DE60209513T2

DE60209513T2 - Verfahren zur automatischen korrektur von systematischen fehlern von mess- und bearbeitungsmaschinen und vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE60209513T2
Application number: DE60209513T
Authority: DE
Inventors: Raffaele Tomelleri
Original assignee: FPT Industrial SpA
Current assignee: FPT Industrial SpA
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: WO2003014847A3; EP1419422B1; DE60209513D1; WO2003014847A2; ITVE20010036A1; US6985792B2; ES2262839T3; US20040254673A1; ATE319125T1; EP1419422A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Korrektur von systematischen Fehlern von Messmaschinen und Produktionsmaschinen, welche Werkzeugmaschine und Manipulatoren umfassen. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Nachstehend werden nur Werkzeugmaschinen zur Vereinfachung betrachtet, jedoch die gleichen Betrachtungen mit notwendigen Adaptionen sind auch gültig für die anderen vorgenannten Maschinen.
Bei einer Werkzeugmaschine ist die Maschinengenauigkeit bekannt in Abhängigkeit der Präzision von vielen Elementen entlang eines Weges, über den sich die zu bearbeitenden Werkstücke erstrecken, und umfassend die Grundlagen, die Maschine selbst und das Werkzeug, um einen Ring zu bilden, welcher nahe der Fläche zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ist.
Bei einer Werkzeugmaschine wird die Position des Werkzeuges relativ zu dem Werkstück durch ein theoretisches mathematisches Modell beschrieben, hiernach definiert als das theoretische Modell, welches die Position und die Orientierung des Werkzeuges in Relation zu dem Werkstück auf der Basis der Position der Achsen vorsieht, unter der Annahme, dass keine Fehler in den Führungssystemen auftreten und dort kein strukturelles Fließen ist.
Das theoretische Modell ist, in Abhängigkeit von der Werkzeugmaschine, in einem größeren oder kleineren Umfang komplex.
Im Fall einer paraxialen Maschine mit drei Achsen ist deren theoretisches Modell sehr einfach und besteht im Wesentlichen aus drei Ausdrücken, bezogen auf die Messwerte der jeweiligen Achsen.
X₁ = C₁ – Co₁
X₂ = C₂ – Co₂
X₃ = C₃ – Co₃,
bei denen X_i(i = 1, 2, 3) reale Koordinaten des Werkzeuges in dem vorgewählten Referenzsystem sind, C_i die gemessenen Koordinaten entlang der korrespondierenden Achsen und Co_i die Null-Positionen sind.
In Bezug auf die Orientierung der Spindel einer paraxialen Maschine mit drei Achsen weist das theoretische Modell konstante Winkel auf.
Auf dieser Basis und in Fokussierung der Beschreibung einer Werkzeugmaschine anhand eines Beispieles ist das Problem, welches dieser Erfindung entgegensteht und zu lösen ist, ein mathematisches Modell für die besagte Werkzeugmaschine zu bestimmen, welches so nahe wie möglich an dem realen Verhalten ist, um infolge dessen auch Fehlerursachen mit einzuberechnen, und um die konsequenten Fehler zu korrigieren.
Bei einer realen Werkzeugmaschine sind die wirksame Position und Orientierung des Werkzeuges in Relation zu dem Werkstück eine Funktion der Position jedes Elements relativ zu der Position des Elements, welches entlang des Ringes vorausgehen, der sich von dem Werkstück zu dem Werkzeug erstreckt, sodass die relativen Koordinaten zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug und deren relative Orientierung eine Funktion der Messwerte der Achsen der Maschine sind, und auch von vielen anderen Größen, welche die vorliegenden Fehler so weit wie möglich mit berücksichtigen.
In dem Fall einer realen Werkzeugmaschine mit n Achsen, bei denen viele Fehlerursachen vorliegen, mit einem bestimmten angewandten Werkzeug hat ist deren mathematisches Modell folgender Art
bei dem X_i die Koordinaten der Werkzeugbasis in Relation zu dem Werkstück sind, C_i die Koordinaten entlang der Maschinenachse sind, V_i die physikalischen Variablen der Fehlerursachen sind, wie z.B. Temperatur und Auslastung sind, α_i die Winkel der Orientierung des Werkzeuges in Relation zu dem Werkstück sind und f_i und g_i Funktionen des mathematischen Maschinenmodells sind, welches aus Experimenten hergeleitet ist.
Die vorher angegebenen Ausdrücke beschreiben die Position und die Orientierung der Basis des endgültigen Elements, welches im Fall einer Fräsmaschine der Spindelkegel ist.
Die Position und die Orientierung des endgültigen Fräsers kann, beispielsweise das Werkzeugzentrum im Fall eines kugelförmigen Fräsers umfassen, infolge dessen von den Abmessungen desselben in Relation zu dem endgültigen Element abgeleitet werden, d.h. von seinen drei Koordinaten U, V, W, verwendend die Ausdrücke:
X₁ = X'₁ + V·α₂ – W·α₃
X₂ = X'₂+W·α₃ – U·α₁
X₃ = X'₃ + U·α₁ – V·α₂
α'₁ = α₁
α'₂ = α₂
α'₃ = α₃
erhalten wird, dass die Position des endgültigen Punktes immer durch folgende Beziehung beschrieben wird, welche das mathematische Modell repräsentiert.
