DE4421301A1 - Verfahren zur Korrektur von Achsenfehlern sowie Koordinatenmeßgerät der Hochpräzisionsklasse - Google Patents

Verfahren zur Korrektur von Achsenfehlern sowie Koordinatenmeßgerät der Hochpräzisionsklasse

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DE4421301A1
DE4421301A1 DE19944421301 DE4421301A DE4421301A1 DE 4421301 A1 DE4421301 A1 DE 4421301A1 DE 19944421301 DE19944421301 DE 19944421301 DE 4421301 A DE4421301 A DE 4421301A DE 4421301 A1 DE4421301 A1 DE 4421301A1
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DE19944421301
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Karl-Juergen Lenz
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Hexagon Metrology GmbH
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Leitz Messtecknik GmbH
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Publication date
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
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    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Achsenfehlern bei Koordinatenmeßgeräten sowie ein Koordinatenmeßgerät der Hochpräzisionsklasse, bei dem nach dem Verfahren während des Meßvorganges eine Korrektur von Achsenfehlern durchgeführt wird.
Nach dem Stand der Technik werden die Achsen von Koordinatenmeßgeräten durch eine Vollfehlerkorrektur in ihren systematischen Fehlern einmal erfaßt und die Daten in Tabellen abgelegt. Während des Meßvorganges mit dem Koordinatenmeßgerät wird jeder ermittelte Meßwert mit Hilfe dieser Daten der Tabellen korrigiert.
Nachteil ist hierbei, daß die in jeder mechanischen Verfahrachse auftretenden zufälligen Hysterese- und Langzeitfehler auf diese Art und Weise nicht korrigiert werden können. Nach dem Stand der Technik wird versucht, durch aufwendige Konstruktionen oder aufwendige Bearbeitung diese Hysterese- und Langzeitfehler möglichst klein zu halten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur einfachen Korrektur von Achsenfehlern während des Meßvorganges anzugeben, sowie ein Koordinatenmeßgerät, bei dem der Aufwand zur Minimierung der Hysterese- und Langzeitfehler vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie durch die Merkmale des Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 3 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Koordinatenmeßgerät ist eine mittels zwei oder mehreren Lagern in z-Richtung geführte Pinole vorgesehen, die einen Taster trägt. Auf jedem Lager ist in x- und y-Richtung je ein Abstands-Meßsensor vorgesehen. Mit Hilfe der Abstands-Meßsensoren kann die Abweichung der Pinole von der Verfahrachse in x- und y- Richtung bestimmt werden.
Gemäß
mit
x = Translationsfehler in x-Richtung,
s₁ = Abstandsabweichung der Pinole von Sensor (7),
s₂ = Abstandsabweichung der Pinole von Sensor (8),
z₁ = Abstand zwischen Sensor (7) und Tastpunkt,
z₂ = Abstand zwischen Sensor (8) und Tastpunkt,
wird der Translationsfehler in x-Richtung ermittelt. Entsprechend wird der Translationsfehler in y-Richtung ermittelt. Mit Hilfe dieser Translationsfehler x, y wird während des Meßvorganges der ermittelte Meßwert korrigiert.
Zur exakteren Bestimmung der Translationsfehler können in wenigstens einer Richtung (x- und/oder y-Richtung) jeweils zwei Meßsensoren auf einem Luftlager vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß können auch mehrere Lager in einer Lagerebene zur Führung der Pinole vorgesehen sein, beispielsweise bei einer Pinole mit rechteckigem oder rautenförmigem Querschnitt.
Zur Ermittlung des Rotationsfehlers der Pinole weist diese einen Arm auf, der wiederum über ein Lager, vorzugsweise ein Rollenlager, mit einem an dem Achsträger befestigten Bezugslineal kraftschlüssig in Verbindung steht. Der Arm weist dem Bezugslineal gegenüberliegend einen Abstands-Meßsensor auf, mit dem die Ablaufcharakteristik des Rollenlagers auf dem Bezugslineal ermittelt werden kann. Es wird so die Drehbewegung der Pinole um ihre Achse gemessen, und der Meßwert wird mit diesem so gemessenen Wert korrigiert.
