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Gegenstand
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen sondenartigen Formmessfühler, eine
NC-Verarbeitungseinrichtung
und ein Formmessverfahren, das den Messfühler verwendet.
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Stand der
Technik
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Für eine präzise Herstellung
eines Werkstücks
ist es wichtig, ein Verfahren zum Messen der Form eines Werkstücks auf
der Verarbeitungsmaschine zu kennen, d.h., ein sogenanntes Messverfahren
direkt auf der Maschine. Ein derartiges Messverfahren auf der Maschine
kann die Genauigkeit bei der Fertigung durch die Behebung der Positionierungsfehler
verbessern, die auftreten, wenn das Werkstück entfernt und ausgewechselt
wird, und gleichzeitig kann die Produktivität bei der Fertigung verbessert,
die Messungen automatisiert, und die Arbeitskräfte, die zur Herstellung benötigt werden,
eingespart werden.
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Vorrichtungen
zum Messen der Form eines Werkstücks,
die aus dem Stand der Technik bekannt sind, umfassen einen sondenartigen
Formmessfühler,
bei dem die Messfühlerspitze
die Oberfläche
des Werkstücks berührt und
die Form von diesem misst. Derartige sondenartige Formmessfühler werden
im Allgemeinen abhängig
von der Einrichtung zur Positionserfassung der Messsonde in analoge
und digitale Ausführungsarten eingeteilt.
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Bei
einem analogen Formmessfühler,
wie beispielsweise bei einem elektrischen Mikrometer, werden Positionsverschiebungen
der Sonde in elektrische Analogsignalswerte umgewandelt, indem Änderungen
in der Spannung eines Differentialtransformators, der elektrostatischen
Kapazität,
des Widerstandes eines Dehnungsmessgerätes, etc., erfasst werden.
Da das System jedoch analoge Signale verwendet, treten große Abweichungen
in den Ausgangssignalen auf, wobei die detektierten Ausgangssignale
nicht sehr linear sind, so dass eine Genauigkeit im Submikrometerbereich
von in etwa 0,1 μm
nicht erreichbar ist, wenn die gesamte Strecke, über die sich der Fühler bewegt,
100 μm beträgt.
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Umgekehrt
misst ein digitaler Formmessfühler,
wie beispielsweise ein digitales Mikrometer, Verschiebungen in der
Position der Messsonde, das einen optischen Maßstab, einen magnetischen Maßstab, oder
ein ein optisches Interferometer verwendendes Längenmesssystem digital nutzt;
so dass ein maximale Auflösung von
in etwa 10 nm erreicht werden kann.
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Selbst
mit dem digitalen Formmessfühler
muss die Messsonde jedoch durch ein lineares Kugellager oder eine
pneumatische Rinne unterstützt
werden, so dass diese in die axiale Richtung bewegbar ist, und eine Feder
oder ein Luftdruck wird zum Anpressen der Sonde auf das Werkstück verwendet.
Folglich schwankt aufgrund der Sondenbewegung der Messdruck, und
es wird ein hoher Druck für
die Messung benötigt,
wobei der Druck nicht frei steuerbar ist. Dies stellt ein praktisches
Problem dar.
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Eine
Feder übt,
deutlicher ausgedrückt,
einen minimalen Druck von in etwa 10 Gramm aus, der zu hoch ist,
um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, und da sich die Federkraft
abhängig
von der Verschiebung der Sonde ändert,
wodurch es zu Änderungen
des Drucks kommt, treten große
Messfehler auf, die ein weiteres Problem darstellen. Obwohl der
Messdruck unter Verwendung eines niedrigen Luftdrucks verringert
werden kann, beträgt
der geringste Wert des verwendeten Luftdrucks noch immer in etwa
1 Gramm. Ein weiteres Problem besteht darin, dass durch die Verringerung
des Luftdrucks auch die Steifigkeit der pneumatischen Rinne verringert
wird, wodurch sich die Sonde sehr stark neigt und sich die Messfehler
erhöhen.
Deshalb kann selbst mit einem digitalen System keine Genauigkeit
im Submikrometerbereich von in etwa 0,1 μm erreicht werden.
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Um
eine hohe Genauigkeit im Submikrometerbereich zu erzielen, ist es
wünschenswert,
dass der Messdruck so gering wie möglich ist (vorzugsweise in
etwa 500 Milligramm oder weniger). Um eine Verschlechterung der
Messgenauigkeit, die durch seitliche Verschiebungen der Sonde während einer
Messung entsteht, zu verhindem, sollte der Messdruck vorzugsweise
frei einstellbar sein. Diese Anforderungen wurden anhand einer Analyse
deutlich.
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Um
diesen Anforderungen zu genügen,
wurde eine Formmesseinrichtung mit hoher Genauigkeit, wie in der 1 gezeigt,
entwickelt. Diese Formmesseinrichtung verwendet einen minimalen
Messanpressdruck von in etwa 50 Milligramm und misst die Verschiebung
der Messsonde mit einem Laserinterferometer, womit eine Messgenauigkeit
von in etwa 0,1 μm
erreicht wird. Die in der 1 gezeigte
Einrichtung benötigt
jedoch viele optische Elemente, wie beispielsweise bewegliche Spiegel
und Prismen, so dass die Einrichtung selbst äußerst groß ausfällt und empfindlich ist. Deshalb
weist die Einrichtung das Problem auf, dass sie nicht auf einer Verarbeitungsmaschine
zur Ausführung
von Messungen auf der Maschine befestigt werden kann.
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Wird
der zuvor erwähnte
sondenartige Formmessfühler
auf einer herkömmlichen
NC-Verarbeitungseinrichtung
befestigt, kann ein Personalrechner, etc., zur Ausgabe eines Befehls
an die NC-Steuereinrichtung verwendet werden, um die Position jedes
zu messenden Punktes zu definieren. Die Sonde wird für eine vorbestimmte
Zeit an einem bestimmten Punkt angehalten, und wenn sich die Position
der Sonde stabilisiert hat, werden die Ausgabesignale von dem Formmessfühler zur
Bestimmung der Form des Werkstücks
gesichert. Gemäß dieser
Vorrichtung braucht es jedoch lange, um die Sonde zu den festgelegten
Positionen zu bewegen, und die Wartezeiten während des Anhaltens des Messfühlers addieren
sich auf. Zusätzlich
sind, da die zwischen den festgelegten Punkten liegenden Punkte
nicht gemessen werden können,
eine große
Anzahl von festgelegten Punkten nötig, wodurch das Problem entsteht,
dass zur Durchführung
der Messungen viel Zeit benötigt
wird.
