DE4419909A1 - Device for controlling the geometrical and dynamic accuracy of a numerically controlled working head - Google Patents
Device for controlling the geometrical and dynamic accuracy of a numerically controlled working headInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der geo metrischen und dynamischen Genauigkeit eines NC-gesteuerten Arbeitskopfes von automatischen Fertigungs- oder Manipulati onseinrichtungen, insbesondere von NC-Werkzeugmaschinen und Industrierobotern, mit einem auf einem inertialfest montierten Grundkörper drehbar gelagerten Arm, der in seinem Endbereich eine Radialführung für ein mit dem Arbeitskopf lösbar verbun denes Antastelement aufweist, wobei zur Erfassung der Kreis bahnabweichung des Antastelementes ein mit diesem zusammenwir kendes, radial zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeß gerät am Arm befestigt ist.The invention relates to a device for controlling the geo metric and dynamic accuracy of an NC-controlled Working head of automatic manufacturing or manipulation ons devices, in particular of NC machine tools and Industrial robots, with one mounted on an inertial Base body rotatably mounted arm in its end area a radial guide for a detachably connected to the working head denes probing element, wherein to detect the circle path deviation of the probing element interacts with this kendes, radially arranged to the axis of rotation of the arm length measurement is attached to the arm.
Werkzeugmaschinen sind mit Fehlern behaftet, welche Maß-, Form- und Lagefehler am Werkstück bewirken. Bei NC-Maschinen kommen noch dynamische Einflüsse, die von Steuerungen und Vor schub-Regelkreisen resultieren, hinzu. Diese bewirken, daß die vom Werkzeug relativ zum Werkstück abgefahrene Bahn von der programmierten Bahn abweicht.Machine tools are subject to errors as to which dimensions, Form and position errors on the workpiece. For NC machines there are still dynamic influences from controls and before thrust control loops result. These cause the path traversed by the tool relative to the workpiece from the programmed path deviates.
Zur Beurteilung der Genauigkeit einer NC-Maschine gilt es, die geometrischen und die dynamischen Fehler zu messen. In allen Fällen ist es möglich, eine Probebearbeitung an einem ausge wählten Werkstück durchzuführen und dieses anschließend zu vermessen. Dabei ist es aber äußerst schwierig, die Fehlerur sachen zu analysieren, weil noch die technologischen Einflüsse vom Werkzeug und den Schnittbedingungen hinzukommen. Man trachtet daher, Methoden und Vorrichtungen zu entwickeln, um an der Maschine selbst die Abweichung der fehlerbehafteten Bahn von der programmierten Bahn zu messen. Zur Überprüfung der geometrischen Genauigkeit von NC-Werkzeugmaschinen sind etliche Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Neben der Prüfung der Einzelfehler mit Laser-Interferometer, Autokollimator und Richtwaagen, gewinnt der sogenannte Kreisformtest zunehmende Bedeutung. Der Kreisformtest erlaubt die Überprüfung der dyna mischen Eigenschaften der NC-Maschine im Bahnsteuerbetrieb sowie Aussagen über die Maschinengeometrie. Als Bahn bietet sich ein Kreis an, weil er von allen bahngesteuerten NC-Maschinen in Form der Zirkularinterpolation realisiert wer den kann und weil die Messung eines Kreises relativ einfach zu bewerkstelligen ist.To assess the accuracy of an NC machine, it is important to: to measure geometric and dynamic errors. In all In cases it is possible to try out a trial selected workpiece and then close it measured. But it is extremely difficult to correct the error things to analyze because of the technological influences from the tool and the cutting conditions. Man therefore seeks to develop methods and devices to on the machine itself the deviation of the faulty Measure the path from the programmed path. For checking the geometric accuracy of NC machine tools several devices and methods known. In addition to the exam the individual error with laser interferometer, autocollimator and Spirit levels, the so-called circular shape test is gaining increasing Importance. The circular shape test allows the dyna to be checked Mix properties of the NC machine in path control mode as well as statements about the machine geometry. As a train offers join a circle because it is controlled by all NC machines in the form of circular interpolation are realized that can and because measuring a circle is relatively easy is accomplished.
