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Räumliches Wegmeßsystem
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Beschreibung 1. Einleitung Im Bereich des Maschinenbaus hat der Begriff
des räumlichen Messens mit dem Einsatz von programmgesteuerten Werkzeug-und Meßmaschinen
eine entscheidende Bedeutung bekommen.
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Während bis dahin im wesentlichen Einzelmaße, welche für eine Funktionserfüllung
des gefertigten Teils verantwortlich waren, interessierten und direkt werkstückbezogen
manuell ermittelt wurden, übernehmen heute in weiten Bereichen der Fertigung sog.
Dreikoordinatenmeßgeräte diese Aufgabe. Letztere besitzen aber, um die universelle
Einsetzbarkeit zu gewährleisten, im allgemeinen nicht die Möglichkeit, sich wie
beimanueller Messung üblich, bestimmter Konturelemente des Werkstücks als Referenz
zu bedienen und bezogen auf diese Referenz einfache, d.h. einachsige Messungen durchzuführen.
Anstatt dessen kann die Maschine zunächst nur Oberflächenpunkte des Prüflings bezogen
auf das Koordinatensystem der Maschine bestimmen.
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Erst danach ist es möglich, durch Besteinpassungen und Koordinatentransformationen
werkstückbezogene Daten wie z.B.
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Bohrungsabstände oder Durchmesser zu erhalten. Analoges gilt für mehrachsige
Bearbeitungsmaschinen: auch hier kommt i.a.
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ein Bezug zwischen Konturelementen des Werkstückes erst über das Koordinatensystem
der Maschine zustande.
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Es ist naheliegend, daß zum einen dieses relativ "indirekte" Zustandekommen
von Funktionsmaßen, und zum anderen eine möglichst universelle Einsetzbarkeit von
Mehrkoordinaten-Meß-und -Bearbeitungsmaschinen sehr geringe zulässige Meßunsicherheiten
von 0,5 bis wenigen ,um implizieren. Diesen hohen Anforderungen müssen aber Meßsysteme
genügen, die auf einer Mehrzahl von im allgemeinen zwar hinreichend präzisen, aber
durchweg nur eindimensionalen Maßverkörperungen aufbauen.
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Die verbreitetste Methode, zu einem mehrdimensionalen Meßsystem zu
gelangen, ist die, mehrere eindimensionale Bewegungsachsen einer Maschine mit ne:sils
einem eindimensionalen Meßsystem auszurüsten, welches dann auch gleichzeitig Teil
des Lageregelkreises für die jeweilige Achse ist. Eine räumliche Information ergibt
sich dabei aus der vektoriellen Addition aller Einzelmeßwerte fast immer unter Annahme
der idealen räumlichen Lage der Achsen zueinander , d.h. eine der artige dreidimensionale
Messung beinhaltet nicht nur Meßunsicherheiten der primären Wegmeßsysteme, sondern
auch solche der Maschinengeometrie. Diese treten umso mehr in Erscheinung je weiter
ein Meßpunkt von den eigentlichen Wegmeßsystemen, d.h. Meßachsen, entfernt liegt
(AbbE-Fehler).
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Läßt 1:n Tasterprobleme bei Meßmaschinen und Fehler weiterer Achsen
(z.B. von 5-Achsen-Fräsmaschinen) außer Acht, so sind für die räumliche Positionsunsicherheit
einer 3-Achsen-Maschine insgesamt 21 Fehlerfreiheitsgrade verantwortlich: pro Bewegungsachse
1 linearer Fehler des Wegmeßsystems, 2 Geradheitsabweichungen, d.h. transversale
Verschiebungen, 3 Neigungen (Rollen, Gieren, Stampfen") und zwischen jeweils zwei
Koordinatenrichtungen ein Orthogonalitätsfehler.
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Außer letzterem sind diese natürlich ortsabhängig, was zu einem über
den Arbeits- bzw. Meßraum verteilten recht komplizierten Fehlerbild führt.
