DE102015205366A1

DE102015205366A1 - Messsystem

Info

Publication number: DE102015205366A1
Application number: DE102015205366.0A
Authority: DE
Inventors: Tadahiro OKI
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2015-10-15
Also published as: CN104972361A; US9506736B2; JP2015203567A; US20150292852A1

Abstract

Ein Messsystem (S) identifiziert geometrische Fehler unter Verwendung eines anfänglichen Positionsmessschrittes (S1) zum Spezifizieren von Koordinaten und Maßen einer Zielkugelfläche (6) und eines Indexiermessschrittes (S3) zum Positionieren von Drehachsen gemäß vielen Indexierzuständen und zum Identifizieren von geometrischen Fehlern aus sensorgemessenen Koordinatenwerten entsprechend Koordinatenwerten, die durch Messen der Zielkugelfläche (6) durch einen Sensor (32) einer Berührungssonde (31) erhalten werden. Demnach können bei dem Indexiermessschritt (S3) Koordinaten der Zielkugelfläche (6) in einfacher Weise nur durch dreimaliges Messen der Zielkugelfläche (6) durch den Sensor (32) erhalten werden, indem die Maße der Zielkugelfläche (6) verwendet werden, die bei dem anfänglichen Positionsmessschritt (S1) erhalten werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem zum Messen und Korrigieren von geometrischen Fehlern bei einem mehrachsigen Maschinenwerkzeug.
Auf dem Gebiet der Maschinenwerkzeuge wurden mehrachsige Maschinenwerkzeuge wie zum Beispiel ein fünfachsiges Bearbeitungszentrum entwickelt, das ein herkömmliches dreiachsiges Bearbeitungszentrum aufweist, wobei zwei Drehachsen hinzugefügt sind, um eine hocheffiziente Bearbeitung zu erreichen und ein Werkstück mit einer komplizierten Form zu bearbeiten, und eine Verbesserung seiner Bearbeitungsgenauigkeit wurde erwartet. Im Allgemeinen wird dessen Montage (Herstellung) immer schwieriger und die Bearbeitungsgenauigkeit hat eine Tendenz, dass sie sich bei erhöhter Anzahl der Achsen verschlechtert, und es gibt durch die Montage eine Grenze bei der Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit. Somit wurde ein Korrektursystem entwickelt, um eine Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern, indem sogenannte geometrische Fehler wie zum Beispiel eine Schrägstellung und Positionsfehler zwischen angrenzenden Achsen korrigiert werden.
Als ein Verfahren zum Identifizieren von geometrischen Fehlern bei dem vorstehend erwähnten Korrektursystem ist ein Verfahren zum Erhalten von geometrischen Fehlern aus Messergebnissen bekannt, indem Messinstrumente wie zum Beispiel eine Schiebelehre und ein Geodreieck verwendet werden. Jedoch erfordert das vorstehend beschriebene Verfahren mehrere Messinstrumente, und die Identifikationsgenauigkeit unter Verwendung des Verfahrens ändert sich stark, was durch ungewisse Messergebnisse aufgrund von unterschiedlichen Fertigkeiten zum Messen oder dergleichen bei dem Verfahren verursacht wird. Als ein Verfahren zum Identifizieren von geometrischen Fehlern bei einem fünfachsigen Bearbeitungszentrum ist außerdem eine Messung einer gleichzeitigen, dreiachsigen Bogeninterpolationsbewegung weitverbreitet bekannt, wobei ein Versatzsensor verwendet wird, der als ein Kugelstab bezeichnet wird (d. h. ein Verfahren zum Identifizieren von geometrischen Fehlern aus der Größe der Abweichung an der Mitte einer runden Spur, die durch Synchronisieren von zwei linearen Achsen und einer Drehachse und durch Bewirken einer runden Bewegung eines Kugelstabs erhalten wird, um so einen relativen Versatz zwischen einem Punkt und einer Hauptspindel an einem Tisch aufrecht zu erhalten). Jedoch erfordert das Verfahren ein spezielles Messinstrument wie zum Beispiel einen Kugelstab, und die Identifikationsgenauigkeit ändert sich in Abhängigkeit von der Einstellung des Kugelstabs.
