DE102018208189B4 - Method and device for determining the torsional errors of a machine axis - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ermitteln von Torsionsfehlerwerten (zRz) bei einer vorzugsweise als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Vorrichtung (10), die wenigstens eine ansteuerbare Maschinenachse (X, Y, Z) umfasst, umfassend:
- Ermitteln von Translationsfehlerwerten (zTy1,2) für die Maschinenachse (X, Y, Z) basierend auf Messwerten, die auf Basis eines Bewegens der Maschinenachse (X, Y, Z) entlang einer Messstrecke (M) gewonnen wurden;
- Ermitteln von ersten Torsionsfehlerwerten (zRz) für die Maschinenachse (X, Y, Z) basierend auf Messwerten, die entlang einer Kurzmessstrecke (A) gewonnen wurden, wobei die Kurzmessstrecke (A) kürzer als die Messstrecke (M) ist;
- Ermitteln einer Fehlergröße (Δs̃) basierend auf den ersten Torsionsfehlerwerten (zRz);
- Berechnen von zweiten Torsionsfehlerwerten (zRz) für die Maschinenachse (X, Y, Z) auf Basis der Fehlergröße (Δs̃) und der Translationsfehlerwerte (zTy1,2).
Method for determining torsional error values (zRz) in a device (10), preferably designed as a coordinate measuring machine, which comprises at least one controllable machine axis (X, Y, Z), comprising:
- Determination of translation error values (zTy 1,2 ) for the machine axis (X, Y, Z) based on measured values that were obtained on the basis of moving the machine axis (X, Y, Z) along a measuring section (M);
- Determination of first torsional error values (zRz) for the machine axis (X, Y, Z) based on measured values that were obtained along a short measuring section (A), the short measuring section (A) being shorter than the measuring section (M);
- Determination of an error size (Δs̃) based on the first torsion error values (zRz);
- Calculation of second torsion error values (zRz) for the machine axis (X, Y, Z) on the basis of the error size (Δs̃) and the translation error values (zTy 1,2 ).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Torsionsfehler für eine ansteuerbare Maschinenachse, insbesondere in Bezug auf Koordinatenmessgeräte und/oder auf eine als Koordinatenmessgerät ausgebildete Vorrichtung.The invention relates to a method and a device for determining the torsion errors for a controllable machine axis, in particular in relation to coordinate measuring machines and / or to a device designed as a coordinate measuring machine.
Koordinatenmessgeräte, Werkzeugmaschinen, Maschinenkinematiken oder allgemeine technische Systeme können in an sich bekannter Weise ansteuerbare Maschinenachsen umfassen, um vorbestimmte Bewegungen auszuführen. Hierbei kann es sich z.B. um Translations- oder Rotationsachsen handeln. Die Bewegungen können durch einen der Maschinenachse vorzugsweise individuell zugeordneten Antrieb realisiert werden, der z.B. einen Elektromotor umfassen kann. Dieser kann zum Ausführen gewünschter Bewegungen in an sich bekannter Weise angesteuert werden, beispielsweise mittels einer elektronisch und/oder digital betreibbaren Steuereinrichtung. Die für das Ansteuern verwendeten Steuersignale können die Achse dazu veranlassen, eine gewünschte Bewegung auszuführen und z.B. eine hierfür aufzubringende Antriebsleistung angeben.Coordinate measuring devices, machine tools, machine kinematics or general technical systems can include controllable machine axes in a manner known per se in order to carry out predetermined movements. These can be translation or rotation axes, for example. The movements can be implemented by a drive, preferably individually assigned to the machine axis, which can include an electric motor, for example. This can be controlled in a manner known per se in order to carry out desired movements, for example by means of an electronically and / or digitally operated control device. The control signals used for actuation can cause the axis to perform a desired movement and, for example, specify a drive power to be applied for this.
Ein Koordinatenmessgerät, mit dem in bekannter Weise Objektkoordinaten bspw. von einem industriell gefertigten Werkstück erfasst werden können, umfasst typischerweise wenigstens drei ansteuerbare Maschinenachsen, die derart angeordnet sind, dass eine hiervon bewegte Messeinrichtung (z.B. ein das Objekt taktil oder berührungslos abtastender Messsensor) an beliebige Positionen in einem kartesischen Koordinatensystem bewegbar ist. Hierfür können die Maschinenachsen selbst entlang der entsprechenden Achsen des Koordinatensystems ausgerichtet sein und/oder jeweils eine Bewegung entlang einer dieser Achsen ermöglichen (d.h. jeweils eine Maschinenachse kann jeweils einer Koordinatenachse zugeordnet sein). In der Folge weist ein Koordinatenmessgerät typischerweise zwei sich in der Horizontale erstreckende sowie rechtwinklig zueinander verlaufende Maschinenachsen auf (typischerweise als X- und Y-Achse bezeichnet). Ferner ist oftmals eine sich vertikal erstreckende Maschinenachse vorgesehen, welche auch als Z-Achse bezeichnet werden kann. Ein entsprechender Aufbau eines Koordinatenmessgeräts ist z.B. in der nachfolgend erläuterten
Es ist ferner bekannt, dass derartige Maschinenachsen sogenannte Führungsfehler aufweisen können. Hierbei handelt es sich z.B. um Translations- oder Rotationsfehler, die bei einem Bewegen entlang der Maschinenachse die eigentlich gewünschte Bewegung überlagern und insbesondere in Bewegungskomponenten resultieren, die entlang oder um von der Maschinenachse abweichenden Koordinatenachsen vorliegen (d.h. in von einer Soll-Bewegungsrichtung der Maschinenachse abweichenden Richtungen vorliegen). Zusätzlich können beim Bewegen entlang einer Maschinenachse auch Torsionsfehler auftreten, welche eine Verdrehung der Maschinenachse um sich selbst bzw. um ihre eigene Längsachse betreffen.It is also known that such machine axes can have so-called guidance errors. These are, for example, translation or rotation errors which, when moving along the machine axis, superimpose the actually desired movement and in particular result in movement components that are present along or around coordinate axes that deviate from the machine axis (i.e. that deviate from a target direction of movement of the machine axis Directions are available). In addition, when moving along a machine axis, torsional errors can also occur, which relate to a rotation of the machine axis about itself or about its own longitudinal axis.
Derartige Führungsfehler können verschiedene Ursachen haben und z.B. aus Fertigungsungenauigkeiten der Führungen, der Maßstäbe und/oder der Lager einer Maschinenachse resultieren. Nachstehend sind die bei einem Bewegen einer mit Z bezeichneten Maschinenachse möglichen Führungsfehler aufgelistet. Die Z-Maschinenachse (bzw. ihre Bewegungsachse) erstreckt sich dabei entlang (bzw. parallel zu) der z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems, welches ferner eine y- und eine x-Achse umfasst. Die möglichen Führungsfehler, die bei einem Bewegen der Z-Maschinenachse entlang der z-Koordinatenachse auftreten, lauten wie folgt:
- - Ein Positionsfehler zTz(zi) betrifft die Verschiebung der Maschinenachse Z in Richtung der z-Achse am Ort zi;
- - Ein Translationsfehler zTy(zi) betrifft die Verschiebung der Maschinenachse Z in Richtung der y-Achse am Ort zi;
- - Ein Translationsfehler zTx(zi) betrifft die Verschiebung der Maschinenachse Z in Richtung der x- Achse am Ort zi;
- - Ein Torsionsfehler zRz(zi) betrifft die Verdrehung der Maschinenachse Z um die z-Achse am Ort zi;
- - Ein Rotationsfehler zRy(zi) betrifft die Verdrehung der Maschinenachse Z um die y-Achse am Ort zi;
- - Ein Rotationsfehler zRx(zi) betrifft die Verdrehung der Maschinenachse Z um die x-Achse am Ort zi.
- - A position error zTz (z i ) relates to the displacement of the machine axis Z in the direction of the z axis at location z i ;
- - A translation error zTy (z i ) relates to the displacement of the machine axis Z in the direction of the y-axis at the location z i ;
- - A translation error zTx (z i ) relates to the displacement of the machine axis Z in the direction of the x axis at location z i ;
- - A torsion error zRz (z i ) relates to the rotation of the machine axis Z about the z axis at the location z i ;
- - A rotation error zRy (z i ) relates to the rotation of the machine axis Z about the y-axis at the location z i ;
- - A rotation error zRx (z i ) concerns the rotation of the machine axis Z about the x-axis at the location z i .
Die Orte zi erstrecken sich dabei über die gesamte von der Z-Maschinenachse abfahrbare Bewegungsstrecke, welche auch einer nachstehend erläuterten Messstrecke entspricht.The locations z i extend over the entire movement path that can be traversed by the Z machine axis, which also corresponds to a measurement path explained below.
Es versteht sich, dass die Nomenklatur in analoger Weise auch auf eine sich entlang (bzw. parallel zu) der x-Achse erstreckenden X-Maschinenachse und eine sich entlang (bzw. parallel zu) der y-Achse erstreckenden Y-Maschinenachse übertragen werden kann. Es würde statt zi dann jeweils ein Ort xi bzw. yi betrachtet werden. Ferner betrifft der Torsionsfehler dann jeweils eine Verdrehung der Y, X- Maschinenachse um die hierzu parallelen Koordinatenachsen oder, mit anderen Worten, um sich selbst. Rotationsfehler liegen jeweils um die verbleibenden Koordinatenachsen vor. Dem Fachmann ist die entsprechende Nomenklatur geläufig, weshalb von einer vollständigen Wiedergabe aller 18 möglicher Führungsfehler um sämtliche drei X, Y, Z- Maschinenachsen an dieser Stelle abgesehen wird.It goes without saying that the nomenclature can also be applied analogously to an X machine axis extending along (or parallel to) the x axis and a Y machine axis extending along (or parallel to) the y axis . Instead of z i , a location x i or y i would then be considered. Furthermore, the torsion error then relates in each case to a rotation of the Y, X machine axis about the coordinate axes parallel thereto or, in other words, about itself. Rotation errors exist about the remaining coordinate axes. The person skilled in the art is familiar with the corresponding nomenclature, which is why a complete reproduction of all 18 possible guide errors about all three X, Y, Z machine axes is not provided at this point.