Bei Pinolen mit rechteckigen oder rautenförmigen Querschnitten können in jeder Lagerebene auch mehrere Sensoren eingesetzt werden. Vorzugsweise wird zu dem einen vorhandenen Sensor noch ein weiterer Sensor hinzugefügt. Mit Hilfe dieser beiden Sensoren läßt sich der Rotationsfehler durch Differenzbildung der beiden benachbarten Sensoren bestimmen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Achsträgers mit einer Pinole;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Pinole in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des Translationsfehlers in x-Richtung;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Achsträgers mit einer Pinole mit einem Arm;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Achsträgers mit einer Pinole in einer weiteren Ausgestaltung;
Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Achsträger (2) mit einer Pinole (3), die einen Taster (4) trägt. Die Pinole (3) ist in z- Richtung mit Hilfe von Luftlagern (5, 6) verschiebbar. Auf den Luftlagern (5, 6) sind Abstands-Meßsensoren (7, 9; 8, 10) angeordnet, mit deren Hilfe die Abweichung der Pinole von der Verfahrachse B-B ermittelt werden kann. Die Abstands-Meßsensoren (8, 9; 7, 10) sind zueinander orthogonal angeordnet.
In Fig. 2 ist die Pinole (3) symmetrisch zur Verfahrachse B-B angeordnet (Stellung A). Wird die Pinole (3) nun in z-Richtung bewegt, so kann eine Verkippung der Pinole in die gestrichelt eingezeichnete Lage A′ auftreten. Um den Translationsfehler in x-Richtung zu bestimmen, wird mittels des Abstands-Meßsensors (W) der Abstand der Pinole (3) von diesem Meßsensor (7) ermittelt. Ebenso wird der Abstand der Pinole (3) von dem Meßsensor (8) mit Hilfe dieses Abstands-Meßsensors bestimmt. Mit Hilfe dieser Werte und den Abständen zwischen den Abstands-Meßsensoren (7, 8) (Fig. 3) von dem Tastpunkt wird gemäß
mit
x = Translationsfehler in x-Richtung,
s₁ = Abstandsabweichung der Pinole von Sensor (7),
s₂ = Abstandsabweichung der Pinole von Sensor (8),
z₁ = Abstand zwischen Sensor (7) und Tastpunkt,
z₂ = Abstand zwischen Sensor (8) und Tastpunkt,
der Translationsfehler in x-Richtung bestimmt und der Meßwert während des Meßvorganges korrigiert.
Für die Korrektur in y-Richtung sind die Abstands- Meßsensoren (9 und 10) vorgesehen.
Gemäß Fig. 4 trägt die Pinole (3) einen Arm (11), der einen Abstands-Meßsensor (13) aufweist. Der Abstands- Meßsensor (13) ist einem Bezugslineal (12) gegenüberliegend angeordnet. Mit Hilfe des Abstands-Meßsensors (13) wird eine Rotation der Pinole (3) um die Verfahrachse erfaßt, die durch die Ablaufbewegung des Rollenlagers (18) des Armes (11) auf dem Bezugslineal (12) verursacht wird. Mit diesem Meßwert kann eine Korrektur des Rotationsfehlers durchgeführt werden.
Fig. 5 zeigt einen Achsträger (2) mit einer Pinole (3), die wiederum mit Hilfe von Luftlagern (5, 6) in z- Richtung geführt wird. Auf den Luftlagern (5, 6) sind in x- Richtung jeweils zwei diametral zur Achse der Pinole (3) angeordnete Abstands-Meßsensoren (14, 15; 16, 17) vorgesehen, um eine exaktere Bestimmung der Abweichung der Pinole (3) von der Verfahrachse B-B zu erhalten.
Es können ebenso in y-Richtung jeweils zwei diametral zur Achse der Pinole (3) angeordnete Abstands-Meßsensoren vorgesehen sein.
Fig. 6 zeigt einen Achsträger (29) mit einer Pinole (27), die einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Pinole (27) trägt einen Taster (28).
Die Pinole (27) wird mit Hilfe von Luftlagern (19, 20, 30, 31) in Z-Richtung geführt. Auf den Luftlagern (19, 20) sind zur Bestimmung des Translationsfehlers die Sensoren (21, 23) vorgesehen. Zur Bestimmung des Rotationsfehlers sind zusätzlich auf den Lagern (19, 20) die Sensoren (22, 24) vorgesehen.
Mit Sensoren (25, 26) wird wiederum der Translationsfehler bestimmt.
Bezugszeichenliste
1 Koordinatenmeßgerät
2 Achsträger
3 Pinole
4 Taster
5 unteres Luftlager
6 oberes Luftlager
7 Sensor
8 Sensor
9 Sensor
10 Sensor
11 Arm
12 Bezugslineal
13 Sensor
14 bis 17 Sensoren
18 Rollenlager
19, 20 Lager
21 bis 26 Sensoren
27 Pinole
28 Taster
29 Achsträger
30, 31 Lager A Lage der Pinole
A′ Lage der Pinole
B-B Verfahrachse