Daher wurde ein Messsystem entwickelt, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2011 038 902 ( JP 2011-038902 A ) gezeigt ist, um geometrische Fehler unter Verwendung einer Berührungssonde (die häufig an Maschinenwerkzeugen angebracht ist) und einer Kugelfläche zu erhalten, die als ein Ziel (Zielkugelfläche) dient, und zwar auf der Grundlage des gleichen Prinzips wie bei der Messung der gleichzeitigen, dreiachsigen Bogeninterpolationsbewegung unter Verwendung eines Kugelstabs. Um zum Beispiel bei dem Messsystem geometrische Fehler an einem fünfachsigen Zapfentischbearbeitungszentrum zu erhalten, wird anfänglich eine Kugelfläche an dem Tisch gesetzt, um etablierte Koordinaten zu messen. Danach werden verschiedene Winkel für Drehachsen indexiert, und Mittelkoordinaten und ein Durchmesser der Kugelfläche werden unter jedem indexierten Zustand gemessen. Dann wird die Größe der Abweichung an der Mitte einer Bogenspur, die durch diese vielen Koordinaten der Zielkugelfläche gezogen wird, zum Identifizieren eines geometrischen Fehlers berechnet. Wenn außerdem geometrische Fehler durch das Messsystem identifiziert werden, werden Mittelkoordinaten und ein Durchmesser der Zielkugelfläche, die durch Indexieren durch die Drehachsen positioniert ist, unter Verwendung von drei linearen Achsen gemessen. Zum Beispiel wird die Berührungssonde mit der Zielkugelfläche durch eine Bewegung in Kontakt gebracht, die nur durch eine bestimmte Achse zu der Zielkugelfläche bewirkt wird, insbesondere durch eine uniaxiale Bewegung von einer +Y-Richtung, einer –Y-Richtung, einer +Y-Richtung, einer –Y-Richtung und einer +Z-Richtung, um Mittelkoordinaten und einen Durchmesser der Zielkugelfläche von Koordinaten von vier oder mehreren Kontaktpunkten zu berechnen.
Das System gemäß der JP 2011 038 902 A erfordert jedoch einen großen Aufwand und viel Zeit, um Mittelkoordinaten sowie einen Durchmesser der Zielkugelfläche zu messen, da die Berührungssonde mit einer Zielkugelfläche mehrmals (viermal oder mehr) in Kontakt gebracht werden muss. Somit kann ein Verfahren zum Messen von Mittelkoordinaten der Zielkugelfläche angepasst werden, während die Anzahl der Kontakte der Berührungssonde mit der Zielkugelfläche zum Beispiel auf drei reduziert wird. Wenn jedoch die Anzahl der Kontakte reduziert wird, muss ein Durchmesserwert für die Zielkugelfläche unter Verwendung eines anderen Verfahrens im Vorfeld korrekt beschafft werden. Falls außerdem ein Fehler im Durchmesserwert der Zielkugelfläche vorhanden ist, der bei der Messung verwendet wird, bleibt dieser als Messfehler der Mittelkoordinaten vorhanden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messsystem vorzusehen, das Nachteile des Messsystems bei den vorstehen beschriebenen, herkömmlichen, mehrachsigen Maschinen löst und Mittelkoordinaten einer Zielkugelfläche in einer kurzen Zeitperiode genau messen kann.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Messsystem zum Messen von geometrischen Fehlern eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs mit drei linearen Achsen und zwei Drehachsen unter Verwendung eines anfänglichen Positionsmessschrittes und eines Indexiermessschrittes. Bei der mehrachsigen Maschine ist ein Sensor entweder bei einer Hauptspindel oder einem Tisch vorgesehen, und ein Ziel ist bei dem anderen vorgesehen. Bei dem anfänglichen Positionsmessschritt werden Koordinaten des Zieles oder des Sensors und Maße des Zieles spezifiziert. Bei dem Indexiermessschritt werden die Drehachsen gemäß vielen Indexierzuständen positioniert, und geometrische Fehler werden aus sensorgemessenen Koordinatenwerten identifiziert, die jenen Koordinatenwerten entsprechen, die durch Messen des Zieles mit dem Sensor erhalten werden. Bei dem Indexiermessschritt wird das