DE19830646C2 - Method for correcting geometric sequence errors of a coordinate measuring machine - Google Patents
Method for correcting geometric sequence errors of a coordinate measuring machineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von geometrischen Ablauffehlern wenigstens einer Achse einer Koordinatenmeßmaschine.The invention relates to a method for correcting Geometric sequence errors of at least one axis Coordinate measuring machine.
Gemäß dem Stand der Technik wird eine rechnerische Korrektur von Restfehlern der Geradführungen von Achsen von Koordinatenmeßmaschinen durchgeführt. Hierbei werden mit tels Prüfkörpern oder Laservorrichtungen die sechs räumli chen Freiheitsgrade einer Achse des Koordinatenmeßgerätes gemessen und die Abweichungen zur idealen Geradführung be stimmt.According to the prior art, a computational Correction of residual errors in the straight lines of axes from Coordinate measuring machines performed. Here are with tels test specimens or laser devices the six spatial Chen degrees of freedom of an axis of the coordinate measuring machine measured and the deviations from the ideal straight line Right.
Die Erfassung der Abweichungen ist notwendig, da eine Linearführung drei translatorische und drei rotatorische Fehlermöglichkeiten aufweist. Die drei translatorischen Fehlermöglichkeiten werden im allgemeinen als "Geradheiten" und "Position" bezeichnet. Die drei rotatorischen Fehler möglichkeiten sind Roll-, Gier- und Nickfehler.The recording of the deviations is necessary because a Linear guide three translatory and three rotary Has errors. The three translational ones Errors are generally referred to as "straightness" and "position". The three rotational errors Possibilities are roll, yaw and pitch errors.
Diese gemessenen Abweichungen dienen dann im eigentli chen Meßbetrieb zur Korrektur der Antastkoordinaten eines Meßpunktes.These measured deviations are then actually used Chen measuring operation to correct the probing coordinates of a Measuring point.
Zur Aufnahme dieser Abweichungen wird eine Achse des Koordinatenmeßgerätes auf ihrer ganzen Länge in gleich mäßige Abschnitte unterteilt. Die Meßvorrichtungen, insbe sondere Interferenzoptiken für Laser, werden dann schritt weise an den Ort der Stützstellen gefahren und die dort je weils auftretenden Abweichungen gemessen und zusammen mit den Stützstellenkoordinaten abgespeichert. To record these deviations, an axis of the Coordinate measuring device over its entire length in the same moderate sections divided. The measuring devices, esp special interference optics for lasers, then step wisely driven to the location of the support points and there ever occurring deviations measured and together with the base coordinates are saved.
Der Abstand dieser Stützstellen wird hauptsächlich von
den Parametern
The distance between these nodes is mainly determined by the parameters
- - Genauigkeit,- Accuracy,
- - Länge der zu korrigierenden Achse,- length of the axis to be corrected,
- - Kurz- beziehungsweise Langwelligkeit der zu erwartenden Fehler,- Short or long ripple of the expected Error,
- - Speicherplatz in der Maschinensteuerung zur Speicherung der Korrekturdaten,- Storage space in the machine control for storage the correction data,
- - Meßzeit zur Aufnahme der Fehler- Measuring time to record the errors
bestimmt.certainly.
Bei Maschinen mit Achsenlängen von mehreren Metern ist besonders der letzte Parameter von Bedeutung, da hierbei bei entsprechender Stützstellendichte die Meßvorrichtung und die Umgebungsbedingungen gegebenenfalls über mehrere Stunden hinweg stabil sein müssen. Bei Verwendung eines La sers, dessen Meßgenauigkeit von der Stabilität des Bre chungsindex der Luft abhängt, ist eine Meßzeit dieser Größenordnung nicht mehr realistisch, so daß ein vernünfti ger Kompromiß zwischen Ortsauflösung und Meßgenauigkeit ge funden werden muß. Dieser liegt üblicherweise bei 50 bis 100 Stützstellen pro Meßlinie.For machines with axis lengths of several meters especially the last parameter of importance, since here the measuring device if there is a corresponding number of nodes and the environmental conditions, if necessary, over several Have to be stable for hours. When using a La sers, whose measuring accuracy depends on the stability of the Bre index of the air is a measurement time of this Order of magnitude no longer realistic, so that a reasonable ger compromise between spatial resolution and measurement accuracy must be found. This is usually 50 to 100 support points per measuring line.
