DE4424871A1

DE4424871A1 - Determining machine-conditioned measurement-errors of coordinate measuring machine

Info

Publication number: DE4424871A1
Application number: DE19944424871
Authority: DE
Inventors: Karl Juergen Dipl Ing Lenz
Original assignee: Leitz Messtecknik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2014-07-15
Also published as: DE4424871C2

Abstract

The test body is mounted on a rotational system and has at least two reference points at a fixed distance from each other. A first reference point (M) is allocated in the axis of rotation and at least one second reference point lies in the annular region (13). With the help of the reference points, by angular type interval position of the second reference point with reference to the first reference point, the radial errors of the second reference point with reference to the axis of rotation of the rotational system are determined. Also by rotation of the test body with the help of the rotational system, the angle errors associated to the measurement points at specified angle intervals are determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der maschinenbedingten Meßfehler einer Koordinatenmeßmaschine in einem Ringbereich.The invention relates to a method for determining the machine-related measurement error one Coordinate measuring machine in a ring area.

Koordinatenmeßmaschinen sind ausgelegt, um die karthesischen Koordinaten durch Antasten, zum Beispiel eines Werkstückes zu bestimmen. Die damit verbundene relative Verschiebung des Tasters in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z läßt sich bei derartigen Maschinen sehr genau durchführen, wenn die maschinenbedingten Fehler für die Koordinatenrichtungen bekannt sind. Diese maschinenbedingten Koordinatenfehler treten dadurch auf, daß die verschiebbaren Teile der Koordinatenmeßmaschine nicht exakt in den Koordinatenrichtungen zum Antasten des Meßpunktes bewegt werden. Diese maschinenbedingten Koordinatenfehler lassen sich jedoch mit hoher Genauigkeit ermitteln und die ermittelten Meßwerte demzufolge korrigieren.Coordinate measuring machines are designed to Cartesian coordinates by probing, for example to determine a workpiece. The Associated relative displacement of the button in the three Coordinate directions x, y and z can be used in such Carry out machines very precisely if the machine-related errors for the coordinate directions are known. These machine-related coordinate errors occur in that the movable parts of the Coordinate measuring machine not exactly in the Coordinate directions for probing the measuring point moved will. Leave these machine-related coordinate errors but determine themselves with high accuracy and the Correct the measured values accordingly.

Derartige Koordinatenmeßmaschinen eignen sich nicht für Winkelmessungen. Für Winkelmessungen sind sogenannte Drehtische erforderlich, oder man verwendet eine Universalmeßmaschine, welche sowohl die karthesischen Koordinaten eines Meßpunktes als auch dessen Drehwinkel bestimmen läßt. Die hierbei auftretenden Koordinaten- und Winkelfehler lassen sich durch eine sogenannte Vollfehlerkorrektur eliminieren. Hierzu werden die Führungen der Maschine mit speziellen Vorrichtungen positionsabhängig vermessen und diese Fehlerkomponenten im Maschinenrechner gespeichert. Während des Meßvorganges mit der Maschine wird jeder aufgenommene Meßpunkt mit Hilfe dieser Fehlertabellen korrigiert. Durch diese Korrekturmaßnahmen lassen sich jedoch langperiodische Fehler der Maschine nur minimieren. Denn durch eine Vollfehlerkorrektur ist die Maschine im gesamten Meßvolumen korrigiert. Erfolgen die Messungen jedoch ausschließlich nur in einem Teilbereich des Meßvolumens, beispielsweise in einem Ringbereich, um zum Beispiel Zähne von Zahnrädern zu vermessen, so wäre es wünschenswert, die Genauigkeit der Messungen mit Hilfe der Koordinatenmeßmaschine in diesem besonderen Bereich weiter zu erhöhen.Such coordinate measuring machines are not suitable for angle measurements. So-called for angle measurements Rotary tables required or one is used Universal measuring machine, which is both Cartesian Coordinates of a measuring point as well as its angle of rotation lets determine. The coordinate and Angular errors can be identified by a so-called Eliminate full error correction. For this, the Guides the machine with special devices position-dependent and measure these error components in the Machine computer saved. During the measuring process with Every recorded measuring point is transferred to the machine with the help corrected these error tables. Through this Corrective actions can, however, be long-term Only minimize machine errors. Because through one The machine is full error correction in the entire measuring volume corrected. However, the measurements are made exclusively only in a partial area of the measurement volume, for example in a ring area, for example for teeth of gear wheels measured, it would be desirable to measure the accuracy of the Measurements with the help of the coordinate measuring machine in this to further increase special area.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer üblichen Koordinatenmeßmaschine die Meßgenauigkeit in einem Ringbereich der Meßebene zu erhöhen.The object of the invention is with a conventional Coordinate measuring machine the measuring accuracy in one To increase the ring area of the measuring plane.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the method of the claim 1 solved.

Die Anwendung dieses Verfahrens bringt den Vorteil, daß zur Ermittlung genauer Werte in einem bestimmten Meßbereich nicht zwei teure Maschinen gebraucht werden, nämlich eine Koordinatenmeßmaschine und ein als Drehtisch ausgebildeter Meßtisch, sondern es genügt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine ganz normale Koordinatenmeßmaschine zu verwenden, mit der sich auch die gewünschten Werte in einem Ringbereich äußerst genau erhalten lassen.The use of this method has the advantage that to determine accurate values in a particular Measuring range two expensive machines are not needed, namely a coordinate measuring machine and a rotary table trained measuring table, but it is sufficient according to the inventive method, a completely normal Coordinate measuring machine to use, with which the desired values in a ring area are extremely precise let preserved.

