DE19815098A1

DE19815098A1 - Verfahren zur Messung von Drehtischabweichungen

Info

Publication number: DE19815098A1
Application number: DE1998115098
Authority: DE
Inventors: Heinz-Eckhard Habermehl; Albert Gesler
Original assignee: Brown und Sharpe GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-04-04
Also published as: DE19815098B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Drehtischabweichungen, bei dem ein Prüfkörper in drei Meßstellungen auf einem Drehtisch angeordnet und gemessen wird. In einer Meßstellung wird der Prüfkörper außerhalb des Mittelpunktes des Drehtisches und in der Nähe der Drehtischoberfläche angeordnet und gemessen. In einer zweiten Meßstellung wird der Prüfkörper in der Mitte des Drehtisches und in der Nähe der Drehtischoberfläche angeordnet und gemessen. In einer dritten Meßstellung wird der Prüfkörper in der Mitte des Drehtisches und mit Abstand zur Drehtischoberfläche angeordnet und gemessen. Die einzelnen Messungen erfolgen in mehreren Winkelstellungen des Drehtisches. Aus den drei Meßreihen werden die Abweichungslinien des Drehtisches ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Drehtischabweichungen.

Gemäß dem Stand der Technik werden Drehtische auf Ko ordinatenmeßgeräten eingesetzt. Für einen Einsatz von Dreh tischen auf Koordinatenmeßgeräten ist es erforderlich, daß die vom Drehtisch ausgegebenen Winkelwerte und die Abwei chungen der Achse des Drehtisches von einer idealen Dreh achse möglichst gering sind und die Meßunsicherheit des Ko ordinatenmeßgerätes nicht vergrößern.

Die Abweichungen eines Drehtisches lassen sich in fol gende Komponenten einteilen:

1. Winkelpositionsabweichungen,
2. Laufabweichungen der Drehachse,
- a) axiale Abweichungen,
- b) radiale Abweichungen,
- c) Taumelabweichungen

Gemäß dem Stand der Technik (DE 36 37 410 C2) ist ein Verfahren zur Messung von Drehtischabweichungen bekannt, bei dem ein Prüfkörper mit mindestens drei Kugeln verwendet wird, der in mehreren Stellungen auf dem Tisch gemessen wird.

Dieses zum Stand der Technik gehörende Verfahren hat den Nachteil, daß ein spezieller Prüfkörper mit einer Hal terung benötigt wird. Der Prüfkörper muß zum einen eine Mindestgenauigkeit aufweisen. Zum anderen ist es aufwendig, diesen Prüfkörper zum jeweiligen Kunden zu transportieren. Das zum Stand der Technik gehörende Verfahren hat den wei teren Nachteil, daß eine Vielzahl von Messungen in ver schiedenen Meßstellungen nötig ist, was eine gewisse Um rüstdauer erfordert. Durch die Vielzahl von Messungen ist darüber hinaus die Meßdauer sehr lange. Darüber hinaus ist eine komplizierte Auswertung durch Statistikrechnung über alle Messungen erforderlich.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zur Messung von Drehtischab weichungen anzugeben, bei dem zum einen ein einfacher Prüf körper ausreichend ist, bei dem darüber hinaus nur wenige Messungen benötigt werden mit einer einfachen Umrüstung und einer kurzen Rüstzeit, welches darüber hinaus eine kurze Meßdauer hat, und bei dem nur eine einfache Auswertung er forderlich ist.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß ein Prüfkörper, beispielsweise eine Ku gel, in drei Meßstellungen gemessen wird, sind nur drei Meßreihen erforderlich. Für die einzelnen Messungen ist nur eine sehr einfache Umrüstung mit einer kurzen Rüstzeit erforderlich. Darüber hinaus ist die Auswertung einfach. Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß nur geringe Kosten für den Prüfkörper, die Halterung und so weiter anfallen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kugel beispielsweise zuerst außermittig an den Rand des Drehti sches gestellt, und zwar möglichst nahe an der Tischober fläche. Die Kugel kann beispielsweise einfach mittels des üblicherweise an ihr befestigten Stieles in die mit Gewin debohrungen versehene Tischplatte eingeschraubt werden.

