einer bestimmten Winkelposition um die Drehachse liegt, und ein anderer Ort des Teils der Drehvorrichtung, der an einer um 90° versetzten Winkelposition um die Drehachse liegt, bilden zueinander komplementäre Orte. Es ist daher möglich, den erwarteten tangentialen Bewegungsfehler an einem betrachteten möglichen Drehpositionsmessort aus dem erwarteten oder gemessenen radialen Bewegungsfehler an einem um 90° versetzten Ort zu ermitteln.
Insbesondere kann der Bewegungsfehler zum Beispiel an einer Mehrzahl von Orten gemessen werden, die an verschiedenen Winkelpositionen um die Drehachse liegen und deren Winkelpositionen nicht mit der Winkelposition eines möglichen Drehpositionsmessortes übereinstimmen. Auch hieraus lässt sich der erwartete tangentiale Bewegungsfehler an dem möglichen Drehpositionsmessort ermitteln.
Daher kann der günstige Drehpositionsmessort nicht nur unmittelbar aus den ermittelten erwarteten Schwankungen der Position bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung ermittelt werden.
Der Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors ist insbesondere ein Ort, an dem sich der andere Teil der Drehvorrichtung befindet, d. h. der Teil, an dem der Drehpositionssensor nicht angeordnet ist, sondern der Messkörper. An dem Drehpositionsmessort wird die Drehposition gemessen, d. h. der Drehpositionssensor beobachtet einen Ort, an dem sich abhängig von der Drehstellung der Drehvorrichtung verschiedene Bereiche oder Punkte des anderen Teils der Drehvorrichtung befinden. Dies gilt insbesondere für eine optische Erfassung. Z. B. im Fall des oben erwähnten Messkörpers mit Markierungen erfasst der Drehpositionssensor die Markierung(en) am Drehpositionsmessort. Im oben ebenfalls erwähnten Fall eines Messkörpers, der zumindest einen Magneten aufweist, sodass der Drehpositionssensor das resultierende Magnetfeld und daraus die Drehposition ermittelt, handelt es sich bei dem Drehpositionsmessort insbesondere um einen Ort, der die gleiche Winkelposition um die Drehachse wie der Ort des Drehpositionssensors hat. Insbesondere bewegt sich der andere Teil der Drehvorrichtung während der Drehbewegung durch den Drehpositionsmessort hindurch, wenn die Drehvorrichtung ihre Drehbewegung ausführt. Dabei ist unter ”hindurchbewegen” der Fall zu verstehen, dass der Teil, an dem der Drehpositionssensor angeordnet ist, als ruhendes Teil betrachtet wird und daher aus Sicht des Drehpositionssensors eine Drehbewegung des anderen Teils wahrgenommen wird. Als Drehpositionsmessort kann aber in allen Fällen, in denen die für die Drehpositionsmessung wirksame Ausrichtung des Drehpositionssensors unabhängig vom Drehpositionsmessort festliegt, das heißt sich bei der Änderung des Drehpositionsmessortes lediglich parallel verschiebt, auch der Ort betrachtet werden, an dem der Drehpositionssensor angeordnet ist. Im Allgemeinen aber kann der Drehpositionssensor auf einen anderen Ort als einen Ort gleicher Winkelposition ausgerichtet sein und es kann die für die Messung der Drehposition wirksame Ausrichtung des Drehpositionssensors verändert werden.
Insbesondere wenn der Drehpositionsmessort ein Ort ist, durch den hindurch sich der andere Teil der Drehvorrichtung während der Drehbewegung hindurch bewegt, kann es sich um einen nahezu punktförmigen oder linienförmigen Ort (z. B. einen in radialer Richtung zur Drehachse linienförmig verlaufenden Bereich) handeln oder um einen flächigen Bereich, wie es z. B. im Fall eines optischen Sensors zutrifft, der gleichzeitig mehrere benachbarte Markierungen umfasst, die in Umlaufrichtung um die Drehachse am Messkörper aufeinander folgen. In diesem Fall kann z. B. ein Punkt in dem flächigen Bereich definiert werden (z. B. dessen Mittelpunkt in Umlaufrichtung an einer vorgegebenen Position in radialer Richtung), dessen Koordinaten als Koordinaten des Bereiches und damit des Drehpositionsmessortes angegeben werden können. Denkbar ist sogar, dass der Drehpositionsmessort ein Volumenbereich ist, der von dem Drehpositionssensor erfasst wird. Auch in diesem Fall kann ein gemäß vorher festgelegter Regeln ermittelter Punkt des Volumenbereichs definiert sein, dessen Koordinaten als Koordinaten des Drehpositionsmessortes verwendet werden können. In jedem Fall misst der Drehpositionssensor durch Zusammenwirken mit dem Messkörper die Drehposition der Drehvorrichtung. Ist der Ort, an dem der Drehpositionsmessort angeordnet ist, der Drehpositionsmessort, kann in ähnlicher Weise wie zuvor erwähnt ein Punkt des Drehpositionssensor definiert werden, dessen Koordinaten als Koordinaten des Drehpositionsmessort das angegeben werden.
Ist ein Drehpositionsmessort bekannt bzw. festgelegt, dann ergibt sich die Richtung tangential zur Drehrichtung gemäß den Regeln der Geometrie. Die Richtung ist die Richtung der Tangente an einen zur idealen Drehachse konzentrischen Kreis, der durch den Drehpositionsmessort verläuft.
Wie unten noch näher ausgeführt wird, wird der Bewegungsfehler vorzugsweise hinsichtlich aller Freiheitsgrade der Abweichungen zwischen der realen Drehbewegung und der idealen Drehbewegung gemessen, optional mit Ausnahme des translatorischen Freiheitsgrades in axialer Richtung. Dies erlaubt es, unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen (siehe oben) nicht nur eine Winkelposition des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse zu ermitteln, z. B. über einen Umlauf um die Drehachse den günstigsten Drehpositionsmessort zu ermitteln. Vielmehr kann alternativ oder zusätzlich unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine axiale Position des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse ermittelt werden, für die die erwarteten Schwankungen zumindest eines der in dieser Beschreibung erwähnten Kriterien erfüllen. Vorzugsweise wird aus den erwarteten Schwankungen, d. h. unter Berücksichtigung dieser Schwankungen, sowohl eine Winkelposition als auch eine axiale Position eines günstigen Drehpositionsmessortes ermittelt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein besonders günstiger Drehpositionsmessort nicht an jeder axialen Position bezüglich der Drehachse vorhanden ist. Der günstigste Drehpositionsmessort in einem gegebenen axialen Abschnitt der Drehvorrichtung ist in der Regel ein einziger Ort, der durch seine axiale Position und seine Winkelposition definiert wird.
Im Folgenden wird eine weitere Anwendung der Messung der Bewegungsfehler einer Drehvorrichtung beschrieben. Bei dieser Anwendung muss es sich nicht zwangsläufig um eine Drehvorrichtung handeln, die einen Drehpositionssensor aufweist, auch wenn dies in der Praxis in der Regel der Fall sein wird. Die im Folgenden beschriebene Anwendung kann aber mit der zuvor beschriebenen Anwendung der Messung der Bewegungsfehler kombiniert werden. Dabei werden zunächst die Bewegungsfehler der Drehvorrichtung gemessen, und zwar insbesondere mit einem eigenständigen Messsystem, das optional nach der Messung von der Drehvorrichtung entfernt werden kann. Unter einem eigenständigen Messsystem wird insbesondere ein Messsystem verstanden, das nicht Teil eines Koordinatenmessgeräts ist, das die Drehvorrichtung aufweist oder das ein von der Drehvorrichtung zu drehendes Werkstück vermisst, oder in einem anderen Fall nicht Teil einer Werkzeugmaschine ist, das die Drehvorrichtung aufweist oder ein von der Drehvorrichtung zu drehendes Werkstück bearbeitet. Z. B. kann zur Durchführung der Messung der Bewegungsfehler mit dem eigenständigen Messsystem ein Messkörper des Messsystems mit der Drehvorrichtung gekoppelt werden, sodass ein oder zwei rotationssymmetrische Messkörper des Messsystems bezüglich der Drehachse der Drehvorrichtung etwa rotationssymmetrisch angeordnet ist/sind, sodass an zwei voneinander beabstandeten axialen Positionen der Drehachse gemessen werden kann. Z. B. Abstandssensoren, die mit dem anderen Teil der Drehvorrichtung verbunden werden, d. h. dem Teil der Drehvorrichtung, an dem die Messkörper nicht angeordnet sind, messen jeweils an den zwei voneinander beabstandeten axialen Positionen den Abstand des rotationssymmetrischen Messkörpers in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen, die ebenfalls quer zur Drehachse verlaufen. Vorzugsweise werden z. B. mit noch einem weiteren Abstandssensor Schwankungen der axialen Position zumindest eines der Messkörper gemessen, sodass die fünf Freiheitsgrade des Bewegungsfehlers der Drehvorrichtung von dem eigenständigen Messsystem erfasst werden.
Insbesondere, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird, wird danach unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Messung des Bewegungsfehlers zumindest eine Arbeitsposition und/oder eine Arbeitsausrichtung einer Koordinaten-Messeinrichtung eines Koordinatenmessgeräts oder eines Bearbeitungswerkzeugs einer Werkzeugmaschine ermittelt. Die Ermittlung erfolgt insbesondere in Bezug auf ein Werkstück, das mit der Drehvorrichtung gedreht werden soll. Die Drehung des Werkstücks kann vor, während und/oder nach der Vermessung des Werkstücks mittels der Koordinatenmesseinrichtung oder der Bearbeitung des Werkstücks mittels des Bearbeitungswerkzeuges durchgeführt werden. Außerdem werden die Ergebnisse der Messung des Bewegungsfehlers der Drehvorrichtung bei der Ermittlung eines günstigen Drehpositionsmessortes für die Drehpositions-Messvorrichtung der Drehvorrichtung verwendet, insbesondere wie es zuvor beschrieben wurde. Dies bedeutet, dass die Messergebnisse des Bewegungsfehlers in zweifacher Weise verwendet werden, nämlich für die Einstellung des Drehpositionsmessortes und für die Einstellung der Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinatenmesseinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeuges.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks oder bei der Bearbeitung eines Werkstücks anzugeben, das geringen messtechnischen und konstruktiven Aufwand erfordert, um den Fehler der Drehvorrichtung in Bezug auf eine Welligkeitsanalyse rotationssymmetrischer Formen oder in Bezug auf die Erzeugung von wellenförmigen Abweichungen bei der Herstellung rotationssymmetrischer Formen gering zu halten. Insbesondere sollen die oben bereits beschriebenen Verfahrensweisen der Vermessung eines Werkstücks oder der Bearbeitung eines Werkstücks bei geringem Aufwand möglich sein. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Drehvorrichtungen, insbesondere für Koordinatenmessgeräte und Werkzeugmaschinen, in vielen Fällen verschiedene Fehlerquellen aufweisen, die zu verschiedenen Fehlerbeiträgen zum Gesamtfehler der Drehvorrichtung führen. Insbesondere sind diese verschiedenen Fehlerbeiträge translatorische Fehler, d. h. die Drehachse bewegt sich in geradliniger Richtung während der Drehbewegung, und rotatorische Fehler, d. h. die Drehachse ist abhängig von der Drehstellung der relativ zueinander drehbeweglichen Teile der Drehvorrichtung unterschiedlich gegen die ideale, nicht veränderliche Drehachse geneigt und/oder verläuft in unterschiedlicher Weise windschief zu der idealen Drehachse. Die unterschiedlichen Fehlerbeiträge kompensieren sich oder verstärken sich, insbesondere je nach Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeuges der Werkzeugmaschine relativ zur Drehvorrichtung. Aber – wie oben erwähnt – auch der Drehpositionssensor, der die momentane Drehposition der relativ zueinander drehbaren Teile der Drehvorrichtung misst, kann diese Messung genauer oder weniger genau ausführen. Die Genauigkeit hängt davon ab, ob sich die unterschiedlichen Fehlerbeiträge an dem Ort, an dem der Drehpositionssensor die Drehposition misst, kompensieren oder verstärken.
Außerdem beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass sich einzelne Fehlerquellen bei bestimmten Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen bzw. bei bestimmten Drehpositionsmessorten des Drehpositionssensors geringer als bei anderen Arbeitsausrichtungen und Arbeitspositionen bzw. bei anderen Drehpositionsmessorten auf den Fehler der Messung oder auf die Bearbeitung des Werkstücks auswirken. Z. B. kann die tatsächliche Drehachse der Drehvorrichtung um eine Taumelachse taumeln, die senkrecht zu der idealen Drehachse verläuft. Die Taumelbewegung ist eine Drehbewegung des drehbeweglichen Teils der Drehvorrichtung um die Taumelachse. Dabei ändert sich der Taumelwinkel (der Winkel zwischen der realen und der idealen Drehachse) während einer Drehbewegung der Drehvorrichtung. Z. B. bei einer Messung oder Bearbeitung eines Werkstücks in einer Arbeitsausrichtung, die parallel zu der genannten Taumelachse verläuft und in axialer Richtung der idealen Drehachse versetzt ist (d. h. an einer anderen axialen Position als die Taumelachse), wirkt sich die Taumelbewegung lediglich geringfügig aus. Die radiale Position eines von der Drehvorrichtung gedrehten Werkstücks in der Arbeitsausrichtung ändert sich nicht. Dagegen verändert sich aber die radiale Position des Werkstücks aufgrund der Taumelbewegung bei einer Ausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeuges in der Richtung, die an derselben axialen Position wie die Arbeitsausrichtung senkrecht zu der idealen Drehachse und senkrecht zu der genannten Arbeitsausrichtung verläuft. Je nach axialem Abstand von der Taumelachse, um die die Taumelbewegung stattfindet (der axiale Abstand wird wie erwähnt in Richtung der idealen Drehachse bestimmt) wirkt sich dieser Fehler der Taumelbewegung stärker oder schwächer aus.
Um auf den weiter oben beschriebenen Fall der Bestimmung eines günstigen Drehpositionsmessortes zurückzukommen, liegen die Drehpositionsmessorte, die nicht zu einem Drehpositions-Messfehler aufgrund der Taumelbewegung führen, aus Sicht der Drehachse aber in der Richtung, die senkrecht zu der idealen Drehachse und senkrecht zu der genannten Arbeitsausrichtung verläuft.