Sollen also die Zähne eines Zahnrades ausgemessen werden, dann wird das Zahnrad so angeordnet, daß seine Zähne in diesem Ringbereich liegen, und die Flanken und damit die Lage der Zähne können mit Hilfe des Tasters der Koordinatenmeßmaschine angetastet werden. So the teeth of a gear should be measured then the gear is arranged so that its Teeth lie in this ring area, and the flanks and so that the position of the teeth can be changed using the button Coordinate measuring machine can be touched.

In diesem Meßbereich interessieren vor allem Rundlauffehler und Teilungsfehler des Meßobjektes. Dadurch, daß gemäß der Erfindung zunächst geeignete Prüfkörper anstelle des Zahnrades ausgemessen werden und die jedem Winkel und Radius für die einzelnen Punkte des Ringbereiches zugeordneten Meßfehler äußerst genau ermittelt werden, können bei der Ausmessung des Werkstückes, insbesondere der Flanken der Zähne eines Zahnrades, die durch Anfahren des Tasters auf die Meßpunkte erhaltenen Werte koordinatenmäßig korrigiert werden.Of particular interest in this measuring range Runout and division errors of the measurement object. Thereby, that according to the invention initially suitable test specimens instead of the gear and be measured each Angle and radius for the individual points of the Measurement errors assigned to the ring area are extremely accurate can be determined when measuring the Workpiece, especially the flanks of the teeth of a Gear wheel by moving the button to the measuring points values obtained are corrected in terms of coordinates.

Bei einer solchen Prüfung, beispielsweise eines Zahnrades, sind nicht nur die Winkelfehler als Meßfehler zu berücksichtigen, sondern auch Radialfehler, welche sich durch Verlagerung des Drehpunktes dann ergeben, wenn beispielsweise die Achse einer Drehvorrichtung etwas zur Meßebene von 90° abweichend geneigt ist, weil beispielsweise bei einer Evolventenverzahnung bei einem auftretenden Radialfehler zwangsläufig wegen der Krümmung der Evolvente auch ein Winkelfehler auftreten muß.In such a test, for example one Gear, not only are the angular errors as measuring errors too consider, but also radial errors, which are by shifting the fulcrum if for example, the axis of a rotating device Measuring plane is inclined deviating from 90 ° because for example in the case of involute teeth on one radial errors that occur inevitably because of the curvature the involute must also experience an angular error.

Das Verfahren nach dem Anspruch 1 läßt sich so ausbauen, daß diese Fehler, nämlich Radialfehler und Winkelfehler, gemeinsam für jeden Meßpunkt im Ringbereich ermittelt werden, um den durch Anfahren des Werkstückes, hier der Zahnflanke, erhaltenen Wert mit dem zugeordneten Fehlerwert zu korrigieren.The method according to claim 1 can be so expand that these errors, namely radial errors and Angular errors, common for every measuring point in the ring area be determined by the approach of the workpiece, here the tooth flank, obtained value with the assigned Correct the error value.

Für die Messung ist es also nur notwendig, den auszumessenden Zahnkranz im Ringbereich anzuordnen, in dem für jeden Meßpunkt der Winkelfehler und der Radialfehler bekannt sind. For the measurement it is therefore only necessary to Arrange the ring gear to be measured in the ring area in which the angular error and the radial error for each measuring point are known.

Als Prüfkörper für die Ermittlung des Rundlauffehlers im Zahnkranzbereich genügt eine einfache Vorrichtung, die zum Beispiel aus einem Abstandshalter und zwei an den Enden befestigten Kugeln besteht. Der Abstand der beiden Kugelmittelpunkte ist fest vorgegeben. Die eine Kugel wird im Mittelpunkt des Ringbereiches aufgestellt, und die zweite steht dann im Ringbereich. Durch Vermessen der Kugeln für eine Auswahl von Drehwinkelwerten bei jeweiligem Antasten der äußeren um die Mittelpunktskugel drehende Kugel um Winkelintervalle lassen sich die Radialfehler für jeden Drehwinkel ermitteln.As a test specimen for determining the concentricity error in the ring gear area, a simple device is sufficient that for example from one spacer and two at the ends fortified balls. The distance between the two Sphere centers are predefined. Which becomes a ball placed in the center of the ring area, and the the second is in the ring area. By measuring the Balls for a selection of rotation angle values for each Touch the outer one rotating around the center ball The radial errors for determine every angle of rotation.

Zur Ermittlung der Teilungsfehler ist es vorteilhaft, die äußere um die Mittelpunktskugel um Winkelintervalle drehbare Kugel durch eine Vielzahl von um die Mittelpunktskugel fest angeordneten Kugeln im gleichen Radialabstand von der Mittelpunktskugel anzuordnen. Der Prüfkörper wird dann zu einer Kugelscheibe, bei der die Kugeln auf einem Kreis um den Mittelpunkt der Scheibe angeordnet sind. Tastet man jetzt mit Hilfe des Tasters der Koordinatenmeßmaschine jede der einzelnen Kugeln an und ermittelt die Teilungsfehler als Summenfehler, dann kann man jedem durch eine Kugel bestimmten Winkel den ermittelten Winkelfehler zuordnen und den ermittelten Radialfehler. Zwischenwerte lassen sich interpolieren.To determine the division errors, it is advantageous the outer one around the center sphere at angular intervals rotatable ball through a variety of around the Center ball fixed balls in the same Radial distance from the center ball. Of the The test specimen then becomes a spherical disc in which the Balls on a circle around the center of the disc are arranged. If you touch now with the button Coordinate measuring machine each of the individual balls and determines the division error as a sum error, then can every angle determined by a sphere Assign determined angular errors and the determined Radial error. Intermediate values can be interpolated.

Hierdurch werden äußerst genaue Korrekturwerte für die Winkel- und Radialwerte der auf dem Kreis um die Drehachse liegenden Meßpunkte erhalten.This results in extremely precise correction values for the Angular and radial values of those on the circle around the axis of rotation receive lying measuring points.