Es ist ferner bekannt, derartige Führungsfehler in Form konkreter Führungsfehlerwerte an den einzelnen xi, yi und zi-Positionen zu erfassen und in einer Maschinensteuerung zu hinterlegen. Die Führungsfehler können verwendet werden, um Positionswerte und/oder Steuersignale der Maschinenachse(n) im Sinne von Kalibrierwerten rechnerisch zu korrigieren. Werden beispielsweise Positionswerte der Maschinenachse(n) verwendet, um daraus Messwerte abzuleiten, wie dies z.B. bei einem Koordinatenmessgerät üblich ist, können die vorab ermittelten Führungsfehlerwerte verwendet werden, um die Messwerte entsprechend zu bereinigen (d.h. die Führungsfehler aus den ermittelten Werten herauszurechnen). Weitere Hintergründe zum Ermitteln von Führungsfehlern und einem darauf basierten Kalibrieren von Koordinatenmessgeräten finden sich in der
Die Erfindung betrifft speziell Möglichkeiten zum Bestimmen derartiger Führungsfehler. Diese können dann anschließend in an sich bekannter Weise für ein Kalibrieren der Maschinenachse und/oder einer Vorrichtung umfassend mehrere Maschinenachsen verwendet werden. Für das Bestimmen von Führungsfehlern sind verschiedene Ansätze aus dem Stand der Technik bekannt.The invention specifically relates to ways of determining such guidance errors. These can then then be used in a manner known per se for calibrating the machine axis and / or a device comprising a plurality of machine axes. Various approaches are known from the prior art for determining guidance errors.
In der
Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der Referenzkörper insbesondere für Torsionsfehlermessungen mindestens so lang wie eine Messstrecke sein muss, entlang derer Achsfehlerwerte bestimmt werden sollen (d.h. der Referenzkörper muss in der Regel so lang wie eine maximale Bewegungsstrecke einer einzelnen Maschinenachse sein). Die Länge und das Gewicht eines solchen Referenzkörpers fallen daher entsprechend hoch aus. Soll ein Koordinatenmessgerät nach bereits erfolgter Auslieferung an den Kunden kalibriert werden, muss der Kunde entweder über einen eigenen entsprechend großen und daher kostspieligen Referenzkörper verfügen oder der Referenzkörper muss mit einem entsprechend hohen Transportaufwand bedarfsweise an den Kunden geliefert werden.A disadvantage of this solution is that the reference body, especially for torsion error measurements, must be at least as long as a measurement path along which axis error values are to be determined (i.e. the reference body must generally be as long as a maximum movement path of a single machine axis). The length and weight of such a reference body are therefore correspondingly high. If a coordinate measuring machine is to be calibrated after it has already been delivered to the customer, the customer must either have his own correspondingly large and therefore expensive reference body or the reference body must be delivered to the customer with a correspondingly high transport effort.
Die
Weitere Hintergründe zum Ermitteln von Führungsfehlern mittels Laserinterferometern finden sich auch in der
Ferner ist aus der
Die
In der Praxis werden zum Ermitteln von Torsionsfehlern, die nicht direkt mit Lasern erfassbar sind, oft auch teure Neigungswagen verwendet. Diese erfordern ebenfalls einen gewissen Einrichtungsaufwand bei einem Anbringen an einer Maschinenachse. Für vertikale Maschinenachsen, bei denen derartige Neigungswagen nicht verwendbar sind, müssen Torsionsfehler auf andere Weise ermittelt werden. In diesem Fall kann z.B. wieder auf das Vermessen entlang eines entsprechend lang auszubildenden Referenzkörpers zurückgegriffen werden, wie in der
Zusammengefasst besitzen die bisherigen Ansätze jeweils Nachteile in Form kostspieliger und/oder aufwendig einzustellender Messaufbauten, insbesondere wenn Torsionsfehler um eine Maschinenachse bestimmt werden sollen.In summary, the previous approaches each have disadvantages in the form of costly and / or complex measurement setups to be set, in particular when torsional errors about a machine axis are to be determined.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine präzise Ermittlung von Torsionsfehlern einer Maschinenachse mit einem vertretbaren Kosten- und Einrichtungsaufwand zu ermöglichen.One object of the present invention is therefore to enable a precise determination of torsion errors of a machine axis with a reasonable cost and outlay on equipment.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner versteht es sich, dass die in der einleitenden Beschreibung erwähnten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination auch bei der vorliegend offenbarten Lösung vorgesehen sein können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.This object is achieved by a method and a device according to the attached independent claims. Advantageous further developments are given in the dependent claims. Furthermore, it goes without saying that the features mentioned in the introductory description can also be provided individually or in any combination in the presently disclosed solution, unless otherwise stated or evident.
Die Erfindung ermöglicht, den Torsionsfehler für eine Achse zu berechnen, ohne hierfür Torsionsfehler-Messwerte entlang der gesamten Maschinenachse (d.h. entlang einer gesamten Mess- bzw. Bewegungsstrecke dieser Maschinenachse) erfassen zu müssen. Stattdessen kann eine Fehlergröße ermittelt werden, die anhand des Vermessens entlang einer vergleichsweise kurzen Strecke (im Folgenden Kurzmessstrecke) bestimmt wird, und die Torsionsfehlerwerte können darauf basierend entlang vorzugsweise der gesamten Messstrecke berechnet werden, ohne aber notwendigerweise entlang dieser gesamten Messstrecke gemessen zu werden.The invention makes it possible to calculate the torsional error for an axis without having to record torsional error measured values along the entire machine axis (i.e. along an entire measuring or movement path of this machine axis). Instead, an error size can be determined, which is determined on the basis of the measurement along a comparatively short distance (hereinafter short measuring distance), and the torsional error values can be calculated based on this, preferably along the entire measuring distance, but without necessarily being measured along this entire measuring distance.
Das Ermitteln der Fehlergröße kann z.B. dazu beitragen, den Einrichtungsaufwand zu reduzieren, da diese nicht durch aufwendige und vor allem zeitintensive manuelle Einstellungen eliminiert werden muss. Stattdessen kann sie ermittelt und daher rechnerisch berücksichtigt werden. Gleichzeitig erfolgt dies jedoch entlang einer vergleichsweise kurzen Kurzmessstrecke, die insbesondere kürzer als eine insgesamt für die Maschinenachse betrachtete Messstrecke (und/oder maximale Bewegungsstrecke der Maschinenachse) sein kann. Wird hierfür ein Referenzkörper verwendet, kann dieser ebenfalls entsprechend kurz und somit auch leichter ausfallen, wodurch die mit dem Verwenden eines Referenzkörpers einhergehende Kosten und/oder ein hiermit verbundener Transportaufwand ebenfalls reduziert werden können. Werden die Messwerte entlang der Kurzmessstrecke auf andere Weise gewonnen (zum Beispiel per optischen Messungen) muss die verwendete Messvorrichtung nur entlang einer entsprechend kurzen Strecke eingerichtet und/oder kalibriert werden, was den erforderlichen Aufwand reduziert. Da aber dennoch die erwähnte Fehlergröße berücksichtigt wird, ist eine ausreichende Präzision der ermittelten Führungsfehlerwerte gewährleistet. Weiter kann durch das lediglich kurze sowie aufwandsarme Vermessen und anschließende Berechnen der Torsionsfehlerwerte ermöglicht werden, dass auf insbesondere für das Messen an vertikalen Achsen bisher durchgeführte umständliche Torsionsmessverfahren verzichtet werden kann. An horizontalen Achsen können hingegen bisher benötigte Referenzgeräte wie zum Beispiel teure Neigungswaagen entfallen.Determining the size of the defect can, for example, help to reduce the set-up effort, as this does not have to be eliminated by complex and, above all, time-consuming manual settings. Instead, it can be determined and therefore taken into account in the calculation. At the same time, however, this takes place along a comparatively short short measuring section, which in particular can be shorter than a measuring section considered overall for the machine axis (and / or maximum movement distance of the machine axis). If a reference body is used for this, it can also be correspondingly short and thus also lighter, whereby the costs associated with the use of a reference body and / or the associated transport costs can also be reduced. If the measured values are obtained in a different way along the short measuring section (for example by optical measurements), the measuring device used only needs to be set up and / or calibrated along a correspondingly short section, which reduces the effort required. However, since the mentioned error size is taken into account, sufficient precision of the determined guide error values is guaranteed. Furthermore, through the only short and low-cost measurement and subsequent calculation of the torsion error values, it is possible to dispense with cumbersome torsion measurement methods previously carried out, in particular for measurements on vertical axes. On the other hand, reference devices previously required, such as expensive inclination scales, can be dispensed with on horizontal axes.
Im Detail wird ein Verfahren zum Ermitteln von Torsionsfehlerwerten bei einer vorzugsweise als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Vorrichtung vorgeschlagen, die wenigstens eine ansteuerbare Maschinenachse umfasst, umfassend:
- - Ermitteln von Translationsfehlerwerten für die Maschinenachse basierend auf Messwerten, die durch (oder, mit anderen Worten, auf Basis von oder bei) ein(em) Bewegen der Maschinenachse entlang einer Messtrecke gewonnen wurden;
- - Ermitteln von ersten (per Messung ermittelten) Torsionsfehlerwerten für die Maschinenachse basierend auf Messwerten, die entlang einer Kurzmessstrecke gewonnen wurden, wobei die Kurzmessstrecke kürzer als die Messstrecke ist;
- - Ermitteln einer Fehlergröße basierend auf den ersten Torsionsfehlerwerten;
- - Berechnen von zweiten (per Rechnung ermittelten) Torsionsfehlerwerten für die Maschinenachse auf Basis der Fehlergröße und der Translationsfehlerwerte.
- - Determining translation error values for the machine axis based on measured values obtained by (or, in other words, based on or during) moving the machine axis along a measuring section;
- Determination of first torsional error values (determined by measurement) for the machine axis based on measured values that were obtained along a short measuring section, the short measuring section being shorter than the measuring section;
- Determining an error size based on the first torsion error values;
- - Calculation of second torsion error values (determined by calculation) for the machine axis on the basis of the error size and the translation error values.
