DE2712939A1 - Positional error detector for coordinate measuring instruments - uses twin light beams to indicate deviation from Z-axis - Google Patents

Positional error detector for coordinate measuring instruments - uses twin light beams to indicate deviation from Z-axis

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

The positional error detector for coordinate measuring machines detects the division of a feeler arm from the theoretical Z axis of the coordinate gauge instrument. The spindle carrying the feeler head with a ball point is supported in a bearing in the Y carriage. A light beam is transmitted from a source attached to the carriage and received at a photodiode attached to the feeler head. A similar source is attached to the head and is detected by a diode on the Y carriage. When the feeler spindle is extended outwards along the theoretical Z axis, any deviation form the latter due to inaccuracies in the bearing etc., cause the respective light spots to move from the centre datum positions on the sensor elements. The output signals thus derived are used to determine correction coordinates for the measuring head.

Description

Verfahren zur Erfassung von Lageänderungen der Führungsteile. beiProcess for detecting changes in position of the guide parts. at

Koordinatenmeßmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Fertigungs-und Justierungsungenauigkeiten sowie der Verformung von Führungsteilen, z.B. der Pinole bei Meßmaschinen.Coordinate measuring machines The invention relates to a method for detection the manufacturing and adjustment inaccuracies as well as the deformation of guide parts, e.g. the quill in measuring machines.

Bei Koordinatenmeßmaschinen stellt die Pinole zur Messung in der Z-Achse besonders hohe Anforderungen an die Konstruktion. Erfaßt wird ein Meßpunkt mit dem Pinolenkopf, der die Aufnahmevorrichtung für den Meßtaster trägt. Die Meßkoordinaten, d.h. die Anzeige des Meßpunktes'bezieht sich jedoch auf die Haltekonstruktion der Pinolenlagerung, den Y-Schlitten. Bewegt sich der Pinolenkopf und damit der Taster also beim Ein- und Ausfahren nicht auf der von den X- und Y-Achsen angezeigten Geraden der fiktiven Z-Achse, so tritt ein Fehler in den X- und Y-Meßwerten in Erscheinung. Praktisch bewegt sich der Pinolenkopf infolge unumgänglicher Fertigungsungenauigkeiten nie auf einer Geraden, und es erfordert einen L7p/ hohen Fertigungs-1 wenn die Fehler denJum-Bereich nicht überschreiten sollen. Besonders problematisch ist der Fehler zu beherrschen, wenn die Pinole nicht vertikal liegt, sondern horizontal oder in Beschleunigungsvorgängen gemessen werden soll.In coordinate measuring machines, the quill is used to measure in the Z-axis particularly high demands on the construction. A measuring point is recorded with the Quill head that carries the mounting device for the probe. The measurement coordinates, i.e. the display of the measuring point refers to the support structure of the Quill bearings, the Y-slide. If the quill head moves and with it the button i.e. not on the straight line indicated by the X and Y axes when moving in and out of the fictitious Z-axis, an error occurs in the X and Y measured values. In practice, the quill head moves as a result of inevitable manufacturing inaccuracies never on a straight, and it requires an L7p / high manufacturing-1 if the fault should not exceed the Jum area. The error is particularly problematic to master when the quill is not vertical, but horizontal or in Acceleration processes are to be measured.

Bisher wurden die Fehler durch entsprechend genaue Bearbeitung, hohen Justieraufwand und entsprechend steife und schwere Konstruktionen klein zu halten versucht.So far, the errors have been high due to appropriately precise processing Adjustment effort and accordingly rigid and heavy constructions to be kept small tries.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Fertigung, Justierung, Verformung usw. bedingten Fehler zuzulassen, sie aber im Augenblick der Messung zu erfassen und als Korrekturwerte in den ausgegebenen Koordinatenmeßwerten zu berücksichtigen.The invention is based on the task of producing, adjusting, Deformation etc. allow conditional errors, but they do so at the moment of measurement and to be taken into account as correction values in the output coordinate measurement values.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Lichtstrahl die Z-Meßachse abbildet, der definiert zu den X- und Y-Koordinaten von einem fest mit dem die Pinole führenden Y-Schlitten verbundenen Sender ausgestrahlt in eingefahrener Stellung der Pinole in das Zentrum einer als Empfänger wirkenden fest mit dem Pinolenkopf verbundenen Flächendiode fällt, so daß beim Ausfahren der Pinole Ungenauigkeiten der Lagerfuhrungen, Formänderungen der Pinole selbst wie auch Verlagerungen infolge Elastizitäten der Konstruktion ein Auswandern des Lichtfleckes aus dem Zentrum der Diode bewirken, welches ein Maß für Größe und Richtung der Abweichung des Pinolenkopfes von der fiktiven durch die Meßkoordinaten der Maschine erfaßten Z-Achse ist.This object is achieved according to the invention in that a light beam maps the Z measuring axis, which defines the X and Y coordinates of a fixed with the Y-slide connected to the quill, broadcast in retracted Position the quill in the center of a receiver that is fixed to the quill head Connected flat diode falls, so that when you extend the Quill Inaccuracies in the bearing guides, changes in the shape of the quill itself as well as displacements Due to the elasticity of the construction, the light spot drifts out of the center effect of the diode, which is a measure of the size and direction of the deviation of the quill head from the fictitious Z-axis recorded by the measuring coordinates of the machine.

Um auch die durch eine Neigung des Pinolenkopfes!z.B. infolge einer elastischen Durchbiegung der Pinole'bedingten Fehler zu erfassen, können - ggf. zusätzlich - Sender und Empfänger vertauscht angebracht werden derart, daß der Sender des Lichtstrahles fest mit dem Pinolenkopf verbunden ist und bei nicht ausgelenktem und nicht geneigtem Pinolenkopf in das Zentrum einer als Empfänger wirkenden fest mit dem die Pinole führenden Y-Schlitten verbundenen Flächendiode fällt, so daß eine Neigung des Pinolenkopfes eine Auswanderung des Lichtfleckes aus dem Zentrum bewirkt, aus der Größe der Neigung und Richtung der Neigungsebene abgeleitet werden können.In order to also avoid the inclination of the quill head! as a result of a To detect errors caused by elastic deflection of the quill can - if necessary In addition - the transmitter and receiver are mounted interchanged in such a way that the transmitter of the light beam is firmly connected to the quill head and when it is not deflected and not inclined quill head into the center of a receiver acting as a receiver with the Y-carriage leading the quill connected flat diode falls so that an inclination of the quill head an emigration of the light spot from the center can be derived from the size of the slope and the direction of the slope plane can.

In ähnlicher Weise können auch die Verformungen und Auslenkungen des Y-Schlittens gegenüber dem X-Schlitten sowie die des X-Schlittens gegenüber der Meßplatte erfaßt werden.The deformations and deflections of the Y-slide opposite the X-slide as well as that of the X-slide opposite the Measuring plate are recorded.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist in Bild 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die auf der X- und Y-Achse (1) und (2) erfaßte Position bezieht sich auf die fiktive Z-Achse (3) Die tatsächliche Position eines Meßpunktes wird aber von der Tastkugel (4) eines im Kopf (5) der Pinole (6) eingespannten Tasters (7) erfaßt. Die Pinole (6) ist über eine Axiallagerung (8) mit dem Y-Schlitten (9) verbunden. In eingefahrener Stellung fällt der Lichtstrahl (10) des mit dem Y-Schlitten verbundenen Senders (11) in das Zentrum der mit dem Pinolenkopf verbundenen Flächendiode (12).An embodiment of the method is shown in Figure 1 and is described in more detail below. Those detected on the X and Y axes (1) and (2) Position refers to the fictitious Z-axis (3) The actual position of a However, the measuring point is clamped by the probe ball (4) in the head (5) of the quill (6) Button (7) detected. The quill (6) is connected to the Y-slide via an axial bearing (8) (9) connected. In the retracted position, the light beam (10) falls with the Y-carriage connected transmitter (11) in the center of the connected to the quill head Flat diode (12).

Der Lichtstrahl (13) des mit dem Pinolenkopf verbundenen Senders (14) fällt in das Zentrum der fest mit dem Y-Schlitten verbundenen Flächendiode (15). Wird die Pinole ausgefahren, treten Gestaltänderungen der Pinole infolge Fertigungsungenauigkeiten, Beschleunigungen, thermischen Verzugs usw. auf, die eine Abweichung des Zentrums der Tasterhalterung im Pinolenkopf (5) von der fiktiven Z-Achse (4) bewirken, und es können als Folge oder/und darüberhinaus Neigungswinkel der Halterung gegenüber der fiktiven Z-Achse auftreten. Eine Auslenkung des Pinolenkopfes aus der Z-Achse würde eine Auslenkung der Lichtstrahlen (10) und (13) aus den Zentren der Flächendioden (11) und (15) bewirken. Eine Neigung des Pinolenkopfes bewirkt eine weitere Auslenkung des Lichtstrahles (13) auf der Flächendiode (15). Aus der Auslenkung des Lichtfleckes auf der Diode (12) kann die Abweichung des Diodenkopfes von der Z-Achse ermittelt werden und aus dieser zusammen mit der Auslenkung des Lichtfleckes auf der Flächendiode (15) - bei bekannter Z-Position - die Neigung des Pinolenkopfes. Aus Neigung und Auslenkung des Pinolenkopfes lassen sich dann die Abweichungen der von der Tastkugel (4) am Meßobjekt erfaßten Meßpunkte und den diesen Meßpunkten über die fiktive Z-Achse (4) zugeordneten X- und Y-Koordinaten bestimmen und der angezeigte Wert korrigierenThe light beam (13) of the transmitter (14) connected to the quill head falls in the center of the flat diode (15) which is firmly connected to the Y-carriage. If the quill is extended, changes in the shape of the quill occur as a result of manufacturing inaccuracies, Accelerations, thermal warpage, etc., showing a deviation of the center the button holder in the quill head (5) from the fictitious Z-axis (4), and as a result and / or in addition, there may be an angle of inclination of the bracket the fictitious Z-axis occur. A deflection of the quill head from the Z-axis would cause a deflection of the light beams (10) and (13) the centers effect of the area diodes (11) and (15). A tilt of the quill head causes a further deflection of the light beam (13) on the flat diode (15). From the Deflection of the light spot on the diode (12) can be the deviation of the diode head can be determined from the Z-axis and from this together with the deflection of the Light spot on the flat diode (15) - if the Z position is known - the inclination of the quill head. The inclination and deflection of the quill head can then be used the deviations of the measuring points detected by the probe ball (4) on the test object and the X and Y coordinates assigned to these measuring points via the fictitious Z axis (4) determine and correct the displayed value

Claims (3)

Patentansprüche Verfahren zur Erfassung der Fertigungs- und Justierungsungenauigkeiten sowie der Verformung von Führungsteilen z.B. der Pinole bei Meßmaschinen dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl die Z-Meßachse abbildet, der definiert zu den X- und Y-Koordinaten von einem fest mit dem die Pinole führenden Y-Schlitten verbundenen Sender ausgestrahlt in eingefahrener Stellung der Pinole in das Zentrum einer als Empfänger wirkenden fest mit dem Pinolenkopf verbundenen Flächendiode fällt, so daß beim Ausfahren der Pinole Ungenauigkeiten der Lagerführungen, Formänderungen der Pinole selbst wie auch Verlagerungen infolge Elastizitäten der Konstruktion ein Auswandern des Lichtfleckes in dem Zentrum der Diode bewirken, welches ein Maß für Größe und Richtung der Abweichung des Pinolenkopfes von der fiktiven durch die Meßkoordinaten der Maschine erfaßten Z-Achse ist.Method for detecting manufacturing and adjustment inaccuracies as well as the deformation of guide parts, e.g. the quill in measuring machines characterized in that a light beam images the Z-measuring axis, which defines to the X and Y coordinates of a Y-carriage that is firmly connected to the quill guiding Transmitter broadcast in the retracted position of the quill in the center of an as Receiver acting firmly with the quill head connected flat diode falls, so that when the quill is extended, inaccuracies in the bearing guides, changes in shape the quill itself as well as displacements due to elasticity of the construction cause the light spot to migrate in the center of the diode, which is a measure for the size and direction of the deviation of the quill head from the fictitious one by the Measuring coordinates of the machine recorded Z-axis. 2.) Verfahren nach 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Sender des Lichtstrahles fest mit dem Pinolenkopf verbunden ist und bei nicht ausgelenktem und nicht geneigtem Pinolenkopf in das Zentrum einer als Empfänger wirkenden fest mit dem die Pinole führenden Y-Schlitten verbundenen Flächendiode fällt, so daß eine Neigung des Pinolenkopfes eine Auswanderung des Lichtfleckes aus dem Zentrum bewirkt, aus der Größe der Neigung und Richtung der Neigungsebene abgeleitet werden können.2.) Method according to 1. characterized in that the transmitter of the light beam is firmly connected to the quill head and when it is not deflected and not inclined Quill head in the center of a receiver acting as a fixed to the quill leading Y-carriage connected flat diode falls, so that an inclination of the quill head causes the light spot to migrate from the center, from the size of the inclination and direction of the inclination plane can be derived. 3.) Verfahren nach 1.) und 2.) dadurch gekennzeichnet, daß wie bei der Pinole gegenüber dem sie führenden Y-Schlitten die durch Fertigungs- und Justierungsungenauigkeiten sowie Gestaltänderungen bedingten Auslenkungen und Neigungen des Y-Schlittens gegenüber dem X-Schlitten und des X-Schlittens gegenüber dem Meßtisch erfaßt und ausgewertet werden.3.) Method according to 1.) and 2.) characterized in that as in the quill compared to the Y-slide guiding it due to manufacturing and adjustment inaccuracies as well as changes in shape caused by deflections and inclinations of the Y-carriage the X-carriage and the X-carriage opposite the measuring table detected and evaluated will.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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