Ein Beitrag zur Lösung der o. g. Aufgabe besteht daher darin, zumindest eine Arbeitsposition und/oder eine Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeuges zu ermitteln, für die der erwartete Fehler der Drehvorrichtung klein ist und/oder eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Bezüglich des Drehpositionsmessortes des Drehpositionssensors besteht ein Beitrag zur Lösung der Aufgabe darin, zumindest einen Drehpositionsmessort zu ermitteln, für den der erwartete Fehler der Drehvorrichtung klein ist und/oder eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Die vorgegebene Bedingung fordert z. B., dass der Fehler der Drehvorrichtung einen bestimmten Fehlerwert nicht erreicht oder nicht überschreitet, oder fordert eine bestimmte Ordnung der Welligkeit (s. o.). Insbesondere kann zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung bzw. ein Drehpositionsmessort ermittelt werden, für die/den der Fehler der Drehvorrichtung kleiner ist als für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen bzw. Drehpositionsmessorte.
Bei der Ermittlung der zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung kann insbesondere eine vorgegebene Mess-Aufgabe zur Bestimmung von Koordinaten des Werkstücks oder eine vorgegebene Bearbeitungs-Aufgabe zur Bearbeitung des Werkstücks berücksichtigt werden. Z. B. kann die Aufgabe die Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeugs festlegen oder einen möglichen oder zulässigen Bereich für die Arbeitsausrichtung festlegen. Das gleiche kann für die Arbeitsposition gelten. Bezüglich der Arbeitsausrichtung werden zwei Arbeitsausrichtungen insbesondere als identisch angesehen, wenn sie parallel zueinander verlaufen, d. h. durch Parallelverschiebung miteinander zur Deckung gebracht werden können. Insbesondere kann die Arbeitsposition als axiale Arbeitsposition definiert sein, d. h. die Arbeitsposition wird als Koordinatenwert einer Koordinatenachse (z. B. z-Achse genannt) angegeben, die mit der idealen Drehachse zusammenfällt. Insbesondere in diesem Fall kann die Arbeitsausrichtung immer als senkrecht zu der idealen Drehachse verlaufend definiert sein, wenn z. B. Kräfte beim Antasten eines Werkstücks oder Bearbeiten eines Werkstücks senkrecht zur idealen Drehachse ausgeübt werden.
Bei der Ermittlung des zumindest einen Drehpositionsmessortes des Drehpositionssensors kann insbesondere eine vorgegebene Mess-Aufgabe zur Bestimmung von Koordinaten eines mit dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung drehbaren Werkstücks oder eine vorgegebene Bearbeitungs-Aufgabe zur Bearbeitung eines mit dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung drehbaren Werkstücks berücksichtigt werden. Soll beispielsweise gemäß der Aufgabe ein Ergebnis erzielt werden, das bezüglich einer Rotationssymmetrie um eine Symmetrieachse des Werkstücks, die idealer Weise mit der Drehachse der Drehvorrichtung übereinstimmt, möglichst geringe Abweichungs-Amplituden in Bezug auf eine vorgegebene Ordnung (z. B. Ordnung drei, d. h. drei Maxima und drei Minima über einen Umlauf um die Symmetrieachse) oder in Bezug auf einen vorgegebenen Bereich von Ordnungen aufweist, dann kann der Ort des Drehpositionssensors so gewählt werden, dass der Drehpositions-Messfehler bezüglich dieser Mess-Aufgabe oder Bearbeitungs-Aufgabe an dem Ort minimal ist oder eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
Wenn in dieser Beschreibung von dem Drehpositions-Messfehler des Drehpositionssensors die Rede ist, bezieht sich der Messfehler lediglich auf den Fehleranteil, der auf einer Bewegung der realen Drehachse der Drehvorrichtung relativ zu der idealen Drehachse der Drehvorrichtung beruht. Alle anderen Fehleranteile, insbesondere der Fehleranteil der Drehpositions-Messvorrichtung, der auch bei einer idealen Drehbewegung der Drehvorrichtung aufgrund eines inhärenten Fehlers der Messvorrichtung (zum Beispiel Unregelmäßigkeiten der Strichteilung einer Strichscheibe) auftritt, der Fehleranteil aufgrund einer exzentrischen Positionierung der Drehachse (insbesondere aufgrund einer exzentrischen Drehlagerung zur Lagerung der Drehbewegung der Drehachse) und der Fehleranteil aufgrund einer exzentrischen Positionierung eines drehbaren Teils der Drehposition-Messvorrichtung, werden dabei nicht betrachtet
Z. B kann ein Bearbeitungswerkzeug lediglich in einer bestimmten Arbeitsausrichtung an der Werkzeugmaschine betrieben werden. Entsprechend kann die Beweglichkeit eines taktilen oder optischen Tasters eines Koordinatenmessgeräts, mit dem ein Werkstück vermessen werden soll, z. B. aus Gründen der Reduzierung des Messfehlers so eingeschränkt sein, dass lediglich eine Arbeitsausrichtung oder ein kleiner Bereich von verschiedenen Arbeitsausrichtungen möglich ist. Abhängig von dem zu vermessenden oder zu bearbeitenden Werkstück kann es alternativ oder zusätzlich lediglich möglich sein, die Koordinaten-Messeinrichtung oder das Bearbeitungswerkzeug in einer bestimmten Arbeitsposition oder in einem bestimmten Bereich von Arbeitspositionen relativ zu der Drehvorrichtung anzuordnen. Wenn es sich z. B. um ein sehr langes Werkstück handelt, dessen Ende vermessen werden soll und das in axialer Richtung der Drehachse der Drehvorrichtung auszurichten ist, kann das Ende des Werkstücks z. B. entweder sehr dicht an einer Halterung der Drehvorrichtung oder sehr weit weg von dieser Halterung angeordnet werden.
Es soll daher nochmals betont werden, dass sowohl die Arbeitsposition als auch die Arbeitsausrichtung auf die Drehvorrichtung bezogen sind und nicht auf das Werkstück. Bezüglich der Fehler der Drehvorrichtung kommt es meist ausschließlich oder überwiegend auf diese Arbeitsposition und/oder diese Arbeitsausrichtung bezüglich der Drehvorrichtung an. Darüber hinaus kann es noch weitere Einflüsse auf den Fehler der Drehvorrichtung geben, z. B. das Gewicht des Werkstücks, das Trägheitsmoment des Werkstücks, die Kraft, die die Koordinaten-Messeinrichtung oder das Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück ausübt, andere Parameter der Vermessung/Bearbeitung des Werkstücks (z. B. Schnitttiefe des Werkzeugs) und/oder die Drehgeschwindigkeit, mit der die Drehvorrichtung das Werkstück dreht. Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann zumindest einer dieser zusätzlichen Einflussfaktoren und/oder jede beliebige Kombination dieser Einflussfaktoren in die Ermittlung des Fehlers der Drehvorrichtung bei der jeweiligen Arbeitsausrichtung und/oder Arbeitsposition eingehen. Z. B. kann eine Messung des Fehlers der Drehvorrichtung durchgeführt werden, während der jeweilige Einflussfaktor oder die jeweilige Kombination von Einflussfaktoren wirkt.
In vielen Fällen trägt der translatorische Fehler von Drehvorrichtungen weniger zum Gesamtfehler der Drehvorrichtung bei als der rotatorische Fehler, der auf eine Verkippung (Taumeln) der tatsächlichen Drehachse relativ zur idealen Drehachse zurückzuführen ist. In Analogie zu den Hebelgesetzen der Mechanik wirkt sich der rotatorische Fehler umso stärker aus je größer der Abstand (in axialer Richtung der Drehachse) zur Taumelachse ist. Wie oben erwähnt, verändert sich der Taumelwinkel während der Drehbewegung der Drehvorrichtung. Fehlerbeiträge aufgrund von einem konstanten, sich mit der Drehbewegung nicht ändernden Kippwinkel, können auf einfache Weise ermittelt und z. B. korrigiert werden, indem die Ausrichtung der realen, gekippten Drehachse so verändert wird, dass sie mit der idealen Drehachse zusammenfällt.
Die Ermittlung der bezüglich des Fehlers der Drehvorrichtung günstigen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen hat nicht nur den Vorteil reduzierter Fehler, sondern lässt sich, wie im Folgenden beschrieben wird, auch mit besonders geringem Messaufwand bestimmen. Da mit reduziertem Fehler Koordinaten von Werkstücken gemessen werden können oder Werkstücke bearbeitet werden können, kann auch der konstruktive Aufwand für die Drehvorrichtungen reduziert werden.
Vorzugsweise wird der Fehler der Drehvorrichtung nicht für alle möglichen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeugs gemessen und/oder vorzugsweise wird der Fehler der Drehvorrichtung nicht für alle Arbeitsposition(en) und/oder Arbeitsausrichtung(en) gemessen, die bei einer vorgegebenen Mess-Aufgabe oder einer vorgegebenen Bearbeitungs-Aufgabe vorkommt/vorkommen. Vielmehr wird bevorzugt, dass der Fehler der Drehvorrichtung lediglich für einige Drehstellungen der Drehvorrichtung und lediglich für wenige, z. B. zwei axiale (bezogen auf die Drehachse der Drehvorrichtung), Messpositionen gemessen wird. Zumindest wird der Fehler für jede axiale Position für zumindest zwei Drehstellungen der Drehvorrichtung gemessen. Alternativ kann der Fehler der Drehvorrichtung zum Beispiel an zumindest einer axialen Position der Drehachse kontinuierlich oder quasi kontinuierlich während einer Drehbewegung des drehbaren Teils der Drehvorrichtung gemessen werden. Dies ist zum Beispiel unter Verwendung von kapazitiven oder optischen Messsensoren möglich, die die Position oder die Relativposition eines gemeinsam mit dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung drehenden Prüfkörpers (auch Kalibrierkörper genannt) messen. Vorzugsweise wird der Fehler der Drehachse in jedem Fall so gemessen, dass alle Fehlerquellen oder alle wesentlichen Fehlerquellen berücksichtigt werden. Wesentlich ist eine Fehlerquelle, wenn sie einen wesentlichen Beitrag zu dem Gesamtfehler der Drehvorrichtung liefert oder liefern kann.
Insbesondere wird der Bewegungsfehler der Drehvorrichtung bezüglich sämtlicher Freiheitsgrade der Abweichungen zwischen der realen Drehbewegung und der idealen Drehbewegung gemessen, optional mit Ausnahme des translatorischen Freiheitsgrades in Richtung der Drehachse. In einem Abschnitt in axialer Richtung der Drehachse, der keine Drehlager aufweist, die die Drehbewegung lagern, sind fünf (oder optional vier) Freiheitsgrade des Bewegungsfehlers zu erfassen, nämlich sämtliche drei translatorischen Freiheitsgrade oder optional die zwei translatorische Freiheitsgrade quer zur Drehachse und die rotatorischen Freiheitsgrade bezüglich zweier Rotationsachsen, die quer zur Drehachse verlaufen. Der rotatorische Freiheitsgrad um die Drehachse ist erwünscht und daher nicht dem Bewegungsfehler zuzuordnen. Z. B. kann ein solcher axialer Abschnitt der Drehvorrichtung so vermessen werden, wie noch anhand der beigefügten Figuren erläutert wird.
Eine Variante besteht darin, die rotatorischen Freiheitsgrade durch Messung der Abweichungen in axialer Richtung an verschiedenen Stellen eines Messkörpers zu messen (zum Beispiel eines scheibenförmigen, insbesondere rotationssymmetrischen Messkörpers, an dessen Außenumfang auch translatorische Freiheitsgrade in radialer Richtung gemessen werden können). Treten an den verschiedenen Stellen unterschiedliche Abweichungen in axialer Richtung auf, dann beruht dies auf einem rotatorischen Bewegungsfehler um zumindest eine Rotationsachse, die quer zur Drehachse verläuft. Unter der axialen Richtung wird in dieser Beschreibung, soweit nichts anderes explizit angegeben ist, immer eine Richtung verstanden, die parallel zur Drehachse verläuft oder mit der Richtung der Drehachse übereinstimmt. Der scheibenförmige Messkörper kann zum Beispiel ein integrierter Teil eines Drehtisches sein, zum Beispiel der scheibenförmige Teil, der die Drehtischoberfläche zum Tragen des zu drehenden Werkstücks bildet. Alternativ kann ein anderer drehbarer Teil des Drehtisches, der insbesondere eine sich senkrecht zur Drehachse verlaufende ebene Oberfläche hat (z. B. die so genannte Planscheibe des Drehtisches) als Messkörper genutzt werden. Eine ebene Oberfläche dieses Messkörpers oder eines anderen Messkörpers kann Abweichungen von dem idealen ebenen Verlauf aufweisen. Vor während oder nach der Messung des Bewegungsfehler der Drehvorrichtung, bei der unter Verwendung der ebenen Oberfläche gemessen wird, können bekannte Abweichungen von dem idealen ebenen Verlauf korrigiert werden. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Messung des Bewegungsfehlers verbessert.
Wenn jedoch Bewegungsfehler der Drehvorrichtung betrachtet werden und vermessen werden sollen, die einen axialen Abschnitt der Drehvorrichtung betreffen, welcher zumindest ein Drehlager zur Lagerung der Drehbewegung der Drehvorrichtung aufweist, kann es zu Zwangskräften aufgrund der Drehlagerung kommen. Die Drehvorrichtung kann daher abhängig von diesen Zwangskräften unter Umständen nicht mehr als biegesteif angesehen werden, wie es in axialen Abschnitten ohne Drehlagerung in der Regel der Fall ist. Die Messung der Freiheitsgrade des Bewegungsfehlers auf einer axialen Seite eines Drehlagers kann daher nicht oder nicht in allen Fällen auf den Bewegungsfehler auf der gegenüberliegenden axialen Seite des Drehlagers übertragen werden. Unter Umständen ist der Bewegungsfehler daher auf beiden axialen Seiten des Drehlagers der Drehvorrichtung hinsichtlich einiger oder aller Freiheitsgrade der Bewegung zu messen, bevor daraus der günstige Drehpositionsmessort und/oder die Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt werden kann. Alternativ kann der Bewegungsfehler lediglich auf einer axialen Seite des Drehlagers gemessen werden und nur auf dieser axialen Seite ein Drehpositionsmessort ermittelt werden.
