DE29618726U1

DE29618726U1 - Kugelquader

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Publication number: DE29618726U1
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Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2006-10-29

Description

Beschreibung

Eine Optimierung des Aufwandes für die Kalibrierung und Überwachung von Koordinatenmeßgeräten (KMG) und Werkzeugmaschinen erreicht man durch zeitlich und im Aufwand gestaffelte Prüfmethoden: in größeren Zeitintervalien werden vollständigere aber relativ aufwendige Verfahren eingesetzt und dazwischen in kurzen Zeitabständen weniger vollständige, die dann aber sehr einfach, schnell und kostengünstig sind. Diese Erfindung bezieht sich auf ein solches einfaches und kostengünstiges Verfahren und das zugehörige Normal, das bezogen auf den Aufwand mehr information über den Zustand des Gerätes

&iacgr;&ogr; liefert, als irgendein bisher bekanntes Verfahren.

Fig. 1 verdeutlicht vereinfachend, daß der Informationsgehalt über die Meßabweichungen, hier: die Verzerrung des Koordinatensystems des geprüften Gerätes, pro "investiertem" Meßpunkt bei zweidimensionaien Prüfkörpern (besser: "Normalen") größer ist als bei eindimensionalen Prüfkörpern:

· Meßabweichungen von KMG verursachen z.B. die Verzerrung einer rechteckigen Anordnung von vier Punkten in einer Meßebene, Um die Verzerrung dieser Anordnung von vier Punkten (d.h. Rechtwinkligkeitsabweichung, Längenabweichung in X₁ Längenabweichung in Y, Gieren in X, Gieren in Y) vollständig zu untersuchen, benötigt man eine kalibrierte Kugelplatte mit vier Kugeln und muß jede der Kugeln einmal messen.

• Um die gleiche Information über die Meßabweichungen eines KMG mit einem kalibrierten Kugelstab (etwa äquivalent zu einem Endmaß) zu erhalten, muß man, entsprechend Fig. 1 (wie aus einfachen geometrischen Beziehungen folgt), den Kugelstab aber in fünf Lagen messen, das heißt, man braucht fünfmal mehr Aufstellungen und 2,5 mal mehr Meßpunkte als bei der Kugelplatte.

Das Beispiel läßt sich verallgemeinern und auf dreidimensionale Probleme übertragen: für jede Art von Genauigkeitsuntersuchungen sind demnach zweidimensionale Normale vorteilhafter als eindimensionale Normale. Insbesondere gilt, daß die Bestimmung aller ein Gerät vollständig beschreibenden geometrischen Abweichungskomponenten mit eindimensionalen Normalen zwar theoretisch möglich ist, sich aber wegen des hohen Aufwands nicht wirtschaftlich rechtfertigen läßt. Bekanntlich setzen sich die geometrischen Abweichungskomponenten jeder linearen Bewegungsachse aus den Positionsabweichungen, den Geradheitsabweichungen, dem Rollen, dem Gieren und dem Nicken zusammen (siehe VDI/VDE 2617 Blatt3), Es läßt sich zeigen, daß hierzu mindestens 14 Stellungen nötig sind, dabei muß das Normal in den meisten Stellungen jeweils mit unterschiedlichen Taststiften gemessen werden. Fig. 2 verdeutlicht die 10 Stellungen, die selbst noch für die Bestimmung der linearen Näherungen der Abweichungskomponenten bei KMG vom Bautyp "Portal" mit einem kalibrierten Kugelstab erforderlich sind und die jeweils zu benutzenden Taststifte. Fig. 2g zeigt im Überblick alle zu messenden Kugeistab-Steiiungen (fette Linien). Fig. 2a zeigt die oberen horizontalen Stellungen, Fig. 2b die unteren horizontalen Stellungen, Fig, 2c die Stellungen in der YZ-Ebene und Fig, 2d die Stellungen in der XZ-Ebene. Sind zwei Taststifte eingezeichnet, muß der Kugelstab in diesen Stellungen jeweils mit beiden Taststiften gemessen werden.