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Das
Dokument
US 4,509,263 offenbart
eine Laserabtasteinrichtung zur Messsteuerung, die einen Körper, einen
sich in dem Körper
bewegenden Fühler,
ein Gegengewicht, das soviel wie der Fühler wiegt und an diesen mithilfe
eines über
Rollen führenden
Drahtes befestigt ist, und das in dem Körper parallel zu der Führungseinrichtung
für die
Fühlerverschiebung,
der Druckausübungseinrichtung,
und der Messeinrichtung für
die Fühlerverschiebung
gleitet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung dient der Lösung der zuvor erwähnten unterschiedlichen
Probleme. Das heißt,
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen sondenartigen
Formmessfühler
mit einem kleinen elektrischen Drift, hervorragender Linearität der Ausgabesignale,
kleinen Änderungen
der Messdrücke
während
der Positionsänderungen
der Sonde, ohne die Steifigkeit des Sondenlagers zu verringern,
bereitzustellen, der Messdrücke,
die an eine sehr kleine konstante Last anpassbar und frei veränderbar
sind, so dass eine Genauigkeit im Submikrometerbereich von in etwa
0,1 μm erreichbar
ist, verwendet, und der auch kompakt ausgebildet und einfach für Messungen
auf der Maschine verwendet ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung eine NC-Verarbeitungsvorrichtung und
ein Formmessverfahren, das den Messfühler verwendet, bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegende Erfindung ist die Bereitstellung
einer NC-Verarbeitungsvorrichtung
und ein Formmessverfahren, das den zuvor erwähnten sondenartigen Formmessfühler verwendet,
die eine verringerte Wartezeit aufweisen, und die Form zwischen
festgelegten Punkten gemessen werden kann, wodurch die Anzahl der
notwendigen festgelegten Punkte verringert und die Messzeit verkürzt werden
kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein sondenartiger Formmessfühler bereitgestellt, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass dieser einen Prüfkopf
(10), der eine Sonde (2) hält, die ein Werkstück (1)
so berührt, dass
die Sonde in Richtung des Werkstücks
mit einem äußerst geringen
Gleitwiderstand bewegbar ist und der die Sonde mit einer äußerst geringen
Last in die Richtung des Werkstücks
führt,
und eine Verschiebungsmessvorrichtung (20), die ohne Berührung die
Verschiebung der Sonde äußerst genau
misst, aufweist.
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Da
die Sonde (2) durch den Prüfkopf (10) gehalten
wird, so dass diese mit einem äußerst geringen Gleitwiderstand
bewegbar ist und in die Richtung des Werkstücks geführt wird, kann die Sonde die
Oberfäche des
Werkstücks
präzise
aufzeichnen, indem sie die Oberfläche des Werkstücks mit
einer geringen Last (in etwa 500 mgf oder weniger) berührt. Des
Weiteren ist durch Messen der Verschiebung der Sonde mit der Verschiebungsmessvorrichtung
(20), die äußerst genau
arbeitet und keinen Kontakt zum Werkstück benötigt, eine Genauigkeit im Submikrometerbereich
von in etwa 0,1 μm
erreichbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der zuvor erwähnte Prüfkopf (10) mit einem
langen, dünn
ausgebildeten Sondenschaft (12), wobei die Sonde an einem
Ende (12a) befestigt ist und eine Stufe im Querschnitt
(11a, 11b) in einem dazwischen liegenden Bereich
davon aufweist, wobei der Unterschied in den Querschnittsflächen der
Stufen eine antreibende Kraft und eine rückführende Kraft erzeugt, mit Luftlager
(14a, 14b), die an jeder Seite der zuvor erwähnten Stufen
angeordnet sind und den Sondenschaft stützen, und mit einem Gaszufuhrmittel
(16), das einen konstanten Druck und/oder Drücke an die
Positionen der zuvor erwähnten
Stufen zuführt,
ausgestattet. Die zuvor erwähnten
Luftlager weisen eine hohe Steifigkeit in der radialen Richtung
auf und sind so angeordnet, dass das Gas mit dem ersten Druck den Sondenschaft
zum Schweben bringt, um dessen Gleitwiderstand zu verringem. Das
zuvor erwähnte
Gaszufuhrmittel hält
den Gasdruck oder die Gasdrücke
mit einem zweiten und/oder dritten Druck, die an der Position der
zuvor erwähnten
Stufen bereitgestellt werden, auf einem konstanten Wert, dass dadurch
das Gaszufuhrmittel aufgrund der Stufe eine in die Richtung des
zu messenden Werkstücks
wirkende antreibende Kraft erzeugt und die Last innerhalb eines
vorbestimmten Bereiches auf einem geringen Wert hält.
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Der
lange, dünn
ausgebildete Sondenschaft (12), an dessen einem Ende (12a)
die Sonde befestigt ist, wird von den Luftlagern (14a, 14b)
und beispielsweise dem ersten Druckgas getragen, wobei die Druckluft
die Steifigkeit dieser Luftlager in die radiale Richtung erhöht und den
Sondenschaft zum Schweben bringt. Somit kann der Sondenschaft mit
einem äußerst geringen
Gleitwiderstand getragen und in Richtung des Werkstücks bewegt
werden, während
ein Kippen des Sondenschafts aufgrund der Reibung zwischen der Sonde
und dem Werkstück
und eine Erhöhung
der Messfehler verhindert werden. Die Stufen (11a, 11b)
sind an dazwischen liegenden Bereichen des Sondenschafts ausgebildet,
und das Gaszufuhrmittel (16a, 16b) versorgt die
Positionen der Stufen mit dem zweiten und/oder dritten Druckgas
oder Druckgasen (wie beispielsweise weitere Luftdruckquellen). Dadurch
kann die in die Richtung des Werkstücks wirkende antreibende Kraft,
die durch den Unterschied in den Querschnittsflächen des Schaftes erzeugt wird,
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches auf einer sehr geringen
konstanten Last gehalten werden.