Weiter spielen bei Meßlängen größer als ein Meter un vermeidbare Luftturbulenzen eine Rolle, die das Lasersignal zusätzlich verrauschen und die Meßgenauigkeit beein trächtigen. Da die zu messenden Toleranzen bei Werkstücken üblicherweise proportional ihrer äußeren Abmessungen zuneh men, funktioniert dieses Verfahren auch bei großen Meßma schinen, solange die zu messenden Werkstücke groß genug sind. Furthermore, play with measuring lengths greater than one meter un preventable air turbulence plays a role in the laser signal add noise and affect the measurement accuracy pregnant. Because the tolerances to be measured for workpieces usually proportional to their external dimensions men, this method works even with large measurement seem as long as the workpieces to be measured are large enough are.
Für die Messung kleinerer Werkstücke auf einer Koordi natenmeßmaschine mit einem großen Meßvolumen treten aller dings die Nachteile der längeren Meßzeit und der Meßunge nauigkeit bei längeren Meßwegen auf. Um kleinere Werkstücke mit der erforderlichen Meßgenauigkeit zu messen, ist im Prinzip eine zweite, kleinere Meßmaschine notwendig.For measuring smaller workpieces on a Koordi natenmeßmaschine with a large measuring volume kick everyone However, the disadvantages of the longer measurement time and the measurement accuracy with longer measuring paths. For smaller workpieces to measure with the required accuracy is in In principle, a second, smaller measuring machine is necessary.
Zum Stand der Technik (DE 44 24 871 A1) gehört ein Verfahren zur Ermittlung der maschinenbedingten Meßfehler einer Koordinatenmeßmaschine in einem Ringbereich. Gemäß dieser Druckschrift soll ganz speziell die Messung von Zähnen eines Zahnrades bezüglich der Genauigkeit erhöht werden. Hierzu werden die Teilungs- und Radialfehler der Maschine gemessen und berücksichtigt. Dieses zum Stand der Technik gehörende Verfahren bezieht sich auf ein ganz spezielles Volumen, nämlich auf den Ringbereich, welcher über eine ganz bestimmte Höhe korrigiert ist.One of the prior art (DE 44 24 871 A1) Procedure for determining machine-related measurement errors a coordinate measuring machine in a ring area. According to This publication is specifically intended to measure Gear teeth increased in accuracy become. The division and radial errors of the Machine measured and taken into account. This to the state of the Technique belonging to a whole special volume, namely on the ring area, which is corrected over a certain height.
Dieses zum Stand der Technik gehörende Verfahren hat den Nachteil, dass lediglich die Genauigkeit einer Messung und nicht die Genauigkeit einer Meßmaschine erhöht wird.This has the prior art method the disadvantage that only the accuracy of a measurement and the accuracy of a measuring machine is not increased.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zur Korrektur von geometri schen Ablauffehlern anzugeben, mit dem es möglich ist, eine Korrektur vorzunehmen, derart, daß zumindest in einem Teil bereich des gesamten Meßvolumens eine Meßgenauigkeit er reicht wird, die annähernd der Meßgenauigkeit einer klei neren Meßmaschine entspricht.The technical problem underlying the invention is a method of correcting geometri specify process errors with which it is possible to Make correction so that at least in part range of the entire measuring volume he a measuring accuracy is enough, the approximate accuracy of a small neren measuring machine corresponds.
Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. This technical problem is caused by the characteristics of the Claim 1 solved.
Gemäß dem Verfahren nach dem Anspruch 1 wird die Kor rektur der geometrischen Ablauffehler wenigstens einer Achse einer Koordinatenmeßmaschine vorgenommen, wobei mit einer Meßeinrichtung eine Aufnahme der Ablauffehler wenig stens einer Achse über das gesamte Meßvolumen mit einem be stimmten Stützstellenraster erfolgt. Zusätzlich wird eine weitere Aufnahme der Ablauffehler wenigstens einer Achse in wenigstens einem Teilvolumen des gesamten Meßvolumens mit einer erhöhten Stützstellendichte durchgeführt, wobei die Meßeinrichtung, beispielsweise ein Laserinterferometer, we nigstens annähernd an einer Nullmarke wenigstens einer Achse des Teilvolumens angeordnet wird und anschließend die Aufnahme der Ablauffehler in dem Teilvolumen durchgeführt wird. According to the method of claim 1, the Kor rectification of the geometric sequence errors of at least one Made axis of a coordinate measuring machine, with a measuring device a little recording of the sequence errors least one axis over the entire measuring volume with a be agreed base grid. In addition, a further inclusion of the sequence errors in at least one axis in with at least a partial volume of the total measuring volume an increased support density, the Measuring device, for example a laser interferometer, we at least approximately at a zero mark, at least one Axis of the partial volume is arranged and then the Recording the process errors in the partial volume becomes.