Weil in der Vergangenheit ausschließlich eindimensionale Normale wie Endmaße und Stufenendmaße verfügbar waren» und damit eine umfassende Ermittlung der Abweichungen zeitaufwendig ist, empfehlen die gültigen Normen und Richtlinien zur Untersuchung der Meßabweichungen von KMG nur relativ kleine Stichproben. Diese bergen aber das Risiko der Unterschätzung der wahren Abweichungen und sie lassen auch keine Analyse der Meßabweichungsursachen zu.

Die Bestimmung der Abweichungskomponenten mit Kugelplatten (vier Stellungen) dagegen ist bereits erheblich informativer und dabei wirtschaftlicher, Fig. 3 &iacgr;&ogr; zeigt die erforderlichen Stellungen.

Mit dreidimensionalen Normalen sinkt der Aufwand weiter erheblich: es ist mit dem erfindungsgemäßen sog, Kugelquader (siehe Fig, 4) lediglich eine einzige Aufstellung nötig, um die gleichen Informationen über das geprüfte Gerät zu erhalten wie mit den Anordnungen in Fig. 2 für eindimensionale Normale und Fig. 3 für zweidimensional Normale. Hierbei ist die Beschränkung auf lineare Näherungen der Abweichungskomponenten vorausgesetzt, da Quader mit mehr als 8 Kugeln nicht mit vertretbarem Aufwand kalibrierbar sind.

Damit ergibt sich dann auch die Beschränkung des Kugelquaders: er kann sehr gut zur Prüfung der Stabilität von Abweichungskomponenten eingesetzt werden, da Änderungen der Abweichungskomponenten sich entsprechend der Erfahrung überwiegend als Konstanten (Rechtwinkligkeitsabweichungen) und linear ortsabhängige Effekte bemerkbar machen. Zur Erstabnahme oder "vollständigen Abweichungsanalyse" ist er weniger geeignet als z.B. Kugelplatten, da mit diesen die Abweichungsverläufe mit kleinen Stützstellenrastern aufgenommen werden können.

Die Gleichungen in Anhang 1 zeigen, wie die Abweichungskomponenten (zur Nomenklatur siehe VDI/VDE 2617, Blatt 3) in linearer Näherung aus den gemessenen Kugel-Mittelpunktskoordinaten berechnet werden können. Weitere spezielle Geometrie-Abweichungskomponenten können anhand einfacher geometrischer Beziehungen aus den Quadermessungen ermittelt werden. So läßt sich z.B. das Ständekippen bei Horizontalarm-KMG als Quotient von Ständer-Kippwinkel und Pinolenauskragung aus den Quadermessungen bestimmen; der Kippwinkel ist dabei die Differenz der Längenmeßabweichungen in Z (horizontale Pinolenachse) für die beiden durch die Quaderabmaße gegebenen Höhen in Y (vertikale Ständerachse) dividiert durch diese Höhe.

Fig. 4 zeigt exemplarisch einen ausgeführten Kugelquader in Plattenbauweise: sechs Platten (1) sind über Eckwürfel (2) und Kantenverbinder (5) zusammengefügt (z.B. durch Kiebung). An den Eckwürfeln (2) sind Kugeln (3) über Stifte (4) angebracht. Es ergibt sich eine stabile Kastenstruktur, die vorzugsweise statisch bestimmt aufgestellt wird. Hierzu eignet sich z.B. die in Fig. 4 dargestellte Dreierkombination von Blattfeder-Füßen (6), die z.B. durch Klebung oder durch Verschraubung (7) am Quader-Grundkörper befestigt werden. Über Bohrungen (8) in den Platten (1) sind Gewinde (9) in den Eckwürfeln (2) erreichbar. Diese dienen zur Fixierung aller Teile während der Montage (z.B. durch Klebung). Später können an ihnen Schutzvorrichtungen für die Kugeln befestigt werden.