Zur Erzeugung einer Kreisbahn sind auf einer bahngesteuerten NC-Werkzeugmaschine zwei gradlinig bewegte und rechtwinkelig zueinander angeordnete Maschinenkomponenten, zum Beispiel die zwei Einheiten eines Kreuztisches, nach einem Sinus- und Cosi nusgesetz synchron so zu bewegen, daß als resultierende Bewe gung die besagte Kreisbahn entsteht. Infolge der beschränkten Dynamik der beiden beteiligten Regelkreise, infolge mechani scher Unvollkommenheiten und weiterer Störeinflüsse weicht der so erzeugte Kreis von dem idealen, fehlerfreien Kreis mehr oder weniger ab. Markant ist beispielsweise der Einfluß der Geschwindigkeit, der sich üblicherweise in einer Zunahme der Kreisverzerrungen bei Erhöhungen der Vorschubgeschwindigkeiten zeigt.To create a circular path are on a path-controlled NC machine tool two straight moving and right angle mutually arranged machine components, for example the two units of a cross table, after a sine and cosi nus law to move synchronously so that the resulting movement This circular path is created. As a result of the limited Dynamics of the two control loops involved, due to mechani due to sheer imperfections and other interferences circle created from the ideal, error-free circle more or less. The influence of the Speed, which is usually in an increase in Circular distortions when the feed speeds increase shows.
Beim Kreisformtest geht es darum, diese Kreisformabweichungen zu messen und das Ergebnis auszuwerten um Rückschlüsse auf die Güte der NC-Maschine abzuleiten. Hiezu sind die im folgenden beschriebenen Vorrichtungen marktgängig, beziehungsweise be kannt.The circular shape test is about these circular shape deviations to measure and evaluate the result to draw conclusions about the Derive the quality of the NC machine. The following are for this Described devices common, or be knows.
Eine bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht aus einem drehbaren Arm, dessen äußeres Ende die Form einer Gabel aufweist, in die ein mit der Frässpindel verbundener Bolzen hineinragt, so daß der Arm gedreht wird, wenn die Vor richtung selbst am Fräsmaschinentisch befestigt und eine Kreisbahn programmiert wird. Die Kreisformabweichungen werden von einen radial am Arm angeordneten Meßtaster erfaßt, welcher besagten Bolzen antastet.A known device of the type mentioned above exists from a rotatable arm, the outer end of which is shaped like a Has fork, in which a connected to the milling spindle Bolt protrudes so that the arm is rotated when the front direction itself attached to the milling machine table and one Circular path is programmed. The circular shape deviations are detected by a probe arranged radially on the arm, which touches said bolt.
Eine andere bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Kreis formtestes besteht aus einem in zwei Koordinatenrichtungen aus lenkbaren Meßtaster und einer hochgenauen bearbeiteten Kreis platte, dem sogenannten Kreisnormal. Kreisnormal und Taster werden auf der NC-Maschine so angeordnet, daß sie die Positio nen von Werkstücken einerseits und Werkzeug andererseits ein nehmen. Wenn der Taster rund um den Kreis bewegt wird, ent sprechen seine Auslenkungen den Abweichungen zwischen Ist-Kon tur und Sollkontur.Another known device for performing the circle formtestes consists of one in two coordinate directions steerable probe and a highly accurate machined circle plate, the so-called circular standard. Circular normal and button are arranged on the NC machine so that they position workpieces on the one hand and tools on the other to take. If the button is moved around the circle, ent his deflections speak the deviations between the actual con structure and target contour.
