DE4424871C2

DE4424871C2 - Method for optimizing the correction of machine-related measurement errors in a coordinate measuring machine

Info

Publication number: DE4424871C2
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: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2014-07-15
Also published as: DE4424871A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Korrektur maschinenbedingter Meßfehler bei einer Koor dinatenmeßmaschine.The invention relates to a method for optimization the correction of machine-related measurement errors in a koor dinate measuring machine.

Koordinatenmeßmaschinen sind ausgelegt, um die karte sischen 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 Ko ordinatenrichtungen bekannt sind. Diese maschinenbedingten Koordinatenfehler treten dadurch auf, daß die verschiebba ren Teile der Koordinatenmeßmaschine nicht exakt in den Ko ordinatenrichtungen zum Antasten des Meßpunktes bewegt wer den. Diese maschinenbedingten Koordinatenfehler lassen sich mit hoher Genauigkeit ermitteln und die ermittelten Meß werte demzufolge korrigieren.Coordinate measuring machines are designed to map coordinates by probing, for example one To determine the workpiece. The related relative Shift of the button in the three coordinate directions x, y and z can be very precisely in such machines carry out if the machine-related errors for the Ko ordinate directions are known. These machine-related Coordinate errors occur because the movable Ren parts of the coordinate measuring machine not exactly in the Ko ordinate directions for probing the measuring point who moves the. These machine-related coordinate errors can be determine with high accuracy and the determined measurement correct values accordingly.

Verfahren zur rechnerischen Korrektur von Koordinaten meßmaschinen sind bekannt. Die sechs Ablauffehler der Füh rungen jeder der drei Koordinatenachsen werden durch je drei rotatorische und translatorische Freiheitsgrade be schrieben, die einzeln in bestimmten Abständen gemessen und in Korrekturtabellen abgelegt werden. Hierzu sind zahlrei che interferometrische Lasermeßsysteme am Markt erhältlich. Ebenso läßt sich die Abweichung von der Orthogonalität der drei Koordinatenachsen meßtechnisch bestimmen.Procedure for the mathematical correction of coordinates measuring machines are known. The six process errors of the Füh Each of the three coordinate axes is determined by three rotational and translational degrees of freedom wrote that measured individually at certain intervals and are stored in correction tables. There are numerous interferometric laser measurement systems available on the market. The deviation from the orthogonality of the determine three coordinate axes by measurement.

Ein solches Verfahren zur Bestimmung der Orthogonali tät der Koordinatenachsen ist beispielsweise in der DE-OS 26 03 376 beschrieben. Während des Meßvorganges mit der Koordinatenmeßmaschine wird jeder aufgenommene Meßpunkt mit Hilfe dieser Fehlertabellen korrigiert.Such a method for determining the Orthogonali act of the coordinate axes is for example in DE-OS 26 03 376 described. During the measuring process with the Coordinate measuring machine with every recorded measuring point Corrected the help of these error tables.

In der US-PS 5,259,120 ist eine Vorrichtung beschrie ben, die im wesentlichen aus einem in axialer Richtung in der Länge teleskopartig verschiebbaren Stab besteht, der an seinen Enden Kugeln trägt, die in verschieden ausgeführten Lagern drehbar angeordnet sind. Dieser Stab wird so zwi schen das bewegliche Teil einer Werkzeugmaschine und das feste Teil gespannt, daß bei Bewegung des beweglichen Tei les auf einer Kreisbahn mit der Stablänge als Radius die Abweichung von dieser Kreisbahn mittels einer zwischen die verschiebbaren Teile des Stabes montierten Längenmeßein richtung ermittelt werden kann. Mit dieser Vorrichtung wird nur die Positionierungsgenauigkeit überprüft, die bei Koor dinatenmeßmaschinen keine so große Rolle spielt, weil es nicht darauf ankommt, den Soll-Antastpunkt genau zu tref fen, sondern darauf, die Koordinaten des tatsächlichen Antastpunktes genau zu erfassen. Diese Eigenschaft einer Koordinatenmeßmaschine läßt sich mit der beschriebenen Vor richtung nicht prüfen.A device is described in US Pat. No. 5,259,120 ben, which essentially consists of an in the axial direction the length of the telescopically displaceable rod consists of its ends carries balls that are executed in different designs Bearings are rotatably arranged. This staff is so two the moving part of a machine tool and that fixed part excited that when moving the movable Tei les on a circular path with the rod length as the radius Deviation from this circular path by means of a between the sliding parts of the rod mounted length measuring direction can be determined. With this device only checks the positioning accuracy that Koor Dinatenmeßmaschinen does not matter so much because it it does not matter to hit the target contact point exactly but rather the coordinates of the actual Touch point to be recorded precisely. This property a Coordinate measuring machine can with the described before do not check direction.