Ziel mit dem Sensor nur dreimal gemessen, um Mittelkoordinaten des Zieles unter Verwendung der Maße des Zieles zu erhalten, die bei dem anfänglichen Positionsmessschritt erhalten werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Ziel eine Kugelfläche und die Maße des Zieles, die bei dem anfänglichen Positionsmessschritt erhalten werden, entsprechen einem Durchmesserwert oder einem Radiuswert. Bei dem Indexiermessschritt wird auf den Durchmesserwert oder den Radiuswert Bezug genommen, um die sensorgemessenen Koordinatenwerte zu erhalten, um so Mittelkoordinaten des Zieles zu erhalten.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung führt bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Sensor einen uniaxialen Betrieb entlang der jeweiligen linearen Achsen durch, um sich dem Ziel anzunähern. Mittelkoordinaten des Zieles werden durch Subtrahieren des Durchmesserwertes oder des Radiuswertes der Kugelfläche erhalten, die als das Ziel in jenem Fall dient, in dem sich der Sensor dem Ziel aus einer Plus-Richtung von einer der linearen Achsen annähert. Alternativ werden Mittelkoordinaten des Zieles durch Addieren des Durchmesserwertes oder des Radiuswertes der Kugelfläche erhalten, die als das Ziel in jenem Fall dient, in dem sich der Sensor dem Ziel aus einer Minus-Richtung von einer der linearen Achsen annähert.
Gemäß dem Messsystem der vorliegenden Erfindung können beim anfänglichen Messen zum Erhalten der Koordinaten eines Zieles (z. B. einer Kugelfläche) Koordinaten des Zieles in einfacher Weise erhalten werden, ohne dass ein Durchmesser des Ziels unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes und dergleichen im Vorfeld genau gemessen wird, wie dies nachfolgend beschrieben wird, um geometrische Fehler bei einem mehrachsigen Maschinenwerkzeug zu identifizieren. Zum Beispiel wird eine an der Spitze einer Hauptspindel angebrachte Berührungssonde mit dem Ziel fünfmal in Kontakt gebracht, um Mittelkoordinaten und einen Durchmesserwert oder Radiuswert des Zieles zu messen, und dann wird die Berührungssonde mit dem Ziel dreimal durch die Indexierdrehachsen unter Verwendung eines erhaltenen Indexwertes oder Radiuswertes des Zieles in Kontakt gebracht, um eine Position des Zieles zu messen. Somit können bei dem Messsystem der vorliegenden Erfindung die Zeit und der Arbeitsaufwand wesentlich reduziert werden, um geometrische Fehler von mehrachsigen Maschinenwerkzeugen zu identifizieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine beschreibende Ansicht (oder perspektivische Ansicht) eines Bearbeitungszentrums.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuermechanismus des Bearbeitungszentrums.
3 zeigt ein Flussdiagramm von Einzelheiten einer Verarbeitung zum Identifizieren (Messen) von geometrischen Fehlern.
4A und 4B zeigen beschreibende Ansichten eines Verfahrens zum Messen von Mittelkoordinaten und eines Radius einer Zielkugelfläche durch eine Berührungssonde, die mit der Zielkugelfläche fünfmal in Kontakt gebracht wird. 4A zeigt, dass die Berührungssonde aus einer +X-Richtung, einer –X-Richtung, einer +Y-Richtung und einer –Y-Richtung in Kontakt gebracht wird, und die 4B zeigt, dass die Berührungssonde aus einer +Z-Richtung in Kontakt gebracht wird.
5 zeigt ein Diagramm eines Beispiels von Indexierzuständen.
6A und 6B zeigen beschreibende Ansichten eines Verfahrens zum Messen von Mittelkoordinaten einer Zielkugelfläche unter Verwendung von Messergebnissen eines Radius der Zielkugelfläche durch eine Berührungssonde, die mit der Zielkugelfläche fünfmal in Kontakt gebracht wird. Die 6A zeigt, dass die Berührungssonde aus einer +X-Richtung und einer +Y-Richtung in Kontakt gebracht wird, und die 6B zeigt, dass die Berührungssonde aus einer +Z-Richtung in Kontakt gebracht wird.