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Dieses ist aber im allgemeinen nicht konstant, sondern unterliegt
durch thermische Effekte und langfristig auftretende Dejustierungen, insbesondere
bezüglich der Geradheit und der Rechtwinkligkeit von Achsen zueinander, dauernden
Xnderungen.
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Eine diesbezügliche regelmäßige Wartung ist unvermeidlich und stellt
einen nicht vernachlässigbaren Kostenfaktor für den Betrieb einer Maschine dar,
insbesondere, da solche sog.
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Komponentenmessungen in Ermangelung eines universellen 3D-Abnahmesystems
recht komplex sind. Erfahrungen mit Laserinterferometern, welche zur Zeit die perfektesten
Wegmeßsysteme darstellen, als Maschinenmeßsysteme in den einzelnen Achsen zeigten
mit wenigen Ausnahmen, daß der Erhöhung der räumlichen Positionsgenauigkeit in erster
Linie Fehler der Maschinengeometrie entgegenstehen /1/.
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2. Korrekturstrategien für 3D-Maschinenmeßsysteme Wo Fehler systematischer
Art unvermeidbar sind, liegt es natürlich nahe, diese zu erfassen und in geeigneter
Weise zu kompensieren. Hierzu bieten sich grundsätzlich 2 Methoden der Fehlerermittlung
und 2 zu ihrer Beseitigung an: einzelne Abweichungsgrößenkönnenechtzeitmäßig, also
während der Bearbeitung bzw. Vermessung von Werkstücken auf der Maschine erfaßt
und korrigiert werden oder in größeren Zeitabständen als sog.Fehlermatrix abgespeichert
werden, womit dann eine Korrektur vorgenommen werden kann /2/. Letztere läßt sich
wiederum auf prinzipiell 2 Weisen realisieren: zum einen kann mechanisch, also z.B.
durch deformierende Kräfte, die Sollgeometrie wiederhergestellt werden, zum anderen
lassen sich die Meßwerte der primären Wegmeßsysteme so. beeinflussen, daß diese
den wahren Ort der Werkzeugschneide bzw. des Tastkugelmittelpunktes repräsentieren.
So naheliegend auch die Kompensation von Fehlereinflüssen ist, der enorme Aufwand
bei ihrer Erfassung mit derzeit üblichen Meßmitteln steht auf Dauer dem breiten
Einsatz entgegen.Das Minimum liegt bei ca. 2 Manntagen! Hier sind dringend leichter
und schneller zu handhabende Verfahren erforderlich, besser noch solche, die eine
automatisch ablaufende Abnahmemessung ermöglichen, damit in relativ kurzen Zeitintervallen
neue Korrekturwerte erstellt werden können. Verfahren, die eine vollautomatisierte
Prüfkörpervermessung vorsehen, sind zwar rationeller als Abnahme mit Laserinterferometern,
eignen sich aber wegen der geringen Anzahl möglicher Meßstellen im wesentlichen
nur zur pauschalen Überwachung und nicht zur kompletten Abnahme und Kompensationsmatrixerstellung
/3/. Auf der Seite der on-line-Korrektur bieten moderne lasergestützte optische
Geradheits- und Orthogonalitätsmeßsysteme eine gute Basis /4/; auf diese Weise alle
Bewegungsachsen voll zu überwachen, ist jedoch illusorisch.
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Lediglich die Erfassung und Kompensation der gravierendsten Einflüsse
wie z.B. der Querbalkendurchbiegung bei Einständermaschinen und der damit verbundenen
Abweichung von der Geradheit und Orthogonalität, erscheint hier sinnvoll.
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Durch solche Strategien könnte erheblich an Konstruktionsaufwand und
Material eingespart werden, da bei Großmaschinen die Dimensionierung weniger im
Hinblick auf eine für den Zerspanprozeß erforderliche Steifigkeit geschieht, sondern
Grenzen mehr durch Deformationen unter Eigengewicht gesetzt sind /5/; dies trifft
ganz besonders auf große Meßmaschinen zu, bei denen im Prinzip ja nur das Tastelement
definiert im Raum geführt werden muß.