Auf Ausführungsbeispiele der Messanordnung wird noch näher eingegangen. Z. B. kann ein Kalibrierkörper zur Durchführung der Messung an dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet werden, wobei der Kalibrierkörper an zumindest zwei verschiedenen axialen Positionen einen bezüglich der realen Drehachse rotationssymmetrischen Messkörper aufweist und wobei bei verschiedenen Drehstellungen des drehbaren Teils der Drehvorrichtung jeweils an den axialen Positionen der Messkörper deren radiale Position in zwei verschiedenen, einander kreuzenden Richtungen gemessen werden. Auf diese Weise können an den axialen Messpositionen unmittelbar die von der Drehstellung abhängigen radialen Positionen gemessen werden und daraus auch die Verkippung der realen Drehachse relativ zur idealen Drehachse ermittelt werden, z. B. jeweils für die einzelnen Drehstellungen. Statt eines einzigen Kalibrierkörpers kann auch eine Anordnung von mehreren Kalibrierkörpern verwendet werden. Statt des zuvor beschriebenen Kalibrierkörpers kann z. B. auch ein anderer Kalibrierkörper verwendet werden, z. B. eine Mehrzahl von Kalibrierkugeln, die etwa an der gleichen axialen Position der Drehachse nebeneinander angeordnet sind und miteinander verbunden sind, z. B. in Form einer so genannten Kugelplatte. Mit an sich bereits bekannten Messverfahren können die Positionen der Kugelmittelpunkte der Kugeln im Raum (d. h. deren dreidimensionale Koordinaten) gemessen werden, und zwar für verschiedene Drehstellungen der Drehvorrichtung.
Durch die Messungen werden gemessene Fehler der Drehvorrichtung erhalten. Aus diesen gemessenen Fehlern können nun erwartete Fehler der Drehvorrichtung ermittelt werden, die jeweils für eine Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung einer Koordinaten-Messeinrichtung oder eines Bearbeitungswerkzeugs einer Werkzeugmaschine erwartet werden. Dabei kann insbesondere zwischen gemessenen Fehlerwerten interpoliert werden und/oder extrapoliert werden. Außerdem kann zwischen bereits ermittelten erwarteten Fehlerwerten interpoliert und/oder extrapoliert werden. Im Ergebnis erhält man z. B. für einen Bereich möglicher Arbeitspositionen und/oder für einen Bereich möglicher Arbeitsausrichtungen der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeuges jeweils den erwarteten Fehler der Drehvorrichtung. Aus dem erwarteten Fehler, der an den Messpunkten der Fehlermessung gleich dem gemessenen Fehler sein kann, kann nun zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt werden, insbesondere wie oben bereits allgemein für den Fehler der Drehvorrichtung beschrieben.
Insbesondere wird Folgendes vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks oder bei der Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Drehvorrichtung eine Drehbewegung des Werkstücks um eine Drehachse der Drehvorrichtung während der Bestimmung der Koordinaten oder während der Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

– Fehler der Drehvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse andererseits (im Folgenden: Bewegungsfehler der Drehvorrichtung) werden in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen zweier relativ zueinander um die Drehachse drehbeweglicher Teile der Drehvorrichtung, gemessen und es werden entsprechende Fehlermesswerte erhalten,
– aus den Fehlermesswerten werden gefilterte erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung ermittelt, die für eine Mehrzahl von relativen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen einer Koordinaten-Messeinrichtung zur Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks oder eines Bearbeitungswerkzeug einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Werkstücks einerseits und der Drehvorrichtung andererseits erwartet werden, und zwar gefiltert über zumindest einen vorgegebenen Bereich der Anzahl von Wellen der Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse andererseits über einen vollständigen Umlauf oder einen Teil eines Umlaufs einer Drehbewegung der Drehvorrichtung,
– aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung wird zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeug ermittelt, für die der gefilterte erwartete Fehlerwert der Drehvorrichtung bei einer vorgegebenen Mess-Aufgabe zur Bestimmung von Koordinaten des Werkstücks oder einer vorgegebenen Bearbeitungs-Aufgabe zur Bearbeitung des Werkstücks
– kleiner ist als für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen und/oder
– eine vorgegebene Bedingung erfüllt.

Außerdem wird vorgeschlagen: Eine Anordnung zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks oder bei der Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Drehvorrichtung eine Drehbewegung des Werkstücks um eine Drehachse der Drehvorrichtung während der Bestimmung der Koordinaten oder während der Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht, und wobei die Anordnung Folgendes aufweist:

– eine Messanordnung, die ausgestaltet ist, Fehler der Drehvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse andererseits in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen zweier relativ zueinander um die Drehachse drehbeweglicher Teile der Drehvorrichtung, zu messen und entsprechende Fehlermesswerte an eine Prognoseeinrichtung auszugeben,
– die Prognoseeinrichtung, die ausgestaltet ist, aus den Fehlermesswerten gefilterte erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung zu ermitteln, die für eine Mehrzahl von relativen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen einer Koordinaten-Messeinrichtung zur Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks oder eines Bearbeitungswerkzeug einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Werkstücks einerseits und der Drehvorrichtung andererseits erwartet werden, und zwar gefiltert über zumindest einen vorgegebenen Bereich der Anzahl von Wellen der Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse andererseits über einen vollständigen oder Teil eines Umlaufs einer Drehbewegung der Drehvorrichtung,
– eine Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeug zu ermitteln, für die der gefilterte erwartete Fehlerwert der Drehvorrichtung bei einer vorgegebenen Mess-Aufgabe zur Bestimmung von Koordinaten des Werkstücks oder einer vorgegebenen Bearbeitungs-Aufgabe zur Bearbeitung des Werkstücks
– kleiner ist als für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen und/oder
– eine vorgegebene Bedingung erfüllt.

Jeder der gefilterten erwarteten Fehlerwerte der Drehvorrichtung ist für eine der Mehrzahl von relativen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeugs gültig, d. h. einer Arbeitsposition, einer Arbeitsausrichtung oder einer Kombination einer Arbeitsposition mit einer Arbeitsausrichtung zugeordnet.
Insbesondere wird die ermittelte Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeug eingestellt, das heißt die Koordinaten-Messeinrichtung oder das Bearbeitungswerkzeug hat nach der Einstellung diese Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung.
Die Optimierung der Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung hat den Vorteil, dass die Genauigkeit von Welligkeitsanalysen erheblich gesteigert werden kann. Ist der maximal zulässige Fehler aufgrund einer Welligkeit sehr klein, kann dieser Fehler bereits aufgrund einer ungünstigen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht es, eine solche ungünstige Anordnung zu vermeiden.
Insbesondere kann die Messeinrichtung, die die Bewegungsfehler der Drehvorrichtung misst, Teil des Koordinatenmessgeräts sein, das die Koordinaten-Messeinrichtung aufweist, deren günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt wird. Zum Beispiel tastet die Koordinaten-Messeinrichtung bei verschiedenen Drehpositionen der Drehvorrichtung und verschiedenen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen einen Messkörper ab, der an der Drehvorrichtung angeordnet ist, und das Koordinatenmessgerät ermittelt auf diese Weise die Bewegungsfehler. Ferner kann das Koordinatenmessgerät die Prognoseeinrichtung und die Ermittlungseinrichtung aufweisen. Dies gilt nicht nur für die Berechnung von gefilterten erwarteten Fehlerwerten, sondern auch für eine Variante der Berechnung erwarteter Fehlerwerte, die ohne eine Filterung gemäß einem vorgegebenen Bereich der Ordnung der Welligkeit oder ganz ohne Filterung auskommt. Solche erwarteten Fehlerwerte können ebenfalls dazu genutzt werden, eine günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung zu ermitteln. Die oben genannten Verfahrensschritte können mit Ausnahme des Schritts der Filterung und der damit verbundenen Schritte (wie Transformation in den Frequenzraum und Rücktransformation) in gleicher Weise ausgeführt werden.
Diese Ausgestaltung der Anordnung bzw. diese Ausgestaltung des Verfahrens löst das folgende Problem: Wie oben erwähnt ist es möglich, Fehler einer Drehvorrichtung (z. B. eines Drehtischs, auf dem ein zu vermessendes Werkstück angeordnet werden kann) zu ermitteln und während des Betriebes einer Anordnung mit einem Koordinatenmessgerät und der Drehvorrichtung rechnerisch zu korrigieren. Allerdings gibt es Koordinatenmessgeräte (und dementsprechend auch Werkzeugmaschinen), die keine Funktionen zur rechnerischen Korrektur der Fehler der Drehvorrichtung aufweisen. In einem anderen Fall sollen die Kosten für den hohen Aufwand der rechnerischen Korrektur vermieden werden.
Gemäß der Erfindung ist es aber möglich, die Steuerung des Koordinatenmessgeräts so auszugestalten, dass sie die Funktionen der Messeinrichtung zur Messung der Bewegungsfehler der Drehvorrichtung steuern kann. Insbesondere kann die Steuerung des Koordinatenmessgeräts eine entsprechende Software aufweisen. Ferner kann die Steuerung, z. B. wiederum durch entsprechende Software, dazu in die Lage versetzt werden, die Funktionen der Prognoseeinrichtung und der Ermittlungseinrichtung zu steuern und/oder auszuführen. Die Erfindung reduziert aber nicht nur in diesem Fall den Aufwand für eine Reduktion der Fehler einer Drehvorrichtung. Vielmehr kann insbesondere der Aufwand für die Messung des Bewegungsfehlers reduziert werden, indem der Bewegungsfehler wie an anderer Stelle in dieser Beschreibung erwähnt gemessen wird und daraus die günstige Anordnung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeugs und/oder der günstige Drehpositionsmessort ermittelt wird. Insbesondere ist es auch möglich, die Erfindung zusätzlich zu einer vorhergehenden rechnerischen Korrektur der Fehler der Drehvorrichtung auszuführen. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit erreicht, da insbesondere Restfehler der rechnerischen Korrektur, die im Bereich von 5% des Gesamtfehlers liegen, noch weiter reduziert werden können.
Mit der Integration der Messeinrichtung, der Prognoseeinrichtung und der Ermittlungseinrichtung kann daher der Nachteil überwunden werden, dass ein Koordinatenmessgerät nicht für den Empfang von Korrekturdaten zur Korrektur des Fehlers der Drehvorrichtung in der Lage ist.
Generell, nicht nur bei Integration der Messeinrichtung in ein Koordinatenmessgerät, hat die Erfindung den Vorteil, dass eine günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung nicht nur dort liegen kann, wo der Bewegungsfehler der Drehvorrichtung auch gemessen wurde. Vielmehr können aus den Messwerten des Bewegungsfehlers auch für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen erwartete Fehlerwerte berechnet werden. Dadurch kann vermieden werden, dass als zu erwartender Fehler lediglich Werte aus der Spezifikation der Drehvorrichtung angegeben werden können, die nicht auf eine bestimmte Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung bezogen sind. Solche Fehlerwerte aus der Spezifikation sind in aller Regel sehr viel größer als die tatsächlichen Fehlerwerte an einer günstigen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung. Insbesondere bei Welligkeitsanalysen ist der Fehlerwert aus der Spezifikation der Drehvorrichtung in der Regel sehr viel größer als der tatsächliche Fehler der Drehvorrichtung in Bezug auf die Welligkeit einer gegebenen Ordnung. Durch die Filterung der gemessenen Bewegungsfehlerwerte kann daher häufig eine günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung gefunden werden, bei der der erwartete Bewegungsfehler sehr viel geringer ist als der pauschale Fehler aus der Spezifikation der Drehvorrichtung. Die Möglichkeit der Berechnung des erwarteten Bewegungsfehlers hilft aber auch in dem Fall, dass beim Betrieb des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine ein Werkstück mit der Drehvorrichtung gedreht werden soll, das aufgrund seiner Eigenschaften (insbesondere seiner Form) eine ermittelte günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung bzw. des Bearbeitungswerkzeugs nicht zulässt oder bei dem die Vermessung oder Bearbeitung des Werkstücks in der günstigen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung nicht von Interesse ist. Es kann daher ohne erneute Messung der Bewegungsfehler eine verfügbare und/oder im Hinblick auf die Messaufgabe oder Bearbeitungsaufgabe sinnvolle günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt werden.
Insbesondere kann durch Berechnung des erwarteten Bewegungsfehlers die Differenz des Bewegungsfehlers zu einer Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung berechnet werden, in der/denen der Bewegungsfehler gemessen wurde. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Liste mit günstigen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen zu ermitteln, wobei der erwartete Bewegungsfehler in der Reihenfolge der Liste ansteigt oder jedenfalls nicht abfällt. Der erste Eintrag in der Liste betrifft daher eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung, für die der erwartete Bewegungsfehler innerhalb des untersuchten Bereichs der Drehvorrichtung am kleinsten ist. Wenn für die Ausführung einer Messaufgabe zur Vermessung eines Werkstücks oder einer Bearbeitungsaufgabe zur Bearbeitung eines Werkstücks eine oder mehrere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen in der Reihenfolge der Liste nicht möglich sind, kann aus der Liste die nächstmögliche günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt werden.
Aus der Berechnung des erwarteten Bewegungsfehlers kann aber auch abgeschätzt werden, wie groß die Unsicherheit des erwarteten Bewegungsfehlers ist, weil die günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung bei der Ausführung einer Messaufgabe oder Bearbeitungsaufgabe nicht exakt eingestellt werden kann. Z. B. kann abgeschätzt werden, wie genau die Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung eingestellt werden kann und um welchen Betrag sich der erwartete Bewegungsfehler dadurch ändert.