Das bedeutet, daß nach der Korrektur des Gesamtvolu mens ein Teilvolumen der Meßmaschine wie eine separate Ma schine behandelt wird, bei dem aufgrund der jetzt verkürz ten Meßlängen mit einer höheren Stützstellendichte gearbei tet wird, was die Genauigkeit der Korrektur für dieses Teilvolumen beträchtlich erhöht. Das Teilvolumen erhält dazu angenommene Nullmarken für die einzelnen Achsen, so als ob es sich um eine andere, kleinere Maschine handeln würde. Wie bei einer kleinen Maschine wird der Laser jetzt in der Nähe dieser neuen Nullmarken postiert, so daß nicht nur die Verfahrwege, sondern auch die Laserstrahlwege insgesamt verkürzt werden. Somit hat man die gleichen Genauigkeitsvoraussetzungen wie bei einer echten kleinen Maschine.This means that after correcting the total volume mens a partial volume of the measuring machine like a separate Ma machine is treated, which due to the now shortened ten measuring lengths work with a higher support density what is the accuracy of the correction for this Partial volume increased considerably. Receives the partial volume assumed zero marks for the individual axes, see above as if it were a different, smaller machine would. The laser is now like a small machine posted near these new zero marks, so that not only the travel paths, but also the laser beam paths be shortened overall. So you have the same Precision requirements like a real small one Machine.
Die bei dieser Messung ermittelten Korrekturdaten wer den als eigenständiger Korrekturdatensatz in der Maschinen steuerung gespeichert. Durch Softwaresteuerung kann je nach Bedarf zwischen der originalen (großen) und der virtuellen (kleinen) Maschine umgeschaltet werden, wobei jeweils der dazugehörige Korrekturdatensatz aktiviert wird. Das Meßvo lumen der "großen" Maschine beinhaltet das der "kleinen" Maschine, allerdings mit einer geringen Stützstellendichte für die Korrektur.The correction data determined during this measurement that as an independent correction data record in the machine control saved. Through software control, depending on Need between the original (large) and the virtual (small) machine can be switched, with the associated correction data record is activated. The Meßvo lumen of the "large" machine includes that of the "small" Machine, but with a low support point density for the correction.
Die "kleine" Maschine existiert nur im dazugehörigen Teilvolumen, so daß überlappende Messungen im Modus "große Maschine" durchgeführt werden.The "small" machine only exists in the associated one Partial volume, so that overlapping measurements in the mode "large Machine ".
Die Korrekturdateien werden erfindungsgemäß wahlweise verwendet, je nachdem, ob sich das Werkstück ausschließlich innerhalb des wenigstens einen Teilvolumens befindet oder ganz oder teilweise außerhalb des wenigstens einen Teilvo lumens angeordnet ist.According to the invention, the correction files are optional used, depending on whether the workpiece is exclusively is located within the at least a partial volume or completely or partially outside the at least one partial vo lumens is arranged.
Vorteilhaft schaltet die Maschinensteuerung innerhalb des Teilvolumens automatisch auf die Korrekturdatei mit der höheren Stützstellendichte um.The machine control advantageously switches within of the partial volume automatically to the correction file with the higher support density around.
Vorzugsweise wird durch lineares Angleichen der Kor rekturwerte der beiden "Maschinen" an den Schnittstellen eine einheitliche Korrekturdatei erzeugt, die im Teilvolu men erhöhter Genauigkeit automatisch das grobe Stützstel lenraster interpoliert. Die bei der Messung mit hoher Stützstellendichte erzeugten Korrekturwerte werden dabei so angepaßt, daß sie mit den bei der Messung mit niedriger Stützstellendichte erzeugten Korrekturwerten an deren Stellen übereinstimmen.Preferably, the Cor correction values of the two "machines" at the interfaces creates a uniform correction file that is in the subvolume The coarse support point automatically increases accuracy interpolated lenraster. The one when measuring with high Correction values generated in support point density are thus adjusted to match those at the measurement with lower Base density generated correction values at their Digits match.
Die Geometrieabweichungen der wenigstens einen Achse werden beispielsweise mit einem Laserinterferometer mit Ge radheitsoption und/oder Rotationsoption erfaßt.The geometrical deviations of the at least one axis are, for example, with a laser interferometer with Ge Raditätsoption and / or rotation option detected.
Es ist aber auch möglich, andere Meßeinrichtungen zu ver wenden.But it is also possible to ver other measuring devices turn.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unter ansprüchen entnommen werden.Further details of the invention can be found in the sub claims are taken.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of the He finding, namely show:
Fig. 1 eine Koordinatenmeßmaschine mit Gesamt volumen und Teilvolumen; Figure 1 is a coordinate measuring machine with total volume and partial volume.