Durch Anordnung von mehreren konzentrischen Kugelringen auf der Kugelplatte als Prüfkörper läßt sich der ringförmige Meßbereich vergrößern. By arranging several concentric ones Ball rings on the ball plate can be used as a test specimen enlarge the ring-shaped measuring range.

In der Mitte der Kugelscheibe ist zweckmäßig eine Mittelpunktskugel vorgesehen, welche mit der Drehachse der Drehvorrichtung zusammenfallen soll. Eine Lageabweichung der Mittelpunktskugel von der Drehachse der Drehvorrichtung läßt sich nach bekannten Verfahren leicht ermitteln. Eine solche Lageabweichung kann den Korrekturwerten für die einzelnen Meßpunkte überlagert werden.In the middle of the spherical washer is expedient Center ball provided with the axis of rotation of the Rotating device should coincide. A positional deviation the center ball from the axis of rotation of the rotating device can be easily determined by known methods. A such positional deviation can be the correction values for the individual measurement points are superimposed.

Grundsätzlich läßt sich die Kugelscheibe ebenfalls zur Ermittlung des Radialfehlers einsetzen, indem dann nur der Abstand eines Kugelpaares, nämlich der Abstand einer auf dem Kreis um die Drehachse liegenden Kugel zur Mittelpunktskugel verwendet wird.Basically, the spherical washer can also be used Use the determination of the radial error by then only the Distance of a pair of balls, namely the distance of one on the circle around the axis of rotation Center ball is used.

Durch dieses einfache Prüfverfahren kann eine Koordinatenmeßmaschine, und insbesondere eine Universalmeßmaschine, eine Genauigkeitsklasse erreichen, die etwa im Bereich einer meßaufgabenspezifischen Maschine liegt, bei der Vermessung von Zahnrädern also im Bereich einer Zahnradmeßmaschine. Als Nebeneffekt reduzieren sich die sogenannten "Boden-zu-Boden-Zeiten", da die Justage des zu vermessenden Körpers in einer Universalmeßmaschine nicht so genau sein muß wie in einer speziellen Zahnradmeßmaschine. Die Meßmaschine ermittelt nämlich immer die genaue Lage des Meßobjektes.With this simple test procedure, a Coordinate measuring machine, and in particular one Universal measuring machine, achieve an accuracy class, for example in the area of a machine specific to measuring tasks is in the range of measuring gears a gear measuring machine. As a side effect reduce the so-called "floor-to-floor times" because the adjustment of the not to be measured body in a universal measuring machine must be as precise as in a special one Gear measuring machine. The measuring machine always determines the exact location of the measurement object.

Die Ermittlung des Winkelfehlers wird man nicht für jeden Punkt des Meßkreises durchführen, sondern vorteilhaft etwa unter einem Winkelabstand von 10° Kugeln auf der Kugelscheibe anordnen, also insgesamt 36 Kugeln. Zwischenwerte werden dann interpoliert.The determination of the angular error is not used for perform every point of the measuring circuit, but advantageous approximately at an angular distance of 10 ° balls on the Arrange the ball disc, making a total of 36 balls. Intermediate values are then interpolated.

Dasselbe gilt für die Radialfehler, welche beispielsweise durch eine Schieflage der Drehachse des Drehtisches hervorgerufen werden. Zur Ermittlung dieser Fehler wird man vorteilhaft ebenfalls die Fehler in 10°-Winkelabständen ermitteln. Auch hier lassen sich für Zwischenwinkel die Meßfehler interpolieren.The same applies to the radial errors, which for example, by an inclination of the axis of rotation of the Rotary tables are caused. To determine this Errors will also be advantageous in errors Determine 10 ° angular distances. Here too, for Interpolate the measurement errors between the intermediate angles.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of the Invention shown, namely show:

Fig. 1 eine Koordinatenmeßmaschine in perspektivischer Darstellung mit eingezeichnetem Ringbereich; Figure 1 is a coordinate measuring machine in a perspective view with the ring area shown.

Fig. 2 eine Drehvorrichtung mit aufgelegtem zu prüfenden Zahnrad; Fig. 2 is a rotating device with hook to be tested gear;

Fig. 3 die Draufsicht auf den Ringbereich der Fig. 1 mit aufgelegtem Zahnrad in schematischer Darstellung; Fig. 3 is a plan view of the ring portion of Figure 1 with applied wheel in a schematic representation.

Fig. 4 einen Prüfkörper für die Ermittlung des Radialfehlers; FIG. 4 shows a test specimen for the determination of the radial error;

Fig. 5 einen Prüfkörper in geänderter Ausführung; Fig. 5 is a test piece in a modified embodiment;

Fig. 6 einen Prüfkörper in geänderter Ausführung; Fig. 6 is a test piece in a modified embodiment;

Fig. 6a einen Prüfkörper in geänderter Ausführung; FIG. 6a shows a test specimen in a modified embodiment;

Fig. 7 einen Prüfkörper in geänderter Ausführung; FIG. 7 shows a test specimen in a modified embodiment;

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise; Fig. 8 is an illustration for explaining the operation;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Radialfehler; Fig. 9 is a graph of the radial error;

Fig. 10 einen Prüfkörper zur Ermittlung der Winkelfehler; FIG. 10 is a test piece for determining the angular error;

Fig. 11a, Fig. 11b, Fig. 11c schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Prüfkörpers nach Fig. 10; .. Fig. 11a, 11b, 11c are schematic diagrams for explaining the operation of the test specimen of FIG. 10;

Fig. 12 einen geänderten Prüfkörper zur Ermittlung der Winkelfehler;12 shows a modified test specimens for determining the angular error.

Fig. 13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise. Fig. 13 is a schematic diagram for explaining the operation.