In der DE 36 37 410 C2 und in dem Artikel von F. Wäldele, Braunschweig "Kalibrieren von Drehtischen mit Koordinatenmeßgeräten" wird ein Verfahren beschrieben, wie mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine und einer Vorrich tung, die eine rotationssymmetrische Anordnung von antast baren Kugeln aufweist, die Abweichungen des Drehtisches von seinem idealen Lauf sowie seine Winkelpositionsabweichung von den Sollwerten bestimmt werden. Die Ermittlung der Meß fehler eines Drehtisches ist nicht Gegenstand der Erfin dung.In DE 36 37 410 C2 and in the article by F. Wäldele, Braunschweig "Calibrating rotary tables with Coordinate measuring devices "describes a method such as with the help of a coordinate measuring machine and a jig device that a rotationally symmetrical arrangement of probing Bare balls, the deviations of the turntable its ideal running and its angular position deviation be determined from the setpoints. Determining the measurement A turntable error is not the subject of the invention dung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Winkel- und Radial meßgenauigkeit einer 3D-Koordinatenmeßmaschine ohne Dreh tisch in einem vorgegebenen Ringbereich zu erhöhen.The object of the invention is the angular and radial Measuring accuracy of a 3D coordinate measuring machine without turning increase table in a given ring area.

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

Die Anwendung dieses Verfahrens bringt den Vorteil, daß zur Ermittlung genauer Werte in einem bestimmten Meßbe reich (Ringbereich) 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 Koordi natenmeßmaschine zu verwenden, mit der sich die gewünschten Werte in einem Ringbereich mit größerer Genauigkeit als es bei Koordinatenmeßmaschinen üblich ist, erhalten lassen.The use of this method has the advantage that to determine exact values in a certain measuring area rich (ring area) did not need two expensive machines be, namely a coordinate measuring machine and as Turntable trained measuring table, it suffices the inventive method, a completely normal coordi natenmeßmaschine to use with the desired Values in a ring area with greater accuracy than it is common with coordinate measuring machines.

Sollen also die Zähne eines Zahnrades ausgemessen wer den, dann wird das Zahnrad so angeordnet, daß seine Zähne in diesem Ringbereich der Koordinatenmeßmaschine liegen, und die Flanken und damit die Lage der Zähne können mit Hilfe des Tasters der Koordinatenmeßmaschine angetastet werden.So who should measure the teeth of a gear then the gear is arranged so that its teeth lie in this ring area of the coordinate measuring machine, and the flanks and thus the position of the teeth can be with Probed with the help of the coordinate measuring machine will.

In diesem Meßbereich interessieren vor allem Rundlauf fehler und Teilungsfehler des Meßobjektes. Dadurch, daß ge mäß der Erfindung zunächst geeignete Prüfkörper anstelle des Zahnrades ausgemessen werden und die jedem Winkel und Radius für die einzelnen Punkte des Ringbereiches zugeord neten 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 korri giert werden. In this measuring range, concentricity is of particular interest errors and division errors of the measurement object. The fact that ge according to the invention, first suitable test specimens instead of the gear are measured and the every angle and Assigned radius for the individual points of the ring area neten measurement errors can be determined extremely accurately, at the measurement of the workpiece, especially the flanks the teeth of a gearwheel by moving the button coordinate values obtained on the measuring points be greeded.

