DE102017202029A1

DE102017202029A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung geometrischer Abweichungen einer Maschine

Info

Publication number: DE102017202029A1
Application number: DE102017202029.6A
Authority: DE
Inventors: Tim Boye
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-08-09

Abstract

Mit der Erfindung wird eine Möglichkeit geschaffen, geometrische Abweichungen der Bewegung einer Maschine mit möglichst geringem Aufwand und in möglichst kurzer Zeit zu bestimmen. Zur Ermittlung aller 18 Komponentenabweichungen und der drei Lageabweichungen einer dreiachsigen Maschine reichen 14 Sender (1 bis 14) aus, die ein Netz von 14 Strahlen (S1 bis S14) aufspannen. Entlang der Strahlen (S1 bis S14) werden Längenmessungen vorgenommen. Die Ergebnisse dieser Längenmessungen werden mit Positionsinformationen der Maschine verglichen und aus dem Vergleichsergebnis die geometrischen Abweichungen ermittelt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung geometrischer Abweichungen einer Maschine nach den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 15.
Die Maschine, bei der die Erfindung einsetzbar ist, kann eine Fertigungsmaschine oder eine Messmaschine sein. Die Fertigungsmaschine kann als Werkzeugmaschine ausgebildet sein und die Messmaschine als Koordinatenmessmaschine.
Maschinen müssen nach ihrer Montage bzw. in bestimmten Zeitabständen vermessen werden, um festzustellen, ob die geforderte Genauigkeit im Arbeitsraum den Anforderungen genügt. Die dabei ermittelten Messwerte können dazu verwendet werden, um die Genauigkeit der Maschine zu verbessern, indem aus den ermittelten Abweichungen Korrekturwerte für die Bewegungsachsen der Maschine ermittelt werden. Diese Korrekturwerte können in bekannter Weise in einem Modell der Maschine genutzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung kann auch dazu genutzt werden, die nach einer ersten Korrektur verbliebenen Abweichungen zu erfassen, um die Qualität der Kalibration und der vorgenommenen Korrektur zu ermitteln und ggf. weiter zu verbessern.
STAND DER TECHNIK
Die WO 93/08449 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung von Abweichungen einer mehrachsigen Maschine. Die Messung der Abweichungen erfolgt durch interferometrische Längenmessungen entlang eines Messstrahls. Um den Arbeitsraum vollständig zu vermessen, wird der Messstrahl über eine Drehmechanik in unterschiedliche Raumrichtungen umgelenkt. Aus den mehreren Längenmessungen entlang der nacheinander in den Arbeitsraum eingebrachten Messstrahlen werden Abweichungen der Maschine ermittelt und kompensiert.
Ein erweitertes Verfahren ist in der EP 1 990 605 B1 beschrieben. Dabei wird die Drehmechanik nacheinander an verschiedenen Positionen der Maschine befestigt.
Nachteilig dabei sind das Erfordernis einer Drehmechanik zur Einstellung des Messstrahls in unterschiedliche Raumrichtungen und der Aufwand zur exakten und reproduzierbaren Positionierung der Drehmechanik im Arbeitsraum.
In dem Aufsatz von Schmitt Robert, Martin Peterek und Stefan Quinders mit dem Titel „Concept of a Virtual Metrology Frame Based on Absolute Interferometry for Multi Robotic Assembly" in International Federation for Information Processing 2014, Heft 435, Seiten 79-86 ist die Verwendung von ETALON's absolut messendem Multiline System zur Kalibrierung eines Roboters beschrieben. Durch interferometrische Längenmessungen entlang mehrerer im Arbeitsraum vorhandener Messstrahlen wird der Ist-Zustand des Roboters erfasst. Die interferometrischen Längenmessungen werden mit den aus den Positionsinformationen des Roboters errechneten Längen verglichen und daraus die geometrischen Abweichungen des Roboters ermittelt. Die Messstrahlen sind dazu entlang typischer Arbeitswege des Roboters ausgerichtet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem eine schnelle und genaue Messung von geometrischen Abweichungen einer Maschine möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur Ausübung des Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit der Anordnung gemäß Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren erläutert.
Figurenliste
Es zeigt

1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine mit einer Anordnung zur Durchführung einer Messroutine im Arbeitsraum;
2 eine Anordnung von Strahlen im dreidimensionalen Arbeitsraum zur Messung von translatorischen Abweichungen;
3 eine Anordnung von Strahlen in der XY-Ebene des Arbeitsraums;
4 eine weitere Anordnung von Strahlen in der XY-Ebene;
5 eine Anordnung von Strahlen im dreidimensionalen Arbeitsraum zur Messung von rotatorischen Abweichungen;
6 eine Anordnung von Strahlen im dreidimensionalen Arbeitsraum zur Messung der translatorischen sowie der rotatorischen Abweichungen;
7 eine Justiervorrichtung zur Einstellung eines Senders, und
8 einen Längsschnitt der Justiervorrichtung.

Die Genauigkeit einer Maschine hängt davon ab wie genau die Bewegung zwischen den zwei relativ zueinander bewegbaren Maschinenteilen ausgeführt werden kann. Bei einer Werkzeugmaschine ist dies die von einer Steuerung zur Bearbeitung vorgegebene Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück.
Bei der Erfindung wird das an sich bekannte Vorgehen genutzt, durch geometrische Messungen im Arbeitsraum der Maschine Abweichungskomponenten zu ermitteln und damit ein Fehlermodell zu identifizieren, wodurch das volumetrische Verhalten der Maschine bestmöglich dargestellt wird. Ein solches Modell ist beispielsweise das 21-Fehlermodell bzw. das Starrkörperfehlermodell.
Dieses Fehlermodell ist in der ISO 230-1 beschrieben. Die an einer Maschine auftretenden geometrischen Abweichungen können demnach in Komponentenabweichungen und Lageabweichungen unterteilt werden. Die Lageabweichungen sind dabei als Positionsabweichungen und Orientierungsabweichungen zwischen jeweils zwei Achsbewegungen definiert.
Für ein dreiachsiges kartesisches System, auf das sich die Erfindung bezieht, gilt:
Jede Linearachse X, Y, Z hat 6 Freiheitsgrade, nämlich 3 translatorische und 3 rotatorische, daraus ergeben sich insgesamt 18 Komponentenabweichungen:

6 Komponentenabweichungen der X-Achse:

EYX

Geradheitsabweichung in Y-Richtung (translatorisch)

EZX

Geradheitsabweichung in Z-Richtung (translatorisch)

EXX

Positionsabweichung in X-Richtung (translatorisch)

EAX

Rotation von X um die X-Achse (rotatorisch)

EBX

Rotation von X um die Y-Achse (rotatorisch)