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Da
die in die Richtung des Werkstücks
wirkende antreibende Kraft durch den Unterschied in den Querschnittsflächen aufgrund
der Stufen in dem Schaft erzeugt wird, ist es somit möglich, eine
Abweichung in dem Ausgabesignal vollständig zu beseitigen. Da unabhängig von
dem ersten Druckgas, das den Sondenschaft in einem Schwebezustand
hält, das
zweite und/oder dritte Druckgas oder die Druckgase zur Erzeugung
der in die Richtung des Werkstücks
wirkenden antreibenden Kraft zugeführt werden, ist auch der Messdruck
auf eine sehr geringe, konstante Last einstellbar, ohne die Steifigkeit
der Sondenlager zu verschlechtern. Da die in die Richtung des Werkstücks wirkende
antreibende Kraft proportional zu dem Druckunterschied in den Querschnittsflächen des
Schaftes ist und keine Federn, etc., verwendet werden, sind des
Weiteren Änderungen
in dem Messdruck, die durch Positionsänderungen der Sonde verursacht
werden, beseitigbar, so dass die Linearität des Ausgabesignals verbessert
und der Messdruck durch Steuern der Drücke des zweiten und/oder dritten
Druckgases oder der Druckgase frei verändert werden kann.
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Die
zuvor erwähnte
in die Richtung des Werkstücks
wirkende antreibende Kraft, die auf den Sondenschaft ausgeübt wird,
sollte vorzugsweise in etwa 10 mgf oder mehr und nicht mehr als
in etwa 500 mgf betragen. Wenn die in die Richtung des Werkstücks wirkende
antreibende Kraft in etwa 500 mgf überschreitet, erhöht sich
die Reibung zwischen der Sonde und dem Werkstück, wodurch der Sondenschaft
stark gekippt wird, so dass es nicht möglich ist, eine Genauigkeit
im Submikrometerbereich von in etwa 0,1 μm zu erreichen. Ebenso kann
die Sonde bei einer antreibenden Kraft von weniger als 10 mgf zurückweichen,
so dass sich die Messgeschwindigkeit stark verringert.
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Die
zuvor erwähnte
Verschiebungsmessvorrichtung (20) ist mit einem Reflexionsspiegel
(21), der an dem anderen Ende (12b) des Sondenschafts
befestigt ist, einer Lichtleitfaser (22), deren emittierende
Endfläche
(22a) gegenüber
dem Reflexionsspiegel liegt und in einem Abstand zu diesem angeordnet
ist, und einem interferometrischen Lasermessgerät zum Messen von Verschiebungen
(24) ausgestattet, das Laserlicht durch die zuvor erwähnte Lichtleitfaser
zu dem Reflexionsspiegel überträgt, indem
Licht zwischen dem Reflexionsspiegel und der emittierenden Endfläche reflektiert
wird.
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Bei
diesem Aufbau wird unter Verwendung des interferometrischen Lasermessgerätes zum
Messen von Verschiebungen (24) die Position des Reflexionsspiegels
(21) mit einer hohen Genauigkeit von 0,1 μm gemessen.
Zusätzlich
dazu können
die beweglichen Teile des Prüfkopfes
(10) des interferometrischen Lasermessgerätes zum
Messen von Verschiebungen (24), da das Laserlicht mithilfe
der Lichtleitfaser (22) zu dem Reflexionsspiegel übertragen
wird, kompakt ausbildet werden. Da der Sondenschaft (12)
leichtgewichtig ausgebildet werden kann, verringert sich außerdem die
Ansprechzeit für
Messungen, so dass Messungen mit hoher Geschwindigkeit durchführbar sind.
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Da
die Haupteinheit des interferometrischen Lasermessgerätes zum
Messen von Verschiebungen von dem Prüfkopf entfernt angeordnet werden
kann, ist es möglich,
das Messinstrument vor thermischen Verzerrungen zu schützen, so
dass äußerst genaue
Messungen durchführbar
sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist die Erfindung mit
einer NC-Verarbeitungseinrichtung ausgestattet, die den zuvor erwähnten sondenartigen
Formmessfühler
umfasst und den Messfühler
mithilfe eines numerischen Steuersystems relativ zu dem Werkstück bewegt,
und dabei die Form des Werkstücks
misst, ohne dass das Werkstück,
das fürderhin
bearbeitet werden soll, entfernt werden muss.
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Mit
diesem Aufbau ist eine Genauigkeit im Submikrometerbereich von in
etwa 0,1 μm
erreichbar, und da der kompakt herstellbare sondenartige Formmessfühler auf
der NC-Verarbeitungseinrichtung
befestigt ist, sind Messungen auf der Maschine möglich, Positionsfehler, die
sonst durch Entfernen und Wiederbefestigen des Werkstücks auftreten
würden,
können
beseitigt und somit die Genauigkeit der Verarbeitung verbessert werden,
und die zur Bereitung benötigte
Zeit und Arbeitskräfte
können
eingespart, und die Produktivität
bei der Fertigung durch Automatisierung verbessert werden.
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Gemäß einer
noch weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, ist die zuvor erwähnte NC-Verarbeitungseinrichtung
mit einer Schnittstelle zur Ausgabe der Koordinaten einer jeden
numerischen Steuerachse und zur Ausgabe der Signale aus dem sondenartigen
Formmessfühler
in Echtzeit für
die Verwendung außerhalb
der Einrichtung ausgestattet.
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Durch
Verwendung dieses Aufbaus können
die Koordinaten einer jeden numerischen Steuerachse und die Ausgabesignale
aus dem sondenartigen Formmessfühler
in einem Rechner, etc., mithilfe der Schnittstelle außerhalb
der Einrichtung in Echtzeit abgespeichert werden, während der
sondenartige Formmessfühler zur
Erstellung eines Werkstückprofils
betrieben und bewegt wird, ohne die NC-Steuereinrichtung an einem
bestimmten Punkt für
eine Positionierung anhalten zu müssen. Deshalb kann die Anzahl
der festgelegten Punkte und die für die Messungen benötigte Zeit
verringert werden.
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In
einem beschreibenden Beispiel ist die mit dem Werkstück (1)
in Kontakt stehende Sonde (2) ferner an einem Ende (12a)
des langen, dünn
ausgebildeten Sondenschafts befestigt, der Stufen (11a, 11b)
aufweist, und während
der zuvor erwähnte
Sondenschaft durch das erste Druckgas gehalten wird, um mit einer äußerst geringen
Reibung bewegbar zu sein, behält
der Schaft eine hohen Steifigkeit in der radialen Richtung bei,
das zweite und/oder das dritte Druckgas oder Druckgase wird an die
Positionen der zuvor erwähnten
Stufen geleitet, die in Richtung des Werkstücks wirkende antreibende Kraft
des Sondenschafts wird durch den Druck oder die Drücke auf
einem sehr geringen Wert gehalten, und die in die Richtung des Werkstücks erfolgende
Verschiebung der Sonde wird mit einem interferometrischen Lasermessgerät (24)
gemessen.