Bei einer solchen Prüfung, beispielsweise eines Zahn rades, sind nicht nur die Winkelfehler als Meßfehler zu be rücksichtigen, sondern auch Radialfehler, welche sich durch Verlagerung des Drehpunktes dann ergeben, wenn beispiels weise die Achse einer Drehvorrichtung etwas zur Meßebene von 90° abweichend geneigt ist, weil beispielsweise bei ei ner Evolventenverzahnung bei einem auftretenden Radialfeh ler zwangsläufig wegen der Krümmung der Evolvente auch ein Winkelfehler auftreten muß.In such a test, for example a tooth rades, not only the angular errors are to be measured errors take into account, but also radial errors, which are characterized by Relocation of the fulcrum result if, for example point the axis of a rotating device to the measuring plane is inclined deviating from 90 ° because, for example, with egg ner involute teeth in the event of a radial mistake due to the curvature of the involute Angular errors must occur.

Das Verfahren nach dem Anspruch 1 läßt sich so aus bauen, daß diese Fehler, nämlich Radialfehler und Winkel fehler, gemeinsam für jeden Meßpunkt im Ringbereich ermit telt werden, um den durch Anfahren des Werkstückes, hier der Zahnflanke, erhaltenen Wert mit dem zugeordneten reh lerwert zu korrigieren.The method according to claim 1 can be so build that errors, namely radial errors and angles error, determined together for each measuring point in the ring area to be by the approach of the workpiece, here the tooth flank, value obtained with the associated reh correct reading value.

Für die Messung ist es also nur notwendig, den auszu messenden Zahnkranz in dem Ringbereich anzuordnen, in dem für jeden Meßpunkt der Winkelfehler und der Radialfehler bekannt sind.So for the measurement it is only necessary to switch it off to arrange the toothed ring 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 Kugel mittelpunkte 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 Win kelintervalle lassen sich die Radialfehler für jeden Dreh winkel 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 balls center is fixed. One ball is in the Center of the ring area set up, and the second is then in the ring area. By measuring the balls for a selection of angle of rotation values for each probing the outer sphere rotating around the center sphere around Win radial intervals for each rotation determine angle.

Zur Ermittlung der Teilungsfehler ist es vorteilhaft, anstatt der äußeren um die Mittelpunktskugel um Winkelin tervalle drehbaren Kugel, eine Vielzahl von um die Mittel punktskugel fest angeordneten Kugeln im gleichen Radialab stand von der Mittelpunktskugel vorzusehen. Der Prüfkörper wird dann zu einer Kugelscheibe, bei der die Kugeln auf ei nem Kreis um den Mittelpunkt der Scheibe angeordnet sind. Tastet man jetzt mit Hilfe des Tasters der Koordinatenmeß maschine 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 instead of the outer one around the center ball around Winkelin tervalle rotatable ball, a variety of around the middle point ball balls arranged in the same radial direction stood to be provided from the center ball. The test specimen then becomes a spherical disc, with the balls on egg a circle around the center of the disc. If you feel the coordinate measurement with the button machine each of the individual balls and determines the Division errors as sum errors, then you can go through everyone a ball determined angle the determined angle error assign 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 Kugelrin gen auf der Kugelplatte als Prüfkörper läßt sich der ring förmige Meßbereich vergrößern.By arranging several concentric spherical rings The ring can be positioned on the ball plate as a test specimen increase the shaped measuring range.