Eine generische Werkzeugmaschine, bei der sämtliche Parameter der Funktionen, welche auf die Position und Orientierung der Achsenkoordinaten und der physikalischen Variablen zugeordnet sind, noch nicht identifiziert sind, ist das mathematische Modell ein parametrisches und wird als ein parametrisches mathematisches Modell bekannt sein, da es auch die Parameter P_i umfasst und wird eine Form der Art annehmen
bei denen P_i(i = 1, 2, 3 ... n) m Maschinenparameter sind und U, V, W die Werkzeugabmessungen sind.
Wenn die Parameter P_i identifiziert sind und somit präzise numerische Werte angenommen haben, steht die Gruppe der sechs Ausdrücke für das mathematische Modell der Werkzeugmaschine.
Aus den offensichtlichen Gründen der Maschinengenauigkeit ist es wesentlich, dass dieses mathematische Modell der Werkzeugmaschine so nahe wie möglich an dem realen System ist, und somit sämtliche Fehler auf ein Minimum reduziert werden, welche aus jedem Unterschied zwischen der Position und der Orientierung des Werkzeuges relativ zu dem Werkstück, wie aus dem mathematischen Modell berechnet, und der realen Position resultieren.
Diese Fehler sind das Resultat von Fehlern in dem mathematischen Modell, welches alle die relativen Positionen sämtlicher Bauteilelemente des Ringes beschreibt, wie vorher beschrieben. Bei dem üblichen Fall einer Werkzeugmaschine mit drei Achsen, sind dies Fehler aufgrund von:

– Fehlern zwischen der Werkstückoberfläche und der Oberfläche des Arbeitstisches,
– Fehlern zwischen der Werkstückoberfläche und dem fixierten Referenzsystem an der Unterlage,
– Fehlern zwischen dem Referenzsystem und der bewegbaren Struktur der ersten Achse;
– Fehlern zwischen der bewegbaren Struktur der ersten Achse und dem bewegbaren Teil der zweiten Achse,
– Fehlern zwischen der bewegbaren Struktur der zweiten Achse und der bewegbaren Struktur der dritten Achse,
– Fehlern zwischen der bewegbaren Struktur der dritten Achse und der Kopfstruktur,
– Fehlern zwischen dem Kopf und der Spindelhülse,
– Fehlern zwischen der Spindelhülse und dem Werkzeugschneidrand.

Da das mathematische Modell einer Werkzeugmaschine offensichtlich viel genauer die kleineren der Fehler zwischen der Werkzeugposition ist, welche durch das mathematische Modell und ihrer realen Position angezeigt wird, ist es wichtig, dass das parametrische mathematische Modell so nahe wie möglich sämtliche Größen und Parameter enthält, welche die Position des Werkzeuges relativ zu dem Werkstück beschreiben.
Jedoch, je komplizierter das parametrische mathematische Modell ist, desto schwieriger ist es, dessen Parameterwerte zu bestimmen und die gewünschte Genauigkeit zu erreichen.
Insbesondere, das Identifizieren des mathematischen Modells der Maschine benötigt die Verwendung von Instrumenten verschiedener Arten (Laser-Interferometer, elektrische Levels, etc.), welche kontinuierliche manuelle Neupositionierung mit erheblichem Zeitverbrauch in dem Arbeitsfeld erfordern.
Darüber hinaus sind die bekannten Korrektursysteme nicht in der Lage, die Orientierung des endgültigen Maschinenelementes in Relation zu den Fehlern zu korrigieren, welche durch das mathematische Modell vorgesehen werden.