Fig. 1 zeigt eine Koordinatenmeßmaschine mit feststehendem Tisch (1). Längs des Tisches (1) sind Stützen (3 und 4) für eine Traverse (6) in Richtung des Pfeiles X in Führungen (2) verschiebbar. Längs der Traverse (6) ist in der y-Richtung ein Schlitten (7) verschiebbar. Der Schlitten (7) trägt eine Pinole (8), welche in Richtung des Pfeiles (11) in der z-Richtung verschiebbar ist. Fig. 1 shows a coordinate measuring machine with a fixed table ( 1 ). Supports ( 3 and 4 ) for a traverse ( 6 ) can be displaced in the direction of arrow X in guides ( 2 ) along the table ( 1 ). A carriage ( 7 ) can be displaced in the y direction along the crossmember ( 6 ). The carriage ( 7 ) carries a quill ( 8 ) which can be displaced in the direction of the arrow ( 11 ) in the z direction.

Um einen auf dem Tisch (1) angeordneten Körper (Zahnrad (10)) ausmessen zu können, trägt die Pinole (8) Taster (12), welche beispielsweise an die Flanken der Zähne des Zahnrades (10) geführt werden. Das Zahnrad (10) wird auf dem Tisch (1) derart angeordnet, daß seine Zähne (9) im Ringbereich (13) zu liegen kommen (Fig. 3).In order to be able to measure a body (gear ( 10 )) arranged on the table ( 1 ), the sleeve ( 8 ) carries buttons ( 12 ) which are guided, for example, to the flanks of the teeth of the gear ( 10 ). The gear wheel ( 10 ) is arranged on the table ( 1 ) in such a way that its teeth ( 9 ) come to rest in the ring area ( 13 ) ( FIG. 3).

Hierzu wird auf dem Tisch eine generell mit (15) bezeichnete Drehvorrichtung (Fig. 2) angeordnet, welche einen Drehteller (16) aufweist, auf dem das Zahnrad (10) angeordnet wird. Wird der Drehteller (16) um die durch die Zahl der Zähne bestimmte Anzahl von Winkelintervallen um die Achse A-A gedreht, können nacheinander mit Hilfe der Taster (12) die Zahnflanken (5, 5a) des Zahnrades (10) in jeweils derselben Position angetastet werden.For this purpose, a rotary device ( FIG. 2), generally designated ( 15 ), is arranged on the table, which has a rotary plate ( 16 ) on which the gearwheel ( 10 ) is arranged. If the turntable ( 16 ) is rotated about the axis AA by the number of angular intervals determined by the number of teeth, the tooth flanks ( 5 , 5 a) of the gear wheel ( 10 ) can be probed in succession in the same position using the buttons ( 12 ) become.

Um die hierbei auftretenden, maschinenbedingten Meßfehler zu ermitteln, wird anstelle des Zahnrades (10) zunächst ein Prüfkörper auf den Drehteller (16) aufgelegt. Zur Ermittlung des maschinenbedingten Radialfehlers im Ringbereich (13) bezogen auf den Mittelpunkt M des Ringbereiches und einem zugeordneten Winkel werden auf den Drehteller (16) Auflagen (17, 18) angeordnet, welche über einen Hebel (19) miteinander verbunden sind und an ihren Enden Kugeln (20 und 21) (Fig. 4) tragen.In order to determine the machine-related measurement errors that occur, a test specimen is first placed on the turntable ( 16 ) instead of the gearwheel ( 10 ). To determine the machine-related radial error in the ring area ( 13 ) in relation to the center M of the ring area and an associated angle, supports ( 17 , 18 ) are arranged on the turntable ( 16 ), which are connected to one another via a lever ( 19 ) and at their ends Bear balls ( 20 and 21 ) ( Fig. 4).

Die Mittelpunkte der Kugeln (20 und 21) haben einen festen Abstand voneinander. In einer ersten Stellung I gemäß Fig. 8 wird der Abstand der Kugeln (21) von der Achse A-A durch Antastung der Kugel (21) mit Hilfe eines Tasters (12) ermittelt. Der Hebel (19) wird nunmehr umgesetzt, derart, daß die Kugel (21) die Lage II einnimmt, und es wird erneut der Abstand der Kugel (21) von der Achse A-A ermittelt. Der Drehteller (16) bleibt hierbei fest stehen.The centers of the balls ( 20 and 21 ) are at a fixed distance from one another. In a first position I according to FIG. 8, the distance of the balls ( 21 ) from the axis AA is determined by probing the ball ( 21 ) with the aid of a button ( 12 ). The lever ( 19 ) is now implemented in such a way that the ball ( 21 ) occupies the position II, and the distance of the ball ( 21 ) from the axis AA is determined again. The turntable ( 16 ) remains stationary.

Steht die Achse A-A nicht senkrecht auf der Oberfläche des Tisches (1), sondern ist zu dessen Oberfläche etwas geneigt, zeigt die Kugel (21) in der Lage (21′), das heißt in der Lage II einen geänderten Abstand von der Achse A-A, was durch den Pfeil (27) kenntlich gemacht worden ist. Über den Umfang U des Drehtellers (16) ergeben sich damit für jeden Winkel α1, α2 und so fort Radialfehler (δr), welche über den Umfang U in Anhängigkeit von den Winkeln α in Fig. 9 dargestellt worden sind. If the axis AA is not perpendicular to the surface of the table ( 1 ), but is slightly inclined to the surface thereof, the ball ( 21 ) shows in the position ( 21 '), that is, in position II, a changed distance from the axis AA , which has been identified by the arrow ( 27 ). Radial errors (δr) result for each angle α1, α2 and so on over the circumference U of the turntable ( 16 ), which have been shown over the circumference U as a function of the angles α in FIG. 9.

Die Kugel (20) dient bei diesen Messungen als Mittelpunktskugel für die Radialsegmente. Ihre genaue Lage zur Achse A-A läßt sich durch mehrmaliges Antasten mit anschließender Mittelpunktsbestimmung ermitteln.The ball ( 20 ) serves as a center ball for the radial segments in these measurements. Their exact position to the AA axis can be determined by probing several times and then determining the center point.