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Gemäß diesem
Verfahren wird die Sonde (2) getragen, so dass diese mit äußerst geringem
Gleitwiderstand und in die Richtung des Werkstücks bewegt wird. Dabei kann die
Sonde dem Oberflächenprofil
des Werkstücks
präzise
folgen, indem die Sonde die Oberfläche des Werkstücks mit
einer sehr geringen Last berührt.
Zusätzlich
ist durch ein kontaktloses Messen der Sondenverschiebung mithilfe
des interferometrischen Lasermessgerätes (24) mit hoher
Genauigkeit, eine Genauigkeit im Submikrometerbereich von in etwa
0,1 μm möglich.
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Unabhängig von
dem ersten Druckgas, das den Sondenschaft zum Schweben bringt, wird
das zweite und/oder dritte Druckgas oder die Druckgase zugeführt, die
die in die Richtung des Werkstücks
wirkenden antreibenden Kräfte
erzeugen. Deshalb ist der Messdruck so einstellbar, dass eine sehr
kleine konstante Last beibehalten wird, ohne die Steifigkeit der
Lager der Sonde zu verringern. Da die in die Richtung des Werkstücks wirkende
antreibende Kraft proportional zu dem Druck ist, der auf den eine
Stufe aufweisenden Bereich ausgeübt
wird, können
zusätzlich
die Änderungen
in dem Messdruck, die sonst durch Positionsänderungen der Sonde entstehen
könnten,
beseitigt werden, so dass die Linearität der Ausgabesignale verbessert
wird, und des Weiteren der Messdruck durch Steuern des Drucks oder
der Drücke
des zweiten und/oder dritten Druckgases oder der Druckgase frei
veränderbar
ist.
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Außerdem stellt
die vorliegende Erfindung ein Formmessverfahren bereit, wobei der
zuvor erwähnte sondenartige
Formmessfühler
in eine NC-Verarbeitungseinrichtung eingebaut ist, und der Fühler durch
ein numerisches Steuersystem relativ zu dem Werkstück bewegt
wird, und somit die Form des Werkstücks nach der Verarbeitung gemessen
werden kann, ohne dieses von der Einrichtung zu entfernen.
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Dieses
Verfahren ermöglicht
eine Messung auf der Maschine, beseitigt Positionierungsfehler aufgrund des
Entfemens und des erneuten Befestigens des Werkstücks, wodurch
die Verarbeitungsgenauigkeit erhöht wird,
und kann des Weiteren die zu diesem Zeitpunkt zur Vorbereitung benötigte Arbeitskraft
einsparen, wodurch sich die Produktivität bei der Fertigung verbessert
und der Betrieb zur gleichen Zeit automatisiert werden kann.
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Bei
dem zuvor erwähnten
Formmessverfahren wird es vorgezogen, dass die zuvor erwähnte NC-Verarbeitungseinrichtung
nicht angehalten wird, sondern zum Messen der Form des Werkstücks durch
direkte Ausgabe der Koordinaten der numerischen Steuerachse der
zuvor erwähnten
NC-Verarbeitungseinrichtung in Echtzeit gemeinsam mit den Ausgabesignalen
des zuvor erwähnten
sondenartigen Formmessfühlers
an eine externe Einrichtung verwendet wird.
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Durch
Verwendung des Verfahrens können
die Koordinaten der numerischen Steuerachse und die Ausgabesignale
des sondenartigen Formmessfühlers
in einem Rechner, etc., außerhalb
der Einrichtung in Echtzeit gespeichert werden, da der sondenartige
Formmessfühler
zur Erzielung des Werkstücksprofils
verwendet wird. Somit kann das Werkstück gemessen und die Messzeit
verringert werden, ohne die NC-Verarbeitungseinrichtung
anhalten zu müssen.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen in den nachfolgenden Paragraphen
beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
den Aufbau einer herkömmlichen
Formmesseinrichtung mit hoher Genauigkeit.
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2 zeigt
einen allgemeinen Aufbau eines sondenartigen Formmessfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Querschnittzeichnung eines beschreibenden Beispiels.
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4 zeigt
einen allgemeinen Aufbau eines weiteren sondenartigen Formmessfühlers gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
eine Querschnittzeichnung eines Teiles der 4.
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6 zeigt
die Charakteristiken des in der 2 gezeigten
Prüfkopfes.
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7 zeigt Ausschnitte des Verhaltens der
Messsonde während
einer Messung.
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8 ist
ein Diagramm, das den Aufbau der NC-Verarbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind im Nachfolgenden beschrieben. In
jeder Zeichnung sind gleiche Bereiche mit den gleichen Bezugszeichen
versehen und es erfolgen keine doppelten Beschreibungen.
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2 zeigt
den allgemeinen Aufbau eines sondenartigen Formmessfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in der Figur gezeigt, umfasst der sondenartige Formmessfühler der
vorliegenden Erfindung einen Prüfkopf 10 und
eine Verschiebungsmessvorrichtung 20. Der Prüfkopf 10 trägt eine
Sonde 2, die ein Werkstück 1 mit
einem äußerst geringen
Gleitwiderstand berührt,
so dass diese horizontal bewegbar ist, und die Sonde mit einer geringen
Last horizontal in die Richtung des Werkstücks führt. Die Verschiebungsmessvorrichtung 20 misst
ohne Berührung
die horizontale Verschiebung der Sonde 2 mit einer sehr
hohen Genauigkeit. An der Spitze der Sonde 2 (der Berührungsbereich)
ist in diesem Beispiel eine kugelförmige Saphirkugel zur Verringerung
der Reibung an dem Werkstück 1 und
zur Abnutzungsverhinderung befestigt.
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3 ist
eine Querschnittzeichnung eines beschreibenden Beispiels. Wie in
der Figur gezeigt, umfasst der Prüfkopf 10 einen langen,
dünn ausgebildeten
Sondenschaft 12, Luftlager 14a, 14b,
und Gaszufuhrmittel 16, 17.