ECX

Rotation von X um die Z-Achse (rotatorisch)
6 Komponentenabweichungen der Y-Achse:

EXY

Geradheitsabweichung in X-Richtung (translatorisch)

EZY

Geradheitsabweichung in Z-Richtung (translatorisch)

EYY

Positionsabweichung in Y-Richtung (translatorisch)

EAY

Rotation von Y um die X-Achse (rotatorisch)

EBY

Rotation von Y um die Y-Achse (rotatorisch)

ECY

Rotation von Y um die Z-Achse (rotatorisch)
6 Komponentenabweichungen der Z-Achse:

EXZ

Geradheitsabweichung in X-Richtung (translatorisch)

EYZ

Geradheitsabweichung in Y-Richtung (translatorisch)

EZZ

Positionsabweichung in Z-Richtung (translatorisch)

EAZ

Rotation von Z um die X-Achse (rotatorisch)

EBZ

Rotation von Z um die Y-Achse (rotatorisch)

ECZ

Rotation von Z um die Z-Achse (rotatorisch)

Zusätzlich sind Lageabweichungen in Form von Rechtwinkligkeiten der drei Linearachsen zueinander zu betrachten:

A0Z: Rechtwinkligkeitsabweichung von Y- zur Z-Achse
C0Y: Rechtwinkligkeitsabweichung von X- zur Y-Achse
B0X: Rechtwinkligkeitsabweichung von X- zur Z-Achse

Daraus ergeben sich insgesamt 21 geometrische Abweichungen an einer Maschine mit drei senkrecht aufeinander stehenden - also orthogonalen - linearen Achsen X, Y, Z.
Die Identifikation aller Komponentenabweichungen und relevanten Lageabweichungen einer dreiachsigen Maschine ist möglich, indem Messungen entlang unterschiedlicher Raumrichtungen im Arbeitsraum der Maschine durchgeführt werden. Dieser Prozess soll in Folge Identifikationsmessung heißen. Eine solche Messung ist möglich, indem ein Netz von Strahlen S1 bis S14 - die später noch im Detail erläutert werden - aufgespannt wird, entlang denen die Längen zwischen dem jeweiligen Sender 1 bis 14 und einem Reflektor 22 gemessen werden. Ziel dieser Erfindung ist es, wie mit einer minimalen Anzahl von Strahlen S1 bis S14 entlang unterschiedlicher Raumrichtungen das Starrkörperfehlermodell möglichst vollständig identifiziert werden kann.
Aus den gemessenen Längen und den erwarteten Längen, ermittelt aus den Positionsinformationen der Maschine, wird eine Differenz gebildet. Diese Differenz dient dann einer Optimierung als Eingabegröße, um ein bestimmtes Modell zu identifizieren. Das zu identifizierende Modell muss die gemessenen Abweichungen bestmöglich darstellen.
Die nachfolgend im Detail erläuterten Längenmessungen entlang der Strahlen S1 bis S14 dienen einerseits zur Ermittlung und Dokumentation der Abweichungskomponenten. Diese Abweichungskomponenten werden im Weiteren dazu benutzt Korrekturwerte zu ermitteln, die bei numerisch gesteuerten Bewegungen entlang der drei Achsen X, Y, Z im Arbeitsraum berücksichtigt werden.
Die Erfindung stellt dar, wie die Sender 1 bis 14 aufgestellt und die Strahlen S1 bis S14 orientiert sein müssen, damit alle Abweichungen ermittelt werden können und die Parameter des Fehlermodells identifizierbar sind, während die Anzahl der Strahlen S1 bis S14 aber so gering wie möglich sein soll. Die Berechnung der Lage- und Komponentenabweichungen basiert dabei auf einem einfachen Identifikationsalgorithmus, welcher die gemessenen Längen in zu identifizierende Parameter umrechnet. $J^{- 1} * dl = dp$
Dabei sind dl die ermittelten Längendifferenzen und dp die zu identifizierenden Parameterdifferenzen. Die Matrix J ist die partielle Ableitung des gewählten Modells nach der Längendifferenz. $J = \frac{δ l}{δ p}$
Das Verfahren ist bekannt und soll daher hier nicht weiter dargelegt werden.
Die 1 zeigt eine Maschine mit einem ersten Maschinenteil 20 in Form einer Spindel und einem relativ dazu beweglichen zweiten Maschinenteil 21 in Form eines Tisches. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem die zueinander orthogonalen Bewegungsachsen aufeinander aufgebaut sind, also anhand eines gestapelten Achsverbundes. Dabei führt die unterste Bewegungsachse die Spindel entlang der Achse X, auf ihr aufgebaut ist die mittlere Bewegungsachse, welche die Spindel entlang der Y-Achse führt. Die mittlere Bewegungsachse trägt die oberste Bewegungsachse, welche die Spindel in Z-Richtung führt. Für diesen Achsverbund ist die erste Achse die X-Achse, die zweite Achse die Y-Achse und die dritte Achse die Z-Achse. Für einen anderen Achsverbund, d. h. eine andere Reihenfolge der Achsen, gelten die gleichen Regeln, nur muss die Zuordnung erste Achse, zweite Achse und dritte Achse entsprechend angepasst werden.
Um ein Fehlermodell in der Maschine in möglichst kurzer Zeit möglichst vollständig zu identifizieren, werden im Arbeitsraum der Maschine mehrere Messkanäle geschaffen, an denen entlang nacheinander Längenmessungen vorgenommen werden. Ein Messkanal wird dabei jeweils von einem Sender 1 bis 14 gebildet, der einen Messstrahl - nachfolgend nur Strahl S1 bis S14 genannt - an einem vorgegebenen Ort in eine bestimmte Raumrichtung des Arbeitsraumes aussendet. Alle für eine Identifikation mehrerer Abweichungen erforderlichen Sender 1 bis 14 werden vor Beginn einer Messroutine am zweiten Maschinenteil 21 angeordnet und ausgerichtet. In 1 sind beispielhaft nur einige der Sender 1 bis 14 und einige der Strahlen S1 bis S14 dargestellt, die Lage und Funktion aller Sender 1 bis 14 und Strahlen S1 bis S14 wird nachfolgend schrittweise erläutert.
Die Sender 1 bis 14 können jeweils ausgeführt sein als Messkopf eines Interferometers, mit miniaturisiert ausgebildeten optischen Komponenten, wie Lichtquelle, Strahlteiler, Kollimator und Lichtdetektor oder ausgeführt sein als Auskoppelstelle eines Lichtleiters 33 (in 7 und 8 dargestellt), in den von einer externen Lichtquelle erzeugtes Licht eingekoppelt ist.
Am ersten Maschinenteil 20 wird am TCP (Tool Center Point) der Reflektor 22 angebracht. Der Reflektor 22 ist vorzugsweise ein Retroreflektor in Form eines Kugelreflektors, der in 360° um die vertikale Achse (Z-Achse) und über 180° um die horizontalen Achsen (X-Achse und Y-Achse) reflektieren kann. Ist der Reflektor 22 in seinem Reflektionswinkel begrenzt, so können auch mehrere Reflektoren verwendet werden, oder das erste Maschinenteil 20 (Spindel) orientiert den Reflektor 22 hin zum abzufahrenden Strahl S1 bis S14. Zur Ausführung der Längenmessungen wird der Reflektor 22 numerisch gesteuert nacheinander entlang der Strahlen S1 bis S14 bewegt, so dass der auftreffende Strahl S1 bis S14 zum jeweiligen Sender 1 bis 14 zurückreflektiert wird. Ein Sender 1 bis 14 bildet im Messbetrieb in Kombination mit dem Reflektor 22 jeweils ein Interferometer zur interferometrischen Längenmessung zwischen Sender 1 bis 14 und der Momentanposition des Reflektors 22. Die Sender 1 bis 14 oder zumindest einige der Sender 1 bis 14 sind vorzugsweise zur absoluten Längenmessung ausgebildet, z. B. durch Nutzung der Frequency Scanning Interferometer Technologie (FSI). Welche der Sender 1 bis 14 zur absoluten Längenmessung ausgebildet sein sollen, wird später noch näher erläutert.
Die Ergebnisse der interferometrischen Längenmessungen werden in einer Auswerteeinheit 40 ausgewertet. Wobei die Auswerteeinheit 40 auch integraler Bestandteil einer numerischen Steuerung sein kann, welche die Bewegung der zwei zueinander beweglichen Maschinenteile 20, 21 entlang der Achsen X, Y, Z numerisch steuert.
Die 1 zeigt eine Anordnung von Sendern 1, 2, 4, 5, um ein Netz von Strahlen S1, S2, S4, S5 in der XY-Ebene des Arbeitsraumes zu erzeugen, die nacheinander mit dem Reflektor 22 abgefahren werden. Die in 1 dargestellte Anordnung von Sendern 1, 2, 4, 5 und damit erzeugte Strahlen S1, S2, S4, S5 wird anhand der 3 später noch näher erläutert.
Zur Ermittlung der drei translatorischen Abweichungen (Komponentenabweichungen) jeder der drei orthogonalen linearen Achsen X, Y, Z sind nachfolgend aufgeführte Verfahrensschritte erforderlich. Das dabei im dreidimensionalen Arbeitsraum entstehende Netz von Strahlen S1 bis S9 ist in 2 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 2 die Sender 1 bis 9 nicht eingezeichnet, Ein besonders vorteilhafte Positionierung der Sender 1 bis 9 zur Erzeugung der Strahlen S1 bis S9 zeigt die 6.
Folgende Verfahrensschritte werden durchgeführt:

Anordnen eines ersten Senders 1 und Erzeugen eines ersten Strahls S1 in Richtung der ersten orthogonalen Achse X.
Anordnen eines zweiten Senders 2 und Erzeugen eines zweiten Strahls S2 in Richtung der zweiten orthogonalen Achse Y.
Anordnen eines dritten Senders 3 und Erzeugen eines dritten Strahls S3 in Richtung der dritten orthogonalen Achse Z.

Bewegen des Reflektors 22 entlang der drei Strahlen S1, S2, S3 und Vornehmen von Längenmessungen - insbesondere interferometrisch - an Messpositionen entlang der drei Strahlen S1, S2, S3, wobei diese Messpositionen ein dreidimensionales Stützstellenraster im Arbeitsraum definieren. Die Messpositionen entlang der drei Strahlen S1, S2, S3 sind in 2 mit Punkten markiert.
Die Messpositionen sind vorgegebene Positionen, sie können abgeleitet werden von den zur Bewegungssteuerung der Maschine vorgegebenen Sollpositionen, bei einer Werkzeugmaschine vorgegeben von einer NC-Steuerung. Alternativ können die Messpositionen abgeleitet werden von den Istpositionen der Maschine, ermittelt aus den den Achsen X, Y, Z zugeordneten Messsystemen MX, MY, MZ, die in 1 schematisch dargestellt sind. Werden die Längenmessungen während einer Verfahrbewegung entlang eines Strahls S1, S2, S3 vorgenommen, werden die Messpositionen vorzugsweise von den Istpositionen abgeleitet, die zeitgleich von den Messsystemen MX, MY, MZ übernommen werden. Erfolgt die Längenmessung im Stillstand der Bewegungsachsen, können die Messpositionen auch von den Sollpositionen abgeleitet werden. Dies gilt auch für die später noch im Detail erörterten Strahlen S4 bis S14. Die Stützstellen in allen drei Achsen X, Y, Z sind beispielsweise jeweils 50 mm oder 100 mm voneinander beabstandet.
Weiter umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
Anordnen eines vierten Senders 4 und Erzeugen eines vierten Strahls S4 als Diagonale der durch den ersten Strahl S1 und den zweiten Strahl S2 aufgespannten ersten Ebene XY. Diese aufgespannte Ebene XY begrenzt den zu vermessenden Arbeitsraum auf einer Seite, der Strahl S4 verläuft als Diagonale durch zwei Ecken dieser Fläche.
Weiter umfasst das Verfahren:

Anordnen eines fünften Senders 5 und Erzeugen eines fünften Strahls S5 parallel zum vierten Strahl S4 in der ersten Ebene XY.
Anordnen eines sechsten Senders 6 und Erzeugen eines sechsten Strahls S6 als Diagonale der durch den ersten Strahl S1 und den dritten Strahl S3 aufgespannten zweiten Ebene XZ.
Anordnen eines siebten Senders 7 und Erzeugen eines siebten Strahls S7 parallel zum sechsten Strahl S6 in der zweiten Ebene XZ.
Anordnen eines achten Senders 8 und Erzeugen eines achten Strahls S8 als Diagonale der durch den zweiten Strahl S2 und den dritten Strahl S3 aufgespannten dritten Ebene YZ.
Anordnen eines neunten Senders 9 und Erzeugen eines neunten Strahls S9 parallel zum achten Strahls S8 in der dritten Ebene YZ.