Im US-Patent 4 435 905 vom 13. März 1984 (James B BRIAN) wird weiters eine Vorrichtung beschrieben, die aus einem Stab be steht, an dessen Enden Kugeln angebracht sind, die in je einem Widerlager kardanisch gelagert sind. Zur Messung werden die beiden Widerlager an der NC-Maschine derart befestigt, daß ihre Positionen den Positionen von Werkzeugen und Werkstücken entsprechen. Der Stab besteht aus zwei Teilen, die längsver schieblich miteinander verbunden sind, so daß die Stablänge va riabel ist. Die Verschiebung der beiden Teile zueinander wird durch ein integriertes Längenmeßsystem erfaßt. Wird ein Stab ende auf einer Kreisbahn um das andere Ende bewegt, so ent sprechen die Meßwerte den Kreisformabweichungen. Diese Vor richtung ist heute marktgängig und wird von mehreren Firmen angeboten.U.S. Patent 4,435,905 issued March 13, 1984 to James B BRIAN further described a device that be from a rod stands, at the ends of which balls are attached, each in one Abutments are gimbal mounted. To measure the two abutments attached to the NC machine so that their positions the positions of tools and workpieces correspond. The rod consists of two parts, the longitudinal ver are slidably connected to each other, so that the rod length va riabel is. The displacement of the two parts to each other will detected by an integrated length measuring system. Become a staff end moved on a circular path around the other end, so ent the measured values speak of deviations from the circular shape. This before Direction is marketable today and is used by several companies offered.
Eine analoge Problematik gilt für Industrieroboter. Um Aussa gen über die Genauigkeit eines Roboters treffen zu können, müssen die Bahnfehler der Roboterhand gemessen werden, wenn diese sich entlang einer programmierten Bahn bewegt. Auch zur Überprüfung der Bahngenauigkeit eines Industrieroboters bietet sich der Kreisformtest an. Das Problem ist hier jedoch weitaus komplexer als bei einer NC-Werkzeugmaschine, weil an der Bahnerzeugung nicht nur zwei Bewegungskomponenten betei ligt sind, sondern bis zu sechs Bewegungen synchron überlagert sind.An analogous problem applies to industrial robots. To Aussa to be able to meet the accuracy of a robot the path errors of the robot hand must be measured if this moves along a programmed path. Also for Verification of the path accuracy of an industrial robot offers the circular shape test. The problem is here, however far more complex than with an NC machine tool because of the railway generation does not only show two movement components but up to six movements are superimposed synchronously are.
Bei einem der üblichen Knickarmroboter, welcher ausschließlich Drehgelenke besitzt, sind dies: 3 Positionsgelenke im Roboter körper und drei Orientierungsgelenke in der Roboterhand.With one of the usual articulated arm robots, which only Has swivel joints, these are: 3 position joints in the robot body and three orientation joints in the robot hand.
Während der Kreisformtest an NC-Werkzeugmaschinen bekannt ist und entsprechende Vorrichtungen existieren, ist seine Anwen dung in der Robotik neu.While the circular shape test on NC machine tools is known and appropriate devices exist is its application new in robotics.
Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß nur Kreis formabweichungen in radialer Richtung jeweils in einer Ebene gemessen werden können. Dies genügt im allgemeinen für die Be urteilung des dynamischen Verhaltens der Achsregelkreise von NC-Maschinen. Sollen auch die Geometriefehler der NC-Maschine beurteilt werden, so ist dies allerdings mit großem Aufwand verbunden.All known devices have in common that only circle shape deviations in the radial direction in each case in one plane can be measured. This is generally sufficient for the Be Judgment of the dynamic behavior of the axis control loops from NC machines. Should also the geometry errors of the NC machine be assessed, however, this is with great effort connected.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, mit welcher mit geringem Aufwand die geometrische und dynamische Genauig keit von automatischen Fertigungs- und Manipulationseinrich tungen erfaßt werden kann.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to create a device of the type mentioned, with which the geometric and dynamic accuracy with little effort of automatic manufacturing and manipulation equipment can be detected.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß zusätzlich ein parallel zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeßgerät am Endbereich des Armes zur Messung der axialen Verlagerung des Antastelementes befestigt ist. Dadurch kann neben der Ab weichung von der Kreisbahn auch eine Distanzänderung bezüglich des Maschinentisches erfaßt werden.According to the invention, this is achieved in that an additional Length measuring device arranged parallel to the axis of rotation of the arm at the end of the arm to measure the axial displacement the probe element is attached. In addition to the Ab deviating from the circular path also involves a change in distance of the machine table.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Antastelement im Bereich der Radialführung eine Antastkugel aufweist, mit welcher das radiale und axiale Längenmeßgerät zusammenwirken. Damit wird erreicht, daß Kippeffekte die radiale und achsiale Messung nicht beeinflussen.It is preferably provided that the probe element in the area the radial guide has a probe ball with which the radial and axial length measuring device interact. So that will achieved that tilting effects the radial and axial measurement do not affect.