7 zeigt eine beschreibende Ansicht einer Beziehung zwischen einem Radiuswert, einem Messfehler und einer Abweichungsmessposition bei einer Messung von Mittelkoordinaten einer Zielkugelfläche.
FIGURENBESCHREIBUNG
Ein Ausführungsbeispiel des Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Die 1 zeigt ein fünfachsiges gesteuertes Bearbeitungszentrum (eine fünfachsige Zapfentisch-Maschine) (nachfolgend zur Vereinfachung als ein Bearbeitungszentrum 21 bezeichnet) als ein Beispiel eines mehrachsigen Bearbeitungswerkzeugs, an dem das Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist. An einem Unterbau (oder einer Basis) 22 des Bearbeitungszentrums 21 ist eine Zapfenvorrichtung 23, die in der Draufsicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, gleitbar entlang der Y-Achse vorgesehen. Die Zapfenvorrichtung 23 hat eine Wiege 24, die in der Draufsicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und um eine Achse A (oder eine Drehachse) drehbar angeordnet ist. Die Wiege 24 hat des Weiteren einen scheibenartigen Tisch 25, der um eine Achse C (Drehachse) orthogonal zu der Achse A drehbar angeordnet ist. Über dem Unterbau 22 ist außerdem ein Spindelkopf 26, an dem ein Werkzeug angebracht werden kann, entlang einer Achse X orthogonal zu einer Achse Y und entlang einer Achse Z orthogonal zu der Achse X und der Achse Y gleitbar angeordnet. Der Spindelkopf 26 ermöglicht eine Drehung eines daran angebrachten Werkzeugs (nicht gezeigt) um die Achse Z.
Das Bearbeitungszentrum 21 führt verschiedene Bearbeitungsarten für ein Werkstück durch, das an dem Tisch 25 in einem Zustand befestigt ist, in dem relative Positionen und relative Stellungen des Werkstücks und des Werkzeugs gesteuert werden, indem der Spindelkopf 26 dem Werkstück relativ angenähert wird, während ein Werkzeug gedreht wird, das an dem Spindelkopf 26 angebracht ist. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Konfiguration des Bearbeitungszentrums 21 startet die Reihenfolge der Achsen von dem Werkstück zu dem Werkzeug, die die Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug angibt, von der Achse C zu der Achse A, der Achse Y, der Achse X und der Achse Z.
Die 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuermechanismus des vorstehend beschriebenen Bearbeitungszentrums 21. Bei einer Steuervorrichtung (numerischen Steuervorrichtung) 11 sind entsprechende Servomotoren zum Verschieben der Zapfenvorrichtung 23 und des Spindelkopfs 26, verschiedene Servomotoren zum Drehen der Wiege 24 und des Tisches 25, ein Sensor 32 der Berührungssonde 31, die an der Spitze des Spindelkopfs 26 angebracht ist, wie dies später beschrieben wird, und dergleichen mit einer CPU 15 durch eine Schnittstelle 16 verbunden. Einzelheiten des Betriebs der Zapfenvorrichtung 23, des Spindelkopfs 26, der Wiege 24 und des Tisches 25 werden so gesteuert, dass diese durch die Steuervorrichtung 11 angetrieben werden. Die Steuervorrichtung 11 ist außerdem mit einer Eingabevorrichtung 12 zum Festlegen von Indexierpositionen (Indexierzuständen) und dergleichen, einer Abgabevorrichtung 13 wie zum Beispiel ein Monitor und ein Lautsprecher und dergleichen verbunden. Die Steuervorrichtung 11 ist außerdem mit einer Speichervorrichtung 14 versehen. Die Speichervorrichtung 14 speichert im Inneren ein Programm zum Berechnen von geometrischen Fehlern zum Identifizieren (oder Berechnen) von geometrischen Fehlern durch Versetzen der an dem Spindelkopf 26 angebrachten Berührungssonde 31, ein Korrekturprogramm zum Korrigieren von geometrischen Fehlern auf der Grundlage von identifizierten geometrischen Fehlern, und andere Programme. Demnach hat ein Messsystem S zum Identifizieren von geometrischen Fehlern des Bearbeitungszentrums 21 die Steuervorrichtung 11, die verschiedenen Servomotoren zum Versetzen der Zapfenvorrichtung 23 und des Spindelkopfs 26, die verschiedenen Servomotoren zum Drehen der Wiege 24 und des Tisches 25, den Sensor 32 und dergleichen.