DE102014223743A1 - Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs und mehrachsiges Maschinenwerkzeug - Google Patents

Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs und mehrachsiges Maschinenwerkzeug Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs hat einen Messschritt zum Indexieren einer Position einer Zielkugel, die entweder an einer Hauptspindel (11) oder einem Tisch (6) angebracht ist, in vielen Winkeln um eine Drehachse, und zum Messen der Position der Zielkugel an jeweiligen indexierten Positionen unter Verwendung einer Kontaktsonde, die an der anderen Komponente von der Hauptspindel (11) und dem Tisch (6) angebracht ist, einen Schritt zum Berechnen eines geometrischen Fehlers, um einen geometrischen Fehler aus der gemessenen Position der Zielkugel zu berechnen, einen Schritt (S1) zum Berechnen eines Ellipsenausdrucks, um einen Ellipsenannäherungsausdruck durch eine Bogenspur zu berechnen, die durch Betätigen der Drehachse gemessen wird, und einen Schritt (S3 bis S6) zum Korrigieren eines Fehlers, um einen Skalierfehler von Translationsachsen aus dem berechneten Ellipsennäherungsausdruck zu berechnen und zu korrigieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs, das zwei oder mehrere Translationsachsen und zumindest eine Drehachse hat, und sie bezieht sich auf ein mehrachsiges Maschinenwerkzeug, das das Verfahren implementieren kann.
  • Bei Maschinenwerkzeugen ist es bei einem mehrachsigen Maschinenwerkzeug wie zum Beispiel bei einer fünfachsigen Bearbeitungszentrale, bei der zwei Drehachsen zu einer herkömmlichen dreiachsigen Bearbeitungszentrale hinzugefügt sind, gewünscht, die Genauigkeit zum Durchführen einer hocheffizienten Bearbeitung oder einer Bearbeitung von komplexen Formwerkstücken zu verbessern. Im Allgemeinen wird die Montage schwierig, und die Genauigkeit tendiert zu einer Verschlechterung, falls die Anzahl der Achsen erhöht wird. Da es jedoch eine Grenze beim Erreichen der Genauigkeit bei der Montage gibt, wurde ein Korrektursystem entwickelt, um so die Genauigkeit zu verbessern, indem eine Neigung zwischen angrenzenden Achsen oder ein Positionsfehler, das heißt ein geometrischer Fehler, korrigiert wird.
  • Als ein herkömmliches Verfahren zum Identifizieren des geometrischen Fehlers werden vielfältige Messinstrumente, wie zum Beispiel ein Versatzmessinstrument oder ein rechtwinkliges ”Speed Square” verwendet, um den geometrischen Fehler aus einem Messergebnis zu erhalten. Jedoch gibt es nicht nur Probleme dahingehend, dass die vielfältigen Messinstrumente erforderlich sind, sondern auch eine Ungewissheit des Messergebnisses wie zum Beispiel eine Variation eines gelesenen Wertes in Abhängigkeit von den Fertigkeiten beim Messen hat einen bedeutenden Einfluss auf die Identifikationsgenauigkeit.
  • Als ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers bei einer fünfachsigen Bearbeitungszentrale ist eine Messung einer simultanen dreiachsigen Bogeninterpolationsbewegung allgemein bekannt, indem ein Versatzsensor verwendet wird, der als ein Kugelkopf bezeichnet wird. Das Verfahren ist ein Verfahren zum Synchronisieren von zwei linearen Achsen und einer Drehachse, um eine Kreisbewegung zu bewirken, um so einen relativen Versatz zwischen einem Punkt an einem Tisch und einer Hauptspindel aufrecht zu erhalten, und zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers aus einem Betrag einer Mittenabweichung einer erhaltenen Kreisbahn. Da jedoch bei diesem Verfahren ein spezifisches Messinstrument, wie zum Beispiel der Kugelkopf, erforderlich ist, und ein Einfluss eines Einstellverfahrens des Messinstruments auf die Identifikationsgenauigkeit bedeutend ist, kann die Messung nicht leicht durchgeführt werden.