Wie geschildert, kann die Vorrichtung eine Mehrzahl von ansteuerbaren Maschinenachsen umfassen, insbesondere drei Maschinenachsen, die Bewegungen entlang sämtlicher Achsen eines kartesischen Koordinatensystems ermöglichen und insbesondere entlang jeweils einer Achse eines solchen Koordinatensystems ausgerichtet sind. Insbesondere können zwei der Maschinenachsen sich in der Horizontalen erstrecken und eine vertikal hierzu. Sofern die Vorrichtung als Koordinatenmessgerät ausgebildet ist, kann diese gemäß jeglicher Bauart realisiert sein, z.B. gemäß einer sogenannten Portalbauweise oder als Horizontalarmmessgerät.As described, the device can comprise a plurality of controllable machine axes, in particular three machine axes, which enable movements along all axes of a Cartesian coordinate system and are in particular aligned along one axis of such a coordinate system. In particular, two of the machine axes can extend horizontally and one vertically to this. If the device is designed as a coordinate measuring device, it can be implemented according to any design, e.g. according to a so-called portal construction or as a horizontal arm measuring device.
Das Ermitteln der Translations- und Torsionsfehler für die Maschinenachse kann derart verstanden werden, dass bei einem Bewegen entlang der Maschinenachse und/oder in verschiedenen Positionen entlang dieser Maschinenachse entsprechende Fehlerwerte ermittelt werden. Insbesondere können die Fehlerwerte basierend auf an den verschiedenen Positionen entlang der Maschinenachse ermittelten Messwerten bestimmt werden. Allgemein können die Translationsfehlerwerte Verschiebungen der betrachteten Maschinenachse entlang einer hiervon abweichenden Koordinatenachse (und/oder weiteren Maschinenachse) betreffen. Bevorzugt betreffen die Translationsfehlerwerte dabei Verschiebungen der betrachteten Maschinenachse entlang (bzw. in Richtung) einer gemeinsamen Koordinatenachse, wobei diese Koordinatenachse vorzugsweise in einem Winkel zu der betrachteten Maschinenachse verläuft. Im Folgenden Bezug nehmend auf die einleitend aufgelistete Nomenklatur können als Translationsfehlerwerte, um einen Torsionsfehler entlang z.B. einer Z-Maschinenachse zu ermitteln, zTy(zi)-Werte oder aber zTx(zi)-Werte betrachtet werden. Sämtliche der vorstehenden oder nachstehenden Ausführungen bezüglich der Z-Maschinenachse gelten sinngemäß auch für die X- und Y-Maschinenachse.The determination of the translation and torsion errors for the machine axis can be understood to mean that corresponding error values are determined when moving along the machine axis and / or in different positions along this machine axis. In particular, the error values can be determined based on measured values determined at the various positions along the machine axis. In general, the translation error values can relate to displacements of the machine axis under consideration along a coordinate axis (and / or a further machine axis) that deviates from this. The translation error values preferably relate to displacements of the machine axis under consideration along (or in the direction of) a common coordinate axis, this coordinate axis preferably running at an angle to the machine axis under consideration. In the following with reference to the nomenclature listed in the introduction, zTy (z i ) values or zTx (z i ) values can be considered as translation error values in order to determine a torsion error along a Z machine axis, for example. All of the above or below statements relating to the Z machine axis apply mutatis mutandis to the X and Y machine axes.
Die Messstrecke kann durch entsprechendes Ansteuern oder Antreiben der Maschinenachse abgefahren werden und vorzugsweise ohne zusätzliches Ansteuern und/oder Antreiben weiterer Maschinenachsen. Die Messstrecke kann der maximalen Bewegungsstrecke der Maschinenachse entsprechen oder wenigstens einen Teil dieser Bewegungsstrecke einnehmen.The measuring section can be traversed by appropriate control or driving of the machine axis and preferably without additional control and / or driving of further machine axes. The measuring distance can correspond to the maximum movement distance of the machine axis or take at least part of this movement distance.
Die Messwerte können in an sich bekannter Weise auf Basis der einleitend geschilderten Laserinterferometrie ermittelt werden. Hierfür kann eine Laser Interferometer Anordnung vorgesehen und z.B. von der nachstehend geschilderten Vorrichtung umfasst sein (und/oder bedarfsweise darin anordenbar sein). Die Laser Interferometer Anordnung kann eine Strahlquelle umfassen, die z.B. im Messvolumen der Vorrichtung positioniert oder positionierbar sein kann (vorzugsweise ortsfest). Ferner kann die Laser Interferometer Anordnung wenigstens eine hiervon bestrahlte optische Einheit umfassen, die vorzugsweise gemeinsam mit der Maschinenachse bewegbar ist. Die optische Einheit kann z.B. an einer Pinole des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein und/oder wenigstens einen Reflektor umfassen oder als ein solcher realisiert sein. Allgemein kann die optische Einheit dazu eingerichtet sein, die eintreffende Strahlung zu reflektieren, insbesondere in Richtung einer Strahlauswertungseinheit, die z.B. wenigstens einen Interferometerkopf und/oder wenigstens eine Prisma-Einheit (z.B. mit einem Wollaston-Prisma) umfassen kann.The measured values can be determined in a manner known per se on the basis of the laser interferometry described in the introduction. For this purpose, a laser interferometer arrangement can be provided and, for example, encompassed by the device described below (and / or, if necessary, can be arranged therein). The laser interferometer arrangement can comprise a beam source which, for example, can be positioned or positionable in the measuring volume of the device (preferably stationary). Furthermore, the laser interferometer arrangement can comprise at least one optical unit which is irradiated thereby and which can preferably be moved together with the machine axis. The optical unit can, for example, be arranged on a quill of the coordinate measuring machine and / or comprise at least one reflector or be implemented as such. In general, the optical unit can be set up to reflect the incoming radiation, in particular in the direction of a beam evaluation unit, which can include, for example, at least one interferometer head and / or at least one prism unit (e.g. with a Wollaston prism).
Die Translationsfehlerwerte können im Wesentlichen gleichzeitig und/oder im Rahmen eines gemeinsamen Bewegungsvorgangs entlang der Maschinenachse erfasst werden. Die Translationsfehlerwerte können jeweils basierend auf Messwerten ermittelt werden, die von unterschiedlichen Messeinrichtungen (z.B. unterschiedlichen Photodetektoren oder Interferometer Köpfen) erfasst werden. Beispielsweise können für die nachfolgend erläuterten ersten Translationsfehlerwerte erste Messwerte und für die nachfolgend erläuterten zweiten Translationsfehlerwerte zweite Messwerte erfasst und betrachtet werden. Gemäß einer Variante werden Messwerte zum Ermitteln der ersten Translationsfehlerwerte mit Hilfe einer ersten optischen Einheit erzeugt und/oder erfasst und Messwerte zum Ermitteln der zweiten Translationsfehlerwerte mit Hilfe einer zweiten optischen Einheit erzeugt und/oder erfasst. Die erste und zweite optische Einheit befinden sich dabei vorzugsweise in unterschiedlichen Positionen. Es kann auch eine optische Einheit mit z.B. zwei Reflektoren an entsprechend unterschiedlichen Positionen vorgesehen sein. Die unterschiedlichen Positionen können sich auf eine von der betrachteten Maschinenachse abweichende Koordinatenachse und/oder Maschinenachse beziehen bzw. entlang dieser angeordnet sein. Dabei kann es sich insbesondere um die verbleibende Koordinatenachse und/oder Maschinenachse handeln, auf welche sich die Translationsfehlerwerte nicht beziehen (d.h. diejenige Achse, für die weder die Verschiebung bzw. der Führungsfehler betrachtet wird, noch die Richtung, in der diese Verschiebung stattfindet). Die unterschiedlichen Positionen können bezogen auf die betrachtete Maschinenachse somit auch als Quer-Positionen bezeichnet werden. Werden z.B. Translationsfehlerwerte zTy(zi) betrachtet, können die unterschiedlichen Positionen entlang der x-Achse angeordnet sein.The translation error values can be detected essentially simultaneously and / or as part of a common movement process along the machine axis. The translation error values can each be determined based on measured values that are recorded by different measuring devices (for example different photodetectors or interferometer heads). For example, first measured values can be acquired and viewed for the first translation error values explained below and second measured values for the second translation error values explained below. According to one variant, measured values for determining the first translation error values are generated and / or recorded with the aid of a first optical unit, and measured values for determining the second translation error values are generated and / or recorded with the aid of a second optical unit. The first and second optical units are preferably in different positions. An optical unit with, for example, two reflectors at correspondingly different positions can also be provided. The different positions can relate to relate to a coordinate axis and / or machine axis that deviates from the machine axis under consideration or be arranged along this axis. This can in particular be the remaining coordinate axis and / or machine axis to which the translation error values do not relate (ie the axis for which neither the shift or the guidance error is considered, nor the direction in which this shift takes place). The different positions can therefore also be referred to as transverse positions in relation to the machine axis under consideration. If, for example, translation error values zTy (z i ) are considered, the different positions can be arranged along the x-axis.
Prinzipiell können die unterschiedlichen Positionen zum Erfassen der Messwerte auch dadurch bereitgestellt werden, dass lediglich eine Messeinheit und/oder optische Einheit (z.B. umfassend lediglich einen Reflektor) verwendet wird, diese aber für das Erfassen der einzelnen Messwerte in entsprechend unterschiedliche Positionen bewegt oder in diesen neu montiert wird.In principle, the different positions for acquiring the measured values can also be provided by using only one measuring unit and / or optical unit (e.g. comprising only one reflector), but moving them to different positions for acquiring the individual measured values or moving them into new positions is mounted.