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm von Verarbeitungseinzelheiten beim Identifizieren von geometrischen Fehlern bei dem vorstehend beschriebenen Messsystem S. Um geometrische Fehler zu identifizieren, wird die Berührungssonde 31 anstelle eines Werkzeugs an dem Spindelkopf 26 angebracht, und die Zielkugelfläche 6, die als ein Ziel dient, wird an dem Tisch 25 befestigt (sie wird durch einen Magneten und dergleichen befestigt, der in der Basis 5 der Zielkugelfläche 6 angebracht ist), wie dies in der 1 gezeigt ist. Des Weiteren hat die Berührungssonde 31 den Sensor 32 (siehe 2) zum Erfassen eines Kontaktes mit der Zielkugelfläche 6, und sie kann Signale durch Infrarot, Funkwellen und dergleichen beim Erfassen eines Kontaktes senden. Währenddessen veranlasst die Steuervorrichtung 11 die Speichervorrichtung 14 zum Speichern einer gegenwärtigen Position der jeweiligen Achse als einen Messwert zu dem Zeitpunkt, bei dem ein von dem Sensor 32 gesendetes Signal durch einen angeschlossenen Empfänger aufgenommen wird (oder an dem Zeitpunkt, bei dem eine Verzögerung berücksichtigt wird).
Demnach werden Koordinaten der Zielkugelfläche 6 gemessen (S1), die an einer beliebigen Position angeordnet ist, nachdem die Berührungssonde 31 an dem Spindelkopf 26 angebracht wurde, wie dies vorstehend beschrieben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Messen von Mittelkoordinaten und eines Radius der Zielkugelfläche 6 beschrieben, indem die Berührungssonde 31 mit der Zielkugelfläche 6 fünfmal in Kontakt gebracht wird, oder genauer gesagt indem sie aus der +X-Richtung, der –X-Richtung, der +Y-Richtung, der –Y-Richtung und der +Z-Richtung in Kontakt gebracht wird, wie dies in der 4 gezeigt ist. Bei diesem Messverfahren wird die Berührungssonde 31 zunächst mit der Zielkugelfläche 6 aus der +X-Richtung und der –X-Richtung an einer Position in Kontakt gebracht, an der die Achse Y gleich Y12 ist und die Achse Z gleich Z1234 ist, und somit werden Messergebnisse (Messwerte) X1 und X2 erhalten. Dann wird aus den erhaltenen Messergebnissen X1 und X2 eine X-Achsmittelkoordinate XC berechnet, die durch den Ausdruck 1 dargestellt wird. XC = (X1 + X2)/2 Ausdruck 1
Als nächstes wird die Berührungssonde 31 mit der Zielkugelfläche 6 aus der +Y-Richtung und der –Y-Richtung an einer Position in Kontakt gebracht, an der die Achse X gleich XC und die Achse Z gleich Z1234 ist, und somit werden Messergebnisse Y3 und Y4 erhalten. Dann werden aus den erhaltenen Messergebnissen Y3 und Y4 eine Y-Achsmittelkoordinate YC, die durch den Ausdruck 2 dargestellt wird, und ein Radius RXY in einem gemessenen Querschnitt XY berechnet, der durch den Ausdruck 3 dargestellt wird. YC = (Y3 + Y4)/2 Ausdruck 2 RXY = (Y3 – Y4)/2 Ausdruck 3
Als nächstes wird die Berührungssonde 31 mit der Zielkugelfläche 6 aus der +Z-Richtung an einer Position in Kontakt gebracht, an der die Achse X gleich XC ist und die Achse Y gleich YC ist, und somit wird ein Messergebnis Z5 erhalten. Aufgrund der geometrischen Beziehung zwischen dem Messergebnis Z5, einer Abweichung δZ von der Z-Achsmittelkoordinate ZC und einem Radius R der Zielkugelfläche 6 werden Ausdrücke 4 und 5 gebildet. R2 = RXY² + (R – δZ)² Ausdruck 4 δZ = Z5 – Z1234 Ausdruck 5
Gemäß der vorstehend beschriebenen Beziehung kann der Radius R der Zielkugelfläche 6 durch den Ausdruck 6 erhalten werden, und die Z-Achsmittelkoordinate ZC kann durch den Ausdruck 7 erhalten werden. R = (RXY² + δZ²)/(2·δZ) Ausdruck 6 ZC = Z5 – R Ausdruck 7
Durch eine derartige Messung können der genaue Kugelflächenradius R und die Z-Achsmittelkoordinate ZC auch dann einfach gemessen werden, wenn der gemessene Querschnitt XY von einem Scheitel der Zielkugelfläche 6 aufgrund von unbekannten Mittelkoordinaten der Zielkugelfläche 6 abweicht.