Um zusätzlich auch Kippeffekte messen zu können, ist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen, daß im Endbe reich des Armes eine Platte mit einer normal auf die Drehachse stehenden Oberfläche vorgesehen vorgesehen ist, und am Antast element mindestens zwei drehsymmetrisch und parallel zur Längsachse des Antastelementes angeordnete Längenmeßgeräte auf einem Tasterträger befestigt sind, welche mit der Oberfläche der Platte zusammenwirken. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, um den Kreisformtest bei Industrierobotern optimal einsetzen zu können. Ebenso günstig ist eine Ausführungsform, bei welcher die Positionen von Platte und Längenmeßgerät ver tauscht, also die Längenmeßgeräte auf einem Tasterträger im Endbereich des Armes befestigt sind und die Platte dem Antast element zugehörig ist. Um den Verschleiß der Längenmeßgeräte bei Verwendung von berührenden Tastern zu reduzieren, kann die Platte oder der Tasterträger am Arm bzw. am Antastelement drehbar gelagert sein.In order to also be able to measure tilting effects, is in one advantageous embodiment provided that in the end arm a plate with a normal to the axis of rotation standing surface is provided, and on probing element at least two rotationally symmetrical and parallel to the Length measuring devices arranged on the longitudinal axis of the probing element a button carrier are attached, which with the surface the plate work together. This embodiment is special suitable to optimally perform the circular shape test for industrial robots to be able to use. An embodiment is equally favorable, in which the positions of the plate and length measuring device ver swaps, so the length measuring devices on a probe carrier in End portion of the arm are attached and the plate is probed element is associated. To wear the length measuring devices when using touch buttons, the Plate or the button carrier on the arm or on the probe element be rotatably mounted.
Sämtliche Längenmeßgeräte können sowohl als berührende als auch als berührungslose Taster ausgeführt sein.All length measuring devices can be used both as touching and also be designed as a non-contact button.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist zur Erfassung der Drehwinkelposition des Armes ein Winkelmeßgerät vorgesehen.In a preferred embodiment variant, the Angular position of the arm provided an angle measuring device.