WO97/43703 geht bereits das Problem der automatischen Korrektur der systematischen Fehler bei einer Werkzeugmaschine an, und löst es zunächst durch Erstellen eines parametrischen mathematischen Modells der Werkzeugmaschine und danach durch Bestimmen der numerischen Werte der Einfachparameter, um das mathematische Modell der Maschine selbst zu erhalten. Gemäß diesem bekannten Dokument wird die Bestimmung dieser Parameter durch das Übermitteln der Teile der Maschine in eine Serie von Bewegungen durch das darauf folgende Bestimmen, durch eine Serie von Messungen des Gesamtverhaltens der Maschine erhalten. Diese Messungen umfassen Abstandsmessungen, welche parallel zu den Achsen der Maschine durch Laser-Interferometer durchgeführt werden, aber, um das mathematische Modell vollständig zu identifizieren, müssen sie durch eine Serie von Messungen anderer Art ergänzt werden, die durch spezielle Geräte durchgeführt werden, wie z.B. teleskopische Kugelstangen, 5-D Laser-Interferometer, Spindelrotationsfehleranalysatoren, Dualachsenneigeanalysatoren, Wiederholbarkeitsanalysatoren, Autocollimatoren, Compliance-Analysatoren und Spindelanalysator bezogen auf die thermische Entwicklung. Infolge dessen ist dieses Verfahren sehr komplex, es benötigt eine Menge Zeit (einige Monate) zum Durchführen und auch viele Instrumente, mit deren Mittel der Fachmann eine Serie von verschiedenartigen Messungen durchführt.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, welches es ermöglicht, ein mathematisches Modell zu erstellen, welches in der Lage ist, die oben beschriebenen Nachteile zu eliminieren und insbesondere ein Modell zu erstellen, welches nur durch Abstandsmessungen erhaltbar ist, und ein Verfahren, welches es ermöglicht, Werte so korrekt wie möglich automatisch für die Parameter des mathematischen Modells einer Werkzeugmaschine zu bestimmen, um ein mathematisches Modell zu erhalten, bei dem der Unterschied zwischen der Position und der Orientierung des Werkzeuges relativ zu dem Werkstück, wie durch das mathematische Modell vorgesehen, und der realen Position und Orientierung in dem Arbeitsfeld, ein Minimum ist.
Ein anderes Ziel der Erfindung liegt in der Durchführung der Korrektur der Position des Werkzeuges relativ zu dem Werkstück.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Implementierung der Korrektur der Ausrichtung bzw. Orientierung des Werkzeuges in Relation zu dem Werkstück, wenn die Maschine mit Achsen ausgerüstet ist, die zum Ausführen dieser Korrektur geeignet sind, wobei dies durch Verwenden des Unterschiedes zwischen der Orientierung, welche durch das theoretische Modell vorgesehen ist, und der Orientierung, die durch das mathematische Modell vorgesehen ist, erreicht wird.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens vorzuschlagen.
Diese und andere Ziele, welche aus der folgenden Beschreibung ersichtlich sind, werden gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Korrigieren der systematischen Fehler bei Messmaschinen und bei Herstellungsmaschinen erreicht, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, wie in Anspruch 1 beschrieben.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, wie in Anspruch 8 beschrieben, vor.
Zwei bevorzugte praktische Ausführungsformen der Erfindung werden im Detail hiernach unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
1 eine allgemeine Ansicht einer Werkzeugmaschine ist, welche mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung ausgerüstet ist,
2 eine Seitenansicht des Kalibrierungslasers der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
3 eine geschnittene Ansicht entlang der Linie III-III gemäß 2,
4 den Laserreflektor zeigt, welcher bei der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine angebracht ist,
5 schematisch das System zum Betreiben des besagten Reflektors zeigt;
6 eine längs geschnittene Ansicht durch den Laser mit drei Achsen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
7 eine quer geschnittene Ansicht entlang der Linie VII-VII gemäß 6 ist,
8 das schematische Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
9 das Interface zeigt, entlang der Linie IX-IX gemäß 10, zwischen der Maschine und dem zusätzlichen Zubehörträger für sein endgültiges Element,
10 eine teilgeschnittene Seitenansicht davon ist,
11 schematisch die Vorrichtung zum automatischen Fixieren des Zubehörs an der Maschine zeigt,
12 eine vergrößerte, geschnittene Ansicht entlang der Linie XII-XII gemäß 13 ist, welche ein Detail der Vorrichtung zum Zentrieren des Zubehörs an der Maschine zeigt, und
13 ein Schnitt entlang der Linie XIII-XIII gemäß 12 ist.
Bevor die Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben werden, werden einige Definitionen, welche im Verlauf der Beschreibung verwendet werden, angegeben.
Der Term „Maschine" bedeutet eine Messmaschine oder eine Herstellungsmaschine, welche eine Werkzeugmaschine oder ein Roboter bzw. Manipulator sein kann.
Der Term „endgültiges Maschinenelement" bedeutet das Element, welches in sämtliche Positionen und in sämtliche Richtungen bewegt wird, entsprechend der Freiheitsgrade der Maschine. Im Fall einer Werkzeugmaschine ist das endgültige Element das Werkzeug oder der Werkzeughaltekopf; im Fall einer Messmaschine ist es der Fühler; und im Fall eines Roboters bzw. Manipulators ist es der Greifer.
Der Term „abhängige Variable" bedeutet die Koordinaten und die Winkel der Orientierung des endgültigen Maschinenelements in Relation zu dem verwendeten Referenzsystem.
Der Term „unabhängige Variable" bedeutet die Koordinaten entlang der Freiheitsgrade der Maschine, welche durch den relativen Messwandler gemessen werden, und die dimensionalen Eigenschaften des endgültigen Elementes und anderer unabhängiger Größen (Temperatur, Druck, gleichmäßige Belastungen), welche die Position des endgültigen Elementes beeinflussen, und durch andere spezifische Messwandler gemessen werden.