Fig. 2 ein Stützstellenraster; Fig. 2 a grid grid;
Fig. 3 ein weiteres Stützstellenraster. Fig. 3 another grid grid.
Fig. 1 zeigt eine Koordinatenmeßmaschine (1) mit einem Meßtisch (2). Die Koordinatenmeßmaschine (1) weist Führun gen (3, 4) für Portale (5) mit einer Traverse (6) auf. Die Portale (5) sind in X-Richtung verschiebbar ausgebildet. An der Traverse (6) ist ein in Y-Richtung verschiebbarer Schlitten (7) angeordnet. Der Schlitten (7) trägt eine Pinole (8), die in Z-Richtung verschiebbar ist. Fig. 1 shows a coordinate measuring machine ( 1 ) with a measuring table ( 2 ). The coordinate measuring machine ( 1 ) has guides ( 3 , 4 ) for portals ( 5 ) with a crossmember ( 6 ). The portals ( 5 ) are designed to be displaceable in the X direction. A slide ( 7 ) which can be displaced in the Y direction is arranged on the crossmember ( 6 ). The carriage ( 7 ) carries a quill ( 8 ) which can be moved in the Z direction.
Zur Bestimmung der Geometrieabweichungen der X-Achse wird ein Laserinterferometer (9) verwendet, welches eine Lichtquelle aufweist mit einem Strahlengang (10) in Rich tung einer Meßachse (11). In Richtung der Meßachse (11) ist in dem Strahlengang (9) ein Linearstrahlteiler (12) und ein Retroreflektor (14) vorgesehen. Der Linearstrahlteiler (12) ist an der Pinole (8a), welche gestrichelt dargestellt ist, angeordnet.To determine the geometry deviations of the X axis, a laser interferometer ( 9 ) is used, which has a light source with a beam path ( 10 ) in the direction of a measuring axis ( 11 ). In the direction of the measurement axis (11) in the beam path (9), a linear beam splitter (12) and a retroreflector (14) is provided. The linear beam splitter ( 12 ) is arranged on the quill ( 8 a), which is shown in dashed lines.
Die Pinole (8, 8a) wird in Richtung der Meßachse (11) verfahren, und in einem vorgegebenen Stützstellenraster werden die Geometrieabweichungen über das gesamte Meßvolu men der Koordinatenmeßmaschine (1) aufgenommen.The quill ( 8 , 8 a) is moved in the direction of the measuring axis ( 11 ), and in a predetermined grid of reference points, the geometric deviations are recorded over the entire measuring volume of the coordinate measuring machine ( 1 ).
Für ein Teilvolumen (13) wird das Laserinterferometer (9) von einer ersten Position (I) in eine zweite Position (II) gebracht. Die Position (II) des Laserinterferometers (9) bestimmt sich nach angenommenen Nullmarken für das Teilvolumen (13). Ebenfalls wird der Retroreflektor (14) aus der Position (I) in die Position (II) gebracht, wobei sich die Position (II) des Retroreflektors (14) unmittelbar au ßerhalb, aber in der Nähe des Teilvolumens (13) befindet.For a partial volume ( 13 ), the laser interferometer ( 9 ) is moved from a first position (I) to a second position (II). The position (II) of the laser interferometer ( 9 ) is determined on the basis of assumed zero marks for the partial volume ( 13 ). The retroreflector ( 14 ) is also moved from position (I) to position (II), position (II) of the retroreflector ( 14 ) being directly outside but near the partial volume ( 13 ).
Die Geometrieabweichungen in dem Teilvolumen (13) wer den mit einer erhöhten Stützstellendichte bestimmt. Es ist aber auch möglich, die gleiche Stützstellendichte wie im Gesamtvolumen zu verwenden. In diesem Fall hat man zumin dest die Vorteile kleiner Strahlenlängen.The geometric deviations in the partial volume ( 13 ) who determined the with an increased support density. However, it is also possible to use the same support point density as in the total volume. In this case you have at least the advantages of small beam lengths.
Die Koordinatenmeßmaschine (1) weist eine Meßlinie in X-Richtung mit mehreren Metern Meßlänge auf. Das Teilvolu men (13) weist eine Kantenlänge von einem Meter auf. Wie schon ausgeführt, sind die Laservorrichtungen (9, 14) in der Nähe der Teilvolumenbegrenzungen angebracht mit allen Vorteilen kleiner Strahlenlängen.The coordinate measuring machine ( 1 ) has a measuring line in the X direction with a measuring length of several meters. The partial volume ( 13 ) has an edge length of one meter. As already stated, the laser devices ( 9 , 14 ) are attached in the vicinity of the partial volume limits with all the advantages of short beam lengths.