Die Auswertung der Meßergebnisse kann dabei durch eine vor zugsweise als Rundheitsmeßgerät ausgebildete Auswerteeinheit und/oder Rechnereinheit erfolgen.The evaluation of the measurement results can be done by a evaluation unit designed as a roundness measuring device and / or computer unit.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1 bis 3 bekannte Vorrichtungen zur Durchführung des Kreisformtests, Fig. 1 to 3 known devices for carrying out the circularity test,
Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 4a eine andere erfindungsgemäße Ausführungsva riante, Fig. 4 riante a device according to the invention, Fig. 4a another Ausführungsva invention,
Fig. 5 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer NC-Fräsmaschine und Fig. 5 shows the application of the device according to the invention on an NC milling machine and
Fig. 6 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Industrieroboter. Fig. 6 shows the use of the device according to the invention on an industrial robot.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer hoch genau bearbeiteten Kreisplatte 1, welche auf dem Tisch der NC-Fräsmaschine befestigt wird und die von einer horizontal in zwei Richtungen auslenkbaren Taster 2 angetastet wird. Wird über die Steuerung der Maschine eine Kreisbahn derart program miert, daß der Taster sich entlang des Umfanges der Kreis platte bewegt, so entsprechen die elektrischen Ausgangssignale des Tasters den Abweichungen der Ist-Bewegung von der Sollbe wegung. Aus der Aufzeichnung der Tastersignale können Rück schlüsse auf das dynamische Verhalten der NC-Maschine wie auch auf geometrische Fehler gezogen werden.The device shown in Fig. 1 consists of a highly precisely machined circular plate 1 , which is attached to the table of the NC milling machine and which is touched by a horizontally deflectable button 2 in two directions. If a circular path is programmed via the control of the machine in such a way that the button moves along the circumference of the circular plate, the electrical output signals of the button correspond to the deviations of the actual movement from the target movement. From the recording of the button signals, conclusions can be drawn about the dynamic behavior of the NC machine as well as geometric errors.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Stab 3, dessen Länge durch ein längsverschiebliches Element variabel ist und der an beiden Enden Kugeln 4 und 5 aufweist, die in Lagerschalen 6 und 7 kardanisch gelagert sind. Die eine Lager schale 6 wird am Fräsmaschinentisch befestigt, die andere La gerschale 7 an der Frässpindel. Bei der Messung wird eine Kreisbahn mit dem Radius 8 programmiert. In den Stab ist ein Längenmeßsystem 9 integriert, welches die Längenänderungen des Stabes während der Kreisbewegung registriert. Die Auswertung der Meßsignale des Längenmeßsystems, d. h. die Radiusschwan kungen der Kreisbahn entsprechen den Kreisformabweichungen und liefern Rückschlüsse über das dynamische Verhalten der NC-Ma schine wie auch über Geometriefehler.The device shown in Fig. 2 consists of a rod 3 , the length of which is variable by means of a longitudinally displaceable element and which has balls 4 and 5 at both ends, which are gimbal-mounted in bearing shells 6 and 7 . One bearing shell 6 is attached to the milling machine table, the other bearing shell 7 on the milling spindle. A circular path with radius 8 is programmed during the measurement. A length measuring system 9 is integrated in the rod, which registers the changes in length of the rod during the circular movement. The evaluation of the measuring signals of the length measuring system, ie the radius fluctuations of the circular path correspond to the deviations from the circular shape and provide conclusions about the dynamic behavior of the NC machine as well as about geometry errors.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem in einem Grundkörper 10 drehbar gelagerten Arm 11, der an seinem äußeren Ende als Gabel ausgebildet ist, so daß er von einem Antastbolzen 12 gedreht wird, wenn dieser sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse des Armes bewegt. Auf dem Arm be findet sich ein Meßtaster 13, welcher radiale Verlagerungen des Antastbolzens während der Kreisbewegungen erfaßt. Der Meß aufbau erfolgt derart, daß der Grundkörper 10 der Vorrichtung auf dem Fräsmaschinentisch befestigt wird, während der Antast bolzen in der Frässpindel aufgenommen wird. Wieder geht es um Abweichungen der realen Kreisbahn von der idealen Kreisform, wenn eine programmierte Kreisbewegung durch die NC-Maschine ausgeführt wird.The device shown in Fig. 3 consists of an arm 11 rotatably mounted in a base body 10 , which is formed at its outer end as a fork, so that it is rotated by a probe pin 12 when it is in a circular path around the axis of rotation of the arm emotional. On the arm there is a probe 13 which detects radial displacements of the probe pin during the circular movements. The measuring structure is carried out in such a way that the base body 10 of the device is attached to the milling machine table, while the probing bolt is received in the milling spindle. Again, the real circular path deviates from the ideal circular shape when a programmed circular movement is carried out by the NC machine.