Der Term „parametrisches mathematisches Modell" der Maschine bedeutet den Beziehungskomplex, welcher die unabhängigen Variablen mit den abhängigen Variablen und mit den konstanten Werten verbindet, welche noch nicht bestimmt sind, jedoch Eigenschaften der Maschine sind.
Der Term „Parameter" bedeutet diese konstanten Werte, welche noch nicht bestimmt sind, welche die Beziehung des parametrischen mathematischen Modells der Maschine charakterisieren.
Der Term „mathematisches Modell" der Maschine bedeutet das parametrische mathematische Modell nach dem Bestimmen der Parameter, d.h., nachdem die Parameter den numerischen Werten als Eigenschaften der Teilmaschine zugeordnet sind.
Der Term „teilweises mathematisches Modell" bedeutet ein mathematisches Modell einer Maschine, bei der das Werkzeug eindeutig die Abmessungen definiert.
Der Term „vorläufiges mathematisches Modell" der Maschine bedeutet ein mathematisches Modell, bei dem die Parameter vorläufige Werte zugeordnet sind.
Der Term „Ungenaugikeitsindex" bedeutet einen Ausdruck, welcher eine Funktion von sämtlichen gemessenen Fehlern ist (z.B. maximaler Fehler, Standardabweichung etc.) und die Maschinenungenauigkeit kennzeichnet.
Das Verfahren der Erfindung sieht zum Ausführen folgende Betriebsschritte nacheinander vor:
Definition des parametrischen mathematischen Modells
Ein erster Schritt bei dem Verfahren der Erfindung sieht zum Identifizieren bei der Maschine das parametrische Modell vor, welches möglichst genau ist und welches die Werkzeugkoordinaten und dessen mögliche Orientierung auf der Basis der Position der Achsen, der Werkzeugabmessungen und der Parameter verwendet.
Weitere unabhängige Variable, welche durch physikalische Größen, wie z.B. Temperaturen und Belastungen, welche in der Lage sind, die Werkzeugposition zu beeinflussen, repräsentiert werden, werden dann in dem parametrischen mathematischen Modell eingeführt.
Nachdem das parametrische mathematische Modell in der vorbeschriebenen Weise bestimmt ist, sieht die Erfindung das Ausführen einer Vielzahl von gegenseitig unabhängigen Abstandsmessungen zwischen Positionen vor, welche von dem Werkzeug in dem Arbeitsfeld angenommen werden. Die Abstandsmessungen können Messungen des Abstandes von einem bekannten geometrischen Ort umfassen, wie z.B. einem Wirkungsbereich mit unterschiedlichen Werkzeuglängen und unterschiedlichen Orientierungen des doppelt rotierbaren Kopfes. Die Abstandsmessungen werden gespeichert.
Ausgehend von dem provisorischen mathematischen Modell sieht die Erfindung dann vor, die experimentell gemessenen Abstandswerte und die korrespondierenden Abstandswerte, welche durch das besagte provisorische mathematische Modell bereitgestellt werden, zu verwenden, um die besten Werte zu erhalten, die den Parametern zugeordnet werden, um das mathematische Modell der Maschine zu identifizieren.
Insbesondere sieht die Erfindung vor:

– anfängliches Zuordnen von numerischen Werten zu den besagten Parametern, welche nahe zu den effektiven Werten angesehen werden, um ein vorläufiges mathematisches Modell für die Maschine zu erhalten,
– Bestimmen der Unterschiede zwischen den experimentell gemessenen Abstandswerten und den korrespondierenden Abstandswerten, welche von dem besagten vorläufigen mathematischen Modell abgeleitet werden, um den korrespondierenden Maschinen-Ungenauigkeitsindex der Maschine zu definieren,
– Variieren der besagten Maschinenparameter im Sinne einer Reduzierung des Wertes seines vordefinierten Ungenauigkeitsindex,
– Vorgehen mit aufeinander folgenden Iterationen bis die besagten Parametervariationen keine weiteren signifikanten Verringerungen bei dem besagten Ungenauigkeitsindex bestimmen.

Um weiter den besagten Ungenauigkeitsindex zu reduzieren, sieht die Erfindung das Steigern der besagten Abstandsmessungen durch weitere Messungen der realen Entfernungen von einem Punkt an dem endgültigen Maschinenelement von einem vorbestimmten geometrischen Ort vor, der physikalisch an der Maschine liegt, und danach werden diese weiteren realen Abstandsmessungen mit diesen, die von dem vorläufigen mathematischen Modell abgeleitet sind, verglichen.
Diagnose
Die den Parametern während des Maschinenkalibrierungsschrittes zugeordneten Werte zeigen das Maschinenverhalten und geben somit nützliche Informationen über die Akzeptanz der Betriebsbedingungen.
Zertifizierung
Die erfolgten Messungen innerhalb des Maschinenarbeitsfeldes zum Identifizieren des mathematischen Modells haben auch die Funktion zum Liefern des wirksamen Grades der Maschinenpräzision, welche während der Bearbeitung des Werkstückes erreicht wird.