Die Kalibrierung von dreidimensionalen Normalen auf Koordinatenmeßgeräten ist nicht nach ähnlich einfachen Verfahren möglich, wie die von zweidimensionaien Normalen (Umschiagverfahren). Es bleiben nur die Messung im Vergleich

zu einem ähnlichen Quader oder die Kalibrierung durch Längenmessungen. Da für die Vergleichsmessung aber erst einmal ein "Ur-Quader" kalibriert werden muß (dies geht nur so genau wie das verfügbare KMG dies erlaubt), kann diese nicht generell eingesetzt werden. Die Vergleichskalibrierung von einzelnen Kugelabständen am Quader ist dagegen sehr genau und einfach möglich: neben der Vergleichsmessung zu einem der jeweiligen Meßlinie am Quader parallelen Längennormal (z.B. einem kalibrierten Kugelstab) auf einem KMG kommt insbesondere das im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Verfahren in Betracht.

&iacgr;&ogr; Erfindungsgemäß erfolgt die Kalibrierung des Kugelquaders vorzugsweise durch einen seibstzentrierenden Komparator (Fig, 5), bestehend aus einem inkrementaltaster (10), an dessen Taststift ein seibstzentrierendes Element (11) befestigt ist. Ein weiteres selbstzentrierende Element (12) befindet sich an gegenüberliegenden Seiten einer Stabstruktur (13), bevorzugterweise aus Kohlenstoffaser-Verbundwerkstoff. Diese gesamte Einheit wird zunächst auf eine kalibrierte Kugeüeiste (Fig. 6) aufgestellt, und die Klemmschlitten so verschoben, daß Selbstzentrierung auf beiden Seiten erfolgt, und die Anzeige des Inkrementaltasters wird genullt. Der Taster soll sich in der Mitte seines Meßbereichs befinden. Die gleiche Prozedur (ausschließlich der Verschiebubg der Klemmschlitten) wird für Kugelpaare am Quader durchgeführt. Die Tasteranzeige entspricht der Differenz der Kugelabstände am Quader zur Referenzlänge am Kugelstab. Insgesamt werden alle Kantenlängen, entsprechend dem Abstand Li₂ in Fig 6, und alle Flächendiagonalen, entsprechend dem Abstand Li₄ in Fig 6, so kalibriert. Abschließend werden aus den Kugelabständen am Quader die Kugeikoordinaten berechnet, hierzu kommen übliche Verfahren der Ausgleichsrechnung zur Anwendung. Die Temperaturen von Kugelstab und Kugelquader während der Messungen werden in die Rechnung miteinbezogen, sodaß die Koordinaten für die Bezugstemperatur 20⁰C gelten.

Fig. 7 zeigt eine mögliche Reihenfolge für die Messung der Kugeln: Beginn bei Kugel 5 mit Taststift Y und Ende bei Kugel 7 mit Taststift -Z. Die Wiederholung der Messung in umgekehrter Reihenfolge erlaubt die Elimination und die Bestimmung der Drifteffekte. Fig. 8 zeigt, wie die einzelnen Kugeln (symmetrisch) angetastet werden, um ein Minimum an elastischen Einflüssen auf die Mittelpunktskoordinaten zu erhalten. Diese Antaststrategie entspricht der erfindungsgemäßen Auslegung der Kugeianbringung, die eine symmetrische Antastung in jeweils drei Hauptachsrichtungen erlaubt, um elastische Effekte im Quader und in dessen Aufstellkomponenten zu kompensieren.

Annex Formeln

Die folgenden Formeln dienen zur schnellen Berechnung der 15 Abweichungskomponenten als lineare Näherungen. Eingangsdaten zu den Formeln sind die 5 mal 4 Abweichungsvekioren (im Bezug auf die Kalibrierwerte) so wie sie sich aus einer Quadermessung mit 5 Taststiften ergeben,

xrx = {((»'Coy'+'CIyX'.'CSy'+'C ly'))/(Cube_z*Cube_x) +({-D8y+D4y)-(-D7y+D3y))/(Cube_z*Cube_x) +(((E8z-E6z)-(E7z=E5z)) + ((D8z-'C6z')"(D7z-^!C5z¹)))/(2*Cube_j*Cube_x) + {{D4z.^>C2z¹)-(D3z"'Clz¹»/(Cube_y*Cube_x) ) /4