  • Zusätzlich ändert sich der geometrische Fehler in Abhängigkeit von Gründen wie zum Beispiel ein Anbringungszustand des Werkzeugs und eine thermische Ausdehnung aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur. Daher wird eine Identifikation eines geometrischen Fehlers zum Durchführen einer Korrektur eines geometrischen Fehlers in wünschenswerter Weise durchgeführt, bevor eine hochgenaue Bearbeitung durchgeführt wird. Da jedoch bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine bedeutende Zeit für die Messung erforderlich ist, ein spezifisches Messinstrument erforderlich ist und die Identifikationsgenauigkeit von den Messfertigkeiten einer Person abhängt, die sich mit der Messung beschäftigt, ist die Implementierung des Verfahrens schwierig.
  • Unter Verwendung einer Kontaktsonde, die an dem Maschinenwerkzeug angebracht ist, und einer Kugel als ein Messziel wird daher ein Messsytem auf der Grundlage eines Prinzips zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers entwickelt, das ähnlich einer Messung einer Genauigkeit einer simultanen, dreiachsigen Bogeninterpolationsbewegung unter Verwendung des Kugelkopfes ist (japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2011 38902 A ( JP-A-2011-38902 )). Im Falle einer fünfachsigen Bearbeitungszentrale mit Drehtisch wird zum Beispiel ein Prozess wiederholt, der nachfolgend beschrieben wird. Der Prozess ist ein Prozess zum Installieren einer Zielkugel an einem Tisch, zum Indexieren von Drehachsen und Achsen einer Schwenkbewegung in vielen Winkeln, zum mehrmaligen Kontaktieren der an der Hauptspindel angebrachten Kontaktsonde mit der Zielkugel an dem Tisch bei den jeweiligen Indexierbedingungen, zum Beispiel zum mehrmaligen Indexieren nur der Drehachsen, während die Achsen der Schwenkbewegung an einem vorgegebenen Winkel fixiert sind, oder zum mehrmaligen Indexieren nur der Achsen der Schwenkbewegung, während die Drehachsen an einem vorgegebenen Winkel fixiert sind, und zum Berechnen einer Mittenkoordinate und eines Durchmessers der Kugel. Der geometrische Fehler wird aus dem Betrag der Mittenabweichung der Bogenspur identifiziert, die bei den vielen Indexierbedingungen aus der gemessenen Position der Kugel gezogen wird.
  • Ein System zum Messen eines geometrischen Fehlers ist eine Funktion zum Identifizieren von sechs Komponenten eines translatorischen Fehlers und eines Drehfehlers in einer Beziehung zwischen den angrenzenden Achsen, das heißt, einer Positionsbeziehung zwischen einer bestimmten Achse und einer daran angrenzenden Achse aus allen Achsen einer Konfiguration der Maschine. Jedoch ist in den jeweiligen Achsen ein individueller Fehler vorhanden, wie zum Beispiel ein Positionsfehler, der eine Bearbeitungsgenauigkeit im Falle der linearen Achse beeinträchtigt. Der Positionsfehler wird unter Verwendung eines Messinstruments wie zum Beispiel ein Laserlängenmessinstrument oder dergleichen im Voraus gemessen, und er wird bei der Korrektur des Positionsfehlers angewendet.
  • Als ein Positionsdetektor des Maschinenwerkzeugs wird ein Drehencoder zum Steuern einer Drehung eines Motors oder ein linearer Encoder, der ein direkter Detektor ist, als eine Vorrichtung zum Erfassen der Position mit einem hohen Genauigkeitsgrad verwendet. Diese Positionsdetektoren sind aus einem Material ausgebildet, das sich von dem Guss unterscheidet, der ein allgemeines Komponentenmaterial des Maschinenwerkzeugs ist. Daher wird eine Korrekturtabelle vorbereitet, indem Koeffizienten einer linearen Ausdehnung von wesentlichen Materialien eingestellt werden, die den Positionsdetektor bilden, indem Temperaturen eines Objekts an Positionen nahe den Positionen ihres Sensors erhalten werden, und indem ein Positionsfehler durch das Laserlängenmessinstrument gemessen wird. Zur Zeit einer Messung zum Vorbereiten der Korrekturtabelle wird jedoch ein Fehler, der im Allgemeinen als ein Skalierfehler bezeichnet wird, zwischen der gespeicherten Korrekturtabelle und dem tatsächlichen Verhalten der Maschine erzeugt, falls Korrekturkoeffizienten der linearen Ausdehnung nicht eingestellt werden oder die Positionen der angewendeten Objekttemperatursensoren nicht angemessen sind, und falls sich eine Umgebungstemperatur der installierten Maschine ändert. Als eine Technik zum Korrigieren des Skalierfehlers offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2006 281335 A eine Erfindung, bei der ein Betrag eines Versatzes einer Skala, die zum Erhalten eines Betrags eines Versatzes einer festen Position eines Werkstücks an dem Tisch verwendet wird, aus einem Produkt einer Temperatur zum Schätzen des thermischen Versatzes, der auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Skalatemperatur und der Referenztemperatur erhalten wird, und einer Differenz zwischen einer Koordinate einer Position einer Klingenspitze und einer Koordinate einer Position eines Skaladetektors und eines Koeffizienten einer linearen Ausdehnung der Skala erhalten wird.