Korrektur
Während des Maschinenbetriebes wird die Werkzeugposition von dem mathematischen Modell abgeleitet, welches bei dem Kalibrierungsschritt identifiziert worden ist und somit wird die Positionierungspräzision des mathematischen Modells erreicht. Auf dieser Basis der Werkzeugposition und Orientierung, welche von dem mathematischen Modell verwendet wird, und durch die Position und Orientierung, welche durch das theoretische Modell verwendet wird, werden die Maschinenachsen korrigiert, sodass die Werkzeugposition und Orientierung, wie erforderlich, sind.
Zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung müssen Abstandsmessungen automatisch zwischen den unterschiedlichen angenommenen Positionen des Werkzeugs in dem Maschinenarbeitsfeld durchgeführt werden, auch bei Werkzeugen unterschiedlicher Abmessungen, wobei danach diese Messungen zusammen mit den Achsenkoordinaten und den anderen unabhängigen Variablen gespeichert werden.
Zum Erreichen dieses Zieles schlägt die Erfindung die Verwendung von zwei unterschiedlichen Vorrichtungen vor, nämlich zum Ausführen der Längen- oder Abstandsmessungen und zum Ausführen der Reproduzierbarkeit bzw. Wiederholbarkeitsmessungen.
Die Vorrichtung zum Ausführen der Abstandsmessungen besteht aus einem feststehenden Positionslaser-Interferometer und einem Laserreflektor, der an der Werkzeugspindel oder an anderen bewegbaren Teilen der Maschinen fixiert ist.
1 zeigt insgesamt eine Werkzeugmaschine 2, an der das Laser-Interferometer und der Laserreflektor angebracht sind. Insbesondere umfasst das Laser-Interferometer des Strahlausrichttyps, gezeigt in 2 und 3, eine Laserquelle 4, die an der Basis 6 einer Struktur 8 gehalten ist, die auch mit einer Platte 10 versehen ist, welche den Orientierungskomplex für einen Spiegel 12 befestigt. Die Platte 10 trägt Lager eines Gabelelements 14, wobei die Schenkel desselben durch einen ersten Elektromotor 16 angetrieben werden, der mit einem Rotationsmesswandler (Encoder) 18 versehen ist.
Die beiden Arme des Gabelelementes 14 tragen über Lager eine Welle 20, an dem der Spiegel 12 der Laserquelle 4 zugewandt befestigt ist. Ein zweiter Elektromotor 22 ist mit der Welle 20 zum Drehen desselben gekoppelt, wobei ein Messwandler 24 (Encoder) die Umdrehungen desselben misst.
Vier Fotodioden 30 (siehe 5) sind in vier Positionen 90° voneinander beabstandet in einem Ringelement 26 umgebend den Ausgang des Laserstrahles 28 von der Quelle 4 vorgesehen, und sind mit der elektronischen Vorrichtung 32 verbunden, welche die Steuersignale den beiden Verstärkern 34, 36 zuführt, die jeweils die beiden Elektromotoren 16, 22 ansteuern.
Anstatt der vier Sensoren können auch mehr verwendet werden, z.B. acht, um eine größere Präzision zum Korrigieren der Orientierung des Laserstrahls zu erhalten.
Der Laserreflektor besteht im wesentlichen aus einem würfelspitzen (cube-vertexed) Catadioptric-Reflektor 38, welcher die bekannten Reflektionseigenschaften hat einen einfallenden Strahl 28 in eine Richtung parallel zu sich zu reflektieren, während der Einfallswinkel in einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von etwa 35° zu der Achse des Reflektors 38 enthalten ist.
Zum Ausführen der Abstandsmessungen, d.h. zum Bestimmen der realen Positionen des endgültigen Maschinenelements im speziellen Fall des Werkzeugs einer Werkzeugmaschine 2, wird die Struktur 8 an einer feststehenden Position relativ zu der Basis 40 der besagten Maschine angeordnet, wobei der Reflektor 38 an dem Werkzeug oder an der Werkzeugspindel 42 angebracht wird, und der durch die Quelle 4 ausgegebene und den Spiegel 12 reflektierten Laserstrahl 28 auf den Reflektor 38 auffällt und zurück durch den Spiegel 12 reflektiert wird und in das Innere des Ringelements reflektiert wird, welches die Fotodioden 30 trägt.
Sobald die Spindel 42 der Werkzeugmaschine 2 in dieser Weise mit dem Kalibrierungslaser verbunden ist und immer mit diesem verbunden bleibt, wird aufgrund der Vorrichtungs-Software, welche die Signale, die bei den Fotodioden 30 entstehen, die durch den Laserstrahl sensibilisiert werden, der durch den Reflektor 38 reflektiert und durch den Spiegel 12 abgelenkt wird, verarbeitet und in Signale umwandelt, welche die beiden Motoren 16 und 22 ansteuern, sodass der reflektierte Strahl in das Innere des Ringelementes 26 zurückkehrt.