Als nächstes werden die Messergebnisse der für die Zielkugelfläche 6 festgelegten Koordinaten (Mittelkoordinaten), die gemäß der vorstehenden Beschreibung erhalten werden, zum Starten einer Messung zum Identifizieren von geometrischen Fehlern verwendet. Zum Beispiel im Falle einer Verwendung von Indexierzuständen, wie sie in der 5 gezeigt sind, wurden Positionen [Xn, Yn, Zn] der Zielkugelfläche 6 zu dem Zeitpunkt geschätzt, bei dem die Drehachsen indiziert wurden, und die linearen Achsen wurden dazu veranlasst, sich messbaren Positionen anzunähern (S2).
Als nächstes wird die Berührungssonde 31 mit den Mittelkoordinaten der Zielkugelfläche 6 für die Messung dreimal in Kontakt gebracht (S3). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ermöglichen von Kontakten aus drei Richtungen beschrieben, nämlich der +Y-Richtung, der +Y-Richtung und der +Z-Richtung, wie dies in der 6 gezeigt ist. Aus dem Messergebnis X1, das durch einen Kontakt der Berührungssonde 31 mit der Zielkugelfläche 6 aus der +X-Richtung an einer Position erhalten wird, an der die Achse X gleich Xn ist und die Achse Z gleich Zn ist, wird die X-Achsmittelkoordinate XC zunächst durch den Ausdruck 8 dargestellt. XC = X1 – R Ausdruck 8
Als nächstes wird aus einem Messergebnis Y2, das durch das Kontaktieren der Berührungssonde 31 mit der Zielkugelfläche 6 aus der +Y-Richtung an einer Position erhalten wird, an der die Achse X gleich XC ist und die Achse Z gleich Zn ist, die Y-Achsmittelkoordinate YC durch einen Ausdruck 9 dargestellt. YC = Y2 – R Ausdruck 9
Schließlich wird aus einem Messergebnis Z3, das durch das Kontaktieren der Berührungssonde 31 mit der Zielkugelfläche 6 aus der +Z-Richtung an einer Position erhalten wird, an der die Achse X gleich XC ist und die Achse Y gleich YC ist, die Z-Achsmittelkoordinate ZC durch einen Ausdruck 10 dargestellt. ZC = Z3 – R Ausdruck 10
Bei diesen Mittelkoordinatenmessungen der Kugelfläche, die durch die drei Kontakte erhalten werden, gibt es einen Fehler bei einem Kontaktwert, der durch den Sensor 32 durch ε vorgesehen wird, wenn eine Messung mit einer Abweichung von dem Scheitel der Zielkugelfläche 6 durch δ durchgeführt wird, wie dies in der 7 gezeigt ist, und zwar zum Beispiel durch einen Kontakt aus der +X-Richtung. Aus einer geometrischen Beziehung zwischen ε, der Abweichung δZ von der Mittelkoordinate ZC in der Achse Z und dem Radius R der Kugelfläche 6 wird ein Ausdruck 11 gebildet. Es ist zu beachten, dass r ein Abtastnadelspitzenradius der Berührungssonde 31 ist. (R + r)² = δ² + (R – ε) Ausdruck 11
Aus dem Ausdruck 11 wird ε entsprechend einem Messfehler als ein Ausdruck 12 erhalten. ε = R – {(R + r)² – δ²} Ausdruck 12
Zum Beispiel unter der Annahme, dass der Radius R der Kugelfläche 6 gleich 12,5 mm beträgt, der Abtastnadelspitzenradius r der Berührungssonde gleich 2,5 mm beträgt und der Positionsfehler δ von dem Scheitel 0,1 mm beträgt, ist der Messfehler ε gleich 0,3 μm aus dem Ausdruck 12. Des Weiteren bringt eine Position, die beim Indexieren der Drehachsen geschätzt wird, keinen Fehler mit sich, der im Allgemeinen etwa so groß wie 0,1 mm ist, und daher kann sein Einfluss auf das Messergebnis ignoriert werden.