Die Radialfehler lassen sich nicht nur mit der Einrichtung nach Fig. 4 ermitteln. Anstelle des Hebels (19) und der Kugeln (20, 21) kann auch ein Hebel (25) mit mehreren Kugeln (20, 22, 23, 24) vorgesehen sein, wobei die Kugel (20) wiederum als Mittelpunktskugel dient. Durch Vermessung der Mittelpunktskugel (20) und der Kugeln (22, 23 und 24) in jeder Winkelstellung α erhält man einen Radialfehler entsprechend der Darstellung nach Fig. 9, welcher dann jedoch auf einer Kreisbahn mit geändertem Radius liegt. Durch Vermessen dieser Kugeln wird damit der Meßbereich erweitert.The radial errors can not only be determined with the device according to FIG. 4. Instead of the lever ( 19 ) and the balls ( 20 , 21 ), a lever ( 25 ) with a plurality of balls ( 20 , 22 , 23 , 24 ) can also be provided, the ball ( 20 ) again serving as a center ball. By measuring the center point ball ( 20 ) and the balls ( 22 , 23 and 24 ) in each angular position α, a radial error corresponding to the representation according to FIG. 9 is obtained, which, however, then lies on a circular path with a changed radius. By measuring these balls, the measuring range is expanded.

Fig. 7 zeigt eine geänderte Ausbildung, mit der der Meßbereich (Ringbereich (13)) stufenlos erweitert werden kann. Der Hebel (40) weist einen als Hülse (41) ausgebildeten Teil auf, in der eine Stange (42) axial verschiebbar und feststellbar gelagert ist. Bei dieser Ausbildung kann die Hülse (41) die Mittelpunktskugel (20) tragen und die Stange (42) die Kugel (21) der Fig. 4. Der Abstand dieser Kugeln voneinander läßt sich dann durch Einfahren oder Ausziehen der Stange (42) ändern. Fig. 7 shows a modified design with which the measuring range (ring area ( 13 )) can be expanded continuously. The lever ( 40 ) has a part designed as a sleeve ( 41 ), in which a rod ( 42 ) is axially displaceably and fixably mounted. In this embodiment, the sleeve ( 41 ) can carry the center ball ( 20 ) and the rod ( 42 ) the ball ( 21 ) of Fig. 4. The distance between these balls can then be changed by retracting or extending the rod ( 42 ).

Anstelle des Hebels (25) mit den Kugeln (20, 22, 23 und 24) kann auch gemäß Fig. 6 ein Lineal (30) mit Bohrungen (31 bis 36) vorgesehen sein. Die Bohrung (31) entspricht in der Wirkungsweise der Mittelpunktskugel (20). Instead of the lever ( 25 ) with the balls ( 20 , 22 , 23 and 24 ), a ruler ( 30 ) with bores ( 31 to 36 ) can also be provided according to FIG. 6. The bore ( 31 ) corresponds to the action of the center ball ( 20 ).

Die Bohrungen (31 bis 36) können verschiedene räumliche Geometrien aufweisen.The bores ( 31 to 36 ) can have different spatial geometries.

Gemäß Fig. 6a trägt das Lineal (30) kegelförmige Bohrungen (43, 44 und 45).Referring to FIG. 6a transmits the ruler (30) conical bores (43, 44 and 45).

Bei der Ausmessung der im Ringbereich (13) angeordneten Zähne (9) ist nicht nur ein Radialfehler zu berücksichtigen, sondern auch ein Winkelfehler δα.When measuring the teeth ( 9 ) arranged in the ring area ( 13 ), not only a radial error has to be taken into account, but also an angular error δα.

Wie aus Fig. 13 zu erkennen ist, welche einen Ausschnitt aus einem Zahnrad (50) mit einer Evolventenverzahnung zeigt, verlaufen die Zahnflanken, beispielsweise die Zahnflanke (52) längs einer Evolvente. Wird der Punkt B vom Mittelpunkt M des Zahnrades aus angetastet, dann ist der Abstand des Antastpunktes B vom Mittelpunkt M = r. Ist ein Radialfehler von der Größe δr vorhanden, tastet man einen Punkt C auf der Zahnflanke (52) an, der sich aus der Länge r + δr ergibt. Dieser Punkt C ist winkelmäßig zum Punkt B um den Winkel δα versetzt.As can be seen from FIG. 13, which shows a section of a gear wheel ( 50 ) with involute teeth, the tooth flanks, for example the tooth flank ( 52 ), run along an involute. If point B is touched from the center M of the gearwheel, then the distance of the touch point B from the center M = r. If there is a radial error of size δr, one touches a point C on the tooth flank ( 52 ) which results from the length r + δr. This point C is angularly offset from point B by the angle δα.

Man erkennt, daß nicht nur bei einer fehlerhaften Ausbildung der Zahnflanken der Zähne (51) Winkelfehler auftreten können, sondern auch durch auftretende Radialfehler, so daß eine Korrektur δα für jeden Meßpunkt B auf sich entsprechenden Flanken der Zähne (51) des Zahnrades (50) zu berücksichtigen ist.It can be seen that angular errors can occur not only if the tooth flanks of the teeth ( 51 ) are formed incorrectly, but also as a result of radial errors, so that a correction δα for each measuring point B on corresponding flanks of the teeth ( 51 ) of the gear wheel ( 50 ) is to be considered.