Auf diese Weise ist das Laser-Interferometer in der Lage, die Abstandsmessungen zwischen Positionspaaren nacheinander durchzuführen, unter Inanspruchnahme des Reflektors 38, und somit durch das Werkzeug der Maschine, wobei aufeinander folgende Bewegungen des Werkzeuges unter der Ansteuerung des numerischen Ansteuersystems entlang einer und derselben Richtung ohne eine Bedienerintervention folgen.
Beim Ablauf dieser Serie von Messungen richtet die Vorrichtung den Laserstrahl unterschiedlich aus, sodass es immer zugelassen ist, dass er mit dem Werkzeug verbunden bleibt, und führt eine neue Serie von Abstandsmessungen entlang einer neuen Richtung aus, programmiert durch das numerische Kontrollsystem.
Nach einer ersten Serie von Abstandsmessungen entsprechend verschiedener Orientierungen sind die Position und die Orientierung des Kalibrierungslasers vollständig identifiziert unter Bezugnahme auf die Positionen, welche durch die Achsen angenommen sind, und werden durch das numerische Kontrollsystem zu der Vorrichtung übertragen, welche in der Lage ist, den Spiegel 12 in die notwendigen Winkeln durch geschlossene Ansteuerung der Motoren des Encoders der beiden Achsen auszurichten.
Es sollte beachtet werden, dass mögliche kleine Ausrichtungsfehler entsprechend ein paar Millimeter an dem Reflektor 38, den Abstand nicht beeinflussen, wenn dieser um wenigstens einen Meter verändert wird.
Beim Ablauf dieser Abstandsmessungen entlang der programmierten Richtungen kann die Struktur 8 manuell bewegt werden und die gleichen Bedienungen wiederholt werden, um weitere Abstandsmessungsdaten zu erfassen in eine oder mehrere Richtungen aufzunehmen. Mit diesen Daten ist die Vorrichtung in der Lage, Vergleiche zwischen den realen Abständen, die durch das Laser-Interferometer geliefert werden, und den entsprechenden theoretischen Abständen durchzuführen, die durch das numerische Kontrollsystem geliefert werden, und dann zum Identifizieren des mathematischen Modells für die Maschine zu verarbeiten.
Die zweite Vorrichtung der Erfindung ist insbesondere geeignet für zweifach rotierbare Köpfe, d.h. zum Bestimmen der charakteristischen Parameter, sodass der endgültige Punkt der gleichen Position mit maximaler Präzision wiederholt werden kann, da der Kopf sämtliche mögliche Ausrichtungen annimmt.
Sie umfasst einen Sensor mit drei Achsen, der in der Lage ist, wiederholbare Messungen an unterschiedlichen Positionen mit einem Werkzeug mit Kugelform ausführen, welcher immer in die gleiche Position für unterschiedliche Ausrichtungen der Werkzeugspindel zurückkehrt, wobei die drei Fehlerkomponenten in den drei Richtungen der Koordinatenachsen angezeigt werden.
Der Sensor mit drei Achsen der Vorrichtung gemäß der Erfindung (siehe 6 und 7) umfasst einen Träger 44, welcher eine rotierende Welle 46 trägt, die durch einen Elektromotor 48 angetrieben wird, um in der Lage zu sein, in zwei separate Positionen, 180° voneinander beabstandet, sich zu bewegen, wenn ein Schlüssel 50, welcher starr an der besagten Welle 46 ist, welcher in einen oder sonst in zwei Anschlägen 52, 54 eingreift, welche starr mit einer Hülse 56 an der Welle befestigt sind.
Die Möglichkeit zwei unterschiedliche Orientierungen bzw. Ausrichtungen anzunehmen, ermöglicht Behinderungen der Kugel und des Wellenträgers der Kugel zu vermeiden.
Das Betriebsprinzip des vorbeschriebenen Sensors mit drei Achsen basiert auf der Absicht, dass den Abstand zwischen einem Punkt an dem Werkzeug (z.B. dem Zentrum einer Kugel 58, welche an dem Werkzeug vorgesehen ist) und einem Punkt im Raum, der durch drei Näherungssensoren 60 bestimmt wird, die in drei räumlichen Richtungen angeordnet sind. Der Sinn dieser Bestimmung ist mit dem Fakt verbunden, dass, wenn ein Punkt an dem Werkzeug das bearbeitete Werkstück von verschiedenen Richtungen und mit unterschiedlichen Ausrichtungen erreicht hat, sein Zentrum immer zu der gleichen Position zurückkehren muss, welche durch das Zentrum der Kugel 58 dargestellt ist.
In dem Idealfall muss dieses Zentrum der Kugel 58 mit dem Punkt im Raum übereinstimmen, der durch die drei Näherungssensoren 60 bestimmt wird, wobei dies in der Realität aufgrund der von der Maschine verursachten Fehler nicht passiert.