Bei der Ermittlung der gefilterten erwarteten Fehlerwerte können die Ergebnisse der Messung des Bewegungsfehlers der Drehvorrichtung (insbesondere jeweils für eine axiale Position) als Funktion der Drehposition über einen vollständigen Umlauf oder einen Teil eines Umlaufs einer Drehbewegung der Drehvorrichtung um die Drehachse ermittelt werden, z. B. durch eine Fouriertransformation in den Frequenzraum transformiert werden, gemäß dem zumindest einen vorgegebenen Bereich der Anzahl von Wellen gefiltert werden (z. B. durch einen Bandpassfilter) und in den Raum der Drehpositionswerte zurücktransformiert werden. Auf diese Weise stehen nun die gefilterten erwarteten Fehlerwerte zur Verfügung, und zwar jeweils für eine der Mehrzahl von relativen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen. Eine zugeordnete Arbeitsposition entspricht dabei der axialen Position, an der die Funktion in Abhängigkeit der Drehposition über einen vollständigen Umlauf oder einen Teil eines Umlaufs ermittelt wurde. Es ist eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass sich die gefilterten erwarteten Fehlermesswerte im Allgemeinen für jede Kombination einer Arbeitsposition mit einer Arbeitsausrichtung (d. h. für jede konkrete Anordnung einer Koordinatenmesseinrichtung oder eines Bearbeitungswerkzeugs) von allen anderen solchen Kombinationen oder von fast allen anderen solchen Kombinationen unterscheiden.
Unabhängig von der Ausführungsart der Filterung hat die Filterung den Vorteil, dass die gefilterten erwarteten Fehlerwerte und damit die Ausgangsdaten für die Ermittlung der günstigen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung im Wesentlichen nur noch Fehleranteile in dem zumindest einen vorgegebenen Bereich von Ordnungen aufweisen. Die günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung wird daher in Bezug auf den zumindest einen vorgegebenen Bereich ermittelt. Unter einem Bereich von Ordnungen wird auch ein Bereich verstanden, der lediglich eine einzige Ordnung (z. B. die Ordnung 3) enthält.
Insbesondere ist es möglich, die Fehlermesswerte nicht nur einmal in der zuvor beschriebenen Weise zu filtern sondern mehrmals, wobei insbesondere bei jeder Filterung von den ungefilterten Fehlermesswerten ausgegangen wird. Daher ist es möglich, für die unterschiedlichen Filterprozesse verschiedene vorgegebene Bereiche von Ordnungen der Welligkeit vorzugeben. Es werden verschiedene Sätze von gefilterten erwarteten Fehlerwerten erhalten und es kann zum Beispiel für jedes Ergebnis der Filterung separat eine günstige Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt werden. Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich, eine günstige Anordnung für eine erste Ordnung der Welligkeit (zum Beispiel Ordnung drei) und eine günstige Anordnung für eine zweite Ordnung der Welligkeit (zum Beispiel Ordnung vier) zu ermitteln. Da sich die günstigen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen für die verschiedenen Bereiche von Ordnungen der Welligkeit im Allgemeinen unterscheiden, führt dies dazu, dass eine Vermessung eines Werkstücks mit der Koordinaten-Messeinrichtung bei verschiedener Anordnung der Koordinaten-Messeinrichtung durchgeführt wird, wobei jede der Anordnungen auf die Vermessung der Welligkeit in einem verschiedenen Bereich von Ordnungen der Welligkeit günstig ist.
Insbesondere ist es möglich, für eine aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten berechnete Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung den Fehlerbeitrag des Bewegungsfehlers der Drehvorrichtung in Bezug auf den zumindest einen vorgegebenen Bereich der Ordnung der Welligkeit anzugeben. Ferner kann für die berechnete Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung aus den Fehlermesswerten auch der Gesamt-Bewegungsfehler ermittelt werden und folglich auch der Fehlerbeitrag des Bewegungsfehlers außerhalb des zumindest einen vorgegebenen Bereichs der Ordnung der Welligkeit. Jede dieser Angaben ist ein Qualitätsmaß für die Vermessung bzw. Bearbeitung des Werkstücks.
Der vorgegebene Bereich oder einer der vorgegebenen Bereiche der Anzahl von Wellen über einen vollständigen Umlauf oder einen Teil eines Umlaufs der Drehbewegung kann auch lediglich eine Wellenzahl, d. h. eine Ordnung (siehe oben) enthalten. Dies ist z. B. dann von Vorteil, wenn der maximal zulässige Fehler für eine Messaufgabe oder Bearbeitungsaufgabe eines Werkstücks bei dieser Ordnung besonders klein ist. Üblicherweise wird bei Welligkeitsanalysen von rotationssymmetrischen Werkstücken der Welligkeitsfehler als Funktion der Ordnung der Welligkeit mit einer Fehler-Grenzfunktion verglichen, die ebenfalls von der Ordnung der Welligkeit abhängt. Diese Fehler-Grenzfunktion entspricht dem vorgegebenen maximal erlaubten Fehler. Insbesondere wird als Fehlermaß die Amplitude der Welligkeit verwendet. Die Amplitude entspricht somit den maximalen Schwankungen des Messwerts eines hypothetischen oder tatsächlichen Sensors, der die radiale Position des Werkstücks bezüglich der Drehachse über eine Umdrehung der Drehvorrichtung misst.
Insbesondere kann aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung ermittelt werden, für die der erwartete Fehlerwert kleiner als oder in einem alternativen Fall kleiner als oder gleich dem vorgegebenen maximal erlaubten Grenzwert ist. Die Erfindung hat dabei den Vorteil, dass verschiedene Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeuges daraufhin ausgewertet werden können, ob der zugeordnete gefilterte erwartete Fehlerwert die vorgegebene Bedingung erfüllt. Die Messung der Drehbewegungsfehler der Drehvorrichtung kann dabei im Vergleich zu anderen Verfahren der Untersuchung von Fehlern einer Drehvorrichtung sehr schnell ausgeführt werden. Z. B. reicht es aus, wenn ein rotationssymmetrischer Messkörper oder zwei rotationssymmetrische Messkörper an verschiedenen axialen Positionen jeweils an zwei Messpunkten, die z. B. einen Winkelabstand von 90° um die Drehachse aufweisen, auf eine Veränderung der radialen Position während eines Umdrehung des Messkörpers oder der Messkörper um die Drehachse abgetastet wird/werden. Optional kann zusätzlich noch der Bewegungsfehler in axialer Richtung der Drehachse gemessen werden, der üblicherweise als Höhenschlag bezeichnet wird. Z. B. bei Verwendung von kapazitiven Abstandssensoren kann eine Umdrehung des Messkörpers oder der Messkörper innerhalb einiger Sekunden ausgeführt werden, wobei bei einer Messfrequenz von z. B. einigen kHz eine Vielzahl von Messwerten erzeugt wird, die jeweils einer unterschiedlichen Drehposition entsprechen.
Wie erwähnt können verschiedene Bewegungsfehler der Drehvorrichtung getrennt nach Fehlerquellen und/oder getrennt nach Freiheitsgraden der Bewegung der realen Drehachse relativ zur idealen Drehachse gemessen und/oder ermittelt werden. Aus den verschiedenen Fehlern können z. B. unmittelbar Erkenntnisse über günstige Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen gewonnen werden. Es ist aber auch möglich, den erwarteten Gesamtfehler der Drehvorrichtung auszuwerten, z. B. an bestimmten Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen oder in Bereichen der Arbeitsposition und/oder in Bereichen der Arbeitsausrichtung.
Insbesondere ist es auch möglich, Kenntnisse über die erwartete Form des Werkstücks, dessen Koordinaten gemessen werden sollen, bei der Auswertung der erwarteten Fehlerwerte und insbesondere des erwarteten Gesamtfehlers zu berücksichtigen. Z. B. kann das Werkstück in einem bekannten Herstellungsverfahren hergestellt worden sein, das über einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Verlauf der Oberfläche des Werkstücks periodisch Abweichungen von der idealen rotationssymmetrischen Form erwarten lässt. Durch eine Simulation des Messprozesses der Messung der Koordinaten oder zumindest von Teilen des Messprozesses kann eine Arbeitsposition und/oder eine Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung ermittelt werden, die es erlaubt/erlauben, die periodischen Formabweichungen des Werkstücks von der Idealform mit geringem Fehler zu bestimmen. Z. B. kann es die Mess-Aufgabe verlangen, dass die Stellen an der Oberfläche des Werkstücks, für die die größten Formabweichungen von der Idealform erwartet werden, mit einem Fehler gemessen werden können, der kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Alternativ kann diejenige Messausrichtung bezüglich der Drehvorrichtung bestimmt werden, bei der die periodischen Formabweichungen mit dem geringsten erwarteten Fehler der Drehvorrichtung gemessen werden können.
Insbesondere wie zuvor beschrieben, kann die zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung durch Simulation der Koordinatenmessung oder Bearbeitung des Werkstücks ermittelt werden. Daher wird die Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung optimal für die jeweilige Aufgabe ermittelt. Die Simulation kann sich auf die von der Drehachse zu erwartenden Bewegungsfehler beschränken. Eine Werkstück, insbesondere ein reales Werkstück mit Formfehlern, ist für die Simulation nicht erforderlich.
Insbesondere kann bei der Ermittlung der zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung eine Mess-Aufgabe zu Grunde gelegt werden, gemäß der die Oberfläche des Werkstücks scannend abgetastet wird. Das scannende (zum Beispiel taktile oder optische) Abtasten des Werkstücks wird häufig zum Beispiel zur Vermessung von annähernd rotationssymmetrischen Oberflächenbereichen eingesetzt und führt in kurzer Zeit zu Messergebnissen. Gemäß einer anderen Mess-Aufgabe, die zu Grunde gelegt werden kann, werden lediglich Koordinaten von einzelnen Punkten an einer Oberfläche eines Werkstücks gemessen. Die Mess-Aufgabe kann z. B. eine optische, pneumatische, induktive, magnetische, kapazitive und/oder taktil antastende Messung vorsehen.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Messung des Fehlers der Drehvorrichtung gegenüber einer vollständigen Kalibrierung vereinfacht ist, da aus den gemessenen Fehlern erwartete Fehler berechnet werden. Daher kann die Messung des Fehlers der Drehvorrichtung öfter wiederholt werden, zum Beispiel jedes Mal vor der Vermessung oder Bearbeitung eines Werkstücks.
Insbesondere wird die zumindest eine aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung ermittelte Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung von einer Ermittlungseinrichtung an eine Steuerung der Koordinaten-Messeinrichtung oder der Werkzeugmaschine ausgegeben. Dabei ist es möglich, dass die Ermittlungseinrichtung Teil der Steuerung ist. In diesem Fall wird an einen weiteren Teil der Steuerung ausgegeben, der die Vermessung des Werkstücks durch die Koordinaten-Messeinrichtung oder die Bearbeitung des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine steuert. Auf diese Weise kann automatisch nach der Ermittlung der zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung eine Vermessung des Werkstücks oder eine Bearbeitung des Werkstücks begonnen werden.
Bei der Koordinaten-Messeinrichtung handelt es sich zum Beispiel um einen Taster zum taktilen Abtasten oder optischen Abtasten des Werkstücks. Alternativ kann es sich um einen Sensor (zum Beispiel einen Messkopf) handeln, der ausgestaltet ist abhängig von der Vermessung des Werkstücks Signale zu erzeugen, aus denen die Koordinaten des Werkstücks bestimmbar sind. Die Koordinaten-Messeinrichtung ist zum Beispiel Teil eines Koordinatenmessgeräts. Bei dem Bearbeitungswerkzeug der Werkzeugmaschine kann sich zum Beispiel um ein Schneidwerkzeug oder Schleifwerkzeug handeln.
Zum Umfang der Erfindung gehört auch ein Koordinatenmessgerät mit der Anordnung zur Reduktion des Fehlers einer Drehvorrichtung. Insbesondere kann die Ermittlungseinrichtung mit einer Steuerung des Koordinatenmessgeräts verbunden sein, so dass die Steuerung gemäß der ermittelten zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung eine Messung von Koordinaten eines Werkstücks steuern kann.
Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen angewendet werden. Häufig weisen Werkzeugmaschinen zwei Drehvorrichtungen (meist als Spindeln bezeichnet) auf. Die eine Spindel dreht das Werkstück während der Bearbeitung. Die andere Spindel erlaubt eine Drehung des Bearbeitungswerkzeugs. Dabei sind die Drehachsen der beiden Spindeln in vielen Fällen parallel zueinander. Durch die Erfindung kann die Werkzeugspindel in eine günstige Drehposition (und damit in eine entsprechende Arbeitsausrichtung) gebracht werden und/oder in eine günstige Arbeitsposition entlang der Drehachse der Werkstückspindel.
Insbesondere kann aus den ermittelten gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung eine Fehlerkarte oder ein Fehler-Modell erzeugt werden. Die Karte oder das Modell können z. B. in einem Datenspeicher gespeichert werden, auf den die Steuerung des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine Zugriff hat. Der Unterschied zwischen einer Fehlerkarte und einem Fehler-Modell besteht darin, dass in der Fehlerkarte die Fehlerwerte für die jeweiligen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen hinterlegt sind, während ein Fehler-Modell zumindest eine Berechnungsvorschrift enthält, wie aus Informationen über die Fehlerwerte an gewünschten Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen die erwarteten Fehlerwerte berechnet werden können. Eine Kombination von Fehlerkarte und Fehler-Modell ist möglich. Z. B. kann das Fehler-Modell festlegen, wie aus in der Fehlerkarte enthaltenen Fehlerwerten für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen erwartete Fehlerwerte bestimmt werden. Insbesondere können auch die oben erwähnten weiteren Einflüsse auf den Fehler der Drehvorrichtung, z. B. das Gewicht des Werkstücks, durch unterschiedliche, jeweils dem Einflussfaktor oder einer Kombination von Einflussfaktoren zugeordnete Fehlerkarten und/oder Fehler-Modelle berücksichtigt werden. Auch hierbei ist eine Kombination von Fehlerkarten und Fehler-Modellen möglich.
Insbesondere kann ein Fehler-Modell Informationen über die Drehvorrichtung besitzen (z. B. die Steifigkeit der Lagerung des drehbeweglichen Teils der Drehvorrichtung) und unter Verwendung dieser Informationen erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung für zumindest eine Arbeitsausrichtung und/oder eine Arbeitsposition berechnen, die für bestimmte, insbesondere vorgegebene Aufgaben zu erwarten sind. Z. B. kann das Fehler-Modell auf diese Weise die Veränderung der Arbeitsbedingungen aufgrund von bei der Bearbeitung des Werkstücks oder beim Vermessen des Werkstücks wirkenden Kräften berücksichtigen.