In der Mitte der Kugelscheibe ist zweckmäßig eine Mit telpunktskugel vorgesehen, welche mit der Drehachse einer drehbaren Vorrichtung zusammenfallen soll. Eine Lageabwei chung der Mittelpunktskugel von der Drehachse der drehbaren Vorrichtung läßt sich nach bekannten Verfahren leicht er mitteln. Eine solche Lageabweichung kann den Korrekturwer ten für die einzelnen Meßpunkte überlagert werden.In the middle of the spherical washer is advisable telpunktskugel provided, which with the axis of rotation of a rotatable device should coincide. A position deviation the center ball from the axis of rotation of the rotatable Device can easily he known methods average. Such a positional deviation can be the correction value ten for the individual measuring points.

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 Mittel punktskugel 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 center of the circle around the axis of rotation point ball is used.

Durch dieses einfache Prüfverfahren kann eine Koordi natenmeßmaschine, und insbesondere eine Universalmeßma schine, eine Genauigkeitsklasse erreichen, die etwa im Be reich einer meßaufgabenspezifischen Maschine liegt, bei der Vermessung von Zahnrädern also im Bereich einer Zahnrad meßmaschine. Als Nebeneffekt reduzieren sich die sogenann ten "Boden-zu-Boden-Zeiten", da die Justage des zu vermes senden Körpers in einer Universalmeßmaschine nicht so genau sein muß, wie in einer speziellen Zahnradmeßmaschine. Die Meßmaschine ermittelt nämlich immer die genaue Lage des Meßobjektes.This simple test procedure enables a coordinator natenmeßmaschine, and in particular a Universalmeßma seem to achieve an accuracy class that is approximately in the Be of a machine specific to the measuring task Measurement of gear wheels in the area of a gear wheel measuring machine. As a side effect, the so-called ten "floor-to-floor times" because the adjustment of the send body in a universal measuring machine not so accurately must be like in a special gear measuring machine. The Measuring machine always determines the exact location of the Target.

Die Ermittlung des Winkelfehlers wird man nicht für jeden Punkt des Meßkreises durchführen, sondern vorteilhaft etwa unter einem Winkelabstand von 10° Kugeln auf der Ku gelscheibe anordnen, also insgesamt 36 Kugeln. Zwischen werte 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 Ku Arrange the gel disc, making a total of 36 balls. Between values are then interpolated.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of the He shown, namely:

Fig. 1 eine Koordinatenmeßmaschine in perspektivi scher Darstellung mit eingezeichnetem Ring bereich; Figure 1 is a coordinate measuring machine in perspective shear representation with the ring area shown.

Fig. 2 die Draufsicht auf den Ringbereich der Fig. 1 mit aufgelegtem Zahnrad in schematischer Darstellung; FIG. 2 shows a top view of the ring area of FIG. 1 with the gearwheel in place, in a schematic illustration;

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise; Fig. 3 is an illustration for explaining the operation;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Radial fehler; Fig. 4 is a graphical representation of the radial error;

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Prüfkörper; Fig. 5 is a test piece according to the invention;

Fig. 6a, Fig. 6b, Fig. 6c schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Prüfkörpers nach Fig. 5; FIG. 6a, 6b, 6c are schematic diagrams for explaining the operation of the test specimen of FIG. 5..;

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläu terung der Wirkungsweise. Fig. 7 is a schematic representation for explaining the mode of operation.

Fig. 1 zeigt eine Koordinatenmeßmaschine mit testste hendem Tisch (1). Längs des Tisches (1) sind Stützen (3 und 4) für eine Traverse (6) in Richtung des Pfeiles X in Füh rungen (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 test standing table ( 1 ). Along the table ( 1 ) supports ( 3 and 4 ) for a traverse ( 6 ) in the direction of arrow X in guides ( 2 ) are displaceable. 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 (Zahn rad (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. 2).One disposed on the table (1) body (toothed wheel (10)) to be able to measure, carrying the sleeve (8) switch (12), which are, for example, performed on the flanks of the teeth of the gear (10). The gear ( 10 ) is arranged on the table ( 1 ) in such a way that its teeth ( 9 ) come to rest in the ring area ( 13 ) ( Fig. 2).