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3. Ansätze zu direkt dreidimensional messenden Systemen Die skizzierten
Überlegungen zeigen somit, daß ein auf direktem Wege räumlich messendes System im
Einsatz als Masch-inenmeßsystem, selbst wenn es um etwa einen Faktor 2-3 teurer
als drei einachsige lineare- Systeme wäre, in vielen Anwendungsfällen von unschätzbarem
Vorteil sein könnte, da es aufwendige Kompensationsstrategien erübrigt. Insbesondere
aber stünden der Fertigungsmeßtechnik in Zukunft endlich adäquate Mittel zur Verfügung,
was die Abnahme von NC-Maschinen betrifft /6,7/.
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Sucht man nach einem Verfahren, das eine möglichst unmittelbare Erfassung
der Raumkoordinaten eines Punktes gestattet, wobei dies nicht unbedingt absolut,
sondern auch auf inkrementale Weise geschehen kann, so ergibt sich als grundlegende
Forderung, daß die Meßsysteme, gleich ob sie rotatorische oder translatorische Bewegungen
messen, so ausgelegt sein sollten, daß die Meßlinien durch den in seiner Lage zu
bestimmenden Punkt selbst verlaufen somit Ab'be# Fehler ausgeschlossen sind, und
das System unabhängig von der Maschinengeometrie arbeitet.
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Naheliegend ist ein in Kugelkoordinaten messendes System.
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Sehr verbreitet in der Geodäsie z.B. ist die Kombination eines Theodoliten
zur Bestimmung der Raum richtung mit einem Laufzeit-Entfernungsmesser oder alternativ
die Verwendung zweier Systeme mit bekanntem Drehpunktabstand (Trianr gulation).
Meßunsicherheiten bis hinab zu 0,1 mm auf 10 m sind realisierbar. Dies reicht zwar
für Justierzwecke bei der Montage von Großteilen meist aus, ist jedoch im Werkzeugmaschinenbau
um 1 - 2 Größenordnungen schlechter als die vom M@@@@@@@@ vorla@@te @@@@@i@@@it
Ebenfalls
liegt das Konzept eines auf einem stabilen und präzise Azimut und Elevation messenden
Theodoliten installierten Laserinterferometers mit automatischer Strahlnachführung
nicht fern /8,9,10/. Während dieses in Kugelkoordinaten messende System Abstandsänderungen
sehr genau erfaßt, ist die Winkeltoleranz sehr groß: berücksichtigt man 5 zm für
die Unsicherheit der Strahllageerfassung und Regelung, 10 um/m für die kurzfristig
zu erwartende Strahllageinstabilität, was niedrig gegriffen ist, und 5 »m/m für
die Winkelmeßunsicherheit, so muß selbst bei hochpräzisen Drehvorrichtungen mit
relativ großen Meßfehlern gerechnet werden. 15 lun/m Meßunsicherheit rechtfertigen
hier nicht den hohen Aufwand.
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Eine günstigere Lösung kann hier nur in Richtung "reine Wegmessung"
gesucht werden, wie sie in obigem technisch nicht realisierbaren Ansatz mit 3 Interferometersystemen
hätte gewährleistet werden können.
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4. Erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung "hochauflösendes 3D-Meßsystem"
auf der Basis mehrerer linearer Laserinterferometer Man wird leicht erkennen, daß
insbesondere solche Verfahren von Vorteil sind, die eine entfernungsunabhängige
Auflösung gewährleisten; das wiederum sind die, welche Wellenlängen als Wegnormale
benutzen und Abstandsänderungen des Objektes zu den Quellpunkten der Wellen erfassen.
Dabei lassen sich wegen der hohen Anforderungen an das Auflösungsvermögen praktisch
nur optische Frequenzen einsetzen, Mechanische Normale scheiden bei den besonders
interessierenden großen Meßwegen aus.
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Die Beschränkung auf reine Wegmessungen bringt als wesentliches Merkmal
den Vorteil mit sich, daß eine hochpräzise Winkelmessung und -regelung überflüssig
wird. Eine ideale Synthese aus den bisher dargestellten Ansätzen dürfte eine Kombination
von herkömmlichen linearen Interferometerachsen sein, bei der zwar die einzelnen
Strahlen winkelmäßig nachgeführt werden müssen, aber nur Entfernungsänderungen ausgewertet
werden.