  • Da jedoch der Skalierfehler nicht nur in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird, sondern auch von anderen Ursachen abhängt, ist es schwierig, den Skalierfehler nur durch die Temperaturinformationen zu korrigieren.
  • Es ist dementsprechend die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers für ein mehrachsiges Maschinenwerkzeug vorzusehen, das geometrische Fehler von angrenzenden Achsen und Skalierfehler von entsprechenden Translationsachsen identifizieren kann und die Fehler mit einem hohen Genauigkeitsgrad korrigieren kann, und das mehrachsige Maschinenwerkzeug vorzusehen.
  • Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, sieht ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers bezüglich zwei oder mehreren Translationsachsen und zumindest einer Drehachse und zum Korrigieren eines Skalierfehlers der Translationsachsen durch eine Steuervorrichtung für ein mehrachsiges Maschinenwerkzeug vor. Das mehrachsige Maschinenwerkzeug hat eine Hauptspindel, an der ein Werkzeug angebracht werden kann, und einen Tisch, an der ein Werkstück gehalten wird, und die Hauptspindel und der Tisch sind so konfiguriert, dass sie sich durch die Steuervorrichtung über die Translationsachsen und die Drehachse relativ zueinander bewegen, so dass das Werkstück mit dem Werkzeug bearbeitet wird. Das Verfahren hat einen Messschritt zum Indexieren einer Position einer gemessenen Hilfsvorrichtung, die entweder an der Hauptspindel oder dem Tisch angebracht ist, in vielen Winkeln um die Drehachse und zum Messen der Position der gemessenen Hilfsvorrichtung an den indexierten Positionen unter Verwendung eines Positionsmesssensors, der an der anderen Komponente von der Hauptspindel und dem Tisch angebracht ist, einen Schritt zum Berechnen eines geometrischen Fehlers, um einen geometrischen Fehler aus der gemessenen Position der gemessenen Hilfsvorrichtung zu berechnen, einen Schritt zum Berechnen eines Ellipsenausdrucks, um einen Ellipsennäherungsausdruck durch eine Bogenspur zu berechnen, die durch den Betrieb der Drehachse gemessen wird, und einen Schritt zum Korrigieren eines Fehlers, um den Skalierfehler der Translationsachsen aus dem berechneten, Ellipsennäherungsausdruck zu berechnen und zu korrigieren.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt vor, bei dem der Schritt zum Korrigieren des Fehlers ausgeführt wird, wenn eine Differenz zwischen einem langen Durchmesser und einem kurzen Durchmesser des Ellipsennäherungsausdrucks einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt vor, bei dem der Schwellwert auf der Grundlage eines Änderungsbetrags pro Längeneinheit festgelegt wird.
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Verfahren gemäß einem des ersten bis dritten Aspekts vor, bei dem eine Korrektur des Skalierfehlers durch einen primären Ausdruck ausgedrückt wird und eine Korrektur des Skalierfehlers erreicht wird, indem eine neue Positionsfehlerkorrekturtabelle mit dem primären Ausdruck festgelegt wird, der bei einem Gradienten der Positionsfehlerkorrekturtabelle der Translationsachsen bei dem Schritt zum Korrigieren des Fehlers berücksichtigt wird.
  • Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Verfahren gemäß einem des ersten bis vierten Aspektes vor, bei dem der Schritt zum Korrigieren eines Fehlers ein Berechnen einer Differenz zwischen erfassten Temperaturen von Temperatursensoren, die in der Nähe der Detektoren der jeweiligen Translationsachsen vorgesehen sind, und einer erfassten Temperatur eines Temperatursensors aufweist, der an einer beliebigen Referenzposition vorgesehen ist, und ein Verteilen des Korrekturbetrags des Skalierfehlers mit einem Verhältnis der Differenz der erfassten Temperatur für die Korrektur beinhaltet.
  • Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt vor, bei dem der Korrekturbetrag des Skalierfehlers unter Verwendung eines linearen Ausdehnungskoeffizienten einer Struktur korrigiert wird, an der die gemessene Hilfsvorrichtung installiert ist.
  • Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Verfahren gemäß einem des ersten bis dritten Aspektes vor, bei dem der Schritt zum Korrigieren eines Fehlers ein Einstellen der Translationsachse im Voraus, die als eine Referenz dient, und ein Berücksichtigen einer Differenz des Skalierfehlers bei den verbleibenden Translationsachsen für eine Korrektur beinhaltet.
  • Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem achten Aspekt der Erfindung ein mehrachsiges Maschinenwerkzeug einschließlich einer Hauptspindel, an der ein Werkzeug angebracht werden kann, und eines Tisches vorgesehen, an dem ein Werkstück gehalten wird, die so konfiguriert sind, dass sie sich durch eine Steuervorrichtung über zwei oder mehrere Translationsachsen und zumindest eine Drehachse relativ zueinander bewegen, so dass das Werkstück mit dem Werkzeug bearbeitet wird, wobei die Steuervorrichtung ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers gemäß einem des ersten bis siebten Aspekts der Erfindung ausführen kann.
  • Gemäß der Erfindung kann nicht nur die Identifizierung des geometrischen Fehlers der angrenzenden Achsen, sondern auch der Skalierfehler der Translationsachsen gleichzeitig korrigiert werden, so dass eine Bearbeitung mit noch höherer Genauigkeit erreicht wird.
  • Da insbesondere nicht nur die Temperaturinformationen, sondern auch der direkte Skalierfehler aus der Bogenspur identifiziert wird, die bei der Identifizierung des geometrischen Fehlers erhalten wird, kann eine Korrektur des Skalierfehlers mit einem hohen Genauigkeitsgrad verwirklicht werden.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer fünfachsigen gesteuerten Bearbeitungszentrale.
  • 2 zeigt eine beschreibende Ansicht einer langen Ellipsenkomponente durch einen Skalierfehler.
  • 3A und 3B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Zielkugel in einem Zustand, an dem sie an einem Tisch befestigt ist.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Korrekturprozesses eines Skalierfehlers.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs, und sie zeigt eine perspektivische Ansicht einer fünfachsigen gesteuerten Bearbeitungszentrale 1, bei der eine Reihenfolge einer Achskonfiguration von einem Werkstück zu einem Werkzeug ein Werkstück, eine C-Achse, eine A-Achse, eine Y-Achse, eine X-Achse, eine Z-Achse und ein Werkzeug ist. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse in 1 sind drei orthogonale Achsen (Translationsachsen), und die Richtung der Y-Achse wird als eine Vorwärts-/Rückwärtsrichtung definiert, die Richtung der X-Achse wird als eine seitliche Richtung definiert, und die Richtung der Z-Achse wird als eine vertikale Richtung definiert.
  • Y-Achsführungen 3 und 3 sind an einer oberen Fläche eines Betts 2 ausgebildet, und eine AC-Achseinheit 4 mit einer Zapfenstruktur ist an den Y-Achsführungen 3 und 3 so installiert, dass sie in der Richtung der Y-Achse bewegbar ist. Die AC-Achseinheit 4 hat ein Gestell 5, das mit einer breiten U-Form in der seitlichen Richtung in einer Vorderansicht ausgebildet ist, und das Gestell 5 kann sich um die A-Achse parallel zu der Richtung der X-Achse durch einen A-Achsantriebsmechanismus (nicht dargestellt) drehen und neigen, der an der linken und der rechten Seite integriert ist. Die AC-Achseinheit 4 hat einen Tisch 6 zum Platzieren eines Werkstücks, das einem Bearbeitungsobjekt entspricht, und zwar an der oberen Fläche des Gestells 5, und der Tisch 6 ist um 360° um die C-Achse parallel zu der Z-Achse durch einen C-Achsantriebsmechanismus (nicht dargestellt) drehbar, der in dem Gestell 5 integriert ist.