Um die hierbei auftretenden, maschinenbedingten Meß fehler zu ermitteln, wird anstelle des Zahnrades (10) zu nächst ein Prüfkörper aufgelegt. In order to determine the machine-related measurement errors that occur, a test specimen is placed next to the gearwheel ( 10 ).

Die Mittelpunkte der Kugeln (20 und 21) haben einen festen Abstand voneinander. In einer ersten Stellung I ge mäß Fig. 3 wird der Abstand der Kugel (21) von der Achse A-A durch Antastung der Kugel (21) mit Hilfe eines Tasters (12) ermittelt. Der Prüfkörper wird nunmehr umgesetzt, der art, daß die Kugel (21) die Lage II einnimmt, und es wird erneut der Abstand der Kugel (21) von der Achse A-A ermit telt.The centers of the balls ( 20 and 21 ) are at a fixed distance from one another. In a first position I according to FIG. 3, the distance of the ball ( 21 ) from the axis AA is determined by touching the ball ( 21 ) with the aid of a button ( 12 ). The test specimen is now implemented, the type that the ball ( 21 ) occupies the position II, and again the distance of the ball ( 21 ) from the axis AA is determined.

In Fig. 4 sind die so ermittelten Radialfehler in Ab hängigkeit vom Winkel α graphisch dargestellt.In FIG. 4 the radial error so determined in dependence on the angle α Ab are shown graphically.

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

Anstelle der Kugeln (20, 21) können auch Bohrungen mit verschiedenen räumlichen Geometrien, beispielsweise Zylinder- oder Kegelbohrungen, vorgesehen sein.Instead of the balls ( 20 , 21 ), bores with different spatial geometries, for example cylinder or tapered bores, can also be provided.

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

Wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, welche einen Aus schnitt aus einem Zahnrad (50) mit einer Evolventenverzah nung zeigt, verlaufen die Zahnflanken, beispielsweise die Zahnflanke (52), längs einer Evolvente. Wird der Punkt B angetastet, dann ist der Abstand des Tastermittelpunkts 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. 7, which shows a section from a gear ( 50 ) with involute toothing, the tooth flanks, for example the tooth flank ( 52 ), run along an involute. If point B is touched, then the distance of the probe center from the center is 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 Aus bildung der Zahnflanken der Zähne (51) Winkelfehler auftre ten können, sondern auch durch auftretende Radialfehler, so daß eine Korrektur δα für jeden Meßpunkt B auf sich ent sprechenden Flanken der Zähne (51) des Zahnrades (50) zu berücksichtigen ist.It can be seen that angular errors can occur not only in the case of incorrect formation of the tooth flanks of the teeth ( 51 ), but also due to radial errors which occur, so that a correction δα for each measuring point B on corresponding flanks of the teeth ( 51 ) of the gearwheel ( 50 ) must be taken into account.

Um nun zusätzlich zu den maschinenbedingten Abwei chungen bei der Radiusmessung auch die maschinenbedingten Abweichungen bei der Winkelmessung zu ermitteln, ist als Prüfkörper eine Scheibe (60) (Fig. 5) vorgesehen, welche drehbar ausgebildet ist. Der Prüfkörper (60) weist eine Mittelpunktskugel (61) auf, welche in der Achse A-A der drehbaren Vorrichtung liegen sollte. Abweichungen des Mittelpunktes der Kugel (61) von der Achse A-A können in bekannter Weise ausgemessen und berücksichtigt werden.In order to determine, in addition to the machine-related deviations in the radius measurement, the machine-related deviations in the angle measurement, a disk ( 60 ) ( FIG. 5) is provided as the test body, which is designed to be rotatable. The test specimen ( 60 ) has a center point ball ( 61 ) which should lie in the axis AA of the rotatable device. Deviations of the center of the ball ( 61 ) from the axis AA can be measured and taken into account in a known manner.