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Die Ortsbestimmung des zielseitig meist als Meßstreckenabschluß verwendeten
Tripelreflektors, der, dank der Eigenschaft, jeden Lichtstrahl in die gleiche Richtung
zu eflektieren, aus der er einfXllt, für alle Strahlenbündel gemeinsam genutzt werden
kann, ist unter folgenden Bedingungen möglich: die Koordinaten des Startpunktes
müssen bekannt sein, die gegenseitigen Abstände der Drehpunkte,um welche die Strahlenbündel
gedreht werden, müssen bekannt sein, die 3 Primärmeßwerte, welche die Änderungen
der Beträge der Radiusvektoren Drehpunkte-Raumpunkt verkörpern, müssen kontinuierlich
registriert werden.
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Als Zusatzbedingung für den Fall, daß das System sich im Lageregelkreis
einer Maschine befindet, kommt hinzu, daß die Lage der Strahldrehpunkte, dZh. der
Meßsystemreferenzpunkte im Soordinatensystem der Maschine bekannt sein muß. Nun
Iäßt.sich der A.=genblicksort in einfacher Weise finden, indem man die die einzelnen
Abstände repräsentierenden Kugeln um die Referenzpunkte zum Schnitt bringt. Die
Kugelschalen sind ja "Standlinien" des Meßpunktes. Bei geeigneter Wahl des Koordinatensystems
- eia Referenzpunkt bildet den Ursprung, ein zweiter liegt auf einer Achse und der
dritte in einer Ebene aus zwei Koordinatenachsen -vereinfachen sich die Bestimmungsgleichungen,
was die Meßsignalgewinnung in kartesischen Koordinaten wesentlich beschleunigt und
somit den Einsatz des Meßsystems im geschlossenen Regelkreis ermöglicht. Eine formale
Zweideutigkeit des Ergebnisses ist ohne Belang, da der zweite Lösungsort relativ
zur durch die Referenzpunkte aufgespannten Ebene spiegelbildlich liegt, diese Ebene
aber so angeordnet sein kann, daß sie nie vom Objekt erreicht wird.
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Ein wesentliches Kriterium der Tauglichkeit für den closedloop-Betrieb
("Maschinenmeßsystem') ist das Nachführverhalten des Strahlerzeugers. Da dieser
hier insgesamt aus einem HeNe-Laser, einer Interferometeranordnung mit Strahlteiler
und (Tripel-) Reflektor für den Referenzstrahlzweig sowie einem Photodetektor (einer
beim 2-Frequenzen-Verfahren, zwei Detektoren für die phasenverschobenen Signale
beim Einfrequenz-Verfahren) sowie einer Strahllageüberwachereinheit besteht, ist
es sinnvoll, die Drehung durch einen um zwei Achsen
beweglichen
Spiegel vorzunehmen. Alternativ läßt sich auch die gesamte Interferometer- und Detektoreinheit
schwenken, insbesondere, wenn zur Kopplung mit der Laserlichtquelle eine flexible
Monomode Lichtleitfaser benutzt wird, welche Polarisation und Kohärenz hier nicht
negativ beeinflußt.
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Dies bringt außerdem den nicht unerheblichen Vorteil einer verbesserten
Strahllagestabilität gegenüber einem direkt aus dem thermisch stark beeinflußten
Laserresonator stammenden Strahl, bei dem man sonst mit kurzfristig 10 ,um/m und
langfristig mit über 100 ,um/m Richtungsinstabilität rechnen und eventuell eine
zusätzliche Strahllageregelung, gestützt auf einen Strahllagedetektor für den hinlaufenden
Strahl, vorsehen muß. Eine Warmlaufzeit entfällt /4/. Als drehbare Elemente höchster
Präzision eignen sich z.B. Kugeln, welche durch Stellhebel in zwei rotatorischen
Freiheitsgraden justierbar sind.