Um diesen Winkelfehler zu ermitteln, ist als Prüfkörper eine Scheibe (60) (Fig. 10) vorgesehen, welche auf den Drehteller (16) gelegt wird. Der Prüfkörper (60) weist eine Mittelpunktskugel (61) auf, welche in der Achse A-A der Drehvorrichtung liegen sollte. Abweichungen des Mittelpunktes der Kugel (61) von der Achse A-A können in bekannter Weise ausgemessen und berücksichtigt werden, so daß die genaue Lage der Kugel (61) als bekannt angenommen werden kann.In order to determine this angle error, a disk ( 60 ) ( FIG. 10) is provided as the test specimen, which is placed on the turntable ( 16 ). The test specimen ( 60 ) has a center point ball ( 61 ), which should lie in the axis AA of the rotating device. Deviations of the center of the ball ( 61 ) from the axis AA can be measured and taken into account in a known manner, so that the exact position of the ball ( 61 ) can be assumed to be known.

Die Kugelscheibe (60) weist zur Gewichtserleichterung Ausnehmungen (62) auf. Auf ihrem Umfang trägt sie in Winkelintervallen α, bezogen auf den Mittelpunkt M der Kugel (61), eine Reihe von fest angeordneten Kugeln (K₁, K₂, K₃ . . . K_N). Im vorliegenden Fall sind 12 Kugeln mit einem Winkelabstand von jeweils 30° vorgesehen. Zur Ermittlung der Winkelfehler δα geht man folgendermaßen vor:
In der Stellung Fig. 11a befindet sich die Kugel (K₁) sozusagen in der Ausgangsstellung (Nullstellung) und berührt hier einen Anschlag (70). In dieser Stellung werden sämtliche auf der Kugelscheibe vorgesehenen Kugeln (K₁, K₂, K₃ . . . K_N) hinsichtlich ihrer Winkellage ausgemessen, derart, daß man einen Wert TM (i) als Summenteilungsabweichung am Meßort i der Maschine, bezogen auf den Meßort der Kugel K₁ in Fig. 11a erhält und ferner einen Wert TP (i) als Summenteilungsabweichung der Kugelscheibe an der Kugel (K_i), bezogen auf die Kugel (K₁).The ball disc ( 60 ) has recesses ( 62 ) to lighten the weight. On its circumference, it bears α at angular intervals, based on the center M of the ball ( 61 ), a series of fixed balls (K₁, K₂, K₃ ... K _N ). In the present case, 12 balls with an angular spacing of 30 ° are provided. To determine the angle error δα, proceed as follows:
In the position Fig. 11a, the ball (K₁) is, so to speak, in the starting position (zero position) and touches a stop ( 70 ) here. In this position, all the balls provided on the spherical disk (K₁, K₂, K₃... K _N ) are measured with regard to their angular position, such that a value TM (i) as the sum of the deviation at the measuring location i of the machine, based on the measuring location of the Ball K₁ in Fig. 11a receives and also a value TP (i) as the sum of the deviation of the spherical disk on the ball (K _i ), based on the ball (K₁).

Die Teilungsabweichung zwischen zwei beliebigen Kugeln ergibt sich aus der Differenz der zugeordneten Summenteilungsabweichungen.The division deviation between any two balls results from the difference of the assigned Total division deviations.

Sind in der Stellung der Fig. 11a sämtliche Kugeln (K₁, K₂, K₃ . . . K_n) vermessen, wird der Anschlag (70) aus der Kreisbahn herausgeschwenkt und der Teller (16) so weit verdreht, daß die Kugel (K₂) nach Einschwenken des Anschlages (70) nunmehr die Stellung der Kugel (K₁) in Fig. 11a eingenommen hat. Diese Stellung ist in Fig. 11b dargestellt. If all the balls (K₁, K₂, K₃ ... K _n ) are measured in the position of Fig. 11a, the stop ( 70 ) is pivoted out of the circular path and the plate ( 16 ) is rotated so far that the ball (K₂) after pivoting the stop ( 70 ) has now assumed the position of the ball (K₁) in Fig. 11a. This position is shown in Fig. 11b.

In dieser Stellung wird wiederum die Summenteilungsabweichung am Meßort TM (i) der Maschine, bezogen auf den Meßort der Kugel (K₂) ermittelt und außerdem die Summenteilungsabweichung TP(i) der Kugelscheibe (50) an der Kugel (K_i), bezogen auf die Kugel (K₂).In this position, the total division deviation at the measuring location TM (i) of the machine, based on the measuring location of the ball (K₂), is also determined, and also the total division deviation TP (i) of the spherical disk ( 50 ) on the ball (K _i ), based on the Ball (K₂).

In den Stellungen (K₁, K₂, K₃ . . . K_N) am Anschlag (70), welche in der nachfolgenden Tabelle in der ersten Spalte aufgezeichnet sind, ergeben sich an den einzelnen Meßorten mit den Indizes 1, 2, 3 . . . N, bezogen auf den Anschlag (70), welche als Zeilen zu den Stellungen dargestellt worden sind, folgende Werte:In the positions (K₁, K₂, K₃... K _N ) at the stop ( 70 ), which are recorded in the table below in the first column, there are indices 1 , 2 , 3 at the individual measuring locations. . . N, based on the stop ( 70 ), which have been shown as lines to the positions, the following values:

Addiert man die Werte der einzelnen Spalten, erhält man am Meßort 1 der Tabelle den Wert N _* TM₁ + 0, am Meßort 2 der Tabelle den Wert N _* TM₂ + (ΣTP_i - ΣTP_i), also N _* TM₂. Dies setzt sich fort bis zur Spalte N, wo der Wert N _* TM_N erhalten wird. If you add the values of the individual columns, you get the value N _* TM₁ + 0 at location 1 of the table, the value N _* TM₂ + (ΣTP _i - ΣTP _i ), ie N _* TM₂ at location 2 of the table. This continues until column N, where the value N _* TM _{N is} obtained.