Die Kugelscheibe (60) weist zur Gewichtserleichterung Ausnehmungen (62) auf. Auf ihrem Umfang trägt sie in Win kelintervallen 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 Win kelabstand von jeweils 30° vorgesehen. Zur Ermittlung der Winkelfehler geht man folgendermaßen vor:
In der Stellung Fig. 6a befindet sich die Kugel (K₁) sozusagen in der Ausgangsstellung (Nullstellung) und be rührt hier einen Anschlag (70). In dieser Stellung werden sämtliche auf der Kugelscheibe vorgesehenen Kugeln (K₁, K₂, K₃ . . . K_N) hinsichtlich ihrer Winkellage ausgemessen, der art, daß man für die Kugel i einen Wert TM_i¹als gemessene Summenteilungsabweichung bezogen auf die Kugel 1 erhält. Diese setzt sich zusammen aus der maschinenbedingten Summenteilungsabweichung TM_i am Meßort i der Maschine, bezogen auf den Meßort der Kugel K₁ in Fig. 6a, das heißt, aus der zu korrigierenden systematischen Meßabweichung, und aus der Summenteilungsabweichung TP_i der Kugelscheibe an der Kugel (K_i), bezogen auf die Kugel (K₁) durch eine Fehllage der betreffenden Kugeln in der Kugelscheibe:The ball disc ( 60 ) has recesses ( 62 ) to lighten the weight. On its circumference, it bears in win kelintervall α, 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 angle of 30 ° each are provided. To determine the angle errors, proceed as follows:
In the position Fig. 6a, 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 disc (K₁, K₂, K₃... K _N ) are measured with regard to their angular position, in such a way that a value TM _i ¹ is obtained for the ball i as a measured deviation of the total division relative to the ball 1 . This is composed of the machine-related sum division deviation TM _i at the measurement location i of the machine, based on the measurement location of the ball K 1 in FIG. 6a, that is, from the systematic measurement deviation to be corrected, and from the sum division deviation TP _{i of} the spherical disk on the ball ( K _i ), based on the ball (K₁) due to an incorrect position of the balls in question in the spherical disk:

TM_i¹= TM_i + Tp_i - TP₁.TM _i ¹ = TM _i + Tp _i - TP₁.

Die Summenteilungsabweichung ist dabei jeweils die Abweichung des gemessenen Winkels im Bogenmaß vom Soll- Winkel (i-1) _* α, multipliziert mit dem Radius r. Die Teilungsabweichung zwischen zwei beliebigen Kugeln ergibt sich aus der Differenz der zugeordneten Summentei lungsabweichungen.The total division deviation is the deviation of the measured angle in radians from the target angle (i-1) _* α, multiplied by the radius r. The divisional deviation between any two balls results from the difference between the assigned divisional deviations.

Sind in der Stellung der Fig. 6a sämtliche Kugeln (K₁, K₂, K₃ . . . K_N) vermessen, wird der Anschlag (70) aus der Kreisbahn herausgeschwenkt und die drehbare Vorrichtung (60) so weit verdreht, daß die Kugel (K₂) nach Einschwenken des Anschlages (70) nunmehr die Stellung der Kugel (K₁) in Fig. 6a eingenommen hat. Diese Stellung ist in Fig. 6b dargestellt.Are in the position of FIG. (. K₁, K₂, K₃.. K _N) 6a all balls measured, the stop (70) is pivoted out of the circular path and the rotatable device (60) is rotated so far that the ball (K₂ ) after pivoting the stop ( 70 ) has now assumed the position of the ball (K₁) in Fig. 6a. This position is shown in Fig. 6b.