Insbesondere kann die Steuerung des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine bezüglich des Fehlers der Drehvorrichtung günstige Arbeitsausrichtungen und/oder Arbeitspositionen ermitteln und einem Benutzer vorschlagen. Wie oben erwähnt, kann die Steuerung diese günstigen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen alternativ oder zusätzlich automatisch für den Arbeitsvorgang verwenden.
Auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen eignet sich die Erfindung insbesondere für schnell drehende Drehvorrichtungen, insbesondere Werkstückspindeln, da bei hohen Drehgeschwindigkeiten keine Kompensation des Fehlers der Drehvorrichtung, z. B. durch entsprechendes Nachführen des Bearbeitungswerkzeuges, möglich ist.
Die Erfindung eignet sich auch in Kombination mit rechnerischen Korrekturen des Fehlers der Drehvorrichtung. Z. B. kann die Drehvorrichtung kalibriert worden sein und können entsprechende Korrekturwerte zur Korrektur des Fehlers der Drehvorrichtung gespeichert sein, z. B. für den Zugriff der Steuerung des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in diesem Fall unter Berücksichtigung der Korrekturen die erwarteten Restfehler für verschiedene Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen ermitteln und diese wie bereits beschrieben als erwartete Fehler der Drehvorrichtung nutzen.
Statt einer rechnerischen Korrektur der Fehler der Drehvorrichtung und der rechnerischen Ermittlung der erwarteten Restfehler kann die Messung der Fehler der Drehvorrichtung unter Berücksichtigung der Korrekturen durchgeführt werden und kann der Restfehler auf diese Weise gemessen werden. Daraus können wiederum die erwarteten Fehlerwerte ermittelt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
1 eine Drehvorrichtung, insbesondere einen Drehtisch, für ein Koordinatenmessgerät, wobei auf dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung ein rotationssymmetrisches Teil, hier ein Zylinder, angeordnet ist, dessen Symmetrieachse mit der Drehachse der Drehvorrichtung zusammenfällt und wobei schematisch eine bestimmte Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung, z. B. eines Sensors eines Koordinatenmessgeräts, dargestellt ist,
2 die Darstellung aus 1, wobei die Arbeitsausrichtung und Arbeitsposition des Sensors anders gewählt ist als in 1,
3 eine Draufsicht auf die Anordnung in 2 zur Erläuterung des Winkels, den die Arbeitsausrichtung des Sensors mit einer Koordinatenachse einschließt,
4 eine Anordnung mit einer Drehvorrichtung, insbesondere der Drehvorrichtung nach 1 bis 3, wobei mit der Drehvorrichtung ein Kalibrierkörper kombiniert ist, der zwei rotationssymmetrische Messkörper aufweist, um Verkippungen und Verschiebungen der realen Drehachse der Drehvorrichtung relativ zur idealen Drehachse der Drehvorrichtung zu messen,
5 eine schematische Darstellung geometrischer Verhältnisse der realen und der idealen Drehachse einer Drehvorrichtung, z. B. der Drehvorrichtung nach einer der 1 bis 4,
6 ein Diagramm, das den translatorischen Fehler einer Drehachse bezüglich einer Koordinatenachse (z. B. x-Achse), die senkrecht zur Drehachse der Drehvorrichtung verläuft und Teil eines ortsfesten Koordinatensystems ist, abhängig von dem Drehwinkel des drehbaren Teils der Drehvorrichtung relativ zum feststehenden Teil der Drehvorrichtung darstellt,
7 ein Diagramm, das den Neigungsfehler (Kippwinkel) der realen Drehachse einer Drehvorrichtung relativ zur idealen Drehachse der Drehvorrichtung abhängig von dem Drehwinkel des drehbaren Teils relativ zum feststehenden Teil der Drehvorrichtung zeigt, wobei lediglich eine Verkippung um die Koordinatenachse (z. B. y-Achse) betrachtet wird, die senkrecht zu der Koordinatenachse (z. B. x-Achse) verläuft, bezüglich der der translatorische Fehler in 6 dargestellt ist, d. h. die Fehler gemäß der Darstellungen in 6 und 7 können sich verstärken oder kompensieren,
8 eine Darstellung, die den resultierenden Fehler des in 6 dargestellten translatorischen Fehlers und des in 7 dargestellten rotatorischen Fehlers für eine vollständige Umdrehung der Drehvorrichtung abhängig von der Arbeitsposition entlang der Drehachse darstellt,
9 ein Diagramm, das den translatorischen Fehler einer Drehvorrichtung ähnlich wie in 6, jedoch bezogen auf eine senkrecht sowohl zur Drehachse als auch zu der ersten Koordinatenachse verlaufenden zweiten Koordinatenachse als Funktion der Drehstellung des drehbeweglichen Teils zeigt,
10 ein Diagramm, das entsprechend 7 den rotatorischen Fehler zeigt, der den in 9 dargestellten translatorischen Fehler verstärken oder kompensieren kann,
11 den translatorischen Fehler bei einer bestimmten Arbeitsausrichtung aufgrund der in 6 und 9 dargestellten gemessenen translatorischen Fehler, abhängig von der Drehposition des drehbaren Teils der Drehvorrichtung,
12 den Gesamtfehler der Drehvorrichtung, d. h. unter Berücksichtigung der translatorischen Fehler und der rotatorischen Fehler, für eine erste Arbeitsausrichtung und eine erste Arbeitsposition als Funktion der Drehposition des drehbaren Teils,
13 den Gesamtfehler der Drehvorrichtung für eine zweite Arbeitsausrichtung und eine zweite Arbeitsposition als Funktion der Drehposition des drehbaren Teils,
14 den Gesamtfehler für eine dritte Arbeitsausrichtung und eine dritte Arbeitsposition als Funktion des Drehwinkels des drehbaren Teils,
15 schematisch eine Anordnung mit einer Drehvorrichtung, einer Messanordnung, einer Prognoseeinrichtung, einer Ermittlungseinrichtung und einer Steuerung eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine,
16 schematisch ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise, an dessen Tastkopf ein taktiler Taster angeordnet ist und auf dessen Basis ein Drehtisch angeordnet ist,
17 eine Draufsicht auf einen Messkörper und einen Drehpositionssensor einer Drehpositions-Messvorrichtung,
18 die Verschiebung des Messkörpers insbesondere aus 17 in einer Richtung quer zur Drehachse der Drehvorrichtung,
19 einen Messkörper einer Drehpositions-Messvorrichtung mit mehreren möglichen Drehpositionsmessorten, wobei ein Koordinatensystem sowie Winkelpositionen definiert werden,
20 einen axialen Schnitt durch eine Drehvorrichtung mit integrierter Drehpositions-Messvorrichtung.
Die in 1 dargestellte Drehvorrichtung weist einen drehbaren Teil 11 auf, der relativ zu einem nicht drehbaren Teil 12 der Drehvorrichtung um eine ideale Drehachse drehbar ist, die in der Darstellung der 1 mit der z-Achse (z. B. die vertikale Achse) eines kartesischen Koordinatensystems x, y, z zusammenfällt. Die tatsächliche Drehachse der Drehvorrichtung 11, 12 weicht jedoch von der idealen Drehachse ab, da die Drehvorrichtung fehlerhaft ist. Ein Ausführungsbeispiel für die Drehvorrichtung wird noch anhand von 20 erläutert.
1 zeigt ein auf der Oberfläche des drehbaren Teils 11 angeordnetes zylindrisches Teil 13, dessen Zylinderachse in Richtung der realen Drehachse der Drehvorrichtung 11, 12 ausgerichtet ist. Für die folgenden Überlegungen wird angenommen, dass das zylindrische Teil 13 keinen Formfehler aufweist, d. h. ein idealer Zylinder ist. Wenn ein Sensor oder Taster eines Koordinatenmessgeräts oder analog ein Bearbeitungswerkzeug einer Werkzeugmaschine in der mit einem Doppellinien-Pfeil s1 dargestellten Richtung auf die Oberfläche des zylinderförmigen Teils 13 ausgerichtet ist, und wenn der drehbare Teil 11 der Drehvorrichtung gedreht wird und sich daher der zylinderförmige Teil 13 mitdreht, wirkt sich der Fehler der Drehvorrichtung, d. h. die Abweichung der realen Drehachse von der idealen Drehachse, auf die Vermessung oder Bearbeitung aus. Wie noch näher ausgeführt wird, wirkt sich der Fehler abhängig von der Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung des Tasters, Sensors oder Werkzeugs in unterschiedlicher Weise aus. In dem in 1 dargestellten Fall ist die Arbeitsposition entlang der z-Achse des Koordinatensystems x, y, z um den Betrag Δz nach oben verschoben und verläuft parallel zur x-Achse. Wie ein in zwei Richtungen weisender Pfeil entlang der x-Achse andeutet, kann der Fehler der Drehvorrichtung 11, 12 die Umfangsoberfläche des zylindrischen Teils 13 entlang der x-Achse in beide Richtungen verschieben, d. h. bei einer vollständigen Umdrehung des drehbaren Teils 11 schwankt die x-Position des Oberflächenbereichs des Teils 13, auf den der Taster, Sensor oder das Werkzeug ausgerichtet ist, in x-Richtung hin und her.
2 zeigt die Anordnung aus 1, wobei jedoch die Arbeitsausrichtung geändert ist. In dem dargestellten Fall liegt die Arbeitsposition ebenfalls wie in 1 um den Betrag Δz über der x-, y-Ebene (diese Ebene ist z. B. auch die Ebene der Drehtischoberfläche) des Koordinatensystems. Die Arbeitsausrichtung verläuft ebenfalls senkrecht zur z-Achse, schließt jedoch mit einer Parallelen zu der x-Achse einen Winkel ϑ ein. Eine entsprechende Draufsicht ist in 3 dargestellt.
Sowohl in 1 als auch in 2 ist durch Pfeile an gekrümmten Linien um die x-Achse bzw. y-Achse angedeutet, dass die reale Drehachse der Drehvorrichtung um die x-Achse und die y-Achse kippen (d. h. drehen bzw. rotieren) kann, während das drehbare Teil 11 gedreht wird.
Die Messung des Bewegungsfehlers einer Drehvorrichtung, insbesondere der Drehvorrichtung gemäß 1 bis 3, wird in 4 dargestellt. Die Messanordnung weist vier Messsensoren auf, deren Messrichtungen durch Pfeile dargestellt sind, die mit den Bezugszeichen s2, s3, s4, s5 bezeichnet sind. Die Messsensoren sind nicht näher dargestellt und können z. B. an einer gemeinsamen Halterung 2 befestigt sein, die an einer ortsfesten Einrichtung 1 angeordnet ist. Die Darstellung in 4 ist schematisch zu verstehen. In der Praxis sind unterschiedliche mechanische Ausgestaltungen der Anordnung möglich.
Die Messsensoren mit den Messrichtungen s2, s3 sind auf einen ersten kugelförmigen Bereich K1 eines Kalibrierkörpers 4 ausgerichtet. Die Messsensoren mit den Messrichtungen s4, s5 sind auf einen zweiten kugelförmigen Bereich K2 des Kalibrierkörpers 4 ausgerichtet. Dabei befinden sich die kugelförmigen Bereiche K1, K2 an verschiedenen axialen Positionen entlang der realen Drehachse A1 der Drehvorrichtung 11, 12. Aus 4 ist erkennbar, dass die reale Drehachse A1 in der gezeigten Drehposition gegen die ideale Drehachse A2 geneigt verläuft oder windschief zu dieser verläuft.
Bei dem Kalibrierkörper 4 in dem Ausführungsbeispiel der 4 handelt es sich um einen Stab, der sich mit seiner Längsachse in der Richtung der realen Drehachse A1 erstreckt und dabei die genannten kugelförmigen Bereiche K1, K2 aufweist. Die Mittelpunkte der kugelförmigen Bereiche K1, K2 befinden sich vorzugsweise, wie das Beispiel der 4 zeigt, auf der realen Drehachse A1. Alternative Kalibrierkörper sind möglich. Z. B. kann ein zylindrischer Körper, z. B. der zylindrische Körper 13 aus 1 bis 3, als Kalibrierkörper verwendet werden und können die Sensoren jeweils paarweise auf unterschiedliche Höhenpositionen (bzw. z-Positionen) ausgerichtet sein. Vorzugsweise sind die Sensoren jeweils paarweise senkrecht zueinander ausgerichtet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, erleichtert aber die Auswertung der Messung. Ferner wird es bevorzugt, dass die Messrichtungen sämtlicher vier Messsensoren senkrecht zur idealen Drehachse A2 ausgerichtet sind. Optional kann zusätzlich noch ein weiterer Messsensor verwendet werden, der die z-Position des oberen Teils des Kalibrierkörpers (in 4 also des ersten kugelförmigen Bereichs K1) misst.
Bei verschiedenen Drehstellungen des drehbaren Teils 11 relativ zu dem feststehenden Teil 12 der Drehvorrichtung, z. B. in Winkelabständen von jeweils 1°, wird nun in den Messrichtungen s2–s5 jeweils der Abstand zu den kugelförmigen Bereichen K1, K2 und/oder die Position des kugelförmigen Bereichs K1, K2 oder dessen Oberfläche gemessen. Auf diese Weise werden von den vier Messsensoren die x- und y-Komponenten des Gesamtfehlers der Drehvorrichtung an zwei verschiedenen z-Positionen gemessen. Daraus lassen sich der translatorische Fehler und der rotatorische Fehler der Drehvorrichtung bestimmen. Der translatorische Fehler ist dadurch definiert, dass er sich über den gesamten Bereich der möglichen Arbeitspositionen (bzw. die gesamte Höhe, hier: in z-Richtung) in gleicher Weise auswirkt, jedoch von der Drehposition des drehbaren Teils abhängt. Dagegen wirkt sich der rotatorische Fehler über den gesamten Bereich der möglichen Arbeitspositionen unterschiedlich aus. Darauf wird noch näher anhand von 5 eingegangen. Sowohl der rotarische Fehler als auch der translatorische Fehler hängen im Allgemeinen von der Drehposition des drehbaren Teils 11 ab. Daraus folgt, dass mit einem einzelnen Messsensor oder in einer festgelegten Arbeitsausrichtung nicht zwischen dem translatorischen und dem rotatorischen Fehler der Drehvorrichtung unterschieden werden kann. Umgekehrt folgt daraus, dass es Arbeitsausrichtungen und Arbeitspositionen gibt, für die sich der translatorische und der rotatorische Fehler besser (in Bezug auf kleinere Fehlerwerte) kompensieren als für andere Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen. Darauf wird noch näher eingegangen.