Man erkennt, daß man aus der Teilungsabweichung am Meßort i, indem man diese an dieser Stelle gemessene Summenteilungsabweichung Fp(i) über alle N-Stellungen ermittelt, die Summenteilungsabweichung Fp(i) in der Stellung k am Meßort i (i = Meßortindex, k = Stellungsindex) wie folgt erhält:It can be seen that from the divisional deviation on Measuring location i by measuring this at this point Total division deviation Fp (i) over all N positions determined, the total division deviation Fp (i) in the Position k at the measuring location i (i = measuring location index, k = Position index) as follows:

Fp(I) = (1/N) _* Σ Fp_k,i (mit der Summe von k = 1 bis k = N)Fp (I) = (1 / N) _* Σ Fp _{k, i} (with the sum of k = 1 to k = N)

wobeiin which

Fp(k,i) = TM_i+ (Tp_k+1 - TP_k)Fp (k, i) = TM _i + (Tp _{k + 1} - TP _k )

daraus folgtit follows

Fp(i) = TM_i.Mp (i) = TM _i .

Um das Ergebnis unabhängig vom Bezugspunkt zu machen, wird zu den Werten Fp(i) das arithmetische MittelTo make the result independent of the reference point, the arithmetic mean becomes Fp (i)

Fp(I)* = (1/N) _* Σ Fp_i (mit der Summe von i = 1 bis i = N)Fp (I) * = (1 / N) _* Σ Fp _i (with the sum of i = 1 to i = N)

addiert, und man erhält die Summenteilungsabweichungadded, and you get the sum division deviation

Fp(i) als Fp(i) + Fp(i)*, i = 1(1)N.Fp (i) as Fp (i) + Fp (i) *, i = 1 (1) N.

Für Zahnradmessungen wendet man vorteilhaft einen Umlaufsinn im Uhrzeigersinn an. Erfolgt der Umlauf in entgegengesetzter Richtung, sind die Korrekturen mit geändertem Vorzeichen vorzunehmen. One advantageously uses one for gear measurements Clockwise. The circulation takes place in opposite direction, the corrections are with changed sign.

Grundsätzlich erhält man mit Hilfe der Kugelscheibe in sehr einfacher Weise die Summenteilungsfehler, welche den einzelnen Kugeln (K₁ bis K_N) zuzuordnen sind.Basically you get with the help of the spherical disk in a very simple manner, the sum division errors, which are assigned to the individual balls (K₁ to K _N ).

Um den Meßbereich in seinem Radius zu erweitern, kann man mehrere Kugelringe auf der Kugelscheibe der Fig. 10 vorsehen. Die Messung muß dann für sämtliche Kugeln jeweils eines Ringes, wie oben beschrieben, vorgenommen werden.In order to expand the measuring range in its radius, several spherical rings can be provided on the spherical disk of FIG. 10. The measurement must then be carried out for all balls in a ring, as described above.

Wird der Fehler nicht für einen vollen Umlauf der Drehvorrichtung (15) benötigt, sondern nur für ein Segment, genügt es gemäß Fig. 12, die Kugelscheibe (60) durch eine Kugelsegmentscheibe (80) zu ersetzen, die beispielsweise auf dem äußeren Ring die Kugeln (81 und 82) trägt, in einem weiter innen liegenden Kreis die Kugeln (83 und 84). Weitere Ringanordnungen zur Mittelpunktskugel sind möglich.If the error is not required for a full rotation of the rotating device ( 15 ), but only for one segment, it is sufficient, as shown in FIG. 12, to replace the spherical disk ( 60 ) with a spherical segment disk ( 80 ) which, for example, has the balls on the outer ring ( 81 and 82 ) carries the balls ( 83 and 84 ) in an inner circle. Other ring arrangements for the center ball are possible.

Die Kugelscheibe (60) läßt sich auch für die Ermittlung der Radialfehler verwenden. Hierfür verwendet man vorteilhaft zwei Kugeln der Scheibe, nämlich die Mittelpunktskugel (61) und eine weitere Kugel, zum Beispiel die Kugel (K₁) auf der Scheibe, welche dann die Aufgabe der Kugeln (20 und 21) der Fig. 4 übernehmen. Die Kugelscheibe (60) bleibt bei dieser Fehlerermittlung nicht fest, sondern sie wird um Winkelintervalle gedreht.The spherical disc ( 60 ) can also be used to determine the radial errors. For this purpose, advantageously use two balls of the disk, namely the center ball ( 61 ) and another ball, for example the ball (K₁) on the disk, which then take over the task of the balls ( 20 and 21 ) of FIG. 4. The spherical disc ( 60 ) does not remain fixed during this fault determination, but is rotated through angular intervals.

BezugszeichenlisteReference list

1 Tisch
2 Führungen
3 Stütze
4 Stütze
5 Zahnflanke
5a Zahnflanke
6 Traverse
7 Schlitten
8 Pinole
9 Zähne
10 Zahnrad
11 Pfeil
12 Taster
13 Ringbereich
15 Drehvorrichtung
16 Drehteller
17 Auflage
18 Auflage
19 Hebel
20 bis 24 Kugeln
25 Hebel
27 Pfeil
30 Lineal
31 Mittelpunktsbohrung
32 bis 36 Bohrungen
40 Hebel
41 Hülse
42 Stange
43, 44, 45 kegelförmige Bohrungen
50 Zahnrad
51 Zähne
52 Zahnflanken
60 Kugelscheibe
61 Mittelpunktskugel
62 Ausnehmungen
K₁ bis K_N Kugeln
70 Anschlag
80 Kugelsegmentscheibe
81 Kugel
82 Kugel
83, 84 Kugeln
A-A Achse der Drehvorrichtung
M Mittelpunkt des Ringbereiches
I erste Stellung
II geänderte Lage
U Umfang des Meßkreises
B Zahnflankenpunkt
C Antastpunkt
r Radius
δr Radialfehler
δα Winkelfehler 1 table
2 guided tours
3 support
4 support
5 tooth flank
5 a tooth flank
6 traverse
7 sledges
8 quill
9 teeth
10 gear
11 arrow
12 buttons
13 ring area
15 rotating device
16 turntables
17th edition
18th edition
19 levers
20 to 24 balls
25 levers
27 arrow
30 ruler
31 center hole
32 to 36 holes
40 levers
41 sleeve
42 rod
43 , 44 , 45 conical bores
50 gear
51 teeth
52 tooth flanks
60 spherical washer
61 center ball
62 recesses
K₁ to K _N balls
70 stop
80 spherical segment disc
81 bullet
82 bullet
83 , 84 bullets
AA axis of the rotating device
M center of the ring area
I first position
II changed location
U scope of the measuring circuit
B tooth flank point
C touch point
r radius
δr radial error
δα angle error