Die per Messung ermittelten Translationsfehlerwerte können neben einem auf den eigentlich gesuchten Führungsfehler zurückgehenden Anteil auch anderweitige Translationsfehleranteile umfassen, die z.B. aus Messungenauigkeiten und/oder dem allgemeinen Messaufbau resultieren können. Wie nachstehend noch näher erläutert, kann gemäß bestimmter Ausführungsformen davon ausgegangen werden (d.h. kann im Rahmen des Verfahrens und insbesondere zum Ermitteln und/oder Berechnen der gesuchten Werte die Annahme getroffen werden), dass die ermittelten Translationsfehlerwerte mehrere voneinander unterschiedliche Translationsfehleranteile umfassen können, von denen wenigstens einer z.B. auf Messungenauigkeiten und/oder den Messaufbau zurückzuführen sein kann. Zusätzlich kann aber die Annahme getroffen werden, dass die Translationsfehlerwerte (z.B. wenn diese erste und Translationsfehlerwerte umfassen) auch wenigstens einen identischen bzw. gleichen Translationsfehleranteil umfassen, welcher z.B. den eigentlichen Translations-Führungsfehler betrifft, der unabhängig von dem verwendeten Messverfahren ist.The translation error values determined by measurement can, in addition to a component that goes back to the guidance error actually sought, also include other translation error components that can result, for example, from measurement inaccuracies and / or the general measurement setup. As explained in more detail below, according to certain embodiments it can be assumed (that is, within the framework of the method and in particular for determining and / or calculating the values sought), it can be assumed that the translation error values determined can include several translation error components that differ from one another at least one, for example, can be traced back to measurement inaccuracies and / or the measurement setup. In addition, however, the assumption can be made that the translation error values (e.g. if they include first and translation error values) also include at least one identical or the same translation error component, which e.g. relates to the actual translation guidance error, which is independent of the measurement method used.
Ein möglicher den Messaufbau betreffender Translationsfehleranteil kann sich daraus ergeben, dass die Messwerte in einer von der betrachteten Maschinenachse beabstandeten Position zumindest mittelbar erzeugt und/oder erfasst werden, beispielsweise da sich dort eine optische Einheit der vorstehend erläuterten Art befindet. Im Zusammenspiel mit einer Torsion um die betrachtete Maschinenachse können Messeinheiten zum Erfassen der Messwerte in derartigen beabstandeten Positionen in einer orthogonal zu der Maschinenachse verlaufenden Ebene verkippt und/oder verschwenkt werden, was in entsprechenden Translationsfehleranteilen resultiert (s.a. folgende
Bei den ersten Torsionsfehlerwerten kann es sich im Gegensatz zu den zweiten Torsionsfehlerwerten um messtechnisch oder zumindest mittelbar auf Basis eines tatsächlichen Vermessungsvorgangs ermittelte Werte handeln. Anders ausgedrückt können die ersten Torsionsfehlerwerte das zumindest mittelbare Resultat einer Vermessung und insbesondere Abtastung eines Referenzkörpers darstellen, wohingegen die zweiten Torsionsfehlerwerte das vorzugsweise unmittelbare Resultat einer nachstehend erläuterten Berechnung darstellen können. Das Abtasten kann taktil (z.B. mittels eines Messfühlers) oder berührungslos (z.B. mittels optischer oder kapazitiver Sensoren) erfolgen. Die Kurzmessstrecke kann sich entlang der Messstrecke erstrecken oder, anders ausgedrückt, mit einem Abschnitt hiervon zusammenfallen (d.h. die Kurzmessstrecke liegt innerhalb der Messstrecke). Folglich kann sich die Kurzmessstrecke wiederum entlang der Maschinenachse und/oder einer Bewegungsachse hiervon erstrecken.In contrast to the second torsion error values, the first torsion error values can be values determined by measurement technology or at least indirectly on the basis of an actual measurement process. In other words, the first torsional error values can represent the at least indirect result of a measurement and, in particular, scanning of a reference body, whereas the second torsional error values can represent the preferably direct result of a calculation explained below. Scanning can be tactile (e.g. by means of a measuring probe) or contactless (e.g. by means of optical or capacitive sensors). The short measuring section can extend along the measuring section or, in other words, coincide with a section thereof (i.e. the short measuring section lies within the measuring section). As a result, the short measuring section can in turn extend along the machine axis and / or a movement axis thereof.
Die Messwerte entlang der Kurzmessstrecke können prinzipiell mittels eines beliebigen Messverfahrens gewonnen werden z.B. mittels optischer Messungen.The measured values along the short measuring section can in principle be obtained using any measuring method, e.g. optical measurements.
Eine Weiterbildung des Verfahrens und der Vorrichtung sieht vor, dass sich die Kurzmessstrecke entlang eines Referenzkörpers erstreckt und die Messwerte durch Abtasten des Referenzkörpers gewonnen wurden. Das Abtasten kann z.B. taktil, kapazitiv oder optisch erfolgen.A further development of the method and the device provides that the short measurement section extends along a reference body and the measured values were obtained by scanning the reference body. The scanning can be done tactilely, capacitively or optically, for example.
Der Referenzkörper kann (zumindest in einer Dimension) im Wesentlichen dieselbe Länge wie die Kurzmessstrecke und vorzugsweise keine wesentliche größere Abmessung als die Kurzmessstrecke aufweisen. Beispielsweise kann eine der Kurzmessstrecke im Wesentlichen entsprechende Länge des Referenzkörpers größer als dessen Höhe und/oder Breite sein. Der Referenzkörper weist vorzugsweise wenigstens eine plane Fläche auf, entlang derer sich die die Kurzmessstrecke erstreckt. Alternativ kann der Referenzkörper eine Doppelreihe (d. h. sich parallel zueinander erstreckende Reihen) von vorbestimmten geometrischen Elementen mit bekannten (d. h. kalibrierten) Positionen umfassen. Bei den Elementen kann es sich zum Beispiel um Kugeln, Zylinder oder Bohrungen handeln.The reference body can (at least in one dimension) have essentially the same length as the short measuring section and preferably no significantly larger dimension than the short measuring section. For example, a length of the reference body that essentially corresponds to the short measurement path can be greater than its height and / or width. The reference body preferably has at least one flat surface, along which the short measuring section extends. Alternatively, the reference body may comprise a double row (i.e. rows extending parallel to one another) of predetermined geometric elements with known (i.e. calibrated) positions. The elements can be spheres, cylinders or holes, for example.
Die Kurzmessstrecke, welche einer Länge des Referenzkörpers entsprechen kann, umfasst vorzugsweise nur einen Teil einer maximal möglichen Bewegungsstrecke (im Folgenden auch maximale Bewegungsstrecke) der Maschinenachse. In einer Variante ist die Kurzmessstrecke kürzer als 1 m und vorzugsweise kürzer als 0,5 m (z.B. 30 cm). Die maximale Bewegungsstrecke kann hingegen wenigstens 1,5 m, wenigstens 2 m oder auch bis zu 2,5 m betragen oder eine beliebige Länge aufweisen, welche größer als diejenige der Kurzmessstrecke ist.The short measurement path, which can correspond to a length of the reference body, preferably comprises only part of a maximum possible movement path (hereinafter also maximum movement path) of the machine axis. In a variant, the short measuring section is shorter than 1 m and preferably shorter than 0.5 m (for example 30 cm). In contrast, the maximum movement distance can be at least 1.5 m, at least 2 m or even up to 2.5 m or have any length that is greater than that of the short measurement distance.
Als Referenzkörper kommen beispielsweise eine Kugelplatte, eine Planfläche oder ein Block (z.B. Granitblock) bzw. Quader in Betracht. Hintergründe zum Ermitteln von Abtastwerten mit Hilfe eines Referenzkörpers finden sich in der vorstehend erläuterten
Allgemein kann das Abtasten des Referenzkörpers im Anschluss (oder auch vorab) zu dem vorzugsweise optischen Ermitteln der Translationsfehlerwerte erfolgen. Je nach konkreter Ausgestaltung der Vorrichtung kann der Referenzkörper dabei auch beim Ermitteln der Translationsfehlerwerte (bzw. Erfassen der hierfür benötigten Messwerte) an oder in der Vorrichtung verbleiben, sodass sämtliche Messwerte prinzipiell ohne zusätzliche Umrüst- oder Einrichtungsmaßnahmen erfasst werden können.In general, the scanning of the reference body can take place after (or also in advance) to the preferably optical determination of the translation error values. Depending on the specific design of the device, the reference body can also remain on or in the device when the translation error values are determined (or the measured values required for this purpose) so that all measured values can in principle be recorded without additional conversion or setup measures.
Die Fehlergröße kann wenigstens einen, vorzugsweise aber wenigstens zwei, Translationsfehleranteile umfassen (oder, mit anderen Worten, von diesen gebildet werden). Insbesondere kann die Fehlergröße Translationsfehleranteile umfassen, welche auf messtechnisch bedingte Ungenauigkeiten zurückzuführen sind und/oder nicht aufgrund eigentlicher Führungsfehler der betrachteten Maschinenachse erzeugt werden. Allgemein kann es sich bei Translationsfehleranteilen um Fehleranteile handeln, die beim Einrichten eines Messsystems beispielsweise durch Vornehmen präziser Einstellungen und/oder durch das Verwenden weiterer (z.B. benachbarter) Maschinenachsen mit idealen Eigenschaften vermeidbar wären. Im Rahmen des Verfahrens ist jedoch allgemein vorgesehen, derartige Fehleranteile nicht durch möglichst umfassende und präzise Einrichtung des Messsystems und/oder der Vorrichtung zu vermeiden (was prinzipiell aber ebenso als zusätzliche Maßnahme vorgesehen sein kann), sondern die Fehlergröße z.B. rechnerisch zu ermitteln oder zumindest anzunähern, um diese rechnerisch kompensieren und/oder berücksichtigen zu können.The error size can comprise at least one, but preferably at least two, translation error components (or, in other words, be formed by these). In particular, the error variable can include translation error components which can be traced back to measurement-related inaccuracies and / or which are not generated due to actual guidance errors of the machine axis under consideration. In general, translation error components can be error components that could be avoided when setting up a measuring system, for example by making precise settings and / or by using other (e.g. neighboring) machine axes with ideal properties. In the context of the method, however, it is generally provided not to avoid such error components by setting up the measuring system and / or the device as comprehensively and precisely as possible (which in principle can also be provided as an additional measure), but rather to determine or at least approximate the error size, for example by calculation in order to be able to compensate for these mathematically and / or take them into account.