Ein geradlinig bewegter Maschinenschlitten, beispielsweise der Tisch einer NC-Fräsmaschine hat sechs Freiheitsgerade, aus denen sechs Einzelfehler resultieren können.A machine carriage moving in a straight line, for example the The table of an NC milling machine has six straight lines of freedom which can result in six individual errors.
Es sind dies eine Positionsabweichung, zwei Geradheitsabwei chungen, drei rotatorische Abweichungen, welche auch als Kip pungen bezeichnet und im einzelnen mit Rollen, Stampfen und Gieren definiert werden.This is a position deviation, two straightness deviation three rotational deviations, which are also called Kip pungen designated and in detail with rolls, stamping and Yaws are defined.
Zwar lassen sich mit den bekannten Vorrichtungen auch Aussagen über diese geometrische Einzelfehler machen, doch ist dafür eine aufwendige Meßstrategie mit einer Vielzahl von Messungen in verschiedenen Ebenen notwendig.Statements can also be made with the known devices make single geometrical mistakes about this, but is for that a complex measurement strategy with a large number of measurements necessary at different levels.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß mit einer neuen mechanischen Konfiguration unter Anordnung von bis zu sechs gleichzeitig messenden Tastern neben den Aus sagen über die Dynamik der Maschine auch detaillierte Ergeb nisse über die Maschinengeometrie, d. h. über die Größe der Einzelfehler gewonnen werden können.The advantage of the device according to the invention is that that with a new mechanical configuration under arrangement of up to six simultaneously measuring buttons next to the off say detailed results about the dynamics of the machine nisse about the machine geometry, d. H. about the size of the Individual errors can be obtained.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 4 besteht aus zwei Teilen, nämlich der Basis 14 und dem Antastelement 15.The inventive device shown in FIG. 4 consists of two parts, namely the base 14 and the probe contact 15th
Die Basis 14 besteht aus dem Lagerbock 16, in dem der Arm 17 um die Drehachse 18 drehbar gelagert ist. Der Arm 17 trägt zwei Meßtaster 19 und 20, wobei Taster 19 in radialer Richtung und Taster 20 parallel zur Drehachse 18 befestigt ist. Beide Taster liegen an einer Kugel 21 des Antastelementes 15 an und erfassen somit radiale und axiale Verlagerungen der Kugel 21. The base 14 consists of the bearing block 16 , in which the arm 17 is rotatably mounted about the axis of rotation 18 . The arm 17 carries two probes 19 and 20 , the probe 19 being attached in the radial direction and the probe 20 parallel to the axis of rotation 18 . Both buttons rest on a ball 21 of the contact element 15 and thus detect radial and axial displacements of the ball 21 .
Die Drehung des Armes 17, bzw. dessen Winkellage wird durch ein Winkelmeßgerät, vorzugsweise einen Drehimpulsgeber 22 er faßt, dessen Achse mit dem Arm gekoppelt ist.The rotation of the arm 17 , or its angular position, is captured by an angle measuring device, preferably a rotary encoder 22 , the axis of which is coupled to the arm.
Des weiteren befindet sich auf dem Arm 17 eine Platte 23, de ren Oberfläche 24 sehr genau eben bearbeitet und so justiert ist, daß sie mit der Drehachse 18 des Armes 17 einen rechten Winkel einschließt. Somit überstreicht diese Plattenoberfläche eine zur Drehachse 18 rechtwinkelig liegende Kreisringfläche, wenn der Arm 17 in Drehung versetzt wird. Die Platte 23 kann starr oder auch drehbar auf dem Arm 17 befestigt sein.Furthermore, there is a plate 23 on the arm 17 , the surface 24 of which is very precisely machined and adjusted so that it includes a right angle with the axis of rotation 18 of the arm 17 . Thus, this plate surface sweeps over a circular ring surface perpendicular to the axis of rotation 18 when the arm 17 is set in rotation. The plate 23 can be fixed rigidly or rotatably on the arm 17 .