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Die Strahlrichtungsstabilisierung basiert auf konstanthalten des Auftreffortes
eines aus dem rücklaufenden Meßstrahl ausgeblendeten Strahlanteils auf der Oberfläche
eines Strahllagedetektors. Der Regelvorgang läuft so ab, daß eine Abweichung des
Strahlauftreffortes vom Mittelpunkt, d.h. der Symmetrieachse des Tripelreflektors,
einen spiegelbildlich zur optischen Achse des Reflektors versetzten rücklaufenden
Strahl erzeugt.
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Dieser wiederum wird in seiner Lage zur optischen Achse des Strahlerzeugers
detektiert, was ein entsprechendes Stellsignal an die Schrittmotoren o.ä. zur Strahlnachführung
bewirkt. Die Dynamik des Regelkreises wird entsprechend dem Abstand Reflektor-Strahlerzeuger
laufend optimiert, wozu ein die Schrittmotoren steuernder Mikrorechner dient.
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Da das Verfahren ausschließlich auf der Messung von Wegen beruht,
wirkt sich eine nicht exakte Strahlnachführung nur als "Fehler 2. Ordnung" aus,
nämlich als sog. cos-Fehler.
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Cos-Fehler entstehen durch Projektion der wahren Abstandsänderung
in die Meßrichtung, wobei dies die Ausbreitungsrichtung des Lichtes ist (Wellenfrontnormale).
Dieser Effekt impliziert auch die Verwendung von Tripelspiegeln als Reflektoren,
da Prismen durch die Lichtbrechung Richtungsfehler verursachen, wenn der Einfallswinkel
extrem groß wird. Tripelspiegel erlauben als Einfallswinkelbereich alle geometrischen
Strahlen, die von der "Würfelecke" - das Bauelement
hat die Geometrie
einer symmetrisch abgeschnittenen Würfelecke - in den "Würfelraum" verlaufen.
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Es läßt sich zeigen, daß dieser Eckpunkt den eigentlichen Bezugspunkt
des Reflektors darstellt, d.h. Drehungen um ihn erzeugen keine Meßwertänderungen.
Benutzen mehrere zu einem System gehörige Strahlen einen einzigen Reflektor, so
erübrigt sich eine rechnerische Korrektur bezüglich eines gemeinsamen Zielpunktes.
Interessant ist in diesem Zusammenhang, daß mit wachsendem Abstand Reflektor-Strahlerzeuger
die-winkelmäßige Regelgenauigkeit, einen geeigneten Antrieb vorausgesetzt, steigt,
d.h. der cos-Fehler kleiner wird.
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Letzter Effekt wirkt dem Problem der wachsenden Meßunsicherheit durch
spitzer werdende Schnittwinkel entgegen:- die Auflösung in einer Ebene parallel
zur Ebene durch die Referenzpunkte nimmt nämlich im gleichen Maße ab wie der- -cos-Fehler
bei konstantem Ausrichtfehler in der Reflektor- bzw. Detektor ebene, das bedeutet,
eine elektronische Auflösungserweiterung ist mit Erfolg einsetzbar.
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Bleibt ein letzter wesentlicher Einflußfaktor: die Luftdichte und
somit die optische Weglänge. Hier stören im wesentlichen drei Effekte: gleichmäßige
langsame Dichteänderungen, Dichtegradienten z.B. durch vertikale Temperaturschichtung
und stochastische Schwankungen des mittleren Brechungsindex entlang der Meßstrecke.
Letzteres ist in normaler Werkshallenumgebung mit einer Standardabweichung des Meßwertes
von nur ca. 1 ,um pro 10 m Meßstrecke akzeptabel /1/. Langsame Dichteänderungen
können meßtechnisch erfaßt und rechnerisch kompensiert werden, wie dies bei allen
linearen einachsigen Laser-Wegmeßsystemen möglich ist. Dichteschichtungen lassen
sich näherungsweise durch atmosphärische Messungen am Anfan-g und am Ende der Meßstrecke
und Mittelwertbildung berücksichtigen.