  • Eine Kreuzschiene 7 mit einer umgedrehten U-Form ist an dem Bett 2 befestigt, um die Y-Achsführungen 3 und 3 zu überbrücken, und ein X-Achsführungsabschnitt 8 ist an der vorderen Fläche der Kreuzschiene 7 ausgebildet. Ein RAM-Sattel 9 ist an dem X-Achsführungsabschnitt 8 so vorgesehen, dass er in der Richtung der X-Achse bewegbar ist. Der RAM-Sattel 9 ist mit einem Z-Achsführungsabschnitt 10 versehen, und der Z-Achsführungsabschnitt 10 ist mit einem Hauptspindelkopf 12 versehen, der an seinem unteren Ende eine Hauptspindel 11 so aufweist, dass sie in der Richtung der Z-Achse bewegbar ist. Der RAM-Sattel 9, die AC-Achseinheit 4 und der Hauptspindelkopf 12 sind so konfiguriert, dass sie durch eine Kugelrollspindel, die parallel zu Führungsflächen der jeweiligen Führungsabschnitte installiert ist, und einen Servomotor bewegbar sind, der an der Kugelrollspindel gekoppelt ist. Ein NC-Gerät (Steuervorrichtung), das nicht dargestellt ist, ist an der fünfachsigen, gesteuerten Bearbeitungszentrale 1 vorgesehen, und der Antrieb der jeweiligen Elemente wie zum Beispiel die AC-Achseinheit 4 und der Hauptspindelkopf 12 in den Richtungen der jeweiligen Achsen wird durch das NC-Gerät gesteuert.
  • Die fünfachsige gesteuerte Bearbeitungszentrale 1 dreht und rotiert das an dem Tisch 6 befestigte Werkstück um die A-Achse und die C-Achse und bewegt es in der Richtung der Y-Achse. Währenddessen wird eine mehrflächige Bearbeitung an dem Werkstück durchgeführt, indem die Hauptspindel 11, an der das Werkzeug angebracht ist, in der X-Achse und der Z-Achse bewegt wird.
  • Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Temperatursensor, der zum Messen einer Umgebungstemperatur konfiguriert ist. Ein Temperatursensor 14 ist in der Nähe einer Position installiert, an der eine lineare Y-Achsskala, die nicht dargestellt ist, an dem Bett 2 installiert ist. Ein Temperatursensor 15 ist an der Kreuzschiene 7 in der Nähe einer Installationsposition der linearen X-Achsskala installiert, die nicht dargestellt ist.
  • Bei der fünfachsigen, gesteuerten Bearbeitungszentrale 1, die gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert ist, sind Skalierfehler ΔX und ΔY in den jeweiligen Achsen in einer XV-Ebene vorhanden. Es ist allgemein bekannt, dass eine Ellipse entsprechend einem nachfolgend vorgegebenen Ausdruck (1) erhalten wird, wenn eine Kreisspur mit einem Radius R gezogen wird, wie sie in der 2 dargestellt ist.
  • Figure DE102014223743A1_0002
  • Falls ein rechter Winkelfehler y unter Verwendung einer Kontaktsonde als ein Positionsmesssensor und einer Zielkugel als eine gemessene Hilfsvorrichtung tatsächlich identifiziert wird, wird eine Zielkugel 16 an einer Position befestigt, die von einer Drehmitte des Tischs 6 über R beabstandet ist, wie dies in der 3 dargestellt ist. Unter der Annahme, dass die Drehmitte der A-Achse an einer Mittellinie der C-Achse liegt, werden bei diesem Beispiel Mittelkoordinaten [X0, Y0, Z0, A0, C0] der Zielkugel 16 durch einen nachfolgend vorgegebenen Ausdruck (2) eingestellt, falls ein Schnitt zwischen der Mittellinie der C-Achse und der Drehmitte der A-Achse als ein Ursprungspunkt der Koordinaten festgelegt wird. In dem Ausdruck (2) ist H ein Abstand von dem Ursprungspunkt der Koordinaten zu der Mitte der Zielkugel 16.
  • Figure DE102014223743A1_0003
  • Bei dem Beispiel in der 2 gibt es acht Messpunkte in einem Messbereich von 0° bis 360°, wobei die indexierte Teilung 45° beträgt. Daher ist die C-Achse in 45°-Teilungen indexiert, und die Koordinate der Zielkugel 16 wird durch eine an der Hauptspindel angebrachte Kontaktsonde (nicht dargestellt) jedes Mal dann gemessen, wenn das Indexieren durchgeführt wird (Messschritt).