Ferner wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die Exzentrizität und die Verkippung des Kalibrierkörpers und auch des Werkstücks separat berücksichtigt und korrigiert werden können. Es wird daher weiter von einem idealen rotationssymmetrischen Kalibrierkörper ausgegangen.
Aus den gewonnenen Messwerten des Fehlers der Drehvorrichtung kann z. B. in einem ersten Schritt berechnet werden, welcher Messfehler sich bei anderen z-Positionen als bei der Messung ergeben hätte. Z. B. wurden die Messungen wie anhand von 4 beschrieben an den in 5 dargestellten unteren beiden z-Positionen z1, z2 durchgeführt. 5 zeigt eine Darstellung in der x-, z-Ebene des Koordinatensystems x, y, z. Die reale Drehachse A1 oder deren Projektion auf die x-, z-Ebene ist gegen die ideale Drehachse A2 um den Winkel α geneigt. Dementsprechend wird an der Position z1 z. B. eine kleinere Abweichung von der idealen Situation (die besteht, wenn die Drehbewegung um die ideale Drehachse stattfindet) festgestellt als an der Position z2. Der Unterschied des Fehlers an den z-Positionen z1, z2 beträgt Δx. Daraus lässt sich für eine dritte z-Position z3 die Abweichung in x-Richtung von der idealen Situation berechnen, wie dies in 5 angedeutet ist. In der z-Position z3 beträgt die Abweichung von der idealen Position Δx' mehr als an der z-Position z1. Auf diese Weise lassen sich für den gesamten relevanten Bereich in z-Richtung sowohl die Abweichungen in x-Richtung als auch in analoger Weise in y-Richtung berechnen, und zwar gemäß folgender Gleichung für die Abweichung in x-Richtung: x2 = x1 + tan(α)·(z2 – z1)
In der Formel bedeuten x1, x2 die Positionen in x-Richtung der realen Drehachse A1 bzw. deren Projektion in die x-, z-Ebene, z1, z2 die z-Positionen und α den in 5 dargestellten Winkel zwischen der realen Drehachse A1 und der idealen Drehachse A2. Die Gleichung ist jedoch nicht nur für die beiden z-Positionen der Fehler-Messungen gültig, sondern auch jeweils für zwei beliebige andere z-Positionen, einschließlich einer Messposition und einer zu berechnenden Position. Die Berechnung der y-Positionen erfolgt in gleicher Weise, indem in der Gleichung x2 durch y2 und x1 durch y1 ersetzt wird und die Projektion der realen Drehachse A1 auf die y-, z-Ebene betrachtet wird. Ferner wird der Winkel α durch einen entsprechenden Neigungswinkel ersetzt, der die Verkippung in der y-, z-Ebene beschreibt.
In 6 ist z. B. lediglich der translatorische Bewegungsfehler einer Drehvorrichtung in x-Richtung als Funktion der Drehposition des drehbaren Teils (z. B. des Teils 11 in 1 bis 4) dargestellt. Der translatorische Fehler ist wie erwähnt für alle z-Positionen an der jeweiligen Drehposition gleich groß.
Wie 6 zeigt, schwankt der translatorische Fehler in x-Richtung im Verlauf der Drehung des drehbaren Teils. Dargestellt ist eine gesamte Umdrehung, wie auch an der Skalierung der horizontalen Achse erkennbar ist. Entlang der vertikalen Achse sind die translatorischen Fehleranteile in x-Richtung hier in einen Bereich zwischen etwa –5 × 10^–6 m bis +5 × 10^–6 m dargestellt.
Der entsprechende rotatorische Fehler, der sich in x-Richtung auswirkt (d. h. der z. B. auf eine Verkippung der realen Drehachse A1 allein um die y-Achse zurückzuführen ist) ist in 7 dargestellt.
Wie bereits oben erwähnt wirkt sich der translatorische Fehler nicht in unterschiedlicher Weise innerhalb des möglichen Bereichs der z-Werte aus. Dagegen schwankt der Gesamtfehler, der sich aus dem translatorischen und dem rotatorischen Fehler zusammensetzt, aufgrund der Analogie zum Hebelgesetz der Mechanik abhängig von der z-Position. Wenn die Arbeitsausrichtung allein durch die z-Position beschrieben werden kann, etwa weil die Arbeitsausrichtung immer senkrecht auf die ideale Drehachse gerichtet ist, ergibt sich aus den in 6 und 7 dargestellten translatorischen und rotatorischen Fehlern der in 8 dargestellte Gesamtfehler in Abhängigkeit von der z-Position, d. h. in Abhängigkeit von der Arbeitsposition, die durch die z-Position eindeutig beschreibbar ist. Der Gesamtfehler wird dabei als Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Fehlers über eine gesamte Umdrehung des drehbaren Teils angegeben.
Man erkennt in 8, dass in einem Bereich von möglichen z-Positionen zwischen 0 und 0,2 m der Gesamtfehler zwischen Werten von etwa 1 × 10^–6 m und 9 × 10^–6 m liegt und etwa bei z = 0,12 m sein Minimum aufweist. Wenn daher lediglich die in 6 und 7 dargestellten Fehler auftreten (d. h. keine Fehler, die sich in y-Richtung auswirken) oder wenn die Arbeitsausrichtung parallel zur x-Achse des Koordinatensystems ausgerichtet ist, lautet daher die Empfehlung, die Arbeitsposition auf der Höhe bzw. z-Position 0,12 m zu wählen. Bei dieser Arbeitsposition und der genannten Arbeitsausrichtung ist der Fehler der Drehvorrichtung minimal.
Für die Ermittlung eines günstigen Drehpositionsmessortes, an dem die Drehpositions-Messvorrichtung die Drehposition der Drehvorrichtung mit dem minimalen Bewegungsfehler misst, gilt entsprechendes. Allerdings muss dabei berücksichtigt werden, dass der Bewegungsfehler in der Richtung tangential zur Umlaufrichtung für den Drehpositionsmessfehler verantwortlich ist. Dagegen ist bei einer Ausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung oder des Bearbeitungswerkzeugs in radialer Richtung der Bewegungsfehler in der radialen Richtung maßgeblich. Daher wird für den Drehpositionsmessort zwar dieselbe Arbeitsposition in z-Richtung gewählt, jedoch eine Position, die in Umlaufrichtung um 90° gegen den Ort versetzt ist, an dem ein in radialer Richtung ausgerichtetes Bearbeitungswerkzeug oder eine so ausgerichtete Koordinaten-Messeinrichtung angeordnet würde.
Der zuvor beschriebene Fall, in dem lediglich Fehler in x-Richtung betrachtet wurden, wird nun auf den allgemeinen Fall erweitert, in dem auch Fehler in x-Richtung auftreten können bzw. die Arbeitsausrichtung nicht immer parallel zur x-Richtung verläuft.
9 und 10 zeigen die 6 und 7 entsprechenden Abhängigkeiten des translatorischen Fehlers (9) und des rotatorischen Fehlers (10), die sich in y-Richtung auswirken. In 11 ist der translatorische Gesamtfehler (d. h. der Gesamtfehler aus den in 6 und 9 dargestellten Fehlern) für eine bestimmte Arbeitsausrichtung dargestellt. Dieser Gesamtfehler lässt sich aus dem Fehler s_x, der sich in x-Richtung auswirkt, und dem Fehler s_y, der sich in y-Richtung auswirkt, durch folgende Gleichung berechnen: s(φ, ϑ) = s_x(φ)·cos(ϑ) + s_y(φ)·sin(ϑ)
Dabei bedeuten ϑ der anhand von 2 und 3 eingeführte Winkel der Arbeitsausrichtung und φ der Drehwinkel des drehbaren Teils der Drehvorrichtung, der auch in den Diagrammen der 6, 7, 9 und 10 sowie in weiteren Diagrammen entlang der horizontalen Achse aufgetragen ist.
Man erkennt durch Vergleich von 11 mit 6 und 9, dass sich die Fehleranteile in x-Richtung und y-Richtung teilweise kompensieren. In 11 liegen die Fehlerwerte in einem kleineren Bereich als in 6 und 9. Dies ist jedoch abhängig von der gewählten Arbeitsausrichtung, d. h. zum Beispiel der Ausrichtung des Tasters, Sensors oder Werkzeugs relativ zur Drehvorrichtung. Die Arbeitsausrichtung wurde zu ϑ = 45° gewählt.
In entsprechender Weise kann der gesamte rotatorische Fehler berechnet werden, der wie auch der translatorische Gesamtfehler von der Arbeitsausrichtung, also dem Winkel ϑ, abhängt und zusätzlich von der Arbeitsposition abhängt, also der Position in z-Richtung.
In den 12 bis 14 sind daher lediglich für drei ausgewählte Paare von Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung die Abhängigkeiten des Gesamtfehlers der Translationsfehler in x-Richtung und y-Richtung sowie der Rotation in x-Richtung und y-Richtung dargestellt. Da der rotatorische Gesamtfehler sowohl von der Arbeitsausrichtung als auch der Arbeitsposition abhängt, gilt dies auch für den Gesamtfehler für Rotation und Translation. Entsprechendes gilt wieder für die Ermittlung eines Drehpositionsmessortes. Der Arbeitsausrichtung entspricht daher eine Position in Umlaufrichtung, die um 90° bezüglich der Drehachse versetzt ist.
Die Arbeitsposition zu der Darstellung in 12 ist in dem Beispiel 0. Die Arbeitsausrichtung ist ebenfalls 0. Der Gesamtfehler schwankt in einem Bereich von 8,7 μm. Im Fall der 13 ist die Arbeitsposition z = 0,144 m. Die Arbeitsausrichtung beträgt ϑ = 3,3 rad. Die Werte des Gesamtfehlers schwanken über eine Umdrehung des drehbaren Teils der Drehvorrichtung in einem Bereich von 0,35 μm. Für das Ergebnis in 14 betragen die Arbeitsposition z = 0,047 m und die Arbeitsausrichtung θ = 0,34 rad. Die Fehlerwerte schwanken in einem Bereich von 4,7 μm.
Die zu dem Diagramm in 13 gehörende Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung führt daher zu den geringsten Fehlern bei einer Umdrehung des drehbaren Teils und wäre daher im Vergleich der drei möglichen Paare von Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung zu empfehlen.
Die Empfehlung muss nicht in allen Fällen unter Berücksichtigung einer vollständigen Umdrehung des drehbaren Teils abgegeben werden. Vielmehr sind auch Messaufgaben bzw. Bearbeitungsaufgaben denkbar, gemäß denen der drehbare Teil lediglich über einen Teilbereich einer Umdrehung verdreht werden kann. Daher können sich andere Empfehlungen für Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung ergeben als für eine vollständige Umdrehung.
15 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer Drehvorrichtung, zum Beispiel der Drehvorrichtung gemäß 1 bis 4. Ein drehbarer Teil 11 der Drehvorrichtung kann relativ zu einem nicht drehbaren Teil 12 gedreht werden. Die Messanordnung 21 ist ausgestaltet, Fehler der Drehvorrichtung 11, 12 zu messen und entsprechende Fehlermesswerte einer Prognoseeinrichtung 23 zuzuführen. Diese Prognoseeinrichtung 23 ist ausgestaltet, aus den Fehlermesswerten (insbesondere gefilterte) erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung 11, 12 zu ermitteln, die jeweils für eine relative Arbeitsposition und Arbeitsausrichtung einer Koordinatenmesseinrichtung zur Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks (in 15 nicht dargestellt) oder eines Bearbeitungswerkzeugs einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Werkstücks einerseits und der Drehvorrichtung andererseits erwartet werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Prognoseeinrichtung ausgestaltet, aus den Fehlermesswerten erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung 11, 12 zu ermitteln, die jeweils für einen Drehpositionsmessort erwartet werden. Eine Ermittlungseinrichtung 25 ist mit der Prognoseeinrichtung 23 verbunden und ausgestaltet, aus den erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung 11, 12 zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung zu ermitteln, für die der erwartete Fehlerwert der Drehvorrichtung 11, 12 günstig ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Ermittlungseinrichtung ausgestaltet, aus den erwarteten Fehlerwerten zumindest einen günstigen Drehpositionsmessort zu ermitteln. Die zumindest eine von der Ermittlungseinrichtung 25 ermittelte Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung wird einer Steuerung 27 des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine zugeführt, die insbesondere automatisch die Vermessung eines Werkstücks oder die Bearbeitung eines Werkstücks mit der zumindest einen ermittelten Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung steuert. Alternativ oder zusätzlich wird der ermittelte günstiger Drehpositionsmessort eingestellt.
Das in 16 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 211 in Portalbauweise weist eine Basis 201 auf, über der Säulen 202, 203 in Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems beweglich angeordnet sind. Die Säulen 202, 203 bilden zusammen mit einem Querträger 204 ein Portal des KMG 211. Der Querträger 204 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 202 bzw. 203 verbunden. Nicht näher dargestellte Elektromotoren verursachen die Linearbewegung der Säulen 202, 203 in Z-Richtung. Dabei ist z. B. jeder der beiden Säulen 202, 203 ein Elektromotor zugeordnet. Der Querträger 204 ist mit einem Querschlitten 207 kombiniert, welcher luftgelagert entlang dem Querträger 204 in X-Richtung des kartesischen Koordinatensystems beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 207 relativ zu dem Querträger 204 kann anhand einer Maßstabsteilung 206 festgestellt werden. Die Bewegung des Querträgers 204 in X-Richtung wird durch einen weiteren Elektromotor angetrieben. An dem Querschlitten 207 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 208 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 210 und eine Drehvorrichtung 205 mit einer Koordinatenmesseinrichtung 209 verbunden ist. Die Koordinatenmesseinrichtung 209 weist einen abgewinkelten Tastkopf 215 auf, an dem ein Taststift 111 mit Tastkugel 121 abnehmbar angeordnet ist. Die Koordinatenmesseinrichtung 209 kann angetrieben durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 207 in Y-Richtung des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die Elektromotoren des KMG kann der Tastkopf 209 in dem Bereich unterhalb des Querträgers 204 in nahezu beliebige Positionen bewegt werden. Ferner kann die Drehvorrichtung 205 den Tastkopf 215 um die Y-Achse drehen, sodass der Taststift 111 in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet werden kann.