Verfahren des Reflektors entlang der Strahlen S4 bis S9 und Vornehmen von Längenmessungen - insbesondere interferometrisch - an Messpositionen im Stützstellenraster. Die Messpositionen im dreidimensionalen Stützstellenraster sind in 2 als Punkte auf den Strahlen S4 bis S9 eingezeichnet.
Weiter umfasst das Verfahren:
Ermitteln der Positionsabweichungen, der Geradheitsabweichungen und der Rechtwinkligkeitsabweichungen der Bewegung der Maschine entlang der drei orthogonalen Achsen X, Y, Z durch Vergleich der (interferometrischen) Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine. Die Werte der Längenmessungen an den Messpositionen im Stützstellenraster werden mit Positionsinformationen der Maschine verglichen. Die Positionsinformationen der Maschine können die Sollpositionen aus der NC-Steuerung sein oder die an den Messsystemen MX, MY. MZ der Maschine gemessenen Istpositionen.
Anhand der 3 und des Verlaufs der Strahlen S1, S2, S4 und S5 in der XY-Ebene erfolgt nachfolgend eine weitere Erläuterung. Mit den Längenmessungen entlang der Strahlen S1, S2, S4 und S5 werden die Positionsabweichungen EXX, EYY und die Geradheitsabweichungen EXY, EYX für ein gegebenes Stützstellenraster der X-Achse und der Y-Achse ermittelt, die sich in dieser XY-Ebene auswirken. Darüber hinaus wird die Lageabweichung C0Y, welche die Rechtwinkligkeit zwischen X und Y repräsentiert, ermittelt.
Zunächst wird entlang der einzelnen Achsen X und Y, also entlang der Strahlen S1 und S2 an den mit Punkten gekennzeichneten Stützstellen als Messpositionen gemessen. Dadurch lassen sich die Positionsabweichungen EXX und EYY für die gewählten Stützstellen ermitteln.
Durch messen entlang der Diagonalen in der XY-Ebene mit dem Strahl S4 wird die Rechtwinkligkeit C0Y zwischen den Achsen X und Y bestimmt. Weiterhin wird mit Hilfe der Diagonalen festgestellt, wie in jeder Stützstelle eine Achse quer zu ihrer Verfahrrichtung abweicht. Im Beispiel wird mit Hilfe des Strahls S4 festgestellt, wie sich die X-Achse in Abhängigkeit ihrer Position in Y-Richtung bewegt. Es lässt sich aber noch nicht unterscheiden, ob sich die X-Achse in Y-Richtung bewegt oder ob sich die Y-Achse in X-Richtung bewegt. Um die Geradheitsabweichungen der X- und Y Achse voneinander trennen zu können, wird entlang dem weiteren Strahl S5, nämlich einer parallel verschobenen Diagonale zum Strahl S4 gemessen. Nun lassen sich EXY und EYX bestimmen. Dieser weitere diagonale Strahl S5 ist dabei so zum Strahl S4 parallel verschoben, dass er durch Stützstellen des Stützstellenrasters verläuft. Durch den Strahl S5 werden also zusätzliche Messpositionen im Stützstellenraster geschaffen, die zu Messpositionen entlang des Strahls S4 quer zur X-Achse verschoben sind sowie zur Y-Achse verschoben sind.
Alle Strahlen S1 bis S14 sollten möglichst exakt durch Stützstellen des Stützstellenrasters verlaufen. Abweichungen von 1 bis 2% des Stützstellenabstandes sind aber tolerierbar.
Anhand der 3 wurde die Funktion der Strahlen S1, S2, S4 und S5 in der XY-Ebene erläutert. Für die zwei weiteren Ebenen gilt äquivalent:

Mit den Längenmessungen entlang der Strahlen S1, S3, S6 und S7 werden die Positionsabweichungen EXX, EZZ und die Geradheitsabweichungen EXZ, EZX für ein gegebenes Stützstellenraster der X-Achse und der Z-Achse ermittelt, die sich in dieser XZ-Ebene auswirken. Darüber hinaus wird die Lageabweichung B0X, welche die Rechtwinkligkeit zwischen X und Z repräsentiert, ermittelt.
Mit den Längenmessungen entlang der Strahlen S2, S3, S8 und S9 werden die Positionsabweichungen EYY, EZZ und die Geradheitsabweichungen EYZ, EZY für ein gegebenes Stützstellenraster der Y-Achse und der Z-Achse ermittelt, die sich in dieser YZ-Ebene auswirken. Darüber hinaus wird die Lageabweichung A0Z, welche die Rechtwinkligkeit zwischen Y und Z repräsentiert, ermittelt.
Mit den neun Strahlen S1 bis S9 lassen sich somit zumindest folgende translatorischen Komponentenabweichungen ermitteln:

mit S1

EXX

mit S2

EYY

mit S3

EZZ

mit S4

EYX oder EXY

mit S5

EXY oder EYX

mit S6

EXZ oder EZX

mit S7

EZX oder EXZ

mit S8

EZY oder EYZ

mit S9

EYZ oder EZY
Mit den neun Strahlen S1 bis S9 lassen sich zusätzlich folgende Rechtwinkligkeitsabweichungen der drei Linearachsen X, Y, Z zueinander ermitteln:

mit S4

C0Y (Rechtwinkligkeitsabweichung von X- zur Y-Achse)

mit S6

B0X (Rechtwinkligkeitsabweichung von X- zur Z-Achse)

mit S8

A0Z (Rechtwinkligkeitsabweichung von Y- zur Z-Achse)

Die Erfindung erlaubt ein automatisiertes Abfahren entlang der Strahlen S1 bis S9, insbesondere gesteuert durch die NC-Steuerung der Maschine. Von Vorteil ist dabei, dass alle erforderlichen Strahlen S1 bis S9 vor dem automatischen Abfahren, also vor Beginn der gesamten Messroutine, bereits im Arbeitsraum ausgerichtet vorhanden sind. Da zur Erfassung zumindest aller neun translatorischen Abweichungen nur Messungen in den drei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen XY, XZ, YZ ausreichen, sind die Messwege auch besonders einfach vorgebbar.
Die Ermittlung von rotatorischen Komponentenabweichungen erfordert die Aufstellung weiterer Sender 10 bis 14 und Erzeugen weiterer Strahlen S10 bis S14 im Arbeitsraum, entlang denen Längenmessungen vorgenommen werden. Allgemein ausgedrückt sind hierzu folgende Verfahrensschritte erforderlich:

- Anordnen weiterer Sender 10 bis 14 und Erzeugen von weiteren Strahlen S10 bis S14, wobei jeder dieser weiteren Strahlen S10 bis S14 parallel zu einem der Strahlen S1 bis S9 verläuft und in Richtung einer der drei Achsen X, Y oder Z parallel verschoben ist;
- Verfahren des Reflektors entlang dieser weiteren Strahlen S10 bis S14 und Vornehmen von Längenmessungen - insbesondere interferometrische - an Messpositionen im Stützstellenraster;
- Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln von rotatorischen Abweichungen.