  • Nachfolgend wird ein geometrischer Fehler aus der gemessenen Koordinate identifiziert. Ähnlich wie in der Offenbarung der JP A 2011 38902 wird die Identifizierung des geometrischen Fehlers durchgeführt, indem viele gemessene Werte der Mittelpositionen zu einem Bogen angenähert werden und indem ein Fehler der Mittelposition und ein Neigungsfehler der C-Achse und Neigungsfehler der X-Achse und der Y-Achse aus einer primären oder sekundären Komponente des angenäherten Bogens berechnet werden (Schritt zum Berechnen eines geometrischen Fehlers).
  • Dann werden die Skalierfehler der X-Achse und der Y-Achse bestätigt, indem die X-Achskoordinaten und die Y-Achskoordinaten [Xi, Yi] aus den gemessenen Koordinaten der Zielkugel 16 verwendet werden. Der Ellipsenausdruck als der Ausdruck (1) kann angewendet werden, falls der Fehler lediglich der Skalierfehler ist. Wenn jedoch die Mitte der Ellipse als [Xc, Yc] angenommen wird und die Neigung der Ellipse als θ angenommen wird, ist ein allgemeiner Ausdruck der Ellipse tatsächlich ein nachfolgend angegebener Ausdruck (3) aus dem geometrischen Fehler, wie zum Beispiel ein Rechtwinkligkeits- oder Positionsfehler der Mitte der Drehachse.
  • Figure DE102014223743A1_0004
  • Ein Koeffizient des Ausdrucks (3) wird durch ein Verfahren des kleinsten Quadrats aus den gemessenen Daten [Xi, Yi] berechnet, um einen Näherungsausdruck der Ellipse zu erhalten, und eine Korrektur des Skalierfehlers wird durchgeführt. Eine detaillierte Prozedur der Korrektur wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in der 4 beschrieben.
  • Um die Skalierfehler der X-Achse und der Y-Achse zu bestimmen, wird zu allererst der Ausdruck (3), nämlich ein Ellipsennäherungsausdruck, aus den gemessenen Daten der X-Achskoordinate und der Y-Achskoordinate erhalten (S1, Schritt zum Berechnen eines Ellipsenausdrucks).
  • Nachfolgend werden (R – ΔX) und (R – ΔY) verglichen, die dem erhaltenen langen Durchmesser und dem erhaltenen kurzen Durchmesser entsprechen, und es wird bestimmt, ob eine Differenz vorhanden ist und eine lange Ellipse ausgebildet ist (S2). Aus einem Schwellwert ε [mm/mm], der im Voraus festgelegt wird (der Änderungsbetrag pro Längeneinheit), wird hierbei bestimmt, dass die lange Ellipsenkomponente vorhanden ist, wenn (ε × R) < |ΔX – ΔY| erfüllt ist.
  • Falls die lange Ellipsenkomponente gemäß der Bestimmung bei S2 vorhanden ist, werden jeweilige Temperaturen T1, T2 und T3 der entsprechenden Temperatursensoren 13 bis 15 erhalten (S3). Falls im Gegensatz dazu keine lange Ellipsenkomponente vorhanden ist, wird der Prozess beendet, ohne dass die Korrektur des Skalierfehlers durchgeführt wird.
  • Nachfolgend wird die Temperatur T1 des Temperatursensors 13, die einer Umgebungstemperatur entspricht, als eine Referenztemperatur festgelegt, und eine Temperaturdifferenz der X-Achse
    ΔTX = T3 – T1 sowie eine Temperaturdifferenz der Y-Achse
    ΔTY = T2 – T1 werden berechnet (S4). Jedoch ist die Referenztemperatur nicht auf die Umgebungstemperatur beschränkt, und Temperaturen an beliebigen Positionen wie zum Beispiel die Temperatur des Referenztemperatursensors einer Ölsteuervorrichtung können verwendet werden, oder die Temperatur eines Temperatursensors kann verwendet werden, der an einer Position installiert ist, die durch ein hydraulisches Instrument nicht beeinträchtigt wird.
  • Aus der Differenz der Skalierfehler (ΔX – ΔY) werden nachfolgend Koeffizienten kx und ky zum Korrigieren der Gradienten der Positionskorrektur der jeweiligen Achsen wie im Ausdruck (4) durch eine Gewichtung des Betrags der Temperaturänderung verteilt (S5).