Claims

1. A method for determining the machine-related measurement error of a coordinate measuring machine in a ring area, characterized in that in the coordinate measuring machine , a rotating device ( 15 ) is arranged, which carries a test specimen ( 19 , 20 , 21 ; 60 ), the angular intervals around the axis AA the rotating device ( 15 ) can be rotated so that the test body ( 19 , 20 , 21 ; 60 ) has at least two reference points at a fixed distance from one another, namely a first reference point to be arranged in the axis of rotation and at least a second reference point located in the ring area ( 13 ), and that with the help of the reference points

a) by angular interval rotation of the second reference point with respect to the first reference point, the radial errors of the second reference point with respect to the axis of rotation AA of the rotating device ( 15 ) and
b) the angular errors associated with the measuring points are determined by rotating the test specimen with the aid of the rotating device ( 15 ) by predetermined angular intervals.

2. The method according to claim 1, characterized in that the position determination of the rotatable reference point by angular intervals is carried out with the aid of the button ( 12 ) of the coordinate measuring machine.

3. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that the test body consists of a lever ( 19 ) with two balls ( 20 , 21 ) arranged at a fixed distance from one another.

4. The method according to claim 1, characterized in that by measuring the position of the first ball ( 20 ) (center ball) center point deviations of the first ball ( 20 ) of the test specimen from the axis of rotation AA of the rotating device ( 15 ) are determined.

5. The method according to claim 1, characterized in that the radial errors between a measuring point in the ring region ( 13 ) and the axis of rotation AA are determined by measuring the position of the second ball ( 21 ) in each rotational position of the second reference point with a fixed rotating device ( 15 ).

6. The method according to claims 4 and 5, characterized in that the radial errors are corrected with the associated center error and the errors thus determined for each rotational position of the test specimen ( 19 , 20 , 21 ) are stored as radial errors.

7. The device according to claim 3, characterized in that the distance between the balls ( 20 , 21 ) from each other is adjustable.

8. The device according to claim 3, characterized in that the lever ( 25 ) carries a plurality of balls ( 22 , 23 , 24 ) at different distances from the first ball ( 20 ) (center ball).

9. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that the balls are replaced by at least two bores ( 31 to 36 ) provided in a ruler ( 30 ).

10. Device for performing the method after Claim 3, characterized in that the balls by Centerable spatial geometries are replaced.

11. The device according to claim 10, characterized in that a spatial corner supported by the ruler ( 30 ) is used as spatial geometry.

12. The apparatus of claim 10, characterized characterized in that the spatial geometry as one of the Lever carried cone is formed.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that in the ruler ( 30 ) at least one conical bore ( 43 , 44 , 45 ) is provided.

14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the at least one cone protrudes from the ruler ( 30 ).

15. The method according to claim 1, characterized in that the lever ( 19 ) with the balls ( 21 , 22 , 23 and / or 24 ) with the help of the rotating device ( 15 ) is rotated into different angular positions and in each of these positions the angular error Rotation from the zero position of the lever ( 19 ) is determined.

16. The method according to claim 15, characterized in that instead of the lever ( 19 ) with the at least two balls ( 20 , 21 ) in the rotating device ( 15 ) arranged ball disc ( 60 ) is used as a test body, the balls (K₁ to K _N ) distributed over the circumference of the disk the same radial distance from the center M of the disk and between them equidistant distances.

17. The method according to claim 16, characterized in that a further ball ( 61 ) (center ball) is arranged in the center M of the ball arrangement.

18. The method according to claim 16, characterized in that

- That the position of all arranged around the center point M of the spherical disk ( 60 ) balls (K₁ to K _N ) is measured in a first rotational position of the spherical disk and the angle of each ball to the first ball lying in the zero position is determined and registered,
- That the disc ( 60 ) is rotated by an angle interval with the help of the rotating device ( 15 ) so that the second ball (K₂) takes the place of the first ball (K₁) in the zero position and the angular distances of all balls (K₁ to K _N ) are determined and registered by this second sphere (K₂),
- That these process steps are repeated until all balls (K₁ to K _N ) have passed through the zero position of the first ball,
- That the determined angular deviations from the target value as the total division deviation FP _i for each angular position of the spherical disk ( 60 ) are assigned to the individual balls (K 1 to K _N ).

19. The method according to claims 16 and 17, characterized in that in each rotational position of the spherical disc ( 60 ), the position of the center ball ( 61 ) is determined and its deviation from the axis of rotation AA of the rotating device ( 15 ) is assigned to the respective sum division error.

20. The method according to claim 18, characterized in that the total division error for each position of the spherical disk ( 60 ) is formed as the arithmetic mean of the errors for the individual balls in each rotational position of the spherical disk.

21. The method according to claim 18, characterized in that for the further rotation of the ball disc ( 60 ) by an interval between two balls, a stop ( 70 ) is pivoted into the ball circle.

22. The apparatus for performing the method according to claim 16, characterized in that the spherical disc ( 60 ) has a plurality of spherical rings lying concentrically to one another.

23. Device for performing the method according to claim 16, characterized in that the spherical disk is replaced by a circular surface segment ( 80 ) as a section of the spherical disk.