DE2603376A1 - Coordinate measuring machine with linear probe - gives accurate three dimensional squareness calculation using probe travel along each axis - Google Patents
Coordinate measuring machine with linear probe - gives accurate three dimensional squareness calculation using probe travel along each axisInfo
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Abstract
Description
Koordinatenmeßmaschine Die Erfindung betrifft eineKoordinatenmeßmaschine, insbesondere ein Verfahren und ein Eichmaß zur Prüfung der dreidimensionalen oder räumlichen Rechtwinkligkeit solcher Maschinen. Coordinate measuring machine The invention relates to a coordinate measuring machine, in particular a method and a standard for testing the three-dimensional or spatial squareness of such machines.
Zur Prüfung der Genauigkeit von Koordinatenmeßmaschinen gehört nicht allein die Genauigkeit der Anzeige auf einer jeden einzelnen Achse, sondern auch die Genauigkeit bezüglich der Bewegungsrichtungen in zwei oder drei Achsen, da diese unter Umständen zueinander nicht rechtwinklig stehen können. Die Prüfung in der X-Y-Achse oder Horizontalebene wird einwandfrei mit Hilfe eines Eichmaßes durchgeführt, das aus einer Platte besteht, auf welcher Präzisionskugeln an beliebigen geeichten Punkten verteilt sind.Testing the accuracy of coordinate measuring machines is not part of the process only the accuracy of the display on each individual axis, but also the accuracy with respect to the directions of movement in two or three axes, since these may not be at right angles to each other. The exam in the X-Y-axis or horizontal plane is carried out properly with the help of a standard measure, which consists of a plate on which precision balls are calibrated at any Points are distributed.
Eine Spezialsonde mit einem konischen Lagersitz dient zur Anzeige der gemessenen Koordinatenstellung der Kugeln, so daß Fehler in der X- oder Y-Achse Rechtwinkeligkeitsfehler oder eine Schiefwinkeligkeit der X- und Y-Achse anzeigen.A special probe with a conical bearing seat is used for the display the measured coordinate position of the balls, so that errors in the X or Y axis Show squareness errors or skew angles in the X and Y axes.
Jedoch die Prüfung der "dreidimensionalen" oder "räumlichen" Genauigkeit von Maschinen mit Dreiachsen-Meßmöglichkeiten bot Schwierigkeiten, einerseits infolge der bei der Herstellung eines geeigneten genauen dreidimensionalen Eichmaßes und andererseits beim Einsatz eines solchen Eichmaßes auf Maschinenspanntischen mit Planheitsfehlern auftretenden Fragen. Diese Schwierigkeiten haben bisher die Prüfung der "räumlichen" Genauigkeit (d.h. der Rechtwinkeligkeit in drei Achsen) gegenüber den anderen Achsen verhindert.However, checking the "three-dimensional" or "spatial" accuracy of machines with three-axis measuring possibilities presented difficulties, on the one hand as a result in the manufacture of a suitable, accurate three-dimensional standard and on the other hand, when using such a standard on machine clamping tables Issues arising from flatness errors. So far, these difficulties have faced the exam versus "spatial" accuracy (i.e. squareness in three axes) the other axes prevented.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Eichmaß und ein Verfahren zur Prüfung der genauen räumlichen Rechtwinkeligkeit von Koordinaten-Meßmaschinen zu schaffen, wobei das Eichmaß verhältnismäßig einfach zu fertigen ist und das Verfahren nicht durch Planheitsfehler in der Spanntischfläche der Meßmaschine beeinflußt wird.Thus, the object of the invention is to provide a standard and a Method for checking the exact spatial squareness of coordinate measuring machines to create, the standard being relatively easy to manufacture and the method is not influenced by flatness errors in the clamping table surface of the measuring machine.