Auf der Basis 201 ist ein Drehtisch 217 (d. h. eine Drehvorrichtung) mit integriertem Drehpositionssensor (nicht in 16 dargestellt) angeordnet. Die Anordnung ist schematisch zu verstehen. In der Praxis wird der Drehtisch 217 an einer Position angeordnet sein, in der der Taststift 111 oder ein anderer Taststift ein auf dem Drehtisch 217 angeordnetes Werkstück (nicht dargestellt) möglichst ungehindert von allen Seiten in radialer Richtung der Drehachse des Drehtischs 217, d. h. in möglichst beliebigen Arbeitsausrichtungen, antasten kann. Entsprechendes gilt möglichst auch über den gesamten Höhenbereich entlang der Erstreckung der Drehachse der Drehvorrichtung 217 für alle Arbeitspositionen des Taststifts.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zunächst auf der Drehvorrichtung 217 ein Kalibrierkörper wie z. B. der Zylinder aus 1 bis 3 oder der Doppelkugelstab aus 4 angeordnet. Ferner wird eine separate Messvorrichtung, beispielsweise wie schematisch in 4 dargestellt, mit zumindest den Sensoren s2 bis s5 angeordnet und dazu verwendet, die Bewegungsfehler der Drehvorrichtung zu messen. Dabei sind die Sensoren und auch der zumindest eine Drehpositionssensor der Drehvorrichtung vorzugsweise mit der Steuerung des Koordinatenmessgeräts verbunden, sodass die Messwerte der Sensoren und auch des zumindest einen Drehpositionssensors von der Steuerung erfasst und einander zugeordnet werden können. Jeder vermessenen Drehposition entspricht zumindest ein Messwert eines der Sensoren s2 bis s5. Umgekehrt ist jeder der Messwerte der Sensoren s2 bis s5 einer Drehposition zugeordnet. Wenn lediglich die Arbeitsausrichtung an einer festgelegten Arbeitsposition in axialer Richtung bestimmt werden soll, reicht die Verwendung von zwei Sensoren, zum Beispiel der Sensoren s2 und s3, die an der festgelegten Arbeitsposition messen.
Die Steuerung des Koordinatenmessgeräts kann nun die erwarteten Fehlerwerte und/oder die gefilterten erwarteten Fehlerwerte für die verschiedenen Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen berechnen und daraus zumindest eine günstige Anordnung der Koordinaten-Messeinrichtung oder für die Verwendung der Drehvorrichtung in Kombination mit einer Werkzeugmaschine alternativ oder zusätzlich eine günstige Anordnung eines Bearbeitungswerkzeugs ermitteln.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung des Koordinatenmessgeräts aus den erwarteten Fehlerwerten oder aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten zumindest einen günstigen Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors der Drehvorrichtung ermitteln. Dabei entsprechen nicht nur im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels, sondern auch allgemein in Bezug auf die Erfindung die zuvor genannten erwarteten Schwankungen der radialen Position des ersten Teils oder des zweiten Teils der Drehvorrichtung und/oder Schwankungen der Position des ersten Teils oder des zweiten Teils bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung der Drehvorrichtung den erwarteten Fehlerwerten oder den gefilterten erwarteten Fehlerwerten. Erwartete Schwankungen sind erwartete Fehler.
Das Koordinatenmessgerät in Portalbauweise ist lediglich ein Ausführungsbeispiel für ein Koordinatenmessgerät, dessen Koordinaten-Messeinrichtung gemäß der Erfindung günstig angeordnet werden soll. Es können daher auch Koordinatenmessgeräte anderer Bauweise, zum Beispiel Gantry-Bauweise oder Gelenkarm-Bauweise, verwendet werden.
Im Folgenden werden Beispiele für Drehpositions-Messvorrichtungen erläutert, die die Drehposition einer Drehvorrichtung messen. Z. B. kann die Drehpositions-Messvorrichtung in die Drehvorrichtung integriert sein, sodass die Drehpositions-Messvorrichtung vollständig von Bauteilen der Drehvorrichtung umschlossen ist und so vor äußeren Einflüssen geschützt ist (wie z. B. 20 zeigt). Bei der Drehvorrichtung kann sich zum Beispiel um einen Drehtisch handeln, wie im Beispiel der 16 gezeigt. Alternativ kann es sich zum Beispiel um ein Drehgelenk mit zumindest einer Drehachse handeln. Derartige Drehgelenke werden zum Beispiel an Koordinatenmessgeräten verwendet, wobei der Sensor oder Taster des Koordinatenmessgeräts über das Drehgelenk mit anderen Teilen des Koordinatenmessgeräts verbunden ist, so dass das Drehgelenk den Sensor oder Taster in eine gewünschte Drehposition bringen kann. Insbesondere kann das Drehgelenk auch zwei Drehachsen aufweisen, die zum Beispiel senkrecht zueinander verlaufen. Vorzugsweise ist für jede der Drehachsen eine Drehpositions-Messvorrichtung vorhanden.
Die Draufsicht einer Drehpositions-Messvorrichtung in 17 zeigt einen Messkörper 75, der eine Vielzahl von strichförmigen Markierungen 82 aufweist, die sich in dem Ausführungsbeispiel in radialer Richtung zu einer Drehachse D der Drehvorrichtung erstrecken, d. h. senkrecht zur Drehachse D. Idealerweise ist der Winkelabstand der strichförmigen Markierungen 82 konstant, z. B. bei 360 Markierungen würde der Winkelabstand daher 1° betragen. Eine derartige Anordnung von strichförmigen Markierungen auf einem Messkörper wird im Folgenden als Teilkreisscheibe bezeichnet. 17 zeigt ferner eine X-Achse und eine Y-Achse eines Koordinatensystems, wobei die X-Achse und die Y-Achse senkrecht zueinander und jeweils senkrecht zu der Drehachse D verlaufen. Ferner ist ein Drehpositions-Sensoren 74 dargestellt, der in axialer Richtung der Drehachse D oberhalb der Teilkreisscheibe, das heißt in Blickrichtung der 17 vor der Teilkreisscheibe, angeordnet ist. In der Praxis kann mehr als ein solcher Sensor vorhanden sein. Der optische Erfassungsbereich des Sensors enthält eine oder mehrere der strichförmigen Markierungen 82 gleichzeitig. Der Erfassungsbereich ist insbesondere der Bereich mit etwa fünf Markierungen 82, die unmittelbar unterhalb des rechteckigen Bereichs liegen, der den Sensor darstellt. Mit der Drehbewegung der Drehvorrichtung durchlaufen die Markierungen 82 nacheinander den Erfassungsbereich. Der Sensor 74 ist an einem ersten Teil der Drehvorrichtung angeordnet (nicht dargestellt), während ein zweiter Teil der Drehvorrichtung die Teilkreisscheibe aufweist. Der erste und der zweite Teil der Drehvorrichtung sind relativ zueinander um die Drehachse D drehbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Drehpositionsmessort des Sensors 74 insbesondere der Ort, an dem der Sensor 74 angeordnet ist. Da der Sensor 74 einen Erfassungsbereich auf der Teilkreisscheibe hat, der durch eine Projektion der Teilkreisscheibe in einer Richtung parallel zur Drehachse auf den Sensor 74 abgebildet wird, kann alternativ auch der Ort des Erfassungsbereichs als Drehpositionsmessort definiert werden. Jeweils werden die Koordinaten eines zentralen Punktes des Drehpositionsmessortes als Koordinaten des Ortes verwendet, zum Beispiel des Punktes in der Mitte des Erfassungsbereiches in Umlaufrichtung der Teilkreisscheibe in dem radialen Abstand zur Drehachse, der in der Mitte der Markierungen 82 liegt.
Es sind auch andere Gestaltungen von Teilkreisscheiben möglich, insbesondere mit strichförmigen Markierungen, die an dem Außenumfang eines scheibenförmigen Körpers linienartig parallel zur Rotationsachse D verlaufen. Ferner sind entsprechende Gestaltungen, jedoch nicht mit linienförmigen Markierungen, sondern mit magnetischen Markierungen möglich. In diesem Fall erfasst der Sensor 74 nicht auf optische Weise strichförmige Markierungen, sondern das Magnetfeld, das sich aufgrund des Passierens von magnetischen Markierungen ändert.
18 zeigt den Messkörper 75, das heißt die Teilkreisscheibe gemäß 17 oder eine andere Teilkreisscheibe, in zwei verschiedenen Positionen. In einer ersten Position ist die Teilkreisscheibe mit dem Bezugszeichen 75 bezeichnet, in einer zweiten Position mit dem Bezugszeichen 75'. Allerdings ist der Drehpositionssensor nicht über, sondern radial außerhalb der Teilkreisscheibe anzuordnen. Vier mögliche Drehpositionsmessorte des Sensors 74 sind mit den Bezugszeichen 74a, 74b, 74c, 74d bezeichnet. In der Position 75 liegt die Drehachse D im Zentrum der Teilkreisscheibe. Dagegen ist die Teilkreisscheibe in der Position 75' um einen Translationsvektor Δs verschoben. Durch die Verschiebung, die das Ergebnis eines Bewegungsfehlers bei der Drehbewegung der Drehvorrichtung ist, hat sich die Teilkreisscheibe translatorisch relativ zu den Drehpositionsmessorten 74a, 74b, 74c, 74d in einer Richtung verschoben, die quer zur Drehsachse D verläuft, nämlich in 17 und 18 senkrecht zur Figurenebene. Man erkennt deutlich, dass sich die Verschiebung an den unterschiedlichen Drehpositionsmessorten unterschiedlich auswirkt. Während an den Drehpositionsmessorten 74a, 74b und 74c jeweils völlig andere Markierungen 82 von dem Sensor erfasst würden, je nachdem an welcher Position sich die Teilkreisscheibe befindet, beobachtet ein Sensor an dem Drehpositionsmessort 74d mit seinem in Richtung der Drehachse D ausgerichteten Erfassungsbereich dieselbe Markierung 82 unabhängig davon, an welcher Position sich die Teilkreisscheibe befindet.
Würde die Verschiebung dagegen in einer Richtung innerhalb der Ebene der Teilkreisscheibe stattfinden, die senkrecht zu der in 18 dargestellten Verschiebung verläuft, würde ein Sensor an dem Drehpositionsmessort 74d die größte Veränderung der Position der Markierungen 82 beobachten. Diese Veränderung bewirkt den Fehler bei der Messung der Drehposition.
Das zuvor beschriebene Beispiel verdeutlicht lediglich den Effekt einer translatorischen Bewegung. Während einer Drehbewegung der Drehvorrichtung finden aber solche translatorischen Bewegungen und zusätzliche rotatorische Bewegungen der Drehvorrichtung statt, wie zuvor beschrieben. Je nach Drehpositionsmessort kompensieren oder verstärken sich diese Bewegungen in unterschiedlicher Weise. Im günstigsten Fall, der in der Praxis allerdings nicht zu erwarten ist, kompensieren sich sämtliche translatorischen und rotatorischen Bewegungen an einem Drehpositionsmessort während eines gesamten Umlaufs des drehbeweglichen Teils der Drehvorrichtung um die Drehachse.
Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele zeigen den Fall, dass sich die Teilkreisscheibe bzw. der Messkörper der Drehpositions-Messvorrichtung dreht, während der Teil, an dem der Drehpositionssensor angeordnet ist, ruht. Die Überlegungen sind aber auch auf den umgekehrten Fall analog anwendbar. Wird der Drehpositionssensor um die Drehachse bewegt und ist dabei Bewegungsfehlern aufgrund der Überlagerung verschiedener translatorischer und rotatorischer Bewegungen ausgesetzt, entstehen entsprechende Fehler bei der Drehpositionsmessung.
19 zeigt die Teilkreisscheibe 75 aus 17 und 18 oder eine andere Teilkreisscheibe. Wiederum ist die Teilkreisscheibe 75 relativ zu der Drehachse D um den Translationsvektor Δs verschoben. Ferner sind Winkelpositionen möglicher Drehpositionsmessorte 74a, 74b, 74c des Drehpositionssensors in Bezug auf die X-Achse dargestellt. Die Winkelposition des ersten Drehpositionsmessorts 74a ist null, d. h. der Drehpositionsmessort liegt auf der X-Achse. Der zweite Drehpositionsmessort 74b ist in Umlaufrichtung der Drehachse D um den Winkel β2 gegen die X-Achse gedreht. Der dritte Drehpositionsmessort 74b ist in Umlaufrichtung der Drehachse D um den Winkel βn in Bezug auf die X-Achse gedreht. An jedem Drehpositionsmessort ist der Sensor auf die Drehachse D ausgerichtet. Rechts oben ist durch einen Punkt im Kreis angedeutet, dass sich die Richtung der Z-Achse und damit der Drehachse D senkrecht zur Bildebene erstreckt.
Ferner ist noch ein Winkelabstand φM dargestellt (wiederum in Bezug auf die X-Achse), der die Richtung des Translationsvektors Δs in Bezug auf die X-Achse beschreibt. Durch Angabe der Werte dieses Winkels φM und des Betrages des Translationsvektors Δs lässt sich die Translationsbewegung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse D eindeutig beschreiben, die die Teilkreisscheibe 75 aus ihrer Idealposition (in der die Drehachse D im Zentrum der Teilkreisscheibe 75 liegt) ausgeführt hat.
19 verdeutlicht, dass eine Verschiebung der Teilkreisscheibe quer zur Richtung der Drehachse D oder in einem anderen Fall eine Verschiebung des Drehpositionsmesssensors quer zur Richtung der Drehachse D zu einer Verschiebung des Referenzpunktes der Drehpositionsmessvorrichtung führt. Dadurch verliert aber die Drehpositions-Messvorrichtung die erforderliche eindeutige Zuordnung ihres Referenzpunktes zum Koordinatensystem der Drehvorrichtung. In 19 ist lediglich das Koordinatensystem der Drehpositions-Messvorrichtung dargestellt.