In Fig. 4 ist die besagte Plattenoberfläche als Ringfläche ausgebildet, was aus fertigungstechnischer Sicht begründbar ist.In Fig. 4, said plate surface is formed as an annular surface, which is justifiable from a manufacturing point of view.
Das Antastelement 15 besteht im einzelnen aus dem Anpaß teil 25, welcher je nach Maschinen- oder Robotertype unter schiedlich ausgeführt sein kann, dem Tasterträger 26 und der Antastkugel 21. Auf dem Tasterträger 26 können sinnvollerweise bis zu vier Meßtaster 27, 28, 29, 30 befestigt sein. Taster 30 ist in Fig. 4 nicht sichtbar, da er 180° gegenüber Taster 29 sitzt und somit vor der Zeichnungsebene liegt.The probe element 15 consists in detail of the adapter part 25 , which can be designed differently depending on the machine or robot type, the probe carrier 26 and the probe ball 21 . Up to four measuring probes 27 , 28 , 29 , 30 can usefully be attached to the probe carrier 26 . Button 30 is not visible in FIG. 4, since it sits 180 ° with respect to button 29 and is therefore in front of the plane of the drawing.
Das Antastelement 15 besitzt keine feste Verbindung zur Ba sis 14, die Antastkugel 21 ist lediglich durch eine im Endbe reich 17′ des Armes 17 vorgesehene, tangential spielfreie, Ra dialführung 39 so umfangen, daß sie radial frei beweglich ist, eine Bewegung rechtwinkelig dazu aber eine Drehung des Ar mes 17 bewirkt.The probing element 15 has no fixed connection to Ba sis 14 , the probe ball 21 is only by a 17 in the Endbe rich 17 'of the arm 17 provided, tangentially play-free, Ra dialführung 39 so that it is radially freely movable, a movement at right angles to it a rotation of the arm 17 causes.
In Fig. 4 sind die Drehachse 18 des Armes 17 und die Symme trieachse 31 des Antastelementes 15 in paralleler Lage darge stellt. Es ist aber ein wesentliches Element der Erfindung, daß Schräglagen beider zueinander nicht nur möglich, sondern durch die Taster 27, 28, 29 und 30 mit hoher Genauigkeit meß bar sind.In Fig. 4, the axis of rotation 18 of the arm 17 and the symmetry axis 31 of the probing element 15 are in a parallel position Darge. However, it is an essential element of the invention that inclined positions of both are not only possible with respect to one another, but can be measured with high accuracy by the buttons 27 , 28 , 29 and 30 .
Eine weitere Ausführungsvariante ist in Fig. 4a dargestellt. Gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Anordnung, sind die Positio nen der vier die Kippbewegung messenden Taster und der Platte vertauscht. Am Arm 17 ist nun der Tasterträger 26a angeordnet, welcher die Taster 26a, 27a, 28a und 30a trägt, wogegen die Platte 23a mit der genau bearbeiteten Oberfläche 24a am Antastelement 15a sitzt. Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, daß alle Taster 27a, 28a, 29a und 30a der Basis 14 zugehörig sind, so daß das Antastelement 15a frei von elektri schen Leitungen ist. Im gezeigten Fall wird der Tasterträ ger 26a vorteilhafterweise drehbar ausgeführt, um dessen Lage relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem konstant zu hal ten.Another embodiment variant is shown in Fig. 4a. Compared to the arrangement shown in FIG. 4, the positions of the four buttons and the plate measuring the tilting movement are interchanged. On the arm 17 the button carrier 26 a is now arranged, which carries the buttons 26 a, 27 a, 28 a and 30 a, whereas the plate 23 a with the precisely machined surface 24 a sits on the contact element 15 a. This embodiment variant has the advantage that all buttons 27 a, 28 a, 29 a and 30 a are associated with the base 14 , so that the contact element 15 a is free of electrical lines. In the case shown, the Tasterträ ger 26 a is advantageously carried out rotatably to keep its position constant relative to a stationary coordinate system.