In dieser Stellung werden wiederum sämtliche auf der Kugelscheibe vorgesehenen Kugeln (K₁, K₂, . . . K_N) hinsicht lich ihrer Winkellage ausgemessen, so daß man am Meßort i die gemessene Summenteilungsabweichung TM_i²erhält. Diese setzt sich zusammen aus der maschinenbedingten Summentei lungsabweichung TM_i am Meßort i der Maschine, bezogen auf den Meßort der Kugel (K₂), und aus der vorrichtungsbe dingten Summenteilungsabweichung der Kugelscheibe (60) an der Kugel (K_i+1)₁ bezogen auf die Kugel (K₂):In this position, all the balls provided on the spherical disk (K 1, K 2,... K _N ) are again measured with respect to their angular position, so that the measured divisional deviation TM _i 2 is obtained at the measuring location _i . This is composed of the machine-related Summentei deviations TM _i at the measuring location i of the machine, based on the measuring location of the ball (K₂), and from the device-related total division deviation of the spherical disc ( 60 ) on the ball (K _{i + 1} ) ₁ based on the ball (K₂):

TM_i² = TM_i + TP_i+1 - TP₂.TM _i ² = TM _i + TP _{i + 1} - TP₂.

Allgemein gilt:In general:

TM_i ^k = TM_i + TP_i+k-1 - TP_K,TM _i ^k = TM _i + TP _{i + k-1} - TP _K ,

wobei Indizes, die größer als N sind, um N verkleinert werden.where indices larger than N are reduced by N will.

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 wor den sind, daher folgende Werte für die gemessene Summentei lungsabweichung TM_i ^k: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 for the measured deviation from the total division TM _i ^k :

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 die an dieser Stelle gemessene Sum menteilungsabweichung TM_i ^k über alle N Stellungen k mittelt, die maschinenbedingte Summenteilungsabweichung TM_i, das heißt, die zu korrigierende systematische Meßabweichung bei der Teilungsmessung am Meßort i (i = Meßortindex, k = Stellungsindex) erhält:It can be seen that from the division deviation at the measurement location i, by averaging the sum division deviation TM _i ^k measured at this point over all N positions k, the machine-related sum division deviation TM _i , that is to say the systematic measurement deviation to be corrected when measuring the division at the measurement location i (i = location index, k = position index) receives:

TM_i = (1/N) _* ΣTM_i ^k (mit der Summe von k = 1 bis k = N).TM _i = (1 / N) _* ΣTM _i ^k (with the sum of k = 1 to k = N).

Um das um TM_i korrigierte Ergebnis Fp′_i einer Summenteilungsmessung bei einem Zahnrad unabhängig vom Bezugspunkt zu machen, kann zu den Werten Fp′_i das arithmetische Mittel der Summenteilungsabweichungen Fp′_i addiert werden, und man erhält als korrigierte SummenteilungsabweichungTo the corrected to TM _i result Fp 'to make _i a sum of pitch measurement in a gear independent of the reference point may be the values Fp' _i the arithmetic mean of the sum of deviations in pitch Fp _'i are summed, and is obtained as the corrected cumulative pitch deviation

Fp′_i = Fp′_i + (1/N) _* ΣFp′_i (mit der Summe von i= 1 bis i = N).Fp ′ _i = Fp ′ _i + (1 / N) _* ΣFp ′ _i (with the sum of i = 1 to i = N).

Für Zahnradmessungen wendet man vorteilhaft einen Um laufsinn im Uhrzeigersinn an. Erfolgt der Umlauf in entge gengesetzter Richtung, sind die Korrekturen mit geändertem Vorzeichen vorzunehmen.A gear is advantageously used for gear measurements clockwise. If the circulation takes place in opposite opposite direction, the corrections are changed To make a 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. 5 vor sehen. 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, one can see several spherical rings on the spherical disk of FIG. 5 before. The measurement must then be carried out for all balls in a ring, as described above.