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Fehl~messungen von 1 K Lufttemperatur bewirken einen um ca. 2 >nn/m
falsch bestimmten Abstand. Auch bei spitzen Schnittwinkeln der Meßstrahlen tritt
hierdurch keine wesentliche Erhöhung der Meßunsicherheit in den-Raumrichtungen auf,
für die das System weniger empfindlich ist, da eine längerfristige Dichteänderung
sich näherungsreise auf alle- benachbarten Strahlen gleich auswirkt und eine£l Meßfehler
praktisch
nur in Ausbreitungsrichtung verursacnt, a.n. er ist genauso
groß wie bei üblichen linearen einachsigen Interferometern.
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Aber: unabhängige kurzfristige Dichteschwankungen in den einzelnen
Strahlengängen bewirken bei spitzeren Strahlwinkeln eine erhebliche "Querempfindlichkeit",
die bei sehr eng benachbarten Meßstrahlen mit derjenigen von Geradheitsmeßsystemen
vergleichbar wird, und die immerhin eine Standardabweichung der Meßwerte von ca.
10 ym auf 10 m erwarten läßt. Dieser Effekt, nicht die Auflösung, die durch übliche
Interpolationsverfahren bis auf ca. 5 nm vorgenommen werden kann, bestimmt den minimal
zulässigen Winkel zwischen den Meßstrahlen.
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Selbstverständlich kann die relative Lage der drei Referenzpunkte,
welche ja durch die Drehpunkte der Strahlumlenkeinheiten repräsentiert werden, direkt
ermittelt werden, z.B.
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indem mit jeweils einem der Wegmeßsysteme der Abstand zwischen zwei
Drehpunkten (Kugeln) gemessen wird. Sind alle drei Abstände bekannt, ist das Bezugssystem
bestimmt; seine exakte absolute Lage im Raum, bzw. relativ zu den Bewegungsachsen
der Maschine ist von untergeordneter Bedeutung und kann bei Bedarf durch Verfahren
bei 2 geklemmten Achsen ermittelt werden.
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Eine weitere Methode ist die der "Selbstvermessung" in einem überbestimmten
System. Grundsätzlich ergeben sich hier nur dann keine Widersprüche, wenn alle Größen
exakt bekannt sind.
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Bei geeigneter Wahl der Koordinatenachsen besitzen drei Referenzpunkte
drei Freiheitsgrade, jeder weitere aber drei zusätzliche, ebenso jeder andere Raumpunkt.
In einem Meßsystem der beschriebenen Art sind Abstandsänderungen des Meßortes von
den Referenzpunkten jederzeit präzise bestimmbar. Man hat also für m Referenzpunkte
und n Meßorte m ' (n-1) Bestimmungsgleichungen um 3 m - 6 + 3 n unbekannte Koordinatenwerte
zu ermitteln, also n = 4m-6 . Erst für m # 4 ergibt sich m - 3 eine sinnvolle Lösung.
Das heißt, führt man in einem System aus 4 Referenzpunkten zwischen 10 Meßpunkten
9 Differenzmessungen durch und registriert dabei die Abstandsänderungen relativ
zu den Referenzpunkten, lassen sich alle Koordinaten der Meßpunkte und die der Referenzpunkte,
insgesamt 36 Werte, bestimmen. Ab diesem Zeitpunkt kann dann die Messung relativ
zu drei Referenzpunkten fortgesetzt werden.
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Eine derartige Selbstvermessung bzw. Uberwachung garantiert eine nahezu
ideale Driftfreiheit, lediglich die Relativ lage zu einem Werkstück etc., das längere
Zeit eingespannt bleiben soll, muß überwacht werden.
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Während die für jeden Einmeßvorgang einmal notwendige Lösung der 36
nichtlinearen Gleichungen mit 36 Unbekannten nur durch relativ zeitintensive Iterationsverfahren
möglich ist, lassen sich die zur Transformation der Referenzpunktabstände in kartesische
Koordinaten erforderlichen wenigen elementaren Rechenoperationen "on-line" durchführen.