In dieser Stellung wird der Fehler, der über die Win keleinstellung des Drehtisches zustande kommt, bestimmt. Das heißt, daß die Korrektur für die Skalierung des Winkel messers vorgenommen wird.

Im nächsten Schritt wird die Kugel in der Mitte des Tisches direkt über der Tischplatte angeordnet. Hierdurch können translatorische Fehler bestimmt werden. Über die Hö henwanderung wird der Fehler des Z-Freiheitsgrades be stimmt.

In der dritten Meßstellung, nämlich in der Mitte des Drehtisches, aber mit Abstand zum Drehtisch, werden die restlichen Fehler bestimmt, nämlich die Taumelbewegungen. Dadurch, daß die Kugel in den Meßstellungen II und III sich bei der Messung der zugehörigen Meßlinien kaum im Meßvolu men des Koordinatenmeßgerätes bewegt, hat man den Vorteil, daß Geometriefehler des Koordinatenmeßgerätes in die Meß linien II und III nicht eingehen, sondern nur bei der Meß linie I von Bedeutung sind.

Die verschiedenen Meßstellungen sowie die dazugehöri gen Meßreihen können auch in geänderter Reihenfolge aufge nommen werden.

Vorteilhaft ist der Prüfkörper als Kugel ausgebildet. Es ist aber auch möglich, Prüfkörper anderer Geometrien zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft mit tels der Software so durchgeführt werden, daß die Kugelqua lität nicht eingeht, nämlich durch Mitdrehen des Kugelmu sters.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine erste Meßstellung;

Fig. 2 eine zweite Meßstellung;

Fig. 3 eine dritte Meßstellung;

Fig. 4 die Bestimmung des Bezugskreises;

Fig. 5 die Ermittlung der Taumelfehler.

Fig. 1 zeigt einen Drehtisch (1), der in Richtung des Pfeiles (A) drehbar gelagert ist. Auf dem Drehtisch (1) ist ein Prüfkörper (2) in Form einer Kugel in der Nähe einer Oberfläche (3) des Drehtisches (1) in einer Meßstellung (I) angeordnet. Die Kugel (2) ist im Randbereich des Drehti sches (1) angeordnet. Die Kugel (2) wird nun zum Beispiel in 36 Positionen des Drehtisches (1) durch die Koordina tenmeßmaschine (nicht dargestellt) gemessen. Dies ent spricht 10°-Schritten.

In einer ersten Position (4) (Nullposition) wird die Kugel (2) gemessen. Jede Kugelmessung muß aus mindestens vier Antastungen der Kugeloberfläche bestehen, um eine Mittelpunktsauswertung der aktuellen Kugelposition zu erhalten. Vorteilhaft besteht jede Kugelmessung aus neun bis fünfzehn Punkten.

Nach dieser Messung wird die Kugel (2) in eine zweite Position (5) (gestrichelt dargestellt) durch Drehen des Drehtisches (1) in Richtung des Pfeiles (A) bewegt, und die Kugel (2) wird wiederum gemessen. Dies wird in weiteren Po sitionen (5', 5'') durchgeführt, bis die Kugel (2) sich wieder in der Nullposition (4) befindet.

Gemäß Fig. 2 wird die Kugel (2) in der Mitte (6) des Drehtisches (1) in der Meßstellung (II) angeordnet, und zwar direkt über der Tischoberfläche (3). Auch hier wird die Kugel (2) wieder zum Beispiel in den 36 Stellungen des Drehtisches (1) gemessen, wobei jede Kugelmessung wiederum aus mindestens vier Punkten besteht, wodurch die Position des Kugelmittelpunktes der Kugel (2) erfaßt wird.