Die Kugelscheibe (60) läßt sich auch für die Ermitt lung der Radialfehler verwenden. Hierfür verwendet man vor teilhaft zwei Kugeln der Scheibe, nämlich die Mittelpunkts kugel (61) und eine weitere Kugel, zum Beispiel die Kugel (K₁) auf der Scheibe. Die Kugelscheibe (60) bleibt bei dieser Fehlerermittlung nicht fest, sondern sie wird um Winkelintervalle gedreht.The spherical disc ( 60 ) can also be used for the determination of the radial error. For this purpose, two balls of the disk are used before, namely the center ball ( 61 ) and another ball, for example the ball (K 1) on the disk. 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
20, 21 Kugeln
27 Pfeil
50 Zahnrad
51 Zähne
52 Zahnflanken
60 Kugelscheibe
61 Mittelpunktskugel
62 Ausnehmungen
K₁ bis K_N Kugeln
70 Anschlag
A-A Achse der drehbaren Vorrichtung
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
20 , 21 balls
27 arrow
50 gear
51 teeth
52 tooth flanks
60 spherical washer
61 center ball
62 recesses
K₁ to K _N balls
70 stop
AA axis of the rotatable 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 optimizing the correction of machine-related measurement errors in a coordinate measuring machine with three axes which can be moved orthogonally independently of one another and a probe, characterized in that in one or more predetermined ring areas of the measuring volume of the coordinate measuring machine for the purpose of an angular pitch and radius measurement without use a turntable with the aid of a device rotatable by a predetermined angle about an axis of rotation with at least three probable reference points, of which a first in the axis of rotation of the device and the other essentially uniformly distributed angularly with an average angular distance α on a ring around the axis of rotation with equidistant Distances to the first reference point are provided mechanically rigidly coupled, the machine-related measurement errors are optimally determined by

the rotatable device is placed in the measuring volume in such a way that those reference points which lie outside the axis of rotation are arranged in the ring area of the measuring machine to be optimized,
- All reference points of the rotatable device in at least as many angular positions of the device as there are reference points in the ring area, the angular positions each differing by α, being recorded by the coordinate measuring machine in terms of coordinates and
- From the measured coordinates of the reference points, the residual errors of the coordinate measuring machine with respect to radius measurement and by averaging the measured coordinates of the reference points at the same measuring location, the remaining errors of the coordinate measuring machine with respect to angular pitch measurement in the considered ring area are determined and stored.

in order to measure the measured values of the anta standing points, which are in the ring area to be considered lie, with the machine-related, assigned corrections correct values.

2. The method according to claim 1, characterized in that the position determination of the reference points located on the rotatable device is carried out with the aid of a button ( 12 ) of the coordinate measuring machine.

3. The method according to claim 1, characterized in that the reference points are designed as spheres.

4. The method according to claim 1, characterized in that by measuring the position of the first reference point (Mit center point deviations of the center of the first reference point of the test specimen from the axis of rotation A-A of the rotatable Device can be determined.

5. The method according to claim 1, characterized in that by measuring the position of the second reference point in each rotational position of this reference point, the measuring error of the coordinate measuring machine in the radial direction between a measuring point in the ring region ( 13 ) and the axis of rotation AA are determined.

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

7. The method according to claim 1, characterized in

- That the rotatable device is formed as a spherical disc ( 60 ),
- that the position of all around the center M of the ball disc (60) arranged balls (K₁ to K _N) and the center ball (61) of the ball disc is measured in a first rotational position and the (61) related angular ball to the center point of each ball (K 1 to K _N ) for the first ball lying in the zero position is determined and registered,
- That the ball disc ( 60 ) is rotated by an angular interval α white, 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 ) from this second Sphere (K₂) determined and registered who
- That these process steps are repeated until all balls (K₁ to K _N ) have passed through the zero position of the first ball and
- That the determined angular deviations from the target value (i-1) _* α at the measuring location i in the position k of the spherical disc ( 60 ) are averaged over all positions k and thus result in the angle measuring error TM _{i of} the coordinate measuring machine at the measuring location i.

8. The method according to claim 1, characterized in that for the further rotation of the rotatable device by an interval α between two reference points, a stop ( 70 ) is pivoted into the rotatable device.