Wie dies vorstehend erläutert ist, wurde nach der Messung der Mittelkoordinaten der Zielkugelfläche 6 bestätigt, ob die nächste Indexiermessung vorhanden ist (S4). Falls bestimmt wird, dass die Indexiermessung vorhanden ist, wird die Verarbeitung dann nach S2 wiederholt. Falls bestimmt wird, dass sie fehlt, wird die Messung abgeschlossen.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, identifiziert das Messsystem S geometrische Fehler unter Verwendung des anfänglichen Positionsmessschrittes (S1) zum Spezifizieren von Koordinaten der Zielkugelfläche 6 und Maßen der Zielkugelfläche 6 und des Indexiermessschritts (S3) zum Positionieren der Drehachsen gemäß vielen Indexierzuständen und zum Identifizieren von geometrischen Fehlern aus den sensorgemessenen Koordinatenwerten, die den Koordinatenwerten entsprechen, die durch Messen der Zielkugelfläche 6 mit der Berührungssonde 31 erhalten werden (oder dem Sensor 32). Bei dem Messsystem S können Koordinaten der Zielkugelfläche 6 unter Verwendung der Maße der Zielkugelfläche 6 erhalten werden, die bei dem anfänglichen Positionsmessschritt (S1) erhalten werden, indem einfach drei Messungen der Zielkugelfläche 6 mit der Berührungssonde 31 (Sensor 32) bei dem Indexiermessschritt (S3) durchgeführt werden.
Anders gesagt können bei dem Messsystem S geometrische Fehler in einer äußerst einfachen Art und Weise erhalten werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Koordinaten der Zielkugelfläche 6 werden durch die Berührungssonde 31 gemessen, indem sie mit der Zielkugelfläche 6 dreimal beim Indexieren der Drehachsen zum Identifizieren von geometrischen Fehlern in Kontakt gebracht wird, indem ein Radiuswert verwendet wird, der aus der Messung zum Identifizieren von Koordinaten der Zielkugelfläche 6 erhalten wird, die an einer beliebigen Position angeordnet wird, ohne dass ein genauer Wert der Zielkugelfläche 6 unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes oder dergleichen im Vorfeld separat gemessen wird. Somit kann bei dem Messsystem S der Zeitaufwand für die Messungen wesentlich reduziert werden, ohne dass die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird.
Das Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt, und es kann je nach Bedarf in einem Bereich geeignet abgewandelt werden, der das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht verlässt. Zum Bespiel können Messungen einer eingestellten Position und eines Radius der Zielkugelfläche durchgeführt werden, ohne dass sich auf ein Verfahren beschränkt wird, bei dem die Berührungssonde mit dem Ziel in Kontakt gebracht wird, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und das Verfahren kann durch ein Verfahren ausgetauscht werden, das ein Laserversatzmessgerät verwendet, das eine kontaktlose Abstandsmessung ermöglicht, oder durch andere Verfahren. Daneben ist das Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf jenes beschränkt, bei dem ein Radius der Zielkugelfläche gemessen wird und Mittelkoordinaten des Zieles auf der Grundlage des gemessenen Wertes erhalten werden, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und es kann durch ein System ausgetauscht werden, bei dem ein Durchmesser der Zielkugelfläche gemessen wird und Mittelkoordinaten des Zieles auf der Grundlage des gemessenen Wertes erhalten werden, oder dergleichen. Verarbeitungseinzelheiten beim Identifizieren von geometrischen Fehlern durch das Messsystem können außerdem je nach Bedarf geeignet abgewandelt werden, ohne dass sich auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten des Flussdiagramms beschränkt wird. Des Weiteren ist das Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf jenes beschränkt, bei dem geometrische Fehler in einem Zustand identifiziert werden, in dem ein Sensor bei der Berührungssonde der Hauptspindel vorgesehen ist und ein Ziel an dem Tisch vorgesehen ist, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und es kann durch ein System austauscht werden, bei dem geometrische Fehler in einem Zustand identifiziert werden, in dem ein Ziel bei der Hauptspindel vorgesehen ist und ein Sensor an dem Tisch vorgesehen ist.