Gemäß Fig. 3 ist die Kugel (2) wieder in der Mitte (6) des Drehtisches angeordnet. Die Kugel (2) ist jetzt aber mit einem größeren Abstand über eine Verlängerung (7) zu der Oberfläche (3) des Drehtisches (1) in der Meßstellung (III) angeordnet. Die Verlängerung (7) kann eine handels übliche Verlängerung sein, die in der Mitte (6) des Drehti sches (1) eingeschraubt ist. Hierfür wird eine Rüstzeit von weniger als zwei Minuten benötigt.

In dieser Stellung wird die Kugel (2) wieder in zum Beispiel 36 Stellungen des Drehtisches (1) gemessen und die Position des Kugelmittelpunktes der Kugel (2) erfaßt.

Aus den drei Meßreihen der Meßstellungen (I, II, III) lassen sich die sechs winkelabhängigen Abweichungslinien des Drehtisches (1) (siehe VDI 2617, Teil 4) errechnen.

Gemäß Fig. 4 wird mit Hilfe der Ergebnisse aus der er sten Meßreihe (Meßreihe gemäß Fig. 1) ein besteingepaßter Kreis (8) gebildet, der im folgenden als Bezugskreis (8) bezeichnet wird, dessen Flächennormale zusammen mit dem Mittelpunkt eine Achse (9) definiert. Auf die Achse (9) be ziehen sich alle folgenden Messungen. Sie wird im folgenden als Bezugsachse (9) bezeichnet.

Der Kugelmittelpunkt der Kugel (2) wurde für die Null position (4) für einen Punkt (10) im Koordinatensystem be stimmt. Für die Position (5) wurde der Kugelmittelpunkt der Kugel (2) auf eine Position (11) des Koordinatensystems be stimmt. Der Punkt (11) liegt nicht auf dem Bezugskreis (8), so daß hier eine Abweichung der Ist-Position (11) von einer Soll-Position (12) vorliegt. Auch in den weiteren Positio nen (5', 5'') liegt eine Abweichung der Ist- von der Soll- Position vor. Für die Position (4) stimmen Soll- und Ist- Position (10) überein.

Ein Meßpunkt (14), der einen gemessenen Mittelpunkt der Kugel (2) darstellt, zeigt, daß nicht nur eine radiale Abweichung vom Bezugskreis (8) vorliegt, sondern darüber hinaus eine Winkelabweichung dϕ. Der Meßpunkt (14) weist eine Ist-Position (15) auf mit den Koordinaten (x_I, y_I, z_I) mit einer Abweichung (dx, dy, dz) von einer Soll-Position (16) mit den Koordinaten (x_S, y_S, z_S).

Die winkelstellungsabhängigen radialen Positionsabwei chungen des Tischmittelpunktes (6) werden aus den radialen Abweichungen der Mittelpunktspositionen der zweiten Meß reihe gemäß Fig. 2 zur Bezugsachse bestimmt.

Die axialen Abweichungen (Höhenschlag) werden aus den axialen (in Richtung der Bezugsachse) Abweichungen der Mit telpunktspositionen zum Bezugskreis bestimmt.

Gemäß Fig. 5 werden die winkelstellungsabhängigen Tau melabweichungen des Tisches (1) aus den Differenzen der ra dialen Mittelpunktsabweichungen jeweils der zweiten und dritten Meßreihe (Fig. 2 und 3) zur Bezugsachse (9) über den sich durch den Höhenunterschied ergebenden Hebel (h) bestimmt.