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An
einem Ende 12a des langen, dünn ausgebildeten Sondenschafts 12 (das
linke Ende in dieser Figur) ist eine Sonde 2 befestigt
und der Schaft weist in einem mittleren Bereich eine Stufe in einem
Querschnitt 11a auf. Der Sondenschaft 12 umfasst
an dem Ende, an dem die Sonde 2 befestigt ist, einen großen Bereich
und an dem gegenüber
liegenden Ende einen kleineren Bereich, wobei zwischen diesen Bereichen
eine Stufe in dem Querschnitt 11a ausgebildet ist. Die
Größe des Querschnittsunterschieds 11a ist
so eingestellt, dass die horizontale antreibende Kraft, die durch
den Unterschied zwischen den unterschiedlichen Querschnittsflächen erzeugt
wird, eine sehr geringe Last (beispielsweise in etwa 500 mgf oder
weniger) in einer vorbestimmten Größenordnung umfasst. In diesem
Beispiel weist der Sondenschaft einen rechteckigen Querschnitt auf,
jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Form alleine
beschränkt,
sondern der Querschnitt kann auch kreisförmig sein.
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Die
Luftlager 14a, 14b sind an jeder Seite der Stufe
in dem Querschnitt 11a bereitgestellt. Diese Luftlager 14a, 14b weisen
eine hohe Steifigkeit in der radialen Richtung auf. Zusätzlich bringen
die Luftlager 14a, 14b den Sondenschaft 12 zum
Schweben und verringern den Gleitwiderstand von diesem, indem das
erste Druckgas (wie beispielsweise Druckluft) verwendet wird, das
durch das Gaszufuhrmittel 17 (wie beispielsweise durch
einen ersten Durchgang 15a in der Hauptsondeneinheit 15,
die mit einer Luftquelle, einem Regler, oder einem elektropneumatischen
Regler verbunden ist) zugeführt
wird. Nachdem der Sondenschaft 12 zum Schweben gebracht
wurde, wird das erste Druckgas durch den Spalt zwischen den Luftlagern 14a, 14b und dem
Sondenschaft 12 in beide Richtungen abgegeben.
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Das
Gaszufuhrmittel 16 umfasst beispielsweise einen zweiten
Durchgang 15b, der in der Hauptsondeneinheit 15,
die mit einer Luftquelle, einem Regler, oder einem elektropneumatischen
Regler verbunden ist, ausgebildet ist, und führt ein zweites Druckgas (wie
beispielsweise eine weitere Druckluftquelle) an die Position der
Stufe in dem Querschnitt 11a des Sondenschafts zu. Da dieses
Gaszufuhrmittel 16 den Druck des zweiten an die Position
der Stufe in dem Querschnitt 11a zuzuführenden Druckgases auf einem
konstanten Wert hält, kann
die horizontale antreibende Kraft, die durch den Unterschied in
den Querschnittsflächen
der Stufe 11a erzeugt wird, auf einer sehr kleinen konstanten
Last innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten werden.
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In 3 wird
eine horizontale rückführende Kraft
durch den Unterschied in den Größen der
Luftlagerspalten 14a, 14b erzeugt. Somit ist in
diesem Beispiel an dem Ende 12b des Sondenschafts 12 (dem
rechten Ende in dieser Figur) ein vergrößerter Bereich 13 vorgesehen,
dessen Größe größer als
der Querschnitt des Sondenschafts ist. Dieser Bereich kann jedoch
beseitigt werden. Zusätzlich
kann der Messfühler
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch richtiges Einstellen dieser rückführenden Kraft sowohl in einer
vertikal wirkenden Richtung als auch in einer horizontal wirkenden
Richtung befestigt und verwendet werden.
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4 zeigt
einen allgemeinen Aufbau eines weiteren sondenartigen Formmessfühlers gemäß der vorliegenden
Erfindung. 5 ist eine Querschnittzeichnung
eines Teiles der 4.
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Wenn
der in 4 gezeigte Fühler
der vorliegenden Erfindung nicht in eine horizontal wirkende Richtung
befestigt und betrieben wird, sondern beispielsweise in eine vertikal wirkende
Richtung, wird das Gewicht des Sondenschafts 12 zur Messkraft
addiert, so dass die Messung nicht mit sehr kleiner Last durchführbar ist. Folglich
wird ein drittes Druckgas, wie in der 4 gezeigt,
aus dem Gaszufuhrmittel 16b zugeführt, und der Druck des dritten
Druckgases erzeugt eine rückführende Kraft,
die in die entgegen gesetzte Richtung zu der Richtung der antreibenden
Kraft des zweiten Druckgases wirkt, wodurch die Auswirkung des Gewichts
des Sondenschafts 12 ausgeglichen wird.
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In 5 umfasst
die rückführende Kraft
eine antreibende Kraft, die durch den Unterschied in den Spalten
zwischen dem Sondenschaft 12 und den Luftlagern 14a, 14b erzeugt
wird, und eine weitere antreibende Kraft, die durch einen Unterschied
in den Flächen
der Stufe 11b durch den Druck des dritten Druckgases, das aus
dem Gaszufuhrmittel 16b an die Position der Stufe 11b des
Sondenschafts zugeführt
wird, erzeugt wird. Durch das richtige Einstellen dieser rückführenden
Kraft, ist es möglich,
den Messfühler
der vorliegenden Erfindung sowohl in vertikaler oder schräger Richtung
als auch in horizontaler Richtung zu befestigen und Messungen mit
sehr kleiner Last auszuführen.
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Wie
in den 2, 3, 4, und 5 gezeigt,
umfasst die Verschiebungsmessvorrichtung 20 einen Reflexionsspiegel 21,
eine Lichtleitfaser 22, und ein interferometrisches Lasermessgerät 24.
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Der
Reflexionsspiegel 21 ist ein flacher Spiegel, der in einem
rechten Winkel zu der Längsachse
an dem Ende 12b des Sondenschafts 12 befestigt
ist. Die Lichtleitfaser 22 ist mit eine emittierenden Endfläche 22a,
die gegenüber
dem Reflexionsspiegel 21 mit einem Abstand L zwischen diesen
angeordnet ist, versehen. Die Lichtleitfaser 22 ist biegsam,
ausreichend lang ausgebildet, und die Fläche an dem anderen Ende der Lichtleitfaser
ist beispielsweise über
einen optischen Anschluss, etc., mit dem interferometrischen Lasermessgerät 24 verbunden.
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Das
interferometrische Lasermessgerät 24 umfasst
beispielsweise einen Halbleiterlaser, ein Lichtempfangselement,
ein Verbindungsstück
für die
Lichtleitfaser, etc., und überträgt Laserlicht
mithilfe der Lichtleitfaser 22 zu dem Reflexionsspiegel 21 und
misst die Position des Reflexionsspiegels unter Verwendung des Lichts,
das von dem Reflexionsspiegel 21 auf die Endfläche 22a der
Lichtleitfaser reflektiert wird.