Dies kann insbesondere in der Weise erfolgen, dass die Fehlergröße zum Berechnen der zweiten Torsionsfehlerwerte herangezogen wird. Wie geschildert, können die zweiten Torsionsfehlerwerte rechnerisch und insbesondere ausschließlich rechnerisch ermittelt werden. Anders ausgedrückt können hierfür lediglich Werte herangezogen werden, die auf Basis bereits abgeschlossener Vermessungen ermittelt wurden und vorliegen, nicht aber zusätzliche Messwerte, die erst noch erfasst werden müssten (bspw. mittels gesonderter Achsbewegungen). Die zweiten Torsionsfehlerwerte können zusätzlich auf Basis der ersten Translationsfehlerwerte und/oder der zweiten Translationsfehlerwerte ermittelt und insbesondere berechnet werden. Die Fehlergröße (und/oder die Translationsfehlerwerte) können z.B. als Parameterwerte in einer zum Ermitteln der zweiten Torsionsfehlerwerte verwendeten Gleichung eingesetzt werden.This can be done in particular in such a way that the error variable is used to calculate the second torsional error values. As described, the second torsion error values can be determined mathematically and, in particular, exclusively mathematically. In other words, only values that have been determined and are available on the basis of measurements that have already been completed can be used for this purpose, but not additional measured values that still have to be recorded (e.g. by means of separate axis movements). The second torsion error values can additionally be determined and in particular calculated on the basis of the first translation error values and / or the second translation error values. The error magnitude (and / or the translation error values) can be used, for example, as parameter values in an equation used to determine the second torsional error values.
Wie nachstehend erläutert, können die Translationsfehlerwerte aber auch weitere Translationsfehleranteile und insbesondere von der Fehlergröße unabhängige Translationsfehleranteile umfassen, insbesondere solche, die auf tatsächliche Führungsfehler der betrachteten Maschinenachse zurückzuführen sind.As explained below, however, the translation error values can also include further translation error components and, in particular, translation error components that are independent of the error size, in particular those that can be traced back to actual guidance errors of the machine axis under consideration.
Eine Weiterbildung des Verfahrens und der Vorrichtung sieht vor, dass die zweiten Torsionsfehlerwerte für einen Bereich berechnet werden, der außerhalb der Kurzmessstrecke liegt. Bei dem Bereich kann es sich zum Beispiel um einen Streckenteil der Messstrecke handeln (oder auch um die gesamte Messstrecke), entlang derer die Translationsfehlerwerte erfasst wurden. Während die ersten Torsionsfehlerwerte lediglich anhand von Messwerten entlang der Kurzmessstrecke ermittelt wurden, wird hierdurch das Ermitteln von Torsionsfehlerwerten auch außerhalb der Kurzmessstrecke ermöglicht.A further development of the method and the device provides that the second torsional error values are calculated for a range that lies outside the short measurement section. The area can be, for example, a section of the measuring section (or also the entire measuring section) along which the translation error values were recorded. While the first torsional error values were only determined on the basis of measured values along the short measuring section, this also enables torsional error values to be determined outside the short measuring section.
Insbesondere kann vorgesehen sein, zweite Torsionsfehlerwerte entlang der gesamten Messstrecke zu berechnen (d. h. die Torsionsfehlerwerte innerhalb der gesamten Messstrecke zu ermitteln) oder aber wenigstens entlang der Hälfte oder wenigstens zwei Dritteln der Länge der Messstrecke entlang derer auch die Translationsfehlerwerte erfasst wurden. Hierfür kann z.B. die Annahme getroffen werden, dass die mit Bezug auf die Kurzmessstrecke ermittelte Fehlergröße im Wesentlichen auch außerhalb der Kurzmessstrecke vorliegt und/oder gültig ist (oder, mit anderen Worten, entlang der Messstrecke konstant ist). Dies rechtfertigt ein Verwenden bzw. Berücksichtigen der Fehlergröße zum Berechnen von Torsionsfehlerwerten auch außerhalb der Kurzmessstrecke. Die weiteren zum Berechnen von Torsionsfehlerwerten verwendeten Größen z.B. in Form der (ersten und zweiten) Translationsfehlerwerte können durch das Erfassen entsprechender Messwerte entlang der Messstrecke ohnehin bereits außerhalb der Kurzmessstrecke vorliegen.In particular, provision can be made to calculate second torsional error values along the entire measuring section (i.e. to determine the torsional error values within the entire measuring section) or at least along half or at least two thirds of the length of the measuring section along which the translation error values were also recorded. For this purpose, the assumption can be made, for example, that the error size determined with reference to the short measuring section is essentially also present outside the short measuring section and / or is valid (or, in other words, is constant along the measuring section). This justifies using or taking into account the size of the error for calculating torsional error values outside of the short measurement path. The other variables used to calculate torsional error values, e.g. in the form of the (first and second) translation error values, can already be present outside of the short measuring path by acquiring corresponding measured values along the measuring section.
Bei einer weiteren Variante des Verfahrens und der Vorrichtung umfassen die Translationsfehlerwerte erste und zweite Translationsfehlerwerte für die Maschinenachse, die jeweils basierend auf Messwerten ermittelt werden, die auf Basis eines Bewegens der Maschinenachse entlang der Messtrecke gewonnen wurden (z.B. erste Messwerte zum Ermitteln der ersten Translationsfehlerwerte und zweite Messwerte zum Ermitteln der zweiten Translationsfehlerwerte).In a further variant of the method and the device, the translation error values include first and second translation error values for the machine axis, which are each determined based on measured values obtained on the basis of moving the machine axis along the measuring path (e.g. first measured values for determining the first translation error values and second measured values for determining the second translation error values).
Bevorzugt wird dabei, dass die ersten und zweiten Translationsfehlerwerte auf Basis von Messwerten ermittelt werden, die in zu der Maschinenachse beabstandeten Messpositionen ermittelt werden, z.B. erste Messwerte (für erste Translationsfehlerwerte) in ersten Messpositionen und zweite Messwerte (für zweite Translationsfehlerwerte) in zweiten Messpositionen, wobei die ersten und zweiten Messpositionen voneinander verschieden sind). Anders ausgedrückt können sich die Messwerte auf zu der Maschinenachse (und insbesondere zu einer Längsachse, zentralen Mittellinie und/oder Bewegungsachse der Maschinenachse) beabstandete Position beziehen und/oder die Messpositionen können in einem Abstand zu bzw. neben der Maschinenachse liegen. Folglich können die Messpositionen als auch Quer-Positionen bezogen auf die betrachtete Maschinenachse bezeichnet werden. Insbesondere können die Messwerte in diesen Positionen zumindest mittelbar erfasst und/oder erzeugt werden. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass in den entsprechenden Positionen optische Einheiten und insbesondere Reflektoren zum Wechselwirken mit einem optischen Messstrahl angeordnet sind. Achsen, entlang derer die entsprechend beabstandeten Positionen vorliegen und/oder angeordnet sein können, können zum Beispiel in Form von sich in einem Winkel zu der Maschinenachse erstreckenden Koordinatenachsen und/oder Längs- bzw. Bewegungsachsen weiterer Maschinenachsen vorliegen. Vorzugsweise beziehen sich die ersten und zweiten Translationsfehlerwerte auf voneinander unterschiedliche Positionen z.B. entlang einer solchen Achse.It is preferred that the first and second translation error values are determined on the basis of measured values that are determined in measuring positions spaced apart from the machine axis, e.g. first measured values (for first translation error values) in first measuring positions and second measured values (for second translation error values) in second measuring positions, wherein the first and second measurement positions are different from each other). In other words, the measured values can relate to a position spaced apart from the machine axis (and in particular from a longitudinal axis, central center line and / or movement axis of the machine axis) and / or the measurement positions can be at a distance from or next to the machine axis. Consequently, the measuring positions can also be referred to as transverse positions in relation to the machine axis under consideration. In particular, the measured values can be recorded and / or generated at least indirectly in these positions. This can be done, for example, in that optical units and in particular reflectors for interacting with an optical measuring beam are arranged in the corresponding positions. Axes along which the correspondingly spaced positions are present and / or can be arranged can be present, for example, in the form of coordinate axes extending at an angle to the machine axis and / or longitudinal or movement axes of further machine axes. Preferably, the first and second translation error values relate to mutually different positions, for example along such an axis.
Zusammengefasst können die ersten Translationsfehlerwerte und die zweiten Translationsfehlerwerte somit in voneinander unterschiedlichen Quer-Positionen bezogen auf eine betrachtete Maschinenachse ermittelt werden. Allgemein können die ersten und zweiten Translationsfehlerwerte jeweils in mehreren Messpositionen erfasst werden, wobei für jede Messposition der ersten Translationsfehlerwerte eine Messposition der zweiten Translationsfehlerwerte mit zwei identischen und einem unterschiedlichen Koordinatenwert existiert. Der unterschiedliche Koordinatenwert liegt dabei vorzugsweise entlang einer sich in einem Winkel zu der betrachteten Maschinenachse erstreckenden Koordinatenachse vor (z.B. unterschiedliche x-Koordinaten beim Betrachten der Z-Maschinenachse).In summary, the first translation error values and the second translation error values can thus be determined in mutually different transverse positions in relation to a machine axis under consideration. In general, the first and second translation error values can each be detected in a plurality of measurement positions, with a measurement position of the second translation error values with two identical and one different coordinate values existing for each measurement position of the first translation error values. The different coordinate values are preferably present along a coordinate axis that extends at an angle to the machine axis under consideration (e.g. different x coordinates when looking at the Z machine axis).