Der Kreisformtest läuft nun wie unter Fig. 3 beschrieben ab, mit dem Unterschied, daß nicht nur Kreisformabweichungen ge messen werden, sondern daß auch alle axialen Verlagerungen und Kippungen,welche das Antastelement 15 relativ zur Basis 14 ausführt, erfaßt werden. Dies bedeutet die gleichzeitige Er fassung der dynamischen und der geometrischen Fehler.The circular shape test now runs as described in Fig. 3, with the difference that not only circular shape deviations are measured ge, but also that all axial displacements and tilting, which the probe element 15 executes relative to the base 14 , are detected. This means the simultaneous detection of dynamic and geometric errors.
Die Auswertung der Meßergebnisse bzw. der Tastermeßwerte er folgt über eine Auswerteeinheit 40. Diese kann aus einem Rech ner oder einem analogen Aufzeichnungsgerät, wie einem X-Y- Schreiber, oder aber auch aus einem marktgängigen Rundheits meßgerät mit einer Anschlußmöglichkeit für einen externen Drehgeber bestehen.The evaluation of the measurement results or the probe measurement values takes place via an evaluation unit 40 . This can consist of a computer or an analog recording device, such as an XY recorder, but also of a standard roundness measuring device with a connection option for an external encoder.
Art und Ausführung der Taster ist für die Erfindung unerheb lich. Statt der in den Skizzen gezeichneten berührenden Taster können auch berührungslose Taster, die beispielsweise nach op tischen, induktiven oder kapazitiven Prinzipien arbeiten, zum Einsatz kommen.The type and design of the buttons is irrelevant to the invention Lich. Instead of the touch buttons shown in the sketches You can also use non-contact buttons, for example according to op table, inductive or capacitive principles work to Come into play.
Fig. 5 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einer NC-Fräsmaschine. Hiebei ist die Basis 14 auf dem Fräsmaschinentisch 32 und das Antastelement 15 an der Fräs spindel 33 befestigt. Die Darstellung zeigt die Erfassung des Tischkippens 34, welches von einer fehlerhaften Tischführung oder von äußeren Kräften herrühren kann. Fig. 5 shows the application of the device according to the invention on an NC milling machine. Hiebei, the base 14 is attached to the milling machine table 32 and the probing element 15 on the milling spindle 33 . The illustration shows the detection of the table tilt 34 , which can result from faulty table guidance or from external forces.
Fig. 6 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Industrieroboter. Die Basis 14 ist hiebei ortsfest angeordnet und das Antastelement 15 ist an der Roboterhand 35 befestigt. Wird die Roboterhand auf einer Kreisbahn gesteuert, so erfaßt der radiale Taster 19 die Kreisbahnabweichungen der Kugel 21 in der Kreisebene, während durch den axialen Ta ster 20 die Abweichungen von der Kreisebene gemessen werden. Wesentlich ist, daß zusätzlich die Winkelfehler der Orientie rungsachsen 36 und 37 der Roboterhand erfaßt werden. In Fig. 6 ist nur der Winkelfehler 38 der Orientierungsachse 36 ersicht lich, da der Winkelfehler der Orientierungsachse 37 normal zur Zeichenebene liegt. Fig. 6 shows the application of the device according to the invention shows on an industrial robot. The base 14 is arranged stationary and the probing element 15 is attached to the robot hand 35 . If the robot hand is controlled on a circular path, the radial button 19 detects the circular path deviations of the ball 21 in the circular plane, while the deviations from the circular plane are measured by the axial key 20 . It is essential that the angular errors of the orientation axes 36 and 37 of the robot hand are also detected. In Fig. 6, only the angular error 38 of the orientation axis 36 is evident since the angular error of the orientation axis 37 is normal to the plane of the drawing.
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