Diese Aufgabe und andere Vorteile der Erfindung, die sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen ergeben, werden durch Verwendung eines Eichmaßes mit einer Längennormalie erreicht, an deren beiden Seiten eine Präzisionskugel befestigt ist, wobei der Abstand zwischen den Kugelmittelpunkten geeicht ist und eine Kugel auf der Oberfläche des Maschinentisches in einer konischen Aufnahme gelagert ist, während die andere Kugel in einem einstell baren Träger gehaltert ist. Das Verfahren umfaßt die Nulleinstellung der Anzeigewerte der Meßmaschine in den X-, Y- und Z-Achsen auf die Sonde an der in der Aufnahme gelagerten Kugel sowie die Durchführung einer Messung der relativen Stellung der anderen Kugel in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen. Der theoretische Abstand zwischen den Kugelmittelpunkten wird aus den gewonnenen Messungen des X-, Y- und Z-Achsenabstandes zwischen den Kugelmittelpunkten errechnet und dann zur Berechnung der Genauigkeit der räumlichen Rechtwinkeligkeit der Maschine mit der geeichten Strecke verglichen.This object and other advantages of the invention which emerge from the The following description and claims are indicated by using a Standard measure achieved with a length standard, on both sides of which a precision ball is attached, the distance between the centers of the spheres being calibrated and a ball is mounted on the surface of the machine table in a conical seat while the other ball is in one setting supported carrier is. The method comprises zeroing the display values of the measuring machine in the X, Y and Z axes on the probe on the ball mounted in the holder and making a measurement of the relative position of the other ball in the directions the X, Y and Z axes. The theoretical distance between the centers of the spheres is obtained from the measurements of the X, Y and Z axis distance between the Calculated spherical centers and then used to calculate the accuracy of the spatial The squareness of the machine is compared with the calibrated route.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erz in dungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen auf dem Tisch einer Koordinatenmeßmaschine befestigten Eichmaßes; Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des in Fig. 1 gezeigten Eichmaßes; Fig. 3 eine schematische Darstellung der geometrischen Beziehung zwischen Eichmaß und den Abständen in zwei Koordinatenachsen der Maschine.The invention is explained in more detail below. All in the description Features and measures contained therein may be of essential importance be. The drawings show: FIG. 1 a perspective view of an inventive A standard fixed on the table of a coordinate measuring machine; Fig. 2 is a section by part of the standard shown in Fig. 1; 3 shows a schematic representation the geometric relationship between standard size and the distances in two coordinate axes the machine.
Das erfindungsgemäße Eichmaß ist in den Zeichnungen dargestellt.The standard according to the invention is shown in the drawings.
Die Anordnung umfaßt eine Längennormalie 10 mit im Abstand voneinander angeordneten Kugelflächen, welche durch Präzisionskugeln 12 und 14 gebildet werden, die an jeder Seite eines starren Stabes 16 befestigt sind, wobei die Länge L (Fig. 3) des Mittenabstandes zwischen den beiden Kugeln genau geeicht ist.The arrangement comprises a normal length 10 with a distance from one another arranged spherical surfaces, which are formed by precision balls 12 and 14, which are attached to each side of a rigid rod 16, the length L (Fig. 3) the center-to-center distance between the two balls is precisely calibrated.
Eine Vorrichtung zur Halterung der Längennormalie 10 in einem schrägen Winkel zu allen Maschinenachsen auf einer Arbeitsfläche 18 eines zu eichenden Koordinatenmeßmaschinentisches 20 ist durch zwei auf der Fläche 18 angeordnete Stützen 22 und 24 vorgesehen.A device for holding the normal length 10 in an inclined Angle to all machine axes on a work surface 18 of a coordinate measuring machine table to be calibrated 20 is provided by two supports 22 and 24 arranged on the surface 18.
Diese Stützen 22 und 24 umfassen konische Lagersitze 26 und 28, welche mit einer entsprechenden Kugel 12 und 14 im Eingriff stehen und diese aufnehmen, so daß deren Oberteile zur Durchführung von nachstehend beschriebenen Messungen freiliegen. Eine der! Stützen, wie die Stütze 24'ist vorzugsweise in senkrechter Richtung verstellbar, beispielsweise durch die Schraubverbindung 30, damit die Längennormalie 10 in verschiedene Stellungen innerhalb des Arbeitsbereiches der zu prüfenden Maschine gebracht werden kann.These supports 22 and 24 comprise conical bearing seats 26 and 28, which are in engagement with a corresponding ball 12 and 14 and receive them, so that their tops can be used to carry out measurements described below exposed. One of the! Supports such as support 24 'are preferably vertical Direction adjustable, for example by the screw connection 30, so that the length normal 10 in different positions within the working area of the machine to be tested can be brought.