Der Taumelwinkel δ bestimmt sich aus der Abweichung (b) des Kugelmittelpunktes der Kugel (2) in der Stellung (II) gemäß Fig. 2 und der Abweichung (a) des Kugelmittel punktes der Kugel (2) in der Stellung (III) gemäß Fig. 3 sowie aus dem Hebel (h) gemäß folgender Formel:

Die Winkelpositionsabweichungen des Drehtisches (1) werden aus den Mittelpunktspositionen der ersten Meßreihe (Fig. 1) zur jeweiligen Position auf dem Bezugskreis unter Berück sichtigung der winkelstellungsabhängigen radialen Posi tionsabweichungen des Tischmittelpunktes in X- und Y-Rich tung bestimmt (Fig. 1).

mit

= Vektor zum Soll-Punkt,
= Vektor zum Ist-Punkt.

Die Abweichung des Kugelmittelpunktes bestimmt sich folgen dermaßen:

x = x_I-x_S
y = y_I-y_S
z = z_I-z_S (3).

Dadurch, daß die Kugel (2) der zweiten und dritten Meßreihe (Fig. 2 und 3) in der Mitte (6) des Drehtisches (1) nahe der Drehachse steht und sich während der bei spielsweise 36 Meßpositionen kaum im Meßvolumen der Koordi natenmeßmaschine (nicht dargestellt) bewegt, gehen die Geometriefehler der Koordinatenmeßmaschine hier nicht ein.

Aus der zweiten und dritten Messung (Fig. 2 und 3) werden schon fünf der sechs Abweichungslinien des Tisches berechnet.

Lediglich bei der Aufnahme der ersten Meßlinie (Fig. l) wird die Kugel (2) durch das Meßvolumen bewegt, so daß lokale Abweichungen in der Genauigkeit der Koordinaten meßmaschine das Ergebnis beeinflussen. Durch mehrere Mes sungen der ersten Meßreihe (Fig. 1) in unterschiedlichen Winkelpositionen (4, 5, 5', 5'') der Kugel (2) außermittig auf der Tischplatte und Mittelwertbildung über die Messun gen lassen sich die Ergebnisse verbessern. Hier besteht eine Abhängigkeit von den Geometriefehlern der Koordi natenmeßmaschine.

Ebenso lassen sich die Ergebnisse der zweiten und dritten Messung (Fig. 2 und 3) stabilisieren, wenn mehrfach aufgenommen und gemittelt wird. Die dadurch etwas ver besserte Stabilität der Ergebnisse ist aber nicht unbedingt von so großem Vorteil, wenn man die erhöhte Meßzeit betrachtet. Normalerweise reicht ein Umlauf pro Meßlinie.

Die so gewonnenen sechs Fehlerkomponenten des Rundti sches an den gemessenen Winkelstellungen (4, 5, 5', 5'') sind langperiodische Fehler. Werte für Zwischenstellungen lassen sich durch Interpolation gewinnen.

Die Gesamtdauer einer Einfachmessung (ein Umlauf pro Meßlinie) mit Umrüsten auf die drei Kugelpositionen dauert etwa 45 Minuten. Ausreißer beim Messen der Kugel (2), zum Beispiel durch Schmutz auf der Kugeloberfläche, lassen sich über eine Prüfung der Kugelform erkennen. Die Einflüsse der Kugelform selbst können erfindungsgemäß durch Drehen des Antastmusters auf der Kugel (2) mittels einer entsprechen den Software reduziert werden. Dadurch wird immer an den gleichen Stellen auf der Kugeloberfläche angetastet. Es könnten also auch Kugeln schlechterer Qualität eingesetzt werden.

Die Korrekturerstellung ist unabhängig von der Stel lung des Drehtisches (1) im Meßvolumen der Koordinatenmeß maschine. Das Verfahren läßt sich sehr leicht auch zum Bei spiel bei Rundtischen mit horizontaler Achse durchführen, da die Kugeln nur in die Tischplatte eingeschraubt werden müssen. Es ist keine spezielle Halterung notwendig.