Fig. 2 zeigt ein Stützstellenraster (15), wobei mit "a" die Stützstellen des gesamten Meßvolumens der Koordi natenmeßmaschine (1) bezeichnet sind und mit "b" die Stütz stellen des Teilvolumens (13). Fig. 2 shows a grid grid ( 15 ), with "a" the grid points of the entire measuring volume of the coordinate measuring machine ( 1 ) are designated and with "b" the grid points of the partial volume ( 13 ).
Gemäß Fig. 3 werden die Meßlinien aufeinander ange paßt. Das Stützstellenraster (16) gemäß Fig. 3 zeigt Stütz stellen (a) für das Gesamtmeßvolumen und Stützstellen (b) für das Teilvolumen (13).Referring to FIG. 3, the measuring lines are sequentially fitted attached. The support points scanning (16) of FIG. 3 shows provide support (a) for the Gesamtmeßvolumen and supporting points (b) for the partial volume (13).
Die Anpassung erfolgt gemäß folgender Formel:
The adjustment is made according to the following formula:
für l von 0 bis k.for l from 0 to k.
Für l = 0 wird b*m = an und
für l = k wird b*m+k = an+1.For l = 0, b * = a m n and
for l = k, b * m + k = a n + 1 .
Voraussetzung hierfür ist, daß jede k-te b-Stützstelle mit einer a-Stützstelle zusammenfällt. Ist dies nicht der Fall, wie gemäß Fig. 2 dargestellt, müssen die Werte für an und an+1 jeweils interpoliert werden, bevor sie in die For mel eingehen. The prerequisite for this is that every kth b-point coincides with an a-point. If this is not the case, as shown in FIG. 2, the values of a n and must be interpolated a n + 1, respectively, before they go into the mel For.
11
Koordinatenmeßgerät
The coordinate
22
Meßtisch
measuring table
33
Führung
guide
44
Führung
guide
55
Portale
portals
66
Traverse
traverse
77
Schlitten
carriage
88th
Pinole
Pinole
88th
a Pinole
a quill
99
Laserinterferometer
laser interferometer
1010
Strahlengang
beam path
1111
Meßachse
measuring axis
1212
Linearstrahlteiler
Linear beam splitter
1313
Teilvolumen
partial volume
1414
Retroreflektor
retroreflector
1515
Stützstellenraster
Nodes grid
1616
Stützstellenraster
I, II Positionen
Nodes grid
I, II positions
Claims (8)
- - in einer ersten Messung wird mit einer Meßeinrichtung (9) eine Aufnahme der Ablauffehler der wenigstens einen Achse (11) über das gesamte Meßvolumen mit einem Stützstellen raster von einer ersten Nullmarke ausgehend durchgeführt,
- - in einer zweiten Messung erfolgt zusätzlich eine Aufnahme der Ablauffehler der wenigstens einen Achse (11) in we nigstens einem Teilvolumen (13) des gesamten Meßvolumens mit einer erhöhten Stützstellendichte ausgehend von einer zweiten dem Teilvolumen (13) zugeordneten Nullmarke, wobei die Meßeinrichtung (9) wenigstens annähernd an dieser zweiten Nullmarke angeordnet wird, und an schließend die Aufnahme der Ablauffehler in dem Teil volumen (13) durchgeführt wird,
- - daß die in dem gesamten Meßvolumen und in dem wenigstens einen Teilvolumen (13) ermittelten Korrekturwerte in der Maschinensteuerung abgespeichert werden, und
- - daß die ermittelten Korrekturwerte abhängig von der Meß aufgabe bei der Messung eines Werkstückes verwendet werden.
- - In a first measurement, the sequence errors of the at least one axis ( 11 ) are recorded with the aid of a measuring device ( 9 ) over the entire measuring volume with a grid grid starting from a first zero mark,
- - In a second measurement, the sequence errors of the at least one axis ( 11 ) are additionally recorded in at least one partial volume ( 13 ) of the total measuring volume with an increased support point density, starting from a second zero mark assigned to the partial volume ( 13 ), the measuring device ( 9 ) is arranged at least approximately at this second zero mark, and the sequence errors are then recorded in the partial volume ( 13 ),
- - That the correction values determined in the entire measuring volume and in the at least one partial volume ( 13 ) are stored in the machine control, and
- - That the determined correction values are used depending on the measurement task when measuring a workpiece.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LEITZ MESSTECHNIK GMBH, 35578 WETZLAR, DE |
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Owner name: HEXAGON METROLOGY GMBH, 35578 WETZLAR, DE |
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R071 | Expiry of right |