In einer weiteren Ausführungsform von Vorrichtung und Verfahren ist die Maschinenachse eine sich in einem Winkel zur Horizontalen (d. h. Horizontale in einem Raumkoordinatensystem) erstreckende Maschinenachse. Insbesondere kann sich die Maschinenachse entlang einer Vertikalen erstrecken und/oder entlang einer Achse, die parallel zur Richtung der Gravitationskraft und vorzugsweise entgegengesetzt hierzu orientiert ist. Die Maschinenachse kann auch als Z-Achse bezeichnet werden, wohingegen sich in der Horizontalen erstreckende Koordinaten- und/oder Maschinenachsen als x- und y-Achsen (bzw. X- und Y-Maschinenachsen) bezeichnet werden können. Wie geschildert, wird bei derartigen vertikalen Achsen zur Bestimmung von Torsionsfehlern oftmals auf vergleichsweise umfangreiche Zusatzmessungen zurückgegriffen, die z.B. Referenzkörper erfordern, welche sich entlang einer gesamten maximalen Bewegungsstrecke der Maschinenachse erstrecken. Mit dem hierin vorgestellten Verfahren ist es hingegen möglich, den Messaufwand durch Verwenden vergleichsweise kurzer Referenzkörper zu reduzieren. Allgemein versteht es sich aber, dass das Verfahren auch dann Vorteile bietet, wenn nicht-vertikale Maschinenachsen und insbesondere horizontale Maschinenachsen betrachtet werden. In diesem Fall ist es mit bisherigen Lösungen zum Ermitteln von Torsionsfehlerwerten oftmals erforderlich, vergleichsweise teure Neigungswagen zu verwenden. Mit dem geschilderten Verfahren kann auf derartige Neigungswagen verzichtet und stattdessen auf vergleichsweise kurze Referenzkörper zurückgegriffen werden.In a further embodiment of the apparatus and method, the machine axis is a machine axis extending at an angle to the horizontal (i.e., the horizontal in a spatial coordinate system). In particular, the machine axis can extend along a vertical and / or along an axis which is oriented parallel to the direction of the gravitational force and preferably opposite to it. The machine axis can also be referred to as the Z axis, whereas coordinate and / or machine axes extending in the horizontal can be referred to as x and y axes (or X and Y machine axes). As described, in the case of vertical axes of this type, comparatively extensive additional measurements are often used to determine torsion errors, which e.g. require reference bodies that extend along the entire maximum movement path of the machine axis. With the method presented here, on the other hand, it is possible to reduce the measurement effort by using comparatively short reference bodies. In general, however, it is understood that the method also offers advantages when non-vertical machine axes and in particular horizontal machine axes are considered. In this case, with previous solutions for determining torsion error values, it is often necessary to use comparatively expensive inclination carriages. With the method described, such inclination carriages can be dispensed with and instead comparatively short reference bodies can be used.
Gemäß einer Weiterbildung von Vorrichtung und Verfahren werden die (z.B. ersten und/oder zweiten) Translationsfehlerwerte basierend auf mittels wenigstens einer optischen Messeinrichtung erfassten Messwerten bestimmt. Die optische Messeinrichtung kann die Messwerte auf Basis von Laserstrahlung und/oder Laserinterferometrie erfassen. Insbesondere kann es sich bei der Messeinrichtung um eine vorstehend geschilderte Laser Interferometer Anordnung handeln. Dies bietet den Vorteil, dass zumindest die Translationsfehlerwerte mittels eines vergleichsweise genauen optischen Messverfahrens ermittelt und ohne Zuhilfenahme speziell hierfür vorzusehender (und/oder anzufertigender) Referenzkörper bestimmt werden können.According to a further development of the device and method, the (e.g. first and / or second) translation error values are determined based on measured values acquired by means of at least one optical measuring device. The optical measuring device can record the measured values on the basis of laser radiation and / or laser interferometry. In particular, the measuring device can be a laser interferometer arrangement described above. This offers the advantage that at least the translation error values can be determined by means of a comparatively precise optical measuring method and can be determined without the aid of reference bodies to be provided (and / or manufactured) specifically for this purpose.
Die Fehlergröße kann allgemein Translationsfehleranteile bezogen auf sowohl die ersten und auch die zweiten Translationsfehlerwerte umfassen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Fehlergröße für wenigstens einen der hierin geschilderten Translationsfehleranteile (d.h. für eine Art von Translationsfehleranteil) sowohl einen sich auf die ersten als auch einen sich auf die zweiten Translationsfehlerwerte beziehenden Translationsfehleranteil umfasst, sofern entsprechende erste und zweite Translationsfehlerwerte vorhanden sind. Ein Beispiel findet sich in der nachstehenden Gleichung (5).The error magnitude can generally include translation error components related to both the first and the second translation error values. In particular, it can be provided that the error size for at least one of the translation error components described herein (ie for a type of Translation error component) comprises both a translation error component relating to the first and a translation error component relating to the second translation error values, provided that corresponding first and second translation error values are present. An example is given in equation (5) below.
Wie geschildert, kann die Fehlergröße wenigstens einen Translationsfehleranteil umfassen, der nicht auf einen eigentlichen Führungsfehler der Maschinenachse zurückzuführen ist. Ein Beispiel für einen Translationsfehleranteil, der maßgeblich auf das verwendete Messverfahren und/oder den verwendeten Messaufbau zurückzuführen ist, ist ein erster von der Fehlergröße optional umfasster Translationsfehleranteil, der aus einem nicht-idealen Verlauf eines optischen Messstrahls resultiert. Dieser kann auch als ein optischer Translationsfehleranteil bezeichnet werden. Bei dem optischen Messstrahl kann es sich um einen Laserstrahl handeln, der zum Erfassen und/oder Erzeugen der Messwerte und insbesondere der Translationsfehlerwerte verwendet wird. Insbesondere kann es sich um einen in Richtung einer gemeinsam mit der Maschinenachse bewegten optischen Einheit (z.B. einem Reflektor) ausgesendeten und vorzugsweise noch nicht rückreflektierten Messstrahl bzw. Strahlungsanteil handeln. Der ideale Verlauf des optischen Messstrahls kann allgemein einen sich parallel zu der Maschinenachse und/oder Messstrecke erstreckenden Verlauf betreffen, wobei auch ein rückreflektierter und zum Ermitteln der Translationsfehleranteile verwendeter Strahlungsanteil vorzugsweise parallel zu der Messstrecke und/oder Maschinenachse verlaufen kann. Ein derartiger Verlauf wird aber nur mit einem entsprechend hohen Einrichtungs- und insbesondere Strahlausrichtungsaufwand erreicht. Abweichungen von dem idealen Verlauf des optischen Messstrahls und insbesondere dem geschilderten parallelen Verlauf können allgemein als ein schräger Verlauf des optischen Messstrahls bezeichnet werden und/oder in Form eines solchen schrägen Verlaufs vorliegen (d.h. schräg bezogen auf die Achse, zu der sich der Strahl idealerweise parallel erstrecken soll). Dieser schräge Verlauf kann in einem damit einhergehenden Translationsfehleranteil resultieren oder, anders ausgedrückt, zu dem ermittelten Translationsfehlerwert beitragen, beispielsweise da die darauf basierend ermittelten Messwerte in einer nach Maßgabe der Schrägstellung verschobenen Position erfasst und/oder erzeugt werden.As described, the error size can include at least one translation error component that cannot be traced back to an actual guidance error of the machine axis. An example of a translation error component, which is largely due to the measurement method used and / or the measurement setup used, is a first translation error component which is optionally comprised by the error size and which results from a non-ideal course of an optical measurement beam. This can also be referred to as an optical translation error component. The optical measuring beam can be a laser beam that is used to acquire and / or generate the measured values and in particular the translation error values. In particular, it can be a measuring beam or radiation component which is emitted and preferably not yet reflected back in the direction of an optical unit (e.g. a reflector) that is moved together with the machine axis. The ideal course of the optical measuring beam can generally relate to a course extending parallel to the machine axis and / or measuring section, whereby a back-reflected radiation component used to determine the translation error components can preferably run parallel to the measuring section and / or machine axis. Such a course is only achieved with a correspondingly high outlay on equipment and, in particular, beam alignment. Deviations from the ideal course of the optical measuring beam and in particular the described parallel course can generally be referred to as an oblique course of the optical measuring beam and / or in the form of such an oblique course (i.e. obliquely based on the axis to which the beam is ideally parallel should extend). This inclined course can result in an associated translation error component or, in other words, contribute to the determined translation error value, for example because the measured values determined based thereon are recorded and / or generated in a position shifted according to the inclination.
Zusammengefasst kann sich der ideale Verlauf also auf eine gewünschte Ausrichtung und/oder einen gewünschten Verlauf des Messstrahls beziehen, wohingegen der nichtideale Verlauf z.B. in Form einer Schrägstellung hiervon abweichen kann.In summary, the ideal course can relate to a desired alignment and / or a desired course of the measuring beam, whereas the non-ideal course can deviate from this, e.g. in the form of an inclined position.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform von Verfahren und Vorrichtung umfasst die Fehlergröße wenigstens einen (zweiten) Translationsfehleranteil, der zumindest anteilig aus einem Führungsfehler entlang einer weiteren Maschinenachse resultiert. Dieser kann auch als ein Zusatzführungs-Translationsfehleranteil bezeichnet werden. Bei dem Führungsfehler kann es sich um einen Translations-, Rotations- oder Torsionsfehler handeln und/oder bei der weiteren Maschinenachse um eine von der betrachteten Maschinenachse verschiedene Maschinenachse. Insbesondere kann es sich um eine Maschinenachse handeln, entlang derer weder die (z.B. ersten oder zweiten) Translationsfehlerwerte betrachtet werden, noch um diejenige Koordinaten- und/oder Maschinenachse, entlang derer die betrachtete Maschinenachse aufgrund dieser Translationsfehler verschoben wird. Wird beispielsweise eine Verschiebung einer Z-Maschinenachse in eine y-Koordinatenachse betrachtet, kann ein Führungsfehler entlang der X-Maschinenachse den Translationsfehleranteil verursachen. Vorzugsweise wird als Führungsfehler ein Torsionsfehler um eben diese weitere Maschinenachse betrachtet.According to a further embodiment of the method and device, the error variable comprises at least one (second) translation error component, which results at least partially from a guidance error along a further machine axis. This can also be referred to as an additional guidance translation error component. The guidance error can be a translation, rotation or torsion error and / or the further machine axis can be a machine axis different from the machine axis under consideration. In particular, it can be a machine axis along which neither the (e.g. first or second) translation error values are considered, nor the coordinate and / or machine axis along which the machine axis under consideration is shifted due to these translation errors. If, for example, a shift of a Z machine axis in a y coordinate axis is considered, a guidance error along the X machine axis can cause the translation error component. A torsion error about this further machine axis is preferably considered as a guidance error.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich durch das Berücksichtigen dieses weiteren Translationsfehleranteils eine besonders genaue Ermittlung der Fehlergröße bzw. der schlussendlich daraus berechneten Torsionsfehlerwerte erreichen lässt. Dies ist beispielsweise darauf zurückzuführen, dass anhand der Fehlergröße und somit im Rahmen der Berechnung zwischen eigentlich tatsächlich führungsfehlerbedingten Fehlerwerten entlang der betrachteten Maschinenachse und hiervon unabhängigen Führungsfehlern entlang der weiteren Maschinenachse differenziert werden kann und/oder dass diese weiteren Führungsfehler überhaupt berücksichtigt werden können.The inventors have recognized that by taking this further translation error component into account, a particularly precise determination of the error size or the torsion error values ultimately calculated therefrom can be achieved. This is due, for example, to the fact that, on the basis of the error size and thus within the scope of the calculation, it is possible to differentiate between error values actually actually caused by guidance errors along the machine axis under consideration and guidance errors that are independent of this along the other machine axis and / or that these additional guidance errors can even be taken into account.