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Durch
Verwendung dieses Aufbaus kann das interferometrische Lasermessgerät 24 zur
Positionsmessung des Reflexionsspiegels 21 mit einer Genauigkeit
von in etwa 0,1 μm
verwendet werden. Da das Laserlicht durch die Lichtleitfaser 22 zu
dem Reflexionsspiegel 21 übertragen wird, können die
beweglichen Teile des Prüfkopfes 10 und
das interferometrische Lasermessgerät 24 kompakt ausgebildet
werden.
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Bei
dem zuvor erwähnten
Aufbau wird die Sonde 2 von dem Prüfkopf 10 mit einem äußerst geringen Gleitwiderstand
getragen, so dass diese sich bewegen und in Richtung des Werkstücks 1 geführt werden
kann. Somit kann die Sonde 2 dem Oberflächenprofil des Werkstücks 1 präzise folgen,
indem sie die Oberfläche
mit sehr geringer Last (in etwa 500mgf) berührt. Zusätzlich ist eine Genauigkeit
im Submikrometerbereich von in etwa 0,1 μm erreichbar, da die in die
Richtung des Werkstücks 1 wirkende
Verschiebung der Sonde 2 unter Verwendung der Verschiebungsmessvorrichtung 20 ohne
Berührung
mit großer
Genauigkeit gemessen wird.
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Zusätzlich wird
der lange, dünn
ausgebildete Sondenschaft 12 mit der an dem einen Ende 12a befestigten
Sonde 2 von den Luftlagern 14a, 14b getragen,
wobei diese Luftlager 14a, 14b eine Steifigkeit
in der radialen Richtung aufweisen und der Sondenschaft 12 durch
das erste Druckgas (Druckluft) zum Schweben gebracht wird. Somit
kann der Sondenschaft 12 mit einem äußerst geringen in die Richtung
des Werkstücks wirkenden
Gleitwiderstand gehalten werden, während die steifen Lager bei
der Verschiebung des Schaftes ein Kippen durch Reibung der Sonde 2,
wenn diese verschoben wird, verhindern, so dass eine Erhöhung der Messfehler
verhindert werden kann. Zusätzlich
sind die Stufen 11a, 11b in mittleren bzw. dazwischen
liegenden Bereichen des Sondenschafts angeordnet, und die Gaszufuhrmittel 16a, 16b führen den
Positionen der Stufen 11a, 11b das zweite und/oder
dritte Druckgas oder Druckgase zu (weitere Druckluftquellen), so
dass die in die Richtung des Werkstücks wirkende antreibende Kraft,
die durch den Unterschied in den Flächen an den Stufen 11a, 11b erzeugt
wird, konstant gehalten werden kann, um ein sehr geringe Last innerhalb
eines bestimmten Bereiches zu erzeugen.
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Ausführungsformen
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Die
nachfolgenden Paragraphen beschreiben die Ausführungsformen und Analyseergebnisse
des zuvor erwähnten
sondenartigen Formmessfühlers,
die NC-Verarbeitungseinrichtung,
und das Formmessverfahren, das den Messfühler verwendet.
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1. Analyse
der Rutsch- und Kippfehler der Messsonde beim Messen entlang einer
Schräge
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Die
zuvor erwähnte 2 zeigt
im Allgemeinen eine Ansicht des neu entwickelten Formmessfühlers. Eine
Saphirkugel ist an der Spitze der Messsonde befestigt, und der Sondenschaft 12 wird
in einer pneumatischen Rinne gehalten (Luftlager 14a, 14b).
Der Reflexionsspiegel 21 ist an dem gegenüber liegenden
Ende des Sondenschafts 12 befestigt, und das interferometrische
Lichtleitfaser-Laserverschiebungsmessgerät (die Verschiebungsmessvorrichtung 20)
misst die Verschiebung der Sonde, so dass damit grundsätzlich die
Form des Werkstücks
messbar ist. Der Messdruck ist durch Steuerung des Luftdrucks unter
Verwendung eines elektropneumatischen Reglers in dem Bereich von
in etwa 0 mgf bis 500 mgf veränderbar.
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6 zeigt
die Charakteristiken des neu entwickelten Prüfkopfes. Die gemessenen Luftdrücke des zweiten
Druckgases (Antriebsluft), die an die Position der Stufe 11a geleitet
werden, sind auf der Abszisse und die gemessene antreibende Kraft
auf der Ordinate aufgetragen. In der 6 nimmt
die horizontale antreibende Kraft bei einem Luftdruck von weniger
als in etwa 9,4 kPa einen leicht negativen Wert an. Es zeigt sich
auch, dass die horizontale antreibende Kraft genau proportional
zu dem Luftdruck ansteigt, wenn der Luftdruck der antreibenden Kraft
die in etwa 9,4 kPa überschreitet.
Somit versteht sich, dass Änderungen
im Messdruck durch Positionsänderung
der Sonde beseitigt, die Linearität der Detektorausgabewerte
verbessert, und der Messdruck abhängig von dem Druck des zweiten
Druckgases frei verändert
werden können,
da die horizontale antreibende Kraft genau proportional zu dem Druck
an der Position der Stufe ist und keine Feder verwendet wird.
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Wenn
der sondenartige Formmessfühler
zum Messen einer Form verwendet wird, entstehen durch Rutschen und
Kippen der Sonde während
der Messung Messfehler, weshalb der Messfühler einen strukturellen Aufbau
aufweist, der es ermöglicht,
einen derartigen Fehler verglichen mit dem vorgegebenen Messfehler zu
verkleinern. Die
7A und
7B sind
typische Abbildungen zur Darstellung der Beschaffenheit der Messsonde
während
einer Messung. r ist als der Krümmungsradius
an der Spitze des Sondenschafts definiert und es wird angenommen,
dass sich eine Schräge
mit einem Winkel Φ mit
einer konstanten Geschwindigkeit v während einer Messung bewegt.