Claims (8)

1. Verfahren zur Korrektur von Achsenfehlern bei Koordinatenmeßgeräten der Hochpräzisionsklasse, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Sensors (8) die Abweichung s₂ und mittels eines Sensors (7) die Abweichung s₁ der Pinole (3) von der Verfahrachse B-B (z-Richtung) bestimmt wird, und daß der Meßwert mit Hilfe des ermittelten Translationsfehlers für die x-Richtung gemäß der Formel mitx = Translationsfehler in x-Richtung,
s₁ = Abstandsabweichung der Pinole von Sensor (7),
s₂ = Abstandsabweichung der Pinole von Sensor (8),
z₁ = Abstand zwischen Sensor (7) und Tastpunkt,
z₂ = Abstand zwischen Sensor (8) und Tastpunkt,und ebenso für die y-Richtung während des Meßvorganges korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationsfehler der Pinole (3) mit Hilfe eines Sensors (13) ermittelt und der Meßwert während des Meßvorganges korrigiert wird.
3. Koordinatenmeßgerät der Hochpräzisionsklasse mit einer mittels Lagern geführten Pinole, dadurch gekennzeichnet, daß auf Lagern (5, 6) wenigstens je zwei Abstands-Meßsensoren (7, 9; 8, 10) angeordnet sind zur Bestimmung der Abweichung der Pinole (3) von der Verfahrachse B-B.
4. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstands-Meßsensoren (7, 9; 8, 10) der Lager (5, 6) in zwei zueinander orthogonalen Richtungen angeordnet sind.
5. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Richtung je ein Sensorpaar, bestehend aus zwei diametral zur Pinole (3) angeordneten Sensoren (14, 15; 16, 17) angeordnet ist.
6. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 3, bei der die Pinole (3) einen Arm (11) aufweist, der mittels eines Lagers (18) mit einem Bezugslineal (12) kraftschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (11) einen Sensor (13) trägt, der dem Bezugslineal (12) gegenüberliegend angeordnet ist.
7. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einem Lager (19, 20) einer Pinole (27) mit rechteckigem oder rautenförmigem Querschnitt je zwei Sensoren (21, 22; 23, 24) mit Abstand voneinander nebeneinanderliegend angeordnet sind.
8. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (5, 6) Luftlager sind.
DE19944421301 1994-06-17 1994-06-17 Verfahren zur Korrektur von Achsenfehlern sowie Koordinatenmeßgerät der Hochpräzisionsklasse Withdrawn DE4421301A1 (de)

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