xry = (((('&Ogr;6&khgr;'-'&Ogr;5&khgr;'+&Egr;6&khgr;=&Egr;5&khgr;)/2 = CC2x'»'Clx')) + ((D8x-D7x+E8x-E7x)/2 - (D4x-D3x))) / (Cube_x*Cube_z) +({B6x-A5x)"(B2x-Alx) +(B8x-A7x)=(B4x-A3x)) / ((Cube_x+PrbX+ABS{Prb_X))*Cube_z)

xrz= ( {(((⁽C2x^l+¹C6x')-(^lC5x'+¹Clx^<))-((D4x+D8x)-(D7x+D3x))) +((E6x-E5x)-{E8x-E7x)))/(Cube_x*Cubejy) + (((B2x+B6x)-(A5x+Alx)) -((B4x+B8x)-{A7x+A3x)))/(Cube_j*(Cube_x+PrbX+ABS(Prb_X)))

yrx= ( {((B4y-B2y)-(B8y-B6y)) + ((A3y-Aly)-{A7y-A5y))) / (2*Qibejy*Cube_z +(((D4y-'C2y⁽)-(D8y-'C6y')) + ({DSy-'Cly'J-/ (2*(Cube_y+PrbY+ABS(Prb_Y))*Cube_z)

yry= ( (((B8x-B4x) - (B6x-B2x)) + ((A7x-A3x) -(A5X-A1X)))/ (2*Cube_z*Cube_y) + ((((B8z+B4z) - (B6z+B2z)) - {(A7z+A3z) - (A5z+Alz)))/2 - xix*Cübej/*(Cube_x+PrbX + ABS(Prb_X))) / (Cube_y*(PrbX+ ABS(Prb_X)») /

( ((A7y-A5y)+({E8y-E6y)-(E7y-E5y)))

- ({B4y+B8y)-(B2y+B6y)> ) / <2*Cube_y*(PrbX+ ABS(Prb_X)))

zrx= { {((^tC6z^l-¹C2z')+(B8z-B4z)-(B6z-B2z))+((¹C5z^l-'Clz¹)+(A7z-A3z)-( ASz-AIz))) -(D8z-D4z+D7z-D3z) ) 1(2* (PrbY+ABS(Prb_Y))*Cube_z)

zry= ( ((B6z-B2z)+(('C5z^l-^lClz^t)-(^lC6z'-¹C2z')))+((B8z-B4z)+({D7z-D3z)-{D8z-D4z))) -(A5z+A7z-Alz-A3z) ) / (2*(PrbX + ABS(Prb_X))*Cube_z)

zrz = ((((B2y+B4y)"(B6y+B8y))/Cube_z)+(((A5y+A7y) =(Aly+A3y))/Cube_z))/(2*(Pri>X+ABS{Prb_X))) ■xrx*(PrbX+ABS(Prt)_X) +Cube_x) / (PrbX+ABS(Prb_X))

ywx= ( (E6x+E5x-E7x-E8x)/(2*Cube_y)+(E5y+E7y-E8y-E6y)/(2*Cube_x) +(yiy*Cube_z-xrx*Cube_z)/2

{(A5x+Alx+B2x+B6x)-(A3x+A7x+B4x+B8x))/(2*Cube_y) ((¹Cly¹+'C5y^l+D3y+D7y)K'C2y⁽+^tC6y^t+D4y+D8y))/{2*Cube_x) - xrz*(ABS(Prb_X) -PrbX)

((^lC5x'+¹C6x^l)-('Clx'+'C2x¹)) / (2*Cube_z) + {(^z'+'Cfe'M'Clz'+'CSz¹)) / (2*Cube_x) + yiy * (PrbY+Cube_y /2) + ((D7x+D8x)-(D3x+D4x)) / (2*Cube_z) + ((D4z+D8z)-(D3z+D7z)) / (2*Cube_x) - zrz*(ABS(Prb_Y)- PrbY) - yry*(ABS(Prb_Y) + Cube_y /2) + ((A5x+B6x)-(Alx+B2x))/(2*Cube_z) +(E6z-E5z)/Cube_x +((A7x+B8x)-(A3x+B4x))/(2*Cube_z) + (E8z-E7z)/Cube_x -xry*(ABS(Prb_X)-PrbX)