Ferner wird auch angenommen, dass während der Messung eine externe Kraft
F
x von einer pneumatischen Rinne in die
radiale Richtung wirkt, eine weitere externe Kraft F
y in
die axiale Richtung wirkt, und die Rückkopplungskräfte von
dem Werkstück
konsistent mit einer vertikalen Rückkopplungskraft N und einer
Reibungskraft μN
sind. Es wird auch angenommen, dass der Sondenschaft um eine Strecke
p entlang der Schräge
des Werkstücks
rutscht und um einen Winkel θ um
den Mittelpunkt der Kugel an der Sondenspitze kippt. Dann ist der
Rutsch- und Kippfehler δ des
Sondenschafts während
der Messung durch Lösen
der Gleichgewichtsgleichungen des Sondenschafts in die radiale und
die axiale Richtung und durch Lösen
der Gleichgewichtsgleichung des Sondenschaftmoments bezogen auf
den gleichen zuvor erwähnten
Mittelpunkt durch die folgende Formel gegeben: [Gleichung
1]
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Der
erste Term in der obigen Gleichung gibt jenen Fehler an, der durch
das Rutschen des Sondenschafts verursacht wird, und der zweite Term
ist der Fehler aufgrund des Kippens. Es versteht sich, dass der Messfehler
aufgrund eines Fehlers in der geometrischen Position der Messsonde,
wenn der Neigungswinkel Φ der
zu messenden Schräge
des Werkstücks
relativ groß ist,
hauptsächlich
durch den Fehler aufgrund des Rutschens bestimmt ist, da das Verhältnis des
axialen Widerstandes zu der radialen Steifigkeit der pneumatischen
Rinne, ξ,
ein Term erster Ordnung ist.
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Um
einen Messfehler δ < 0,1 μm mit der
Bedingung, dass der maximale Neigungswinkel Φmax = 60°, der dynamische Reibungskoeffizient μ = 0,3, und
die Steifigkeit des Luftlagers k = 0,15N/μm beträgt, zu erreichen, ist der Messfehler δ < 0,1 μm somit durch
die folgende Formel gegeben: [Gleichung
2]
wobei die verwendeten Parameter die strukturellen
Konstanten des Messfühlers α = 28,2mm/8,5mm
= 3,32, β =
49,5mm/8,5mm = 5,82, und ξ =
14,3mm/8,5mm = 1,68 umfassen. Basierend auf diese Werte wurde eine pneumatische
Rinne des Formmessfühlers
gefertigt, und die Steifigkeiten der Rinne wurden in die positiven und
negativen X und Y Richtungen gemessen, wobei die gemessenen Werte
zwischen 0,1 N/μm
und 0,21 N/μm
lagen. Das heißt,
dass die Sollsteifigkeit im Wesentlichen erreicht wurde.
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2. Analyse
der maximalen Abtastgeschwindigkeit
-
Wenn
eine Form von einer Sonde gemessen wird, besteht insbesondere bei
einem großen
Werkstück der
Bedarf, die Messgeschwindigkeit zu erhöhen. Diesbezüglich ist
bei der Messung einer sinusförmigen Oberfläche mit
einer maximalen Amplitude A durch eine Sonde mit einer Masse m,
die einen Messdruck F
y und eine Messdatenabstand
d aufweist, die maximale Abtastgeschwindigkeit V
max der
Sonde, um das Oberflächenprofil
des Werkstücks
während
einer Messung folgen zu können,
durch die folgende Gleichung gegeben: [Gleichung
3]
wobei die Parameter d = 0,01 μm, A = 1 μm; m = 2,1 g, und F
y =
0,065 g betragen. Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass
zur Erhöhung
der Maximalgeschwindigkeit und unter Beibehaltung einer hohen Messgenauigkeit
die Masse der Sonde, m, klein sein muss.
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3. Aufbau
der Dateneingabe- und Datenausgabeschnittstelle
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Wenn
ein Formmessfühler
auf einer Verarbeitungsmaschine befestigt ist und eine Messung durchführt, werden
in einem herkömmlichen
Verfahren aus dem Stand der Technik NC-Daten von einem Personalrechner
auf eine NC-Steuervorrichtung übertragen,
und nach dem Bestätigen,
dass die Maschine die erforderliche Position erreicht hat, wird
die Verschiebung des Formmessfühlers
an der Position in den Personalrechner eingegeben. Gemäß diesem
Verfahren wird viel Zeit für
eine Messung aufgewendet, da die Maschine an jedem Messpunkt anhalten
muss und eine Messung durchgeführt
wird. In diesem Zusammenhang wird gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie in der 8 gezeigt, eine Information über die
momentane Position direkt aus der Verarbeitungsmaschine ausgegeben
und zur gleichen Zeit wird die Verschiebung der Formmessfühlers in
den Personalrechner eingegeben, wodurch die Verarbeitungsmaschine
nicht bei jedem Messpunkt angehalten werden muss und die Maschine
die Verschiebungen in Echtzeit messen kann. Auf diese Art kann eine
Messung mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
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4. Korrektur
der Kippung eines befestigten Messfühlers und Korrektur der Kugelform
an der Spitze der Sonde
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Wenn
ein Formmessfühler
auf einer Verarbeitungsmaschine befestigt wird, verschieben sich
die Achsen der Verarbeitungsmaschine und des Messfühlers leicht.
Der durch die Verschiebung verursachte Messfehler erhöht sich
mit Anstieg des Neigungswinkels eines Werkstücks, und für das Ziel, sehr genaue Messungen
durchzuführen,
bedarf es einer Korrektur durch Verarbeitung der Daten.
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Folglich
wurde bei der Befestigung eines Messfühlers ein Kippfehler und ein
Kugelformfehler an der Spitze der Sonde geschätzt und eine Korrektur unter
Verwendung einer Referenzkugel und der Annahme einer linearen Beziehung
zwischen den Änderungen
der Maschinenkoordinaten und den Ausgabesignalen des Messfühlers durchgeführt.
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Das
Verhältnis,
k, des Messfühlerausgabesignals η zu der
Koordinatenverschiebung δ (Wert
für die Linearitätskorrektur)
ist durch die folgende Gleichung gegeben, wobei an einem Messpunkt
des Werkstücks die
Oberfläche
um einen Winkel θ1 in der XZ Ebene und θ2 in
der YZ Ebene geneigt ist, und wenn der Messfühler befestigt ist, ist sie
um einen Winkel α1
in der XZ Ebene und α2
in der YZ Ebene geneigt, und wenn die Verarbeitungsmaschine um eine
Strecke δ entlang
der Z Achse verschoben wird, ist der Ausgabewert des Messfühlers η.