Für Messungen ist eine Sondenspitze 32 mit einem konischen Feinlagersitz 34 zur genauen Zentrierung der Sonde auf der Mittellin der Kugeln 12 oder 14 an der Maschinensonde befestigt, wobei die Sondenspitze 32 zuerst auf der unteren Kugel 12 zentriert wird und die Meßwertanzeige der Maschine in den X-, Y- und Z-Achsen auf Null eingestellt wird.A probe tip 32 with a conical fine bearing seat is used for measurements 34 for exact centering of the probe on the center of the balls 12 or 14 of the machine probe, with the probe tip 32 first on the lower ball 12 is centered and the measured value display of the machine in the X, Y and Z axes is set to zero.
Dann wird die Sonde zur oberen Kugel 14 verfahren und zentriert, worauf die Meßwerte der X-, Y- und Z-Achsen registriert werden.Then the probe is moved to the upper ball 14 and centered, whereupon the measured values of the X, Y and Z axes are registered.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, stehen die Strecken, um welche die nacheinander auf den Kugeln 12 und 14 zentrierte Sonde in der X-, Y- und Z-Achse verfahren wird, in einem pythagoräischen Verhältnis zur Mittelabstandslänge L, d.h. nur dann, wenn alle Achsen zueinander rechtwinkelig stehen. Daher kann die theoretische Länge L aus den Meßwerten der X-, Y- und Z-Achse durch die folgende Formel errechnet werden: theoretisch = X + 2 Diese theoretische Länge L wird dann mit der geeichten Ist-Länge L zur Anzeige der räumlichen Winkelgenauigkeit der Maschine verglihen.As can be seen from Fig. 3, the distances by which the one after the other The probe centered on the balls 12 and 14 is moved in the X, Y and Z axes, in a Pythagorean relationship to the median distance L, i.e. only if all axes are at right angles to each other. Therefore, the theoretical length L can be calculated from the measured values of the X, Y and Z axes using the following formula: theoretical = X + 2 This theoretical length L is then combined with the calibrated actual length L to display the spatial angular accuracy of the machine.
Es sei bemerkt, daß die Rechtwinkligkeit der X-, Y-Achsen normalerweise mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Platte errechnet werden würde, so daß ein Fehler in der berechneten Länge L auf eine Schiefwinkeligkeit der Z-Achse gegenüber der X- oder der Y-Achse zurückgeführt werden würde.It should be noted that the squareness of the X, Y axes is normally would be calculated using the plate described above, so that a Error in the calculated length L due to a skew of the Z-axis the X or Y axis would be returned.
Ferner sei bemerkt, daß das Verfahren der Nulleinstellung der Meßwerte der X-, Y- und Z-Achsen auf die auf der unteren Kugel i2 positionierten Sondenspitze 32 die Einflüsse einer Unebenheit des Maschinentisches ausschaltet, da sich ja der zweite Meßwert auf der Kugel 14 unabhängig von der Stellung der Kugel 12 ergibt.It should also be noted that the method of zeroing the measured values of the X, Y and Z axes on the probe tip positioned on the lower sphere i2 32 eliminates the effects of an unevenness in the machine table, since the second measured value on the ball 14 results regardless of the position of the ball 12.
Ferner sei bemerkt, daß die Längennormalie 10 leicht an beliebige Stelle in rechtwinkeligem Meßraum positioniert werden kann und daß die Genauigkeit der dreidimensionalen Rechtwinkeligkeit an jeder Stelle in Meßraum berechnet werden kann.It should also be noted that the length normal 10 easily to any Place can be positioned in a right-angled measuring space and that the accuracy the three-dimensional squareness can be calculated at every point in the measuring space can.
Daraus erhellt, daß die Aufgabe der Erfindung mit dem vorstehend beschriebenen Eichmaß und dem Verfahren zur Berechnung der Genauiykeit der räumlichen Rechtwinkeligkeit gelöst worden ist.It is clear that the object of the invention with that described above Standard measure and the method for calculating the accuracy of spatial squareness has been resolved.
Claims (4)
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