Die eindeutige geometrische Zuordnung der Koordinatensysteme der Drehvorrichtung einerseits und der Drehpositionsmessvorrichtung andererseits kann auf einfache Weise durch Berücksichtigung einer Winkeldifferenz bezüglich der Drehachse wieder hergestellt werden. Eine solche Winkeldifferenz wird auch als Offsetwinkel bezeichnet und ist in bekannten Drehvorrichtungen mit Drehpositions-Messvorrichtungen vorgesehen. Wenn nun nach Ermittlung eines günstigen Drehpositionsmessortes dieser Ort gewählt wird, kann ein dementsprechender Offsetwinkel ermittelt werden und so ebenfalls der erforderliche eindeutige Bezug zwischen den beiden Koordinatensystemen hergestellt werden. Der Offsetwinkel des Drehpositionsmessortes ist die Winkeldifferenz um die Drehachse zwischen dem Drehpositionsmessort und dem Referenzpunkt der Drehpositions-Messvorrichtung (z. B. Winkeldifferenz β2 für den Ort 74b). Der zuvor erwähnte Offsetwinkel für eine dauerhafte Verschiebung z. B. aufgrund eines Exzenterfehlers kann hinzuaddiert werden.
Anhand von 20 wird nun eine Drehvorrichtung mit integrierter Drehpositions-Messvorrichtung beschrieben. Dabei handelt es sich um eine besonders niedrig bauende Ausführungsform, d. h. die Erstreckung entlang der Drehachse R ist besonders klein. Die Teilkreisscheibe 75 des Messsystems, bei der es sich zum Beispiel um die Teilkreisscheibe gemäß einer der 17–19 handeln kann, ist an dem unteren Ende eines stabförmigen Trägers 73 des Rotors 51 angeordnet. Der Rotor 51 (der zum Beispiel als erster Teil der Drehvorrichtung bezeichnet werden kann) ist über ein Drehlager 44, bei dem es sich um eine Ringlagerung handelt, mit dem Stator 53 (der zum Beispiel als zweiter Teil der Drehvorrichtung bezeichnet werden kann) drehbar gekoppelt. Von dem Stator 53 aus gesehen radial nach innen Richtung Drehachse R, d. h. in einem Innenraum des Stators 53, liegt ein Drehpositionsmessort, an dem ein Drehpositionssensor 74 angeordnet ist. Der Drehpositionsmessort wurde in der erfindungsgemäßen Weise ermittelt.
Die in 20 dargestellte Bauweise einer Drehvorrichtung hat dabei den Vorteil, dass sich der drehbewegliche Teil (der Rotor 51) überwiegend oberhalb des Drehlagers 44 der Drehvorrichtung befindet. Daher ist es möglich, den Bewegungsfehler der Drehvorrichtung zu messen, indem (zum Beispiel wie anhand von 4 erläutert wurde) auf dem Rotor 51 ein Prüfkörper angeordnet wird und in verschiedenen Drehpositionen Abweichungen von der idealen Position des Prüfkörpers gemessen werden. Ferner hat die Bauweise den Vorteil, dass der Messkörper der Drehpositions-Messvorrichtung (hier: die Teilkreisscheibe 75) mit dem Rotor 51 verbunden ist, jedoch nach unten ragt. Es kann daher ein günstiger Drehpositionsmessort unterhalb des Drehlagers 44 ermittelt werden, obwohl der Bewegungsfehler lediglich oberhalb des Drehlagers 44 gemessen wird.

Claims

Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung (11, 12), welche einen ersten Teil (12) und einen relativ zu dem ersten Teil (12) um eine Drehachse (A1) der Drehvorrichtung (11, 12) drehbaren, zweiten Teil (11) sowie eine Drehpositions-Messvorrichtung (74, 75) zur Messung von Drehpositionen des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (11) relativ zueinander aufweist, wobei die Drehpositions-Messvorrichtung (74, 75) einen Drehpositionssensor (74) und einen für die Messung der Drehposition mit dem Drehpositionssensor (74) zusammenwirkenden Messkörper (75) aufweist, wobei der Drehpositionssensor (74) mit dem ersten Teil (12) und der Messkörper (75) mit dem zweiten Teil (11) verbunden ist oder umgekehrt, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Fehler der Drehvorrichtung (11, 12) aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung einer idealen Drehachse (A2) der Drehvorrichtung (11, 12) andererseits werden in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (11) relativ zueinander, gemessen und entsprechende Fehlermesswerte erhalten, – aus den Fehlermesswerten werden erwartete Schwankungen der radialen Position des ersten Teils (12) oder des zweiten Teils (11) der Drehvorrichtung und/oder Schwankungen der Position des ersten Teils (12) oder des zweiten Teils (11) bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung der Drehvorrichtung, die aufgrund einer Abweichung der Drehbewegung der Drehvorrichtung (11, 12) von einer idealen Drehbewegung um die ideale Drehachse (A2) entstehen, für eine Mehrzahl von Drehpositionsmessorten des Drehpositionssensors (74) ermittelt, an denen der Drehpositionssensor (74) die Drehposition der Drehvorrichtung messen kann, – unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen wird zumindest ein Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors (74) ermittelt, für den die erwarteten Schwankungen der Position bezüglich der Richtung tangential zur Drehrichtung – kleiner sind als für andere mögliche Drehpositionsmessorte und/oder – eine vorgegebene Bedingung erfüllen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine Winkelposition des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine axiale Position des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter Verwendung der Drehvorrichtung (11, 12) als Teil eines Koordinatenmessgeräts (211) ein Werkstück mittels des Koordinatenmessgeräts (211) vermessen wird, unter Verwendung der Drehvorrichtung (11, 12) als Teil einer Werkzeugmaschine eine Werkstücks mittels der Werkzeugmaschine bearbeitet wird oder unter Verwendung der Drehvorrichtung (11, 12) ein Werkstück gedreht wird, und zwar vor, während und/oder nach der Vermessung des Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgeräts (211) oder der Bearbeitung des Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine.
Anordnung zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung (11, 12), welche einen ersten Teil (12) und einen relativ zu dem ersten Teil (12) um eine Drehachse (A1) der Drehvorrichtung (11, 12) drehbaren, zweiten Teil (11) sowie eine Drehpositions-Messvorrichtung (74, 75) zur Messung von Drehpositionen des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (11) relativ zueinander aufweist, wobei die Drehpositions-Messvorrichtung (74, 75) einen Drehpositionssensor (74) und einen für die Messung der Drehposition mit dem Drehpositionssensor (74) zusammenwirkenden Messkörper (75) aufweist, wobei der Drehpositionssensor (74) mit dem ersten Teil (12) und der Messkörper (75) mit dem zweiten Teil (11) verbunden ist oder umgekehrt, und wobei die Anordnung Folgendes aufweist: – eine Messanordnung (21), die ausgestaltet ist, Fehler der Drehvorrichtung (11, 12) aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung einer idealen Drehachse (A2) der Drehvorrichtung (11, 12) andererseits in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (11) relativ zueinander, zu messen und entsprechende Fehlermesswerte an eine Prognoseeinrichtung (23) auszugeben, – die Prognoseeinrichtung (23), die ausgestaltet ist, aus den Fehlermesswerten erwartete Schwankungen der radialen Position des ersten Teils (12) oder des zweiten Teils (11) der Drehvorrichtung (11, 12) und/oder Schwankungen der Position des ersten Teils (12) oder des zweiten Teils (11) bezüglich einer Richtung tangential zur Drehrichtung der Drehvorrichtung (11, 12), die aufgrund einer Abweichung der Drehbewegung der Drehvorrichtung (11, 12) von einer idealen Drehbewegung um die ideale Drehachse (A2) entstehen, für eine Mehrzahl von Drehpositionsmessorten des Drehpositionssensors (74) zu ermitteln, an denen der Drehpositionssensor (74) die Drehposition der Drehvorrichtung (11, 12) messen kann, – eine Ermittlungseinrichtung (25), die ausgestaltet ist, unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen zumindest einen Drehpositionsmessort des Drehpositionssensors (74) zu ermitteln, für den die erwarteten Schwankungen der Position bezüglich der Richtung tangential zur Drehrichtung – kleiner sind als für andere mögliche Drehpositionsmessorte und/oder – eine vorgegebene Bedingung erfüllen.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Prognoseeinrichtung (23) ausgestaltet ist, unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine Winkelposition des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse zu ermitteln.
Anordnung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prognoseeinrichtung (23) ausgestaltet ist, unter Berücksichtigung der erwarteten Schwankungen eine axiale Position des Drehpositionsmessortes bezüglich der Drehachse zu ermitteln.
Anordnung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehvorrichtung (11, 12) Teil eines Koordinatenmessgeräts (211) zur Vermessung eines Werkstücks ist, Teil einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks ist oder ausgestaltet ist, ein Werkstück vor, während und/oder nach der Vermessung des Werkstücks mittels des Koordinatenmessgeräts (211) oder der Bearbeitung des Werkstücks mittels der Werkzeugmaschine zu drehen.
Verfahren zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung (11, 12) bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks (13) oder bei der Bearbeitung eines Werkstücks (13), wobei die Drehvorrichtung (11, 12) eine Drehbewegung des Werkstücks (13) um eine Drehachse (A1) der Drehvorrichtung (11, 12) während der Bestimmung der Koordinaten oder während der Bearbeitung des Werkstücks (13) ermöglicht, und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Fehler der Drehvorrichtung (11, 12) aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse (A2) andererseits werden in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen zweier relativ zueinander um die Drehachse drehbeweglicher Teile der Drehvorrichtung (11, 12), gemessen und entsprechende Fehlermesswerte erhalten, – aus den Fehlermesswerten werden gefilterte erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung (11, 12) ermittelt, die für eine Mehrzahl von relativen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen einer Koordinaten-Messeinrichtung (111) zur Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks (13) oder eines Bearbeitungswerkzeug einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Werkstücks (13) einerseits und der Drehvorrichtung (11, 12) andererseits erwartet werden, und zwar gefiltert über zumindest einen vorgegebenen Bereich der Anzahl von Wellen der Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse (A2) andererseits über einen vollständigen Umlauf oder einen Teil eines Umlaufs einer Drehbewegung der Drehvorrichtung (11, 12), – aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung (11, 12) wird zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung (111) oder des Bearbeitungswerkzeug ermittelt, für die der gefilterte erwartete Fehlerwert der Drehvorrichtung (11, 12) bei einer vorgegebenen Mess-Aufgabe zur Bestimmung von Koordinaten des Werkstücks (13) oder einer vorgegebenen Bearbeitungs-Aufgabe zur Bearbeitung des Werkstücks (13) – kleiner ist als für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen und/oder – eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest eine aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung (11, 12) ermittelte Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung an eine Steuerung der Koordinaten-Messeinrichtung (111) oder der Werkzeugmaschine ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung durch Simulation der Koordinatenmessung oder Bearbeitung des Werkstücks (13) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Ermittlung der zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung eine Mess-Aufgabe zu Grunde gelegt wird, gemäß der die Oberfläche des Werkstücks (13) scannend abgetastet wird.
Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei gemäß der ermittelten zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung eine Messung von Koordinaten eines Werkstücks oder eine Bearbeitung des Werkstücks gesteuert wird.
Anordnung zum Reduzieren von Fehlern einer Drehvorrichtung (11, 12) bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks (13) oder bei der Bearbeitung eines Werkstücks (13), wobei die Drehvorrichtung (11, 12) eine Drehbewegung des Werkstücks (13) um eine Drehachse (A1) der Drehvorrichtung (11, 12) während der Bestimmung der Koordinaten oder während der Bearbeitung des Werkstücks (13) ermöglicht, und wobei die Anordnung Folgendes aufweist: – eine Messanordnung (21), die ausgestaltet ist, Fehler der Drehvorrichtung (11, 12) aufgrund von Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse (A2) andererseits in einem Bereich von Drehwinkeln, d. h. bei verschiedenen Drehstellungen zweier relativ zueinander um die Drehachse (A1) drehbeweglicher Teile der Drehvorrichtung (11, 12), zu messen und entsprechende Fehlermesswerte an eine Prognoseeinrichtung auszugeben, – die Prognoseeinrichtung (23), die ausgestaltet ist, aus den Fehlermesswerten gefilterte erwartete Fehlerwerte der Drehvorrichtung (11, 12) zu ermitteln, die für eine Mehrzahl von relativen Arbeitspositionen und Arbeitsausrichtungen einer Koordinaten-Messeinrichtung (111) zur Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks (13) oder eines Bearbeitungswerkzeug einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung des Werkstücks (13) einerseits und der Drehvorrichtung (11, 12) andererseits erwartet werden, und zwar gefiltert über zumindest einen vorgegebenen Bereich der Anzahl von Wellen der Abweichungen zwischen tatsächlichen Positionen und tatsächlichen Ausrichtungen der Drehachse (A1) einerseits und entsprechenden idealen Positionen und einer idealen Ausrichtung der Drehachse (A2) andererseits über einen vollständigen Umlauf oder einen Teil eines Umlaufs einer Drehbewegung der Drehvorrichtung (11, 12), – eine Ermittlungseinrichtung (25), die ausgestaltet ist, aus den gefilterten erwarteten Fehlerwerten der Drehvorrichtung (11, 12) zumindest eine Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung (111) oder des Bearbeitungswerkzeug zu ermitteln, für die der gefilterte erwartete Fehlerwert der Drehvorrichtung (11, 12) bei einer vorgegebenen Mess-Aufgabe zur Bestimmung von Koordinaten des Werkstücks (13) oder einer vorgegebenen Bearbeitungs-Aufgabe zur Bearbeitung des Werkstücks (13) – kleiner ist als für andere Arbeitspositionen und/oder Arbeitsausrichtungen und/oder – eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
Koordinatenmessgerät (211) mit einer Anordnung gemäß Anspruch 14.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 15, wobei die Ermittlungseinrichtung mit einer Steuerung (27) des Koordinatenmessgeräts (211) verbunden ist, so dass die Steuerung (27) gemäß der ermittelten zumindest einen Arbeitsposition und/oder Arbeitsausrichtung der Koordinaten-Messeinrichtung (111) eine Messung von Koordinaten eines Werkstücks steuern kann.