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In
der Praxis wurde eine Referenzkugel verwendet, und die Ausgabesignale
aus dem Messfühler, η, und die
Koordinatenverschiebungen der Maschine, δ, wurden an einer Anzahl von
Punkten gemessen, die Gradienten k wurden durch lineare Anpassung
erzielt, und die an diesen Punkten erzielten Werte von k wurden in
die obige Gleichung substituiert, und die Neigungswinkel α1, α2 wurden
bei der Befestigung des Messfühlers unter
Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Die gemessenen
Werte stimmten sowohl in die X als auch in die Y Richtung glaubhaft
mit den theoretischen Werten überein.
Die gemessenen Daten wurden auf Grundlage der α1 und α2 Werte
fehlerbereinigt, obwohl die fehlerbereinigten Daten die Formfehler
der Referenzkugel und die überlagerten
Formfehler der Kugel an der Spitze der Sonde umfassten, wobei die
Formfehler an der Spitze der Sonde unter Verwendung der Referenzkugel
berechnet werden konnten, da die Rundheit der Kugel sehr präzise ausgebildet
ist, und deren Krümmungsradius
konnte mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Im Allgemeinen können die
gemessenen Daten auf Grundlage einer Formfehlerkarte der Kugel an
der Spitze der Sonde korrigiert werden, die man durch das zuvor
beschriebene Verfahren erhält.
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5. Beurteilung
der Leistung des Formmessfühlers
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Zur
Beurteilung der Leistung eines gemäß der vorliegenden Erfindung
gefertigten Formmessfühlers, wurde
die Form der Referenzkugel sowohl in die positive als auch in die
negative Richtung der X und Y Richtung drei Mal gemessen, das heißt, insgesamt
in vier Richtungen, und die Abweichungen der Daten von der Durchschnittswertkurve
wurden unter Verwendung von Standardabweichungen berechnet. Die
Messungen konnten unter relativ gleichbleibenden Bedingungen, vorausgesetzt
der Messdruck betrug zwischen 100 mgf und 150 mgf und die Messgeschwindigkeit
zwischen 50mm/min und 100mm/min, durchgeführt werden. Es wurde eine Reproduzierbarkeit
der gemessenen Daten von ± 3σ < 0,1μm in alle
Richtung erzielt. Mit Bezug auf die absolute Genauigkeit der Messdaten
gewährleistete
das interferometrische Laserverschiebungsmessgerät eine Genauigkeit von ± 0,1μm über eine
Reichweite von 30mm. Somit bestimmt dieser Wert die Genauigkeitshöchstgrenze.
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6. Zusammenfassung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde ein kleiner, sondenartiger Formmessfühler mit
hoher Genauigkeit für
Messungen auf der Maschine neu entwickelt. Merkmale des gefertigten
Messfühlers
sind im Folgenden zusammengefasst.
- • Die Größe (in etwa
130 × 40 × 30 mm
für die
Haupteinheit) ist für
eine einfache Befestigung auf einer Verarbeitungsmaschine geeignet.
- • Es
können äußerst genaue
Messungen durchgeführt
werden, da der Messdruck exakt steuerbar ist.
- • Da
ein interferometrische Laserverschiebungsmessgerät verwendet wird, ist die Linearität der Daten über eine
lange Strecke höher
als für
herkömmliche
Differentialtransformatorensysteme, und die Stabilität hinsichtlich
Temperaturschwankungen ist ebenso hoch.
- • Durch
die direkte Ausgabe von Informationen aus der Verarbeitungsmaschine
an der vorläufigen
Position, können
die Messungen in Echtzeit durchgeführt werden, wodurch Hochgeschwindigkeitsmessungen
möglich
sind.
- • Die
für die
Messdaten erzielte Reproduzierbarkeit betrug in vier Richtungen ± 3σ < 0,1μm.
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Wie
zuvor beschrieben, wird bei dem sondenartigen Formmessfühler gemäß der vorliegenden
Erfindung in dem Sondenschaft eine in Richtung des Werkstücks wirkende
antreibende Kraft durch einen Unterschied in den Querschnittsflächen an
einer Stufe erzeugt, so dass kein elektrischer Drift entsteht. Da
unabhängig
von dem ersten Druckgas, welches den Sondenschaft zum Schweben bringt,
ein zweites Druckgas zur Erzeugung der in Richtung des Werkstücks wirkenden
antreibenden Kraft zugeführt
wird, Können
zusätzlich
die Messdrücke
angepasst werde, um eine sehr kleine konstante Last zu erzeugen,
ohne die Steifigkeit der Sondenlager zu verringern. Da des Weiteren
die in Richtung des Werkstücks
wirkende antreibende Kraft proportional zu dem Druck an der Position
der Stufe in dem Sondenschaft ist und keine Feder etc, verwendet
wird, sind Änderungen
im Messdruck, die mit Positionsänderungen
der Sonde in Verbindung gebracht werden, beseitigbar, die Linearität der Detektorausgabewerte
verbesserbar, und die Messdrücke
sind durch Steuerung des Drucks des zweiten Druckgases frei veränderbar.
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Folglich
bieten der sondenartige Formmessfühler, die NC-Verarbeitungsvorrichtung
und das Formmessverfahren mehrere Vorteile, wie beispielsweise einen
niedrigen elektrischen Drift, eine exzellente Linearität der Detektorausgabesignale,
kleine Änderungen
im Messdruck mit Änderung
der Position der Sonde, die Einstellbarkeit der Messdrücke, um
eine sehr kleine Last zu erzeugen, ohne die Steifigkeit der Sondenlager
zu verringern, die Möglichkeit,
die Messdrücke
frei zu verändern,
die Erzielung einer Genauigkeit im Submikrometerbereich von in etwa
0,1μm, eine
einfache kompakte Ausführbarkeit,
und eine praktikable Anwendbarkeit für Messungen auf der Maschine.
-
Außerdem kann
durch Verwendung dieses sondenartigen Formmessfühlers die Wartezeit verringert, die
zwischen festgelegten Punkten liegende Positionen zur Reduzierung
der Anzahl der festgelegten Punkte gemessen, und die Messzeit verkürzt werden.
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Die
NC-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung sollte nicht nur auf den einen sondenartigen Formmessfühler beschränkt sein,
sondern es kann auch ein zweiter Formmessfühler befestigt sein oder befestigt
werden. Das heißt,
obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf mehrere bevorzugte
Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht
auf diese Ausführungsformen
beschränkt.
Statt dessen umfasst der Umfang der vorliegenden Erfindung alle
Abänderungen, Korrekturen
und äquivalente
Funktionseinheiten, die in dem Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