Aus diesem Grund ist es notwendig, ein mathematisches Modell nicht nur von der Maschine, sondern auch von dem zweifach rotierenden Kopf zu erstellen, welches die Fehler, welche in der Praxis auftreten, berücksichtigt, wobei dieses erstellte Modell von einem parametrischen mathematischen Modell ausgeht, bei dem die Werte der Parameter während des Kalibrierungsschrittes fixiert werden.
Um dieses zu erreichen, wird die Kugel 58 verwendet, um sich den drei Näherungssensoren 60 anzunähern, während versucht wird, ihr Zentrum mit dem Punkt im Raum in Übereinstimmung zu bringen, welcher durch diese bestimmt wird.
Die Positionierung der Kugel an dem gleichen Punkt wird dann wiederholt, jedoch mit unterschiedlichen Winkeln der Kopfachsen, während bei jeder Positionierung der Positionsfehler gespeichert wird, welcher durch die drei Sensoren 60 bereitgestellt wird.
Diese Messung wird durch Mittelwertbildung der beiden Messungen mit der Spindel 42 in den beiden Positionen, 180° beabstandet, erhalten, sodass die Messung nicht durch die Formfehler der Spindel und des Kugelträgers beeinflusst wird.
Die Messung wird mit unterschiedlichen Kombinationen von Kopfwinkeln wiederholt und danach bei einer unterschiedlichen Werkzeuglänge wiederholt, sodass die Messungen nicht durch die Position der Achsenrotation der Spindel 42 beeinflusst werden.
Die gleiche Prozedur könnte sich anschließen, wenn der geometrische Ort, der hinsichtlich des Abstandes von einem Punkt an dem Werkzeug gemessen wird, z.B. eine Ebene anstatt eines idealen Punkts im Raum ist. Zu diesem Zweck könnte eine reale Ebene der Maschine verwendet werden und der Abstand von der Ebene zu dem Werkzeug gemessen werden, durch das Anbringen eines Näherungssensors an dem Werkzeughalter und durch das Ausführen einer Serie von Abstandsmessungen mit unterschiedlichen Werkzeugpositionen und Ausrichtungen.
Wie angegeben, ermöglicht die Gesamtanzahl der durchgeführten Messungen und Verarbeitungen eine automatische Bestimmung der korrekten Parameter, welche das mathematische Modell für die Maschine zusammen mit einem dazugehörigen Ungenauigkeitsindex identifizieren. Und da die Maschine in der Lage ist, automatisch ihren Ungenauigkeitsindex zu bestimmen, kann festgestellt werden, dass das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung eine Selbstzertifizierung der Qualität der Maschine ermöglichen.
Während des Kalibrierungsschrittes empfängt die elektronische Vorrichtung, dargestellt in 8, Daten von dem Kalibrierungslaser, von dem Sensor mit drei Achsen und von dem numerischen Kontrollsystem, in solch einer Weise, dass das mathematische Modell identifiziert wird.
Während des Maschinenbetriebes führt die elektronische Vorrichtung auf der Basis der Position der Achsen das numerische Kontrollsystem, welche die benötigten Positionen des Werkzeuges durch Mittel des theoretischen Maschinenmodells darstellt, und auf der Basis jeder physikalischen Größe, wobei diese Korrekturen an den Maschinenachsen vorgenommen werden, um die benötigte Position und auch möglichst die gewünschte Ausrichtung des Werkzeuges zu erhalten.
Gegeben das mathematische Maschinenmodell:

und das theoretische Maschinenmodell wird wie folgt dargestellt:
Xa₁ = fa₁(C₁,C₂,C_i, C_n)
Xa₂ = fa₂(C₁,C₂,C_i, C_n)
Xa₃ = fa₃(C₁,C₂,C_i, C_n)
αa₁ = ga₁(C₁,C₂,C_i, C_n)
αa₂ = ga₂(C₁,C₂,C_i, C_n)
αa₃ = ga₃(C₁,C₂,C_i, C_n)
der Wert der Positionskorrekturen, die zum numerischen Kontrollsystem zu führen sind, ist durch die Differenzen gegeben
ex₁ = X₁ – Xa₁
ex₂ = X₂ – Xa₂
ex₃ = X₃ – Xa₃
eα₁ = α₁ – αa₁
eα₂ = α₂ – αa₂
eα₃ = α₃ – αa₂
welche bei dem numerischen Ansteuersystem durch Manipulation der Achsen entsprechend des theoretischen mathematischen Modells erreicht werden, dadurch gegeben, dass die Fehler in den Werten der Korrektur vernachlässigbar sind.
Wenn die Werkzeugausrichtung korrigiert wird, muss die Maschine Manipulationen erlauben, welche in der Lage sind, die Werkzeugausrichtung zu modifizieren, welche über die gleichen Achsen wie der zweifach rotierbare Kopf erreicht werden kann, mit denen die Maschine immer versehen ist, oder über Zusatzachsen, welche präzise hinzugefügt sind, um die besagte Korrektur zu erreichen.