Es ist ausdrücklich gesagt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarte Merkmale separat und unabhängig voneinander zum Zwecke einer Ursprungsoffenbarung und auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale der Ausführungsbeispiele und/oder der Ansprüche offenbart sein sollen. Es ist ausdrücklich gesagt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gegenstandsgruppen alle möglichen Zwischenwerte oder Teilgruppen zum Zwecke der Ursprungsoffenbarung und auch zum Zwecke einer Beschränkung der beanspruchten Erfindung offenbaren, und insbesondere Grenzen der Wertebereiche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-038902 A [0004]
JP 2011038902 A [0005]

Claims

Messsystem (S) zum Messen von geometrischen Fehlern eines mehrachsigen Maschinenwerkzeugs (21), das drei lineare Achsen und zwei Drehachsen hat, wobei das mehrachsige Maschinenwerkzeug (21) einen Sensor (32), der entweder in einer Hauptspindel oder einem Tisch (25) vorgesehen ist, und ein Ziel (6) hat, das in dem anderen vorgesehen ist, wobei es einen anfänglichen Positionsmessschritt zum Spezifizieren von Koordinaten des Zieles (6) oder des Sensors (32) und von Maßen des Zieles (6) sowie einen Indexiermessschritt zum Positionieren der Drehachsen gemäß vielen Indexierzuständen und zum Identifizieren von geometrischen Fehlern von durch den Sensor (32) gemessenen Koordinatenwerten verwendet, die Koordinatenwerten entsprechen, die durch Messen des Zieles (6) mit dem Sensor (32) erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Indexiermessschritt das Ziel (6) mit dem Sensor (32) nur dreimal gemessen wird, um Mittelkoordinaten des Zieles (6) zu erhalten, indem die Maße des Zieles (6) verwendet werden, die bei dem anfänglichen Positionsmessschritt erhalten wurden.
Messsystem (S) gemäß Anspruch 1, wobei: das Ziel (6) eine Kugelfläche ist; die Maße des Zieles (6), die bei dem anfänglichen Positionsmessschritt erhalten werden, einem Durchmesserwert oder einem Radiuswert entsprechen; und bei dem Indexiermessschritt auf den Durchmesserwert oder den Radiuswert Bezug genommen wird, um die von dem Sensor (32) gemessenen Koordinatenwerte zu erhalten, um so Mittelkoordinaten des Zieles (6) zu erhalten.
Messsystem (S) gemäß Anspruch 2, wobei der Sensor (32) jeweils einen uniaxialen Betrieb entlang der drei linearen Achsen durchführt, um sich dem Ziel (6) anzunähern, und Mittelkoordinaten des Zieles (6) durch Subtrahieren des Durchmesserwertes oder des Radiuswertes der Kugelfläche erhalten werden, die als das Ziel (6) in jenem Fall dient, in dem sich der Sensor (32) dem Ziel (6) aus einer Plus-Richtung von irgendeiner der linearen Achse annähert, oder Mittelkoordinaten des Zieles (6) durch Addieren des Durchmesserwertes oder des Radiuswertes der Kugelfläche erhalten werden, die als das Ziel (6) in jenem Fall dient, in dem sich der Sensor (32) dem Ziel (6) aus einer Minus-Richtung von irgendeiner der linearen Achse annähert.