Vereinfacht ausgedrückt werden die Rotationsabweichungen ermittelt, indem mit einer ersten Anordnung von Strahlen S1 bis S9 erste translatorische Abweichungen ermittelt werden und mit weiteren parallel zu den ersten Strahlen S1 bis S9 verlaufenden Strahlen S11 bis S14 zweite translatorische Abweichungen ermittelt werden und die ersten translatorischen Abweichungen mit den zweiten translatorischen Abweichungen verglichen werden.
In der 4 ist beispielhaft eine vorteilhafte Anordnung mit einem weiteren Strahl S10 zur Ermittlung einer rotatorischen Komponentenabweichung dargestellt. Durch den weiteren parallel zur X-Achse und somit zum Strahl S1 verlaufenden und in Y-Richtung parallel verschobenen Strahl S10, erzeugt mittels des Senders 10, lässt sich die Rotationsabweichung ECX der X-Achse bestimmen.
Wenn man noch weitere parallel verschobene Strahlen S11, S12, S13 einbringt, im Ausführungsbeispiel in einer zweiten in Z-Richtung verschobenen Höhe aufbaut, können zusätzlich die Rotationsabweichungen (rotatorische Komponentenabweichungen) EBX, EAY und EAX bzw. EBY ermittelt werden. 5 zeigt diese Erweiterung mit den drei zusätzlich erforderlichen Sendern 11, 12, 13 und die damit erzeugten Strahlen S11, S12, S13.
Die zusätzliche Anordnung der Strahlen S11, S12, S13 ist eine in Z-Richtung parallel verschobene Anordnung der Strahlen S1, S2 und S4, da im Beispiel ein gestapelter Achsverbund vorliegt und die Z-Achse die letzte Achse ist, also die Achse ist, die von den anderen getragen wird und unmittelbar den Reflektor 22 trägt. Ist eine andere der drei Achsen X, Y, Z die letzte Achse, ist Z durch diese andere Achse zu ersetzen und die Parallelverschiebung der Strahlen S1, S2, S4 muss in dieser anderen Achse erfolgen.
Die oben beschriebenen Anordnungen und Verfahren lassen sich schließlich miteinander kombinieren und man erhält dann mit 13 Sendern 1 bis 13 die in 6 dargestellten 13 Strahlen S1 bis S13 im Arbeitsraum.
Das Netz von Strahlen S1 bis S13 ist in vorteilhafter Weise ergänzt durch einen Strahl S14, erzeugt mit dem Sender 14. Dieser Strahl S14 ist in Y-Richtung parallel verschoben zu Strahl S6. Der Strahl S14 liegt somit in der hinteren den Arbeitsraum begrenzenden XZ-Ebene. Durch Verfahren des Reflektors 22 entlang dieses Strahls S14 und Messen von Längen an Messpositionen im Stützstellenraster und Ermitteln von Längendifferenzen an diesen Messpositionen lassen sich damit die Abweichungen EAX und EBY ermitteln und eindeutig voneinander unterscheiden. Die Parallelverschiebung in Y-Richtung hat den Vorteil, dass alle zur Messung erforderlichen Messpositionen in den, den Arbeitsraum begrenzenden Ebenen liegen.
Mit der in 6 dargestellten Gesamtanordnung von vierzehn Sendern 1 bis 14 und damit generiertem Netz von Strahlen S1 bis S14 lassen sich wie oben erläutert zumindest 14 Komponentenabweichungen und 3 Lageabweichungen (Rechtwinkligkeiten) bestimmen, was einem reduzierten, dreiachsigen Starrkörperfehlermodel entspricht. Es zeigt sich, dass genau so viele Einzelmessungen nötig sind, wie zu identifizierende Komponentenabweichungen. Das entstehende Gleichungssystem ist durch einfache Längenmessungen in Messpositionen des Stützstellenrasters eindeutig bestimmt.
Zusammengefasst kann mit jedem der Strahlen S1 bis S9 jeweils eine translatorische Komponentenabweichung identifiziert werden. Sind alle translatorischen Abweichungen für ein dreiachsiges System bestimmt, so benötig man für jede weitere rotatorische Komponentenabweichung auch nur jeweils einen weiteren Strahl S10 bis S14:

mit S10: ECX
mit S11: EBX
mit S12: EAY
mit S13: EAX oder EBY
mit S14: EBY oder EAX

Der Reflektor 22 ist zu den oben erläuterten Messungen an der Bewegungsachse montiert, welche das erste Maschinenteil 20 unmittelbar in Z-Richtung führt. Um die rotatorischen Abweichungen der Z-Achse zu ermitteln, also der Achse, die unmittelbar das erste Maschinenteil 20 (Spindel bzw. TCP) und somit den Reflektor 22 trägt, ist es erforderlich zusätzlich Messungen mit Reflektoren vorzunehmen, die gegenüber dem ersten Reflektor 22 in X-Richtung und Y-Richtung versetzt angeordnet sind, um einen Hebelarm gegenüber der Z-Achse zu erzeugen. Mit diesen zusätzlichen Reflektoren - einer in X-Richtung versetzt und einer in Y-Richtung versetzt - wird vorzugsweise entlang existierender Strahlen S3, S6, S8 verfahren und Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster vorgenommen. Mit dem in X-Richtung versetzten Reflektor sowie mit dem in Y-Richtung versetzten Reflektor wird jeweils in Z-Richtung, also entlang des Strahls S3 verfahren. Damit wird der Komponentenfehler EBZ und EAZ identifiziert. Mit dem in X-Richtung versetzten Reflektor wird zusätzlich entlang des Strahls S8 verfahren und damit der Komponentenfehler ECY identifiziert. Mit dem in Y-Richtung versetzten Reflektor wird zusätzlich entlang des Strahls S6 verfahren und damit der Komponentenfehler ECZ identifiziert.
Mit 14 Strahlen S1 bis S14 und einem (ersten) Reflektoren 22 lassen sich somit alle 14 Komponentenfehler ermitteln. Mit einem in X-Richtung gegenüber dem (ersten) Reflektor 22 versetzten (zweiten) Reflektor lassen sich mit den vorhandenen Strahlen S3 und S8 zwei weitere Komponentenfehler EBZ, ECY ermitteln und mit einem in Y-Richtung gegenüber dem (ersten) Reflektor 22 versetzten (dritten) Reflektor lassen sich mit den vorhandenen Strahlen S3 und S6 die restlichen zwei Komponentenfehler EAZ und ECZ ermitteln.
Mit den 14 Strahlen S1 bis S14 lassen sich somit letztendlich alle 21 geometrischen Abweichungen ermitteln, nämlich die 18 Komponentenabweichungen und die drei Lageabweichungen der dreiachsigen Maschine, was dem vollständigen Starrkörpermodell entspricht. Alle hierzu erforderlichen 14 Strahlen S1 bis S14 und somit alle Messpositionen liegen in den Arbeitsraum begrenzenden Ebenen. Messungen quer durch den Arbeitsraum sind dazu nicht zwingend erforderlich.
Ergänzend können zu den 14 Strahlen S1 bis S14, die für ein reduziertes Starrkörperfehlermodell nötig sind, zusätzliche Strahlen aufgestellt werden, um eine Redundanz in den Messdaten zu erhalten. Dies können beispielsweise zusätzlich Raumdiagonalen sein. Dadurch wird das Gleichungssystem überbestimmt.
Die für eine Identifikationsmessung erforderlichen Verfahrensschritte einschließlich aller dazu erforderlichen Verfahrbewegungen des Reflektors 22 und der zur Z-Achse versetzt angeordneten beiden Reflektoren können von einer der Maschine zugeordneten NC-Steuerung oder aber einer externen Steuerung gesteuert und automatisiert ablaufen. Die Erfindung erlaubt ein automatisiertes Abfahren entlang der Strahlen S1 bis S14, insbesondere gesteuert durch die NC-Steuerung der Maschine. Von Vorteil ist dabei, dass alle erforderlichen Strahlen S1 bis S14 vor dem automatischen Abfahren, also vor Beginn der gesamten Messroutine, bereits im Arbeitsraum ausgerichtet vorhanden sind. Aus den gemessenen Abweichungen wird das kinematische Modell mit Hilfe eines Least-Square-Algorithmus identifiziert Nach einer Identifikationsmessung kann die Maschine volumetrisch kompensiert werden.
Die an den Messpositionen im Stützstellenraster gemessenen Abweichungen entlang jeweils eines Strahls S1 bis S14 können offsetkompensiert werden, wenn von den ermittelten Abweichungen jeweils die im Koordinatenursprung für die jeweilige Achse X, Y und Z ermittelte Abweichung abgezogen wird. Eine absolute Längenmessung für die Strahlen S1 bis S14 ist hierzu nicht zwingend erforderlich.
Wenn die absolute Position und Lage des identifizierten Starrkörperfehlermodells ermittelt wird, können mehrere aufeinanderfolgende Identifikationsmessungen zueinander in Bezug gesetzt werden. Mehrere Identifikationsmessungen können zueinander in Bezug gesetzt werden, wenn mindestens 6 der 14 Strahlen S1 bis S14 zur absoluten Längenmessung ausgebildet sind, nämlich drei Strahlen für die Position und drei weitere Strahlen für die Orientierung. Im Ausführungsbeispiel sind dies die Messkanäle mit den Strahlen S1, S2 und S3 - für die Position - und die drei in den Ebenen XY, XZ und YZ zu den Diagonalen parallel verschobenen Strahlen S5, S7, S9 - für die Orientierung - , die zur absoluten Längenmessung ausgebildet sind, um die absolute Position und Orientierung des Achsverbundes X, Y, zu ermitteln.
Zumindest die Positionen dieser absolut messenden Messkanäle entlang der Strahlen S1, S2, S3 und S5, S7, S9 sollten sich über die Zeit durch thermische Drift nicht verändern. Daher ist es von Vorteil, dass die Positionen der diese Strahlen S1, S2, S3 und S5, S7, S9 erzeugenden Sender 1, 2, 3, 5, 7 und 9 räumlich möglichst dicht beieinander liegen. Im Beispiel gemäß 6 sind diese Sender 1, 2, 3, 5, 7, 9 in der Nähe des Koordinatenursprungs positioniert und können somit besonders einfach gemeinsam an einem thermisch stabilen Träger 23 montiert werden. Der Träger 23 ist schematisch in 1 eingezeichnet.
Eine besonders einfach zu handhabende Anordnung zur Ausübung der oben beschriebenen Verfahren ergibt sich, wenn alle für eine Identifikationsmessung erforderlichen Sender 1 bis 14, aber zumindest einige der Sender 1 bis 14, im Beispiel die Sender 1, 2, 3 und 5, 7 9 für absolute Längenmessungen, an dem Träger 23 angeordnet sind. Der Träger 23 mit den daran befestigten Sendern 1 bis 14 - bzw. einigen davon - ist in den Arbeitsraum der Maschine einbringbar und an einer definierten Stelle P des zweiten Maschinenteils 21 wiederholgenau ortsfest befestigbar. Das Mittel zur Befestigung des Trägers 23 an der Position P ist in der 1 nur schematisch dargestellt. Der optimale Ort zur ortsfesten Fixierung des Trägers 23 wäre das Zentrum des Arbeitsraumes. Da dieser Ort aber in der Regel nicht verbaut werden darf, erfolgt die Fixierung des Trägers 23 vorzugsweise im Zentrum einer den Arbeitsraum begrenzenden Ebene, im Beispiel ist dies die XY-Ebene.
Die Möglichkeit des wiederholten Einbringens des Trägers 23 mit den daran befestigten und ausgerichteten Sendern 1 bis 14 bzw. zumindest einigen davon, sowie die widerholgenaue Fixierung des Trägers 23 am Maschinenteil 21 haben den Vorteil, dass mehrere aufeinanderfolgende Identifikationsmessungen unter gleichen Bedingungen ermöglicht werden. Der Träger 23 besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, auch Nullausdehnungsmaterial genannt. Als Material eignet sich daher besonders Zerodur oder Invar.
Um zwei aufeinanderfolgende Identifikationsmessungen zueinander in Bezug zu setzen, sind die ermittelten Abweichungen zweier aufeinanderfolgender Messungen miteinander zu vergleichen. Vorzugsweise erfolgt dieser Vergleich, indem die bei der ersten Messung im Koordinatenursprung ermittelten absoluten Abweichung von den bei der zweiten nachfolgenden Messung ermittelten absoluten Abweichung jeweils an allen Messpositionen entlang eines der entsprechenden Strahlen S1, S2, S3, S5, S7 und S9 abgezogen wird.
Die Sender 1 bis 14 sind vorzugsweise jeweils mittels einer Justiervorrichtung 30 am Träger 23 justierbar befestigt. Die Justiervorrichtung 30 ist zur Einstellung der Orientierung des vom jeweiligen Sender 1 bis 14 abgehenden Strahls S1 bis S14 ausgebildet. In den 7 und 8 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Justiervorrichtung 30 am Beispiel des Senders 1 und des Strahls S1 dargestellt. Die Justiervorrichtung 30 ist als Kugelgelenk mit einem Drehpunkt D ausgebildet. Am Träger 23 ist ein Lager 31 zum allseitigen spielfreien Verschwenken einer Kugel 32 angeordnet. Der Drehpunkt D der Kugel 32 liegt im Zentrum des Strahls S1. Dabei kann das Zentrum des Strahls S1 das Zentrum des Senders 1 selbst bzw. eine Auskoppelstelle des Strahls S1 aus einem Lichtwellenleiter 33 sein. Die Verwendung eines Kugelgelenkes hat den Vorteil, dass eine Änderung der Orientierung des Strahls S1 durch Drehen der Kugel 32 um den Drehpunkt D ermöglicht wird, ohne dass sich die Position des Senders 1 bzw. der Auskoppelstelle des Strahls S1 dabei verändert. Zum Verschwenken der Kugel 32 im Lager 31 ist an der Kugel 32 eine Handhabe 34 vorgesehen. Zum platzsparenden Aufbau ist die Handhabe 34 vorzugsweise in Form eines den Strahl S1 umgebenden Rohres ausgebildet, in dessen Zentrum der Strahl S1 verläuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 9308449 A1 [0004]
EP 1990605 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schmitt Robert, Martin Peterek und Stefan Quinders mit dem Titel „Concept of a Virtual Metrology Frame Based on Absolute Interferometry for Multi Robotic Assembly“ in International Federation for Information Processing 2014, Heft 435, Seiten 79-86 [0007]

Claims

Verfahren zur Bestimmung geometrischer Abweichungen einer Maschine mit einem ersten Maschinenteil (20) und einem relativ dazu in drei orthogonalen Achsen (X, Y, Z) beweglichen zweiten Maschinenteil (21) mit Hilfe einer Anordnung mehrerer Sender (1 bis 9) am zweiten Maschinenteil (21) und einem ersten Reflektor (22) am ersten Maschinenteil (20), mit folgenden Verfahrensschritten - Anordnen eines ersten Senders (1) und Erzeugen eines ersten Strahls (S1) in Richtung der ersten orthogonalen Achse (X); - Anordnen eines zweiten Senders (2) und Erzeugen eines zweiten Strahls (S2) in Richtung der zweiten orthogonalen Achse (Y); - Anordnen eines dritten Senders (3) und Erzeugen eines dritten Strahls (S3) in Richtung der dritten orthogonalen Achse (Z); - Verfahren des ersten Reflektors (22) entlang der drei Strahlen (S1, S2, S3) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen entlang der drei Strahlen (S1, S2, S3), wobei diese Messpositionen ein dreidimensionales Stützstellenraster definieren; - Anordnen eines vierten Senders (4) und Erzeugen eines vierten Strahls (S4) als Diagonale der durch den ersten Strahl (S1) und den zweiten Strahl (S2) aufgespannten ersten Ebene (XY); - Anordnen eines fünften Senders (5) und Erzeugen eines fünften Strahls (S5) parallel zum vierten Strahl (S4) in der ersten Ebene (XY); - Anordnen eines sechsten Senders (6) und Erzeugen eines sechsten Strahls (S6) als Diagonale der durch den zweiten Strahl (S2) und den dritten Strahl (S3) aufgespannten zweiten Ebene (YZ); - Anordnen eines siebten Senders (7) und Erzeugen eines siebten Strahls (S7) parallel zum sechsten Strahl (S6) in der zweiten Ebene (YZ); - Anordnen eines achten Senders (8) und Erzeugen eines achten Strahls (S8) als Diagonale der durch den ersten Strahl (S1) und den dritten Strahl (S3) aufgespannten dritten Ebene (XZ); - Anordnen eines neunten Senders (9) und Erzeugen eines neunten Strahls (S9) parallel zum achten Strahl (S8) in der dritten Ebene (XZ); - Verfahren des ersten Reflektors (22) entlang des vierten Strahls (S4) bis neunten Strahls (S9) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln von Positionsabweichungen, Geradheitsabweichungen und Rechtwinkligkeitsabweichungen der Bewegung der Maschine entlang der drei orthogonalen Achsen (X, Y, Z).
Verfahren nach Anspruch 1, mit den weiteren Verfahrensschritten: - Anordnen weiterer Sender (10 bis 14) und Erzeugen von weiteren Strahlen (S10 bis S14), wobei jeder dieser weiteren Strahlen (S10 bis S14) parallel zu einem der ersten bis neunten Strahlen (S1 bis S9) verläuft und in Richtung einer der drei Achsen (X, Y, Z) verschoben ist; - Verfahren des ersten Reflektors (22) entlang dieser weiteren Strahlen (S10 bis S14) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln von rotatorischen Abweichungen.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den weiteren Verfahrensschritten: - Anordnen eines zehnten Senders (10) und Erzeugen eines zehnten Strahls (S10) parallel zum ersten Strahl (S1) in der ersten Ebene (XY); - Verfahren des ersten Reflektors (22) entlang des zehnten Strahls (S10) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln einer rotatorischen Abweichung der ersten Achse (X).
Verfahren nach Anspruch 3, mit den weiteren Verfahrensschritten: - Anordnen eines elften Senders (11) und Erzeugen eines elften Strahls (S11), Anordnen eines zwölften Senders (12) und Erzeugen eines zwölften Strahls (S12), Anordnen eines dreizehnten Senders (13) und Erzeugen eines dreizehnten Strahls (S13) derart, dass diese Strahlen (S11, S12, S13) eine in die dritte Achsrichtung (Z) versetzte Anordnung des ersten Strahls (S1), des zweiten Strahls (S2) und des vierten Strahls (S4) ergibt; - Verfahren des ersten Reflektors (22) entlang des elften Strahls (S11), des zwölften Strahls (S12) und des dreizehnten Strahls (S13) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln weiterer rotatorischer Abweichungen.
Verfahren nach Anspruch 4, mit den weiteren Verfahrensschritten: - Anordnen eines vierzehnten Senders (14) und Erzeugen eines vierzehnten Strahls (S14) parallel zum sechsten Strahl (S6); - Verfahren des ersten Reflektors (22) entlang des fünfzehnten Strahls (S15) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln weiterer rotatorischer Abweichungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten: - Anordnen eines zweiten Reflektors am ersten Maschinenteil (20) in Richtung der ersten Achse (X) vom ersten Reflektor (22) versetzt; - Verfahren des zweiten Reflektors entlang des dritten Strahls (S3) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln der rotatorischen Abweichung der dritten Achse (Z) um die zweite Achse (Y).
Verfahren nach Anspruch 6 zur Bestimmung einer weiteren rotatorischen Abweichung mit folgenden Verfahrensschritten: - Verfahren des zweiten Reflektors entlang des achten Strahls (S8) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln einer weiteren rotatorischen Abweichung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten: - Anordnen eines dritten Reflektors am ersten Maschinenteil (20) in Richtung der zweiten Achse (Y) vom ersten Reflektor (22) versetzt; - Verfahren des dritten Reflektors entlang des dritten Strahls (S3) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln der rotatorischen Abweichung der dritten Achse (Z) um die erste Achse (X).