9 zeigt den Sattel bzw. Schlitten einer Fräsmaschine mit bewegbarem Aufsatz (column), der mit vier Vorrichtungen zum automatischen Fixieren der Trägerköpfe 62 für die Spindel 42 und der beiden konischen Positionierstifte 64 vorgesehen ist.
10 ist eine Seitenansicht der automatischen Fixierungsvorrichtungen für das Zubehör.
11 zeigt eine mögliche Ausführungsform der automatischen Befestigungsvorrichtungen für den Kopf 62.
Jede automatische Befestigungsvorrichtung umfasst einen Verriegelungsgreifer 66 einer bekannten Art, der durch einen Kolben 68 bedient wird, der in einem zylindrischen Sitz 70 schiebbar ist, der in dem Teil 72 vorgesehen ist, durch das die Befestigungsvorrichtung sicher an dem Sattel 74 der Werkzeugmaschine angebracht ist. Der Verriegelungsgreifer 66 jeder Befestigungsvorrichtung kooperiert mit einem Stiel auch einer bekannten Art, der an dem Trägerkopf 62 für die Spindel 42 angebracht ist.
Das Teil 72 jeder Befestigungsvorrichtung erstreckt sich über die Oberfläche des Sattels 74 hinaus, welcher dem Kopf 62 mit einem ringförmigen Abschnitt 78 zugewandt ist, welcher durch den der Kompression folgenden Zug durch die Befestigungsvorrichtung deformierbar ist, wenn das Betriebsfluid unter Druck in den Zylinder 70 geführt wird.
Durch diese Fähigkeit des Abschnittes 78 jeder Befestigungsvorrichtung sich durch Kompression zu deformieren, kann die Größe der Lücke bzw. des Spaltes 80 zwischen der Fläche des Sattels 74 und des Trägerkopfes 62 für die Werkzeugspindel 42, und somit die Position des Lagerpunktes 82 des Kopfes 62, variiert werden.
Von der benötigten Ausrichtung des Kopfes 62 für die Spindel 42 kann die benötigte Gleitbewegung an der Position des Lagerpunktes von jeder der vier Befestigungsvorrichtungen für ihren Trägerkopf 62 mit konsequenter Bestimmung des notwendigen Druckes in den vier Zylindern 70 bestimmt werden.
Die durch die 9, 10 und 11 dargestellte Lösung ermöglicht die Ausrichtung des Kopfes 62 durch Rotationen ☐₁ (α₁) und ☐₃ (α₃) um die x Achse und um die z Achse zu modifizieren, ohne merkliche Fehler an der Position des Kopfes 62 bezüglich des Sattels, wobei die Konizität der konischen Stifte ausreichend klein wird.
Wenn es benötigt wird, auch die Rotation α₂ einzubeziehen, ist dies sicherlich angesichts dessen möglich, dass die fixierte Position des Sattels drei Freiheitsgrade hat, infolge dessen sind die beiden Rotation der Basis des Kopfes ausnutzbar, wobei die Möglichkeit des Ausnutzens der Kopftranslation verbleibt, um die restliche Rotation zu erreichen. Dies kann durch Umwandeln der Translation entlang der y Achse in eine Rotation um die gleiche Achse mit einer Nocke (cam) ausgeführt werden.
12 zeigt den Sattel 74, an dem zwei konische Stifte 64 fixiert sind. An jedem der konischen Stifte ist eine Buchse 86 gekoppelt, welche mit dem oberen Teil des konischen Stiftes in Anlage verbleibt, wobei dem unteren Teil des Stiftes ein Element 88 entgegenwirkt, welches durch eine Feder 90 mit ausreichender Kraft angetrieben wird, um zu gewährleisten, dass es an der andere Seite verbleibt. 13 zeigt die beiden konischen Stifte 64, wobei einer der beiden Elemente 88 abwärts gerichtet und das andere aufwärts gerichtet sind. Auf diese Weise ist es ersichtlich, dass für eine gesamte Translation des Kopfes 62 die Rotation um die y Achse erhalten wird. Die dargestellte Lösung ermöglicht es dem Kopf 62 während des abschließenden Betriebs ausgerichtet zu werden, wobei während des Schruppbetriebes der Kopf 62 auf der Oberfläche des Sattels 74 mit der adäquaten Befestigungsvorrichtungskraft aufliegt.
Der Führungsdruck wird durch ein proportionales Druckreduzierungsventil 92 angesteuert, wobei die effektive Position des Kopfes 62 in Relation zu der Oberfläche des Sattels 74 durch Näherungssensoren 94 angesteuert wird.
Wenn sich die Ausrichtungskorrekturvorrichtung in der Maschine befindet, wird der Korrekturschritt zum Ausführen der folgenden Bedienungen in dem gegebenen Ablauf vorgesehen.

1. Auf der Basis der Werkzeugausrichtung, welche durch das mathematische Modell bereitgestellt wird, und auf der gewünschten theoretischen Ausrichtung, werden die von der Korrekturvorrichtung