Das Verfahren und die Vorrichtung können ferner vorsehen, dass (beispielsweise zum Berechnen der zweiten Torsionsfehlerwerte) davon ausgegangen bzw. die Annahme getroffen wird, dass die Fehlergröße zumindest anteilig konstant entlang der Messstrecke ist. Unter der zumindest anteiligen Konstanz kann verstanden werden, dass zumindest einer der vorstehend oder nachstehend erläuterten Translationsfehleranteile, vorzugsweise aber sämtliche Translationsfehleranteile und somit die Fehlergröße an sich, konstant entlang der Messstrecke ist. Hierdurch kann im Wesentlichen ohne zusätzlichen Berechnungs- und/oder Messaufwand ermöglicht werden, dass auch Torsionsfehlerwerte außerhalb der Kurzmessstrecke (innerhalb derer tatsächliche Messwerte für die Fehlergröße ermittelt wurden) berechnet werden können. Dies trägt dazu bei, dass die Kurzmessstrecke und somit der Referenzkörper entsprechend kurz ausfallen können.The method and the device can furthermore provide that (for example, to calculate the second torsional error values) it is assumed or the assumption is made that the error variable is at least partially constant along the measurement path. The at least partial constancy can be understood to mean that at least one of the translation error components explained above or below, but preferably all the translation error components and thus the error size per se, is constant along the measurement path. This makes it possible, essentially without additional calculation and / or measurement effort, to also calculate torsional error values outside the short measuring section (within which actual measured values for the error size were determined). This contributes to the fact that the short measuring section and thus the reference body can be correspondingly short.
Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung und des Verfahrens wird davon ausgegangen bzw. die Annahme getroffen, dass die ersten und zweiten Translationsfehlerwerte an einer (und vorzugsweise jeder) gegebenen Position entlang der Messstrecke (und/oder entlang einer Bewegungsstrecke der Messachse) zumindest einen identischen Translationsfehleranteil umfassen. Dieser kann auch als ein Führungs-Translationsfehleranteil bezeichnet werden. Bei diesem Translationsfehleranteil kann es sich um einen von dem vorstehend geschilderten ersten und zweiten Translationsfehleranteil verschiedenen Translationsfehleranteil handeln. Insbesondere kann es sich um einen Translationsfehleranteil handeln, der auf einen eigentlichen Führungsfehler um die betrachtete Maschinenachse zurückzuführen ist. Die Annahme eines identischen Translationsfehleranteils kann im Rahmen des Verfahrens Vorteile hinsichtlich der Ermittlung insbesondere von den zweiten Torsionsfehlerwerten ermöglichen, da beispielsweise bestimmte Zusammenhänge in Anbetracht der identischen Translationsfehleranteile geeignet kombiniert und/oder einander gleichgesetzt werden können.In a further development of the device and the method, it is assumed or assumed that the first and second translation error values at a (and preferably any) given position along the measurement path (and / or along a movement path of the measurement axis) include at least one identical translation error component . This can also be referred to as a lead translation error component. This translation error component can be a translation error component different from the first and second translation error component described above. In particular, it can be a translation error component that can be traced back to an actual guidance error about the machine axis under consideration. The assumption of an identical translation error component can, within the scope of the method, enable advantages with regard to the determination of the second torsional error values in particular, since, for example, certain relationships can be suitably combined and / or equated with one another in view of the identical translation error components.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, insbesondere ein Koordinatenmessgerät, mit wenigstens einer ansteuerbaren Maschinenachse, einer Auswerteeinrichtung und einer Berechnungseinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist:
- - Translationsfehlerwerte für die Maschinenachse basierend auf Messwerten zu ermitteln, die durch ein Bewegen der Maschinenachse entlang einer Messstrecke gewinnbar sind (oder gewonnen wurden);
- - erste Torsionsfehlerwerte für die Maschinenachse basierend auf Messwerten zu ermitteln, die durch ein Abtasten eines Referenzkörpers entlang einer Kurzmessstrecke gewinnbar sind (oder gewonnen wurden), wobei die Kurzmessstrecke kürzer als die Messstrecke ist; und
- - eine Fehlergröße basierend auf den ersten Torsionsfehlerwerten zu ermitteln;
- To determine translation error values for the machine axis based on measured values that can be (or have been) obtained by moving the machine axis along a measurement path;
- to determine first torsional error values for the machine axis based on measured values which can be (or have been) obtained by scanning a reference body along a short measuring section, the short measuring section being shorter than the measuring section; and
- to determine an error size based on the first torsion error values;
Die Vorrichtung kann jegliche Weiterbildung und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der vorstehenden oder nachstehenden Schritte, Betriebszustände und Funktionen bereitzustellen oder auszuführen. Insbesondere kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß jeglichen der vorstehenden oder nachstehenden Aspekte auszuführen. Insbesondere kann die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Ermitteln von zumindest den ersten und zweiten Translationsfehlerwerten umfassen, wobei die Messeinrichtung optional auch eine gemeinsam mit der Maschinenachse bewegbare Einheit umfassen kann. Diese Einheit kann die vorstehend geschilderte optische Einheit z.B. in Form eines Reflektors umfassen. Ferner kann die Messeinrichtung eine Strahlquelle und/oder allgemein eine Laser Interferometer Anordnung umfassen oder als Letztere realisiert sein. Ferner kann die Vorrichtung auch den Referenzkörper umfassen, der vorzugsweise lediglich bedarfsweise innerhalb des Koordinatenmessgeräts angeordnet werden kann (z.B. im Rahmen des geschilderten Verfahrens, nicht jedoch während einer eigentlichen Werkstückvermessung).The device can comprise any further development and any further feature in order to provide or carry out all of the above or below steps, operating states and functions. In particular, the device can be set up to carry out a method in accordance with any of the above or below aspects. In particular, the device can include a measuring device for determining at least the first and second translation error values, wherein the measuring device can optionally also include a unit that can be moved together with the machine axis. This unit can comprise the optical unit described above, for example in the form of a reflector. Furthermore, the measuring device can comprise a beam source and / or generally a laser interferometer arrangement or can be implemented as the latter. Furthermore, the device can also comprise the reference body, which can preferably only be arranged within the coordinate measuring machine as required (e.g. within the scope of the described method, but not during an actual workpiece measurement).
Die Auswerteeinrichtung und Berechnungseinrichtung können jeweils elektronisch und/oder digital betreibbar sein. Sie können jeweils durch eine gemeinsame Recheneinrichtung realisiert werden oder von einer solchen umfasst sein. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise als ein herkömmlicher PC realisiert sein. Die Recheneinrichtung kann über ein Computerprogramm verfügen, das bei Ausführen auf einer Prozessoreinheit die hierin geschilderten Funktionen der Auswerteeinrichtung und Berechnungseinrichtung bereitstellt.The evaluation device and calculation device can each be operated electronically and / or digitally. They can each be implemented by a common computing device or be comprised of such a device. The computing device can be implemented as a conventional PC, for example. The computing device can have a computer program which, when executed on a processor unit, provides the evaluation device and calculation device functions described herein.
Die Vorrichtung kann auch dazu eingerichtet sein, erste und zweite Translationsfehlerwerte für die Maschinenachse basierend auf Messwerten zu ermitteln, die durch ein Bewegen der Maschinenachse entlang der Messstrecke gewinnbar sind (oder gewonnen wurden). Die ersten und zweiten Translationsfehlerwerte können zum Ermitteln der zweiten Torsionsfehlerwerte verwendet werden.The device can also be set up to determine first and second translation error values for the machine axis based on measured values that can be (or have been) obtained by moving the machine axis along the measurement path. The first and second translation error values can be used to determine the second torsion error values.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. In ihrer Art und/oder Funktion übereinstimmende Merkmale können dabei figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Es stellen dar:
-
1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführbar ist; -
2 eine Detaildarstellung einer gemeinsam mit einer Maschinenachse der Anordnung aus1 bewegbaren optischen Einheit; -
3 eine Darstellung eines Translationsfehleranteils, der auf einen nicht-idealen Verlauf eines Messstrahls zurückzuführen ist; -
4 eine Darstellung eines Translationsfehleranteils, der auf einen Führungsfehler entlang einer weiteren Maschinenachse zurückzuführen ist; -
5 ein Ablaufschema eines mit der Vorrichtung aus1 ausführbaren Verfahrens.
-
1 a view of a device according to the invention with which a method according to the invention can be carried out; -
2 a detailed representation of a joint with a machine axis of the arrangement1 movable optical unit; -
3 a representation of a translation error component that can be traced back to a non-ideal course of a measuring beam; -
4th a representation of a translation error component that can be traced back to a guidance error along a further machine axis; -
5 a flow chart of one with the device1 executable procedure.