  • Figure DE102014223743A1_0005
  • Obwohl der Temperatursensor hier verwendet wird, der der Referenztemperatur entspricht, unterscheidet sich eine Temperatur des Tisches, an dem die Zielkugel installiert ist, von der Referenztemperatur, falls Schneidwasser verwendet wird, und die Temperaturdifferenz kann den gemessenen Wert R beeinträchtigen. Daher wird nochmals ein Temperatursensor 17 (1) vorgesehen, der dazu konfiguriert ist, eine Temperatur einer oberen Fläche des Tisches 6 zu messen, an der die Zielkugel zu installieren ist, und R' im nachfolgend vorgegebenen Ausdruck (5) wird für R in dem Ausdruck (4) angewendet, wobei T4 die Tischtemperatur ist und α ein linearer Ausdehnungskoeffizient der Maschine ist, so dass eine Korrektur auf einem höheren Niveau ermöglicht wird. R' = R·α·(T4 – T1) (5)
  • Schließlich werden Korrekturkoeffizienten in den Positionsfehlerkorrekturtabellen F(X) und F(Y) wie im nachfolgend vorgegebenen Ausdruck (6) berücksichtigt, und neue Positionsfehlerkorrekturtabellen F'(X) und F'(Y) werden festgelegt, wodurch die Skalierfehler korrigiert werden (S6, S3 bis S6 sind Schritte zum Korrigieren eines Fehlers).
  • Figure DE102014223743A1_0006
  • Gemäß einem Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels können nicht nur die Identifizierung des geometrischen Fehlers der angrenzenden Achsen, sondern auch die Skalierfehler der Translationsachsen gleichzeitig korrigiert werden, so dass eine Bearbeitung mit noch höherer Genauigkeit erreicht wird.
  • Insbesondere werden nicht nur die Temperaturinformationen, sondern auch der direkte Skalierfehler aus der Bogenspur identifiziert, die bei der Identifizierung des geometrischen Fehlers erhalten wird, und eine Korrektur des Skalierfehlers kann mit einem höheren Genauigkeitsgrad verwirklicht werden.
  • Obwohl der Korrekturgradient einer Positionsfehlerkorrekturtabelle gemäß der Temperaturdifferenz von den jeweiligen Abschnitten bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verteilt wird, wird durch ein Verfahren zum Festlegen einer linearen Achse, die als eine Referenz dient, im Voraus und durch Berücksichtigen der Differenz bei dem Skalierfehler an anderen Achsen dieselbe Wirkung erreicht.
  • Obwohl der Fall, bei dem die Skalierfehler der X-Achse und der Y-Achse korrigiert werden, bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird zusätzlich die C-Achse auf einen vorgegebenen Winkel fixiert, und dann kann der Ellipsenannäherungsausdruck in der gleichen Art und Weise aus der Spur der Y-Achskoordinate und der Z-Achskoordinate aus dem Messergebnis identifiziert werden, das durch Positionieren der A-Achse an einer Vielzahl von Indexierbedingungen erhalten wird, wenn die Skalierfehler der Y-Achse und der Z-Achse korrigiert werden.
  • Darüber hinaus ist die Erfindung auch dann anwendbar, wenn die Anordnungen der Zielkugel und der Kontaktsonde zwischen der Hauptspindel und dem Tisch gewechselt werden.
  • Das mehrachsige Maschinenwerkzeug ist nicht auf die fünfachsige gesteuerte Bearbeitungszentrale beschränkt, und falls das mehrachsige Maschinenwerkzeug die zwei oder mehreren Translationsachsen und zumindest eine Drehachse hat, ist auch eine Konfiguration anwendbar, bei der zwei oder mehrere Drehachsen an der Seite der Hauptspindel vorgesehen sind, oder eine Konfiguration, bei der jeweils eine der Drehachsen an der Seite der Hauptspindel und der Seite des Tisches vorgesehen sind. Daher ist die Erfindung nicht auf das Maschinenwerkzeug der Bearbeitungszentralbasis beschränkt, sondern ein zusammengesetztes Maschinenwerkzeug auf der Grundlage einer Drehbank ist auch anwendbar.
  • Solange die Position in der Richtung der Translationsachsen des Tisches gemessen werden kann, kann die Erfindung nicht nur auf die lineare Skala angewendet werden, sondern auch auf andere Detektoren wie zum Beispiel ein Drehencoder.
  • Es ist ausdrücklich gesagt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale getrennt und unabhängig voneinander zum Zwecke einer Ursprungsoffenbarung und auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsbeispielen und/oder den Ansprüchen offenbart sein sollen. Es ist ausdrücklich gesagt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Baugruppen alle möglichen Zwischenwerte oder Zwischenbaugruppen zum Zwecke einer Ursprungsoffenbarung und auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung offenbaren sollen, und insbesondere Grenzen der Wertebereiche.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (8)

  1. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs einschließlich einer Hauptspindel (11), an der ein Werkzeug angebracht werden kann, und eines Tisches (6), an dem ein Werkstück gehalten wird, die dazu konfiguriert sind, sich durch eine Steuervorrichtung über zwei oder mehrere Translationsachsen und zumindest eine Drehachse relativ zueinander derart zu bewegen, dass das Werkstück mit dem Werkzeug bearbeitet wird, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers bezüglich den Translationsachsen und der Drehachse und zum Korrigieren eines Skalierfehlers der Translationsachsen durch die Steuervorrichtung des mehrachsigen Maschinenwerkzeugs ist, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: einen Messschritt zum Indexieren einer Position einer gemessenen Hilfsvorrichtung (16), die entweder an der Hauptspindel (11) oder dem Tisch (6) angebracht ist, in vielen Winkeln um die Drehachse, und zum Messen der Position der gemessenen Hilfsvorrichtung (16) an indexierten Positionen unter Verwendung eines Positionsmesssensors, der an der anderen Komponente von der Hauptspindel (11) und dem Tisch (6) angebracht ist; einen Schritt zum Berechnen eines geometrischen Fehlers, um einen geometrischen Fehler aus der gemessenen Position der gemessenen Hilfsvorrichtung (16) zu berechnen; einen Schritt (S1) zum Berechnen eines Ellipsenausdrucks, um einen Ellipsenannäherungsausdruck durch eine Bogenspur zu berechnen, die durch Betätigen der Drehachse gemessen wird, und einen Schritt (S3 bis S6) zum Korrigieren eines Fehlers, um den Skalierfehler der Translationsachsen aus dem berechneten Ellipsennäherungsausdruck zu berechnen und zu korrigieren.
  2. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (S3 bis S6) zum Korrigieren eines Fehlers ausgeführt wird, wenn eine Differenz zwischen einem langen Durchmesser und einem kurzen Durchmesser des Ellipsennäherungsausdrucks einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
  3. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs gemäß Anspruch 2, wobei der Schwellwert auf der Grundlage eines Änderungsbetrags pro Längeneinheit festgelegt wird.
  4. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Korrektur des Skalierfehlers durch einen primären Ausdruck ausgedrückt wird, und eine Korrektur des Skalierfehlers erreicht wird, indem eine neue Positionsfehlerkorrekturtabelle mit dem primären Ausdruck festgelegt wird, der bei einem Gradienten der Positionsfehlerkorrekturtabelle der Translationsachsen bei dem Schritt (S3 bis S6) zum Korrigieren eines Fehlers berücksichtigt wird.
  5. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt (S3 bis S6) zum Korrigieren eines Fehlers ein Berechnen einer Differenz zwischen erfassten Temperaturen von Temperatursensoren, die in der Nähe von Detektoren der jeweiligen Translationsachsen vorgesehen sind, und einer erfassten Temperatur eines Temperatursensors, der an einer beliebigen Referenzposition vorgesehen ist, und ein Verteilen eines Korrekturbetrags des Skalierfehlers mit einem Verhältnis der Differenz der erfassten Temperatur für die Korrektur aufweist.
  6. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs gemäß Anspruch 5, wobei der Korrekturbetrag des Skalierfehlers unter Verwendung eines linearen Ausdehnungskoeffizienten einer Struktur korrigiert wird, an der die gemessene Hilfsvorrichtung (16) installiert ist.
  7. Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt (S3 bis S6) zum Korrigieren eines Fehlers ein Festlegen der Translationsachse im Voraus, die als eine Referenz dient, und eine Berücksichtigung einer Differenz des Skalierfehlers bei den verbleibenden Translationsachsen für die Korrektur aufweist.
  8. Mehrachsiges Maschinenwerkzeug einschließlich einer Hauptspindel (11), an der ein Werkzeug angebracht werden kann, und eines Tisches (6), an dem ein Werkstück gehalten wird, die dazu konfiguriert sind, sich durch eine Steuervorrichtung über zwei oder mehrere Translationsachsen und zumindest einer Drehachse relativ zueinander derart zu bewegen, dass das Werkstück mit dem Werkzeug bearbeitet wird, wobei die Steuervorrichtung ein Verfahren zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführen kann.
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