Bezugszeichenliste

1

Drehtisch

2

Kugel

3

Oberfläche

4

Null-Position

5

,

5

',

5

'' Positionen

6

Mittelpunkt

7

Verlängerung

8

Bezugskreis

9

Bezugsachse

10

Meßpunkt

11

Ist-Position (Meßpunkt)

12

Soll-Position

14

Meßpunkt

15

Ist-Position

16

Soll-Position
A Pfeil
dϕ Winkelabweichung
d, dx, dy Abweichung
h Hebel
δ Taumelwinkel
a, b Abweichungen
I, II, III Meßstellungen
Vektor zum Soll-Punkt
Vektor zum Ist-Punkt

Claims

1. Verfahren zur Messung von Drehtischabweichungen dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Prüfkörper (2) in drei Meßstellungen (I, II, III) auf einem Drehtisch (1) angeordnet und gemessen wird,
- wobei der Prüfkörper (2) in einer ersten Meßstellung (I) außerhalb eines Mittelpunktes (6) des Drehtisches (1) und in der Nähe einer Drehtischoberfläche (3) angeordnet wird,
- daß der Prüfkörper (2) in einer zweiten Meßstellung (II) wenigstens annähernd in der Mitte (6) des Drehtisches (1) und in der Nähe der Drehtischoberfläche (3) angeord net wird,
- und daß in einer dritten Meßstellung (III) der Prüfkörper (2) wenigstens annähernd in der Mitte (6) des Dreh tisches (1) und mit Abstand zur Drehtischoberfläche (3) angeordnet wird,
- und daß aus den drei Meßreihen der drei Meßstellungen (I, II, III) die Abweichungslinien des Drehtisches ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und anschließende Messung des Prüfkörpers (2) in den drei Meßstellungen (I, II, III) in geänderter Reihenfolge erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Prüfkörper (2) in jeder Meßstellung (I, II, III) in wenigstens zwei Positionen (4, 5, 5', 5'') des Drehtisches (I) gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (2) als Kugel ausgebildet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugelmessung aus Messungen von wenigstens vier Punkten auf einer Kugeloberfläche besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die sechs winkelabhängigen Abweichungslinien des Drehtisches (1) errechnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Ergebnisse aus der Meßreihe (I) mit der Prüfkörperanordnung außermittig des Drehtisches (1) ein besteingepaßter Kreis (Bezugskreis) (8) gebildet wird, dessen Flächennormale zusammen mit dem Mittelpunkt eine Achse (Bezugsachse) (9) definiert.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelstellungsabhängigen radialen Positionsabwei chungen des Drehtischmittelpunktes (6) aus den radialen Ab weichungen der Mittelpunktspositionen der Meßreihe (II) mit der Prüfkörperanordnung in der Mitte und in der Nähe der Oberfläche des Drehtisches bestimmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Abweichungen (Höhenschlag) aus den axialen Abweichungen der Mittelpunktspositionen des Prüfkörpers (2) zum Bezugskreis (8) bestimmt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelstellungsabhängigen Taumelabweichungen des Drehtisches (1) aus den Differenzen der radialen Mittel punktsabweichungen aus der Meßreihe (II) mit der Prüfkör peranordnung in der Mitte (6) des Drehtisches (1) und in der Nähe der Oberfläche (3) und aus der Meßreihe (III) mit der Prüfkörperanordnung in der Mitte (6) des Drehtisches (1) und von der Oberfläche (3) beabstandet zur Bezugsachse (9) bestimmt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelpositionsabweichungen des Drehtisches (1) aus den Mittelpunktspositionen der Meßreihe (I) mit der Prüf körperanordnung außermittig des Drehtisches (1) zur jewei ligen Position auf dem Bezugskreis (8) bestimmt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Mitdrehen des Antastmusters des Prüfkör pers (2) mittels Software vorgenommen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Interpolation von Werten zwischen den aufgenommenen Stellungen des Drehtisches (1) durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Formüberwachung des Prüfkörpers (2) für die Erkennung von Meßausreißern durchgeführt wird.