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5. Anwendungsmöglichkeiten eines optischen interferometrisch arbeitenden
direkten 3D-Meßsystems Die wesentlichste Einschränkung für den Einsatz des beschriebenen
Systems stellt die Notwendigkeit einer direkten Strahlführung zwischen den Referenzpunkten
und dem Reflektor am Meßort dar und der sich damit ergebenden Beschränkung im meß-
oder bearbeitbaren Teilespektrum, bzw. einer ungünstigeren Anbringung des Reflektors
z.B. an der Pinole in einigem Abstand zum Wirkort, was zu Abbe-Fehlern führt, welche
ja gerade durch dieses System vermieden werden sollten.
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Eine weitere Erschwernis für den Einsatz stellt der Systempreis dar,
der entsprechend dem heutigen Preisniveau für die Interferometerkomponenten kaum
unter 150.000 DM liegen dürfte. Hohe geforderte Präzision plus große Verfahrwege
können diesen für die Anwendung als feste installiertes Maschinenmeßsystem rechtfertigen.
Eine weitere Rechtfertigung ist dann gegeben, wenn der Preis für die Maschine im
selben Maße abnehmen könnte, oder eine Präzisionsvermessung oder -Bearbeitung großer
Teile überhaupt erst ermöglicht wird.
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Ein flexibler Meßroboter, ausgestattet mit einem solchen System und
einem Aktionsradius von über zehn Metern ist denkbar.
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Die eigentlichen Anwendungsschwerpunkte dürften jedoch in der Überprüfung
von Maschinen liegen. Hier wird mit einem einzigen Meßablauf eine Vielzahl von Einzelmessungen
ersetzt: Positionsunsicherheit entlang beliebig vielen Linien in jeder Raumrichtung,
Geradheit und Rechtwinkligkeit beliebiger Achsen. Mit der dadurch möglichen drastischen
Meßzeitverkürzung ist die periodische Gesamtvermessung insbesondere auch zur Erstellung
oder Nachführung von on-line-Korrekturtabellen in den Bereich eines vertretbaren
Aufwandes gelangt.
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Ein 3D-System erfordert zum einen nur eine Aufstellung und macht zum
anderen sogar die oft gefürchtete präzise Ausrichtung überflüssig. Ein ganz neuer
Aspekt ist durchaus realistisch nämlich die individuelle Korrekturwertermittlung
für individuell NC-Programme, wenn es sich um wertvolle Werkstücke oder größere
Bearbeitungs- oder Meßlose handelt.
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Die Reihe der Beispiele ließe sich noch weiter fortsetzen, bis hin
zum simultanen Einsatz mehrerer Systeme zur Überwachung von kombinierten Linear-
und Drehbewegungen.
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Die Erfindung stellt einen neuartigen Weg zum räumlichen Messen dar.
Während ihrem Einsatz als Maschinenmeßsystem das Handicap der Strahlführung durch
den Arbeitsraum entgegensteht, ist dies bei Abnahmemessungen kein Hindernis; hier
könnte sie in Zukunft durchaus zum Universal-Meßmittel werden.
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Literatur: /1/ T. Pfeifer W. Rest E. Trapet Modulare Laserinterferometer
als Wegmeßsysteme auf Werkzeugmaschinen Industrieanzeiger 26/1981 /2/ F. Ertl K.J.
Lenz Beschreibung und rechnergestützte Korrektur der Fehler von mehrachsigen Maschinen
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auf Laserbasis RWTH Aachen 1982 /5/ U. Dieckhans A. Heimann Maßnahmen zur Verbesserung
der Genauigkeit bei Großwerkzeugmaschinen VDI-Z 7/1980 /6/ A. Weckenmann Übersicht
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Nr. 378 /7/ R.J. Hocken Technologie of Machine ToolF Vol. 5: Machine Tool Accuracy
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A System Operating and Service Manual /9/ M. Gelles H. Janocha Optoelektronische
Folgeregelung mit positionsempfindlichen Fotodioden Feinwerktechnik & Meßtechnik
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