((B2y+B4y)-{B6y+B8y>) / (2*Cube_z) + {(B2z+B6z)-{B4z+B8z)) / (2*CiAe_y) - (zrz*{ABS(Prb_X)-PrbX» - (yry*(ABS(Prb_X) -PrbX)) + ((Aly+A3y)-(A5y+A7y)) / (2*Cube_z) + ((Alz+A5z)-(A3z+A7z)) / (2*Cube_y) + ((¹C2y⁽+D4y)-(^lC6y'+D8y))/(2*Cube_z) +{E6z-E8z)/Cube_y +(('Cly'+D3y) -('C5y'+D7y))/(2*Cube_z) +{E5z-E7z)/Cube_y -yrx*{ABS(Prb_Y)-PrbY)

((C6x+C2x)-{C5x+Clx))/2-{xrz)*Cube_x^!i!Cube_y/2 +({D4x+D8x)-{D3x+D7x))/2+{xrz)*Cube_x*Cube_y/2 +({E6x-E5x) -xry*Cube_x*Cube_z/2 +{E8x-E7x) -xry*Cube_x*Cube_z/2)/2 ) / (3*Cube_x)

{(B4y+B8y)-(B2y+B6y))/2 + (yrz)*Cube_y * ABS(Prb_X) + ((A3y+A7y)-(Aly+A5y))/2 - (yrz)*Cube_y * PrbX + ((E7y-E5y) + yix*Cubej?*Cube_z/2 + {E8y-E6y)4-yrx*Cube_y*Cube_z/2)/2 )/{3*Cube_y)

((A5z+A7z)-(Alz+A3z))/2 + (zry)*Cube_z * PrbX + ((B6z+B8z)-(B2z+B4z))/2 - (zry)*Cube_z * ABS(Prb_X) + (CCSz'+'Cez'KClzM-Oz¹))^ - (zrx)*Cube_z * PrbY + «D7z+D8z)-(D3z+D4z))/2 + (zrx)*Cube_z * ABS(Prb_Y) )/(4*Cube_z)

Variablenliste

A1x ...... E8z sind die Vektorkomponenten der Positionsabweichungen des KMG an den Orten der acht Kugeln für die fünf Taststifte. Die Vorzeichen entsprechen der Regel "Kalibrierwerte minus Meßwerte".

A1x X-Koordinate der Kugel 1 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A1y Y-Koordinate der Kugel 1 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A1z Z-Koordinate der Kugel 1 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A3x X-Koordinate der Kugel 3 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A3y Y-Koordinate der Kugel 3 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A3z Z-Koordinate der Kugel 3 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A5x X-Koordinate der Kugel 5 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A5y Y-Koordinate der Kugel 5 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A5z Z-Koordinate der Kugel 5 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A7x X-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A7y Y-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

A7z Z-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in +X-Richtung (Seite A)

B2x X-Koordinate der Kugel 2 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B2y Y-Koordinate der Kugel 2 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B2z Z-Koordinate der Kugel 2 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B4x X-Koordinate der Kugel 4 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B4y Y-Koordinate der Kugel 4 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B4z Z-Koordinate der Kugel 4 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B6x X-Koordinate der Kugel 6 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B6y Y-Koordinate der Kugel 6 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B6z Z-Koordinate der Kugel 6 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B8x X-Koordinate der Kugel 8 gemessen mit Taststift in -X»Richtung (Seite B)

B8y Y-Koordinate der Kugel 8 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

B8z Z-Koordinate der Kugel 8 gemessen mit Taststift in -X-Richtung (Seite B)

C1x X-Koordinate der Kugel 1 gemessen mit Taststäft in +X-Richtung (Seite C)

C1y Y-Koordinate der Kugel 1 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C1z Z-Koordinate der Kugel 1 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C2x X-Koordinate der Kugel 2 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C2y Y-Koordinate der Kugel 2 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C2z Z-Koordinate der Kugel 2 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C5x X-Koordinate der Kugel 5 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C5y Y-Koordinate der Kugel 5 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C5z Z-Koordinate der Kugel 5 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C6x X-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C6y Y-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

C6z Z-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in +Y-Richtung (Seite C)

D3x X-Koordinate der Kugel 3 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D3y Y-Koordinate der Kugel 3 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D3z Z-Koordinate der Kugel 3 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D4x X-Koordinate der Kugel 4 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D4y Y-Koordinate der Kugel 4 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D4z Z-Koordinate der Kugel 4 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D7x X-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D7y Y-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D7z Z-Koordinate der Kugel 7 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D8x X-Koordinate der Kugel 8 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D8y Y-Koordinate der Kugel 8 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

D8z Z-Koordinate der Kugel 8 gemessen mit Taststift in -Y-Richtung (Seite D)

E5x E5y E5z E6x E6y E6z E7x E7y E7z E8x E8y E8z

Cube_x Cube_y Cube_z

Prb_X Prb_Y PrbX PrbY Prb_Z

xpx xrx xry xrz ypy yrx yry yrz ywx zpz zrx zry zrz zwx zwy

X-Koordinate Y-Koordinate Z-Koorclinate X-Koordinaie Y-Koordinate Z-Koordinate X-Koordinate Y-Koordinate Z-Koordinate X-Koordinate Y-Koordinate Z-Koordinate

derKugeVs der Kugel 5 der Kugel 5 der Kugel 6 der Kugel 6 der Kugel 6 der Kugel 7 der Kugel 7 der Kugei 7 der Kugel 8 der Kugel 8 der Kugel 8

gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit gemessen mit

Taststift in -Z
Taststift in -Z
Taststift in -Z-Taststift
in -Z
Taststift in -Z-Taststift
in -Z-Taststift
in -Z
Taststift in -Z-Taststift
in -Z-Taststift
in -Z
Taststift in -Z-Taststift
in -Z-

-Richtung (Seite E) •Richtung (Seite E) •Richtung (Seite E) -Richtung (Seite E) -Richtung (Seite E) ■Richtung (Seite E) ■Richtung (Seite E) ■Richtung (Seite E) •Richtung (Seite E) •Richtung (Seite E) ■Richtung (Seite E) •Richtung (Seite E)

Seitenlänger des Quaders in X- Richtung Seitenlanger des Quaders in Y- Richtung Seitenlänger des Quaders in Z- Richtung

Taststift mit Schaft in -X-Richtung Taststift mit Schaft in -Y- Richtung Taststift mit Schaft in +X- Richtung Taststift mit Schaft in +Y- Richtung Taststift mit Schaft in -Z- Richtung

Abweichungskomponente "Positionsabweichung in X" (lineare Näherung) Abweichungskomponente "Rollen in X" (lineare Näherung) Abweichungskomponente "Nicken in X" (lineare Näherung) Abweichungskomponente "Gieren in X" (lineare Näherung) Abweichungskomponente "Positionsabweichung in Y" (lineare Näherung) Abweichungskomponente" Nicken in Y" (lineare Näherung) Abweichungskomponente" Rollen in Y" (lineare Näherung) Abweichungskomponente "Gieren in Y" (lineare Näherung) Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen Y-Achse und X-Achse Abweichungskomponente "Positionsabweichung in Z" (lineare Näherung) Abweichungskomponente" Gieren in X" (lineare Näherung) Abweichungskomponente "Nicken in X" (lineare Näherung) Abweichungskomponente" Rollen in X" (lineare Näherung) Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen Z-Achse und X-Achse Rechtwinkligkeitsabweichung zwischen Z-Achse und Y-Achse

Claims

Ansprüche

I. Kugelquader zur periodischen Ermittlung (Überwachung) der Abweichungskomponenten "Rollen, Gieren, Nicken, Positionsabweichung, Rechtwinkligkeitsabweichung und Ständerkippung" sowie der Längenmeßabweichungen von Koordinatenmeßgeräten und Werkzeugmaschinen mit drei kartesischen Bewegungsachsen, basierend auf einem Quader bei dem in mindestens sieben der acht Ecken jeweils eine Kugel angebracht ist, deren Mittelpunktskoordinaten durch Kalibrierung bekannt sind, wobei die Kugeln mit mehreren Taststiften gemessen werden

&iacgr;&ogr; 2. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader als Hohlkörper ausgeführt ist

3. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Piattensegmenten zusammengefügt ist

4. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Piattensegmenten besteht, die über eine innere Rahmenstruktur zusammengehalten werden

5. Kugeiquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Piattensegmenten besteht, die über eine äußere Rahmenstruktur zusammengehalten werden

6. Kugeiquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Piattensegmenten besteht, die durch Schweißen oder Kleben unmittelbar zusammengefügt sind

Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Piattensegmenten besteht, die statisch bestimmt durch biegsame EIemente zusammengefügt sind

8. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Schalen zusammengefügt ist

Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Piattensegmenten zusammengefügt ist, wobei die Platten aus Material mit kleinem thermischem Ausdehnungskoeffizienten bestehen

Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader als weitgehend geschlossener Hohlkörper ausgeführt ist, wobei der Temperaturfühler zur Erfassung der Quadertemperatur ins Quaderinnere gebracht ist, sodaß er durch die Hohlraumstrahlung eine gute Ankopplung an die mittlere Quadertemperatur erfährt

I1. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader an seinen Ecken mit diagonal zum Quader ausgerichteten mit ihm fest verbundenen Stiften versehen ist, auf die Kugeln aufgestielt sind, so daß jede Kugel mit drei zueinander orthogonalen Taststiften angetastet werden kann, die alle drei jeweils zu einer anderen Quaderseitenfläche orthogonal stehen, und zwar jeweils aus einem Raumwinkeibereich, der größer oder gleich dem einer Hemisphäre ist

12. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader statisch bestimmt auf drei Federelementen aufgestellt wird, die am Quadergehäuse befestigt sind

13. Kugelquader nach AnsprucrTi, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader statisch überbestimmt auf elastischen Fixatoren aufgestellt wird, welche Deformationen des Quaders durch die Aufspannung verhindern, aber noch ausreichend steif für Schwingungen und Antastkräfte sind

14. Kugeiquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kalibrierung des Quaders durch Messung von Mittelpunktsabständen der Kugeln geschieht mit nachfolgender Berechnung der Raumkoordinaten der Kugelmittelpunkte

15. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kalibrierung des Quaders durch Messung von Mittelpunktsabständen der Kugeln geschieht mit nachfolgender Berechnung der Raumkoordinaten der Kugelmittelpunkte, wobei die Messung der Mittelpunktsabstände durch einen selbstzentrierenden Komparator durchgeführt wird, der durch Aufsetzen auf eine kalibrierte Kugelleiste eingestellt (genullt) wird

16. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Quader aus Material mit kleinem thermischem Ausdehnungskoeffizienten besteht und daß sich am Quader zusätzlich mindestens ein Längennorma! befindet, das einen endlichen (üblichen) thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt

17. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aufgestielten Kugeln derart in die Quaderecken eingelassen sind, daß sie weitgehend vor unbeabsichtigten Stoßen geschützt sind, aber für die Antastung mit je drei orthogonal zueinander ausgerichteten Taststiften im Bereich jeweils einer Hemisphäre zugänglich sind

18. Kugelquader nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß er zur Bestimmung der sechs Abweichungskomponenten "Winkeiposition, Axialschlag, Radiaischlag und Taumein" von rotatorischen Achsen auf Koordinatenmeßgeräten und Werkzeugmaschinen verwendet wird, wozu der Quader nicht kalibriert sein muß,