Verfahren nach Anspruch 8 mit folgenden Verfahrensschritten: - Verfahren des dritten Reflektors entlang des sechsten Strahls (S6) und Vornehmen von Längenmessungen an Messpositionen im Stützstellenraster; - Vergleich der Längenmessungen mit Positionsinformationen der Maschine und Ermitteln einer weiteren rotatorischen Abweichung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionsinformationen der Maschine die von einer Steuerung zur Bewegung des zweiten Maschinenteils relativ zum ersten Maschinenteil vorgegebenen Sollpositionen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die Positionsinformationen der Maschine die von den, den Achsen der Maschine zugeordneten, Messsystemen gemessenen Istpositionen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Längenmessungen zumindest entlang des ersten Strahls (S1), des zweiten Strahls (S2), des dritten Strahls (S3), des fünften Strahls (S5), des siebten Strahls (S7) und des neunten Strahls (S9) jeweils absolute Längenmessungen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest der erste Sender (1), der zweite Sender (2), der dritte Sender (3), der fünfte Sender (5), der siebte Sender (7) und der neunte Sender (9) gemeinsam an einem Träger (23) montiert sind, und wobei das Anordnen zumindest dieser Sender (1, 2, 3, 5, 7, 9) am zweiten Maschinenteil (21) durch Anbringen des Trägers (23) am zweiten Maschinenteil (21) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach einer ersten Messung entlang zumindest des ersten Strahls (S1), des zweiten Strahls (S2), des dritten Strahls (S3), des fünften Strahls (S5), des siebten Strahls (S7) und des neunten Strahls (S9) eine zweite Messung entlang dieser Strahlen (S1, S2, S3, S5, S7, S9) erfolgt und die jeweils ermittelten Abweichungen aus der ersten Messung und der zweiten Messung miteinander verglichen werden.
Anordnung zur Bestimmung geometrischer Abweichungen einer Maschine mit einem ersten Maschinenteil (20) und einem relativ dazu in drei orthogonalen Achsen (X, Y, Z) beweglichen zweiten Maschinenteil (21) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Hilfe eines ersten Reflektors (22) am ersten Maschinenteil (20) und mehrerer Sender (1 bis 9) am zweiten Maschinenteil (21), und zwar mit - einem ersten Sender (1), der einen ersten Strahl (S1) in Richtung der ersten orthogonalen Achse (X) erzeugt; - einem zweiten Sender (2), der einen zweiten Strahl (S2) in Richtung der zweiten orthogonalen Achse (Y) erzeugt; - einem dritten Sender (3), der einen dritten Strahl (S3) in Richtung der dritten orthogonalen Achse (Z) erzeugt; - einem vierten Sender (4), der einen vierten Strahl (S4) als Diagonale der durch den ersten Strahl (S1) und den zweiten Strahl (S2) aufgespannten ersten Ebene (XY) erzeugt; - einem fünften Sender (5), der einen fünften Strahl (S5) parallel zum vierten Strahl (S4) in der ersten Ebene (XY) erzeugt; - einem sechsten Sender (6), der einen sechsten Strahl (S6) als Diagonale der durch den zweiten Strahl (S2) und den dritten Strahl (S3) aufgespannten zweiten Ebene (YZ) erzeugt; - einem siebten Sender (7), der einen siebten Strahl (S7) parallel zum sechsten Strahl (S6) in der zweiten Ebene (YZ) erzeugt; - einem achten Sender (8), der einen achten Strahl (S8) als Diagonale der durch den ersten Strahl (S1) und den dritten Strahl (S3) aufgespannten dritten Ebene (XZ) erzeugt, und - einem neunten Sender (9), der einen neunten Strahl (S9) parallel zum achten Strahl (S8) in der dritten Ebene (XZ) erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 15, weiter umfassend: - weitere Sender (10 bis 14), die weitere Strahlen (S10 bis S14) erzeugen, wobei jeder dieser weiteren Strahlen (S10 bis S14) parallel zu einem der ersten bis neunten Strahlen (S1 bis S9) verläuft und in Richtung einer der drei Achsen (X, Y, Z) verschoben ist.
Anordnung nach Anspruch 15, weiter umfassend: - einen zehnten Sender (10), der einen zehnten Strahl (S10) parallel zum ersten Strahl (S1) in der ersten Ebene (XY) erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 17, weiter umfassend: - einen elften Sender (11), der einen elften Strahl (S11) erzeugt, einen zwölften Sender (12), der einen zwölften Strahl (S12) erzeugt, einen dreizehnten Sender (13), der einen dreizehnten Strahl (S13) erzeugt, derart, dass diese Anordnung von Strahlen (S11, S12, S13) eine in die dritte Achsrichtung (Z) versetzte Anordnung des ersten Strahls (S1), des zweiten Strahls (S2) und des vierten Strahls (S4) ist.
Anordnung nach Anspruch 18, weiter umfassend: - einen vierzehnten Sender (14), der einen vierzehnten Strahl (S14) parallel zum sechsten Strahl (S6) erzeugt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19 zur Bestimmung einer rotatorischen Abweichung der dritten orthogonalen Achse (Z), umfassend: - einen zweiten Reflektor am ersten Maschinenteil (20), der in Richtung der ersten Achse (X) vom ersten Reflektor (22) versetzt angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 20, umfassend: - einen dritten Reflektor am ersten Maschinenteil (20), der in Richtung der zweiten Achse (Y) vom ersten Reflektor (22) versetzt angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 21, wobei zumindest der erste Sender (1), der zweite Sender (2), der dritte Sender (3), der fünfte Sender (5), der siebte Sender (7) und der neunte Sender (9) zusammen mit dem ersten Reflektor (22) jeweils ein Interferometer zur absoluten Längenmessung ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 22, wobei zumindest einige der Sender (1 bis 14), insbesondere der erste Sender (1), der zweite Sender (2), der dritte Sender (3), der fünfte Sender (5), der siebte Sender (7) und der neunte Sender (9) gemeinsam an einem Träger (23) montiert sind, der zum Anbringen am zweiten Maschinenteil (21) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 23, wobei die Ausrichtung der Strahlen (S1 bis S14) jeweils mittels einer Justiervorrichtung (30) einstellbar ist, wobei die Justiervorrichtung (30) eine Kugel (32) umfasst, die den jeweiligen Sender (1 bis 14) um ihren Mittelpunkt als Drehpunkt (D) verdrehbar lagert, und wobei der Drehpunkt (D) auf der Linie des vom Sender (1 bis 14) erzeugten Strahls (S1 bis S14) liegt.