In
Das Koordinatenmessgerät (bzw. die Vorrichtung) 10 besitzt eine Basis
An dem unteren freien Ende der Pinole
Die Maschinenachsen
In herkömmlicher Weise ist jede Maschinenachse
Mit den Bezugsziffern
Darüber hinaus sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht nur bei Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise, sondern auch bei anderen Koordinatenmessgeräten, beispielsweise in Horizontalarm- oder Brückenbauweise, eingesetzt werden kann.In addition, for the sake of completeness, it should be pointed out that the present invention can be used not only with coordinate measuring machines with a portal design, but also with other coordinate measuring machines, for example with a horizontal arm or bridge design.
Auf der Basis
Im Rahmen des nachstehend erläuterten Verfahrens wird der Referenzkörper
Weiterhin erkennt man eine zumindest teilweise auf der Basis
Die Interferometer Anordnung
Das Koordinatenmessgerät
In an sich bekannter Weise können die ermittelten Führungsfehlerwerte dazu verwendet werden, um eine oder sämtliche der X-, Y-, Z-Maschinenachsen zu kalibrieren. Somit können bei später mit dem Koordinatenmessgerät
In
Ferner erkennt man in
Alternativ könnte auch lediglich ein Reflektor
Aus dem einleitend erläuterten Stand der Technik in Form der
Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass dies nur mit einem erheblichen Einrichtungsaufwand bezüglich der verwendeten Messsysteme möglich ist oder dass vereinfachende und die Genauigkeit der Messergebnisse verfälschende Annahmen hierfür getroffen werden müssen. Die gezeigte Lösung sieht stattdessen vor, mittels der optischen Einheit
Im Detail wird mit jedem der Reflektoren
Zu Beginn des Verfahrens werden mit der optischen Einheit
Im Einzelnen sind mit der gezeigten optischen Einheit
In diesen für das erfindungsgemäße Verfahren definierten Gleichungen (1) und (2) wird davon ausgegangen, dass die Translationsfehlerwerte einen identischen Translationsanteil zTy(z) umfassen. Dieser entspricht einem allein auf den eigentlichen Führungsfehler (bzw. Translations-Führungsfehler) beim Bewegen entlang der Z-Maschinenachse zurückzuführenden Translationsfehleranteil. Die weiteren Translationsfehleranteile in Form der weiteren Summanden der Gleichungen (1) und (2) sind hingegen auf andere Ursachen zurückzuführen und jeweils individuell auf einen der Reflektoren
Ein erster Translationsfehleranteil ist beispielsweise auf einen nicht idealen Verlauf der Laserstrahlen
Ein weiterer in den Gleichungen (1) und (2) bereits berücksichtigter Fehleranteil resultiert aus dem gewählten Messaufbau und konkret dem Anordnen der Reflektoren
Aufgrund trigonometrischer Überlegungen kann dieser Fehleranteil (bzw. die in
Schließlich existiert noch der anhand der folgenden
Aufgrund analoger trigonometrischer Überlegungen, wie vorstehend anhand von
Stellt man die Gleichungen (1) und (3) nach dem gemeinsamen darin enthaltenen Term zTy(z) um und setzt die entsprechenden Ausdrücke einander gleich, kann der folgende Zusammenhang erhalten werden:
Dieser Ausdruck kann vereinfacht werden, indem eine Fehlergröße Δs̃ betrachtet wird, welche für jeden der Translationsfehler der Gleichungen (1) und (2) die vorstehend erläuterten Translationsfehleranteile aufgrund des schrägen bzw. nicht-idealen Verlaufs der Laserstrahlen umfasst sowie aufgrund der Winkelfehler um die X-Maschinenachse. This expression can be simplified by considering an error size Δs̃ which, for each of the translation errors of equations (1) and (2), includes the translation error components explained above due to the oblique or non-ideal course of the laser beams and due to the angular errors around the X -Machine axis.
Diese Fehlergröße lautet wie folgt:
Ferner kann aus der vorstehenden Gleichung (4) die Differenz der h2- und h1-Werte als Δx bezeichnet werden. Basierend auf diesen Vereinfachungen kann die Gleichung (4) als folgende Gleichung (6) formuliert werden:
Ein Umstellen der Gleichung nach den eigentlich interessierenden Torsionsfehlerwerten zRz(z) um die Z-Maschinenachse ergibt Folgendes:
In dieser Gleichung sind die Torsionsfehlerwerte zRz(z) unbekannt. Gleiches gilt auch für die Fehlergröße Δs̃ bzw. das Produkt hiervon mit dem aktuellen z-Wert. Die letztere Unbekannte wäre unerheblich, falls die Schrägen s1 und s2 der Translationsmessung und auch die Winkelfehler φ1 und φ2 gleich wären, da die Fehlergröße Δs̃ dann den Wert 0 annehmen würde. Derartige Verhältnisse lassen sich aber nur mit einem erheblichen Einrichtungs- und Justieraufwand des Messaufbaus und der Vorrichtung erreichen. Das gezeigte Beispiel sieht deshalb vor, diese Fehlergröße Δs̃ zu ermitteln und rechnerisch zu berücksichtigen, anstatt sie mittels des geschilderten Einrichtungsaufwands sozusagen physikalisch zu eliminieren.In this equation, the torsional error values zRz (z) are unknown. The same also applies to the error size Δs̃ or the product thereof with the current z-value. The latter unknown would be irrelevant if the slopes s 1 and s 2 of the translation measurement and also the angle errors φ 1 and φ 2 were the same, since the error size Δs̃ would then assume the value 0. However, such conditions can only be achieved with a considerable outlay on setting up and adjusting the measurement setup and the device. The example shown therefore provides for this error variable Δs̃ to be determined and taken into account computationally, instead of physically eliminating it, so to speak, by means of the outlay on equipment.
In diesem Zusammenhang wurde zunächst erkannt, dass ohne wesentliche Genauigkeitseinbußen die Annahme getroffen werden kann, dass die Fehlergröße Δs̃ entlang der gesamten Messstrecke
Bei der kurzen Strecke handelt es sich um die vorstehend bereits anhand von
Da somit zumindest entlang der Kurzmessstrecke
Als z-Wert kann dabei prinzipiell jeder beliebige z-Wert (d.h. jeder zi-Ort) innerhalb der Kurzmessstrecke
Die in Gleichung (8) enthaltenen zTy-Translationsfehlerwerte wurden mittels der optischen Einheit
In der vorstehend erläuterten Weise wurde somit die Fehlergröße Δs̃ basierend auf messtechnisch erfassten Werten ermittelt und, genauer gesagt, auf Basis dieser Messwerte berechnet. Basierend auf der vorstehend geschilderten Annahme, wonach diese Fehlergröße Δs̃ entlang der gesamten Messstrecke
Im Ergebnis gelangt man somit auf Basis lediglich entlang einer vergleichsweise kurzen Kurzmessstrecke
Abschließend wird noch ein Ablaufschema anhand der
Die Messwerte werden dabei entlang der gesamten Messstecke
In dem Schritt S3 wird zum Ermitteln der unbekannten Fehlergröße Δs̃ der Torsionsfehler zRz um die Z-Maschinenachse durch Abtasten des Referenzkörpers
In dem Schritt S4 wird daraufhin mittels der vorigen Gleichung (8) die Fehlergröße Δs̃ auf Basis der ermittelten Messwerte rechnerisch bestimmt.In step S4, the error size Δs̃ is then determined arithmetically on the basis of the measured values determined using the previous equation (8).
In dem abschließenden Schritt S5 wird mittels der vorigen Gleichung (7) durch Einsetzen der Fehlergröße Δs̃\ sowie der messtechnisch erfassten Translationsfehlerwerte der Torsionsfehler zRz um die Z-Maschinenachse entlang der gesamten Messstrecke
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann auch allgemein vorgesehen sein, zum Ermitteln der Torsionsfehlerwerte die ersten (entlang der Kurzmessstrecke
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Vorrichtung / KoordinatenmessgerätDevice / coordinate measuring machine
- 1212th
- BasisBase
- 1414th
- Portalportal
- 1616
- SchlittenSledge
- 1818th
- PinoleQuill
- 1919th
- MesskopfMeasuring head
- 20-2420-24
- Maßstabscale
- 2626th
- AbtastvorrichtungScanning device
- 3030th
- Maßstabscale
- 3131
- ReferenzkörperReference body
- 3232
- RecheneinrichtungComputing device
- 3333
- AuswerteeinrichtungEvaluation device
- 3434
- SteuereinrichtungControl device
- 3535
- BerechnungseinrichtungCalculation device
- 4040
- MesseinrichtungMeasuring device
- 4242
- LaserstrahlquelleLaser beam source
- 4444
- LaserstrahlenLaser beams
- 4646
- Prisma-EinheitPrism unit
- 5050
- optische Einheitoptical unit
- 5252
- Reflektorreflector
- MM.
- MessstreckeMeasuring section
- AA.
- KurzmessstreckeShort measuring distance
- LL.
- LängsachseLongitudinal axis
- X, Y, ZX, Y, Z
- MaschinenachseMachine axis
- h1, h2h1, h2
- AbstandswertDistance value
- y1, y2y1, y2
- y-(Fehler)Komponentey- (error) component
- x1, x2x1, x2
- x-(Fehler)Komponentex (error) component
- φφ
- WinkelfehlerAngle error
- zTx(zi), zTy(zi)zTx (zi), zTy (zi)
- TranslationsfehlerTranslation error
- zTz(zi)zTz (zi)
- PositionsfehlerPosition error
- zRz(zi)zRz (zi)
- TorsionsfehlerTorsion failure
- zRy(zi), zRx(zi)zRy (zi), zRx (zi)
- RotationsfehlerRotation error
- ∆s∆s
- FehlergrößeError size
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018208189.1A DE102018208189B4 (en) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | Method and device for determining the torsional errors of a machine axis |
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DE102018208189.1A DE102018208189B4 (en) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | Method and device for determining the torsional errors of a machine axis |
Publications (2)
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2018
- 2018-05-24 DE DE102018208189.1A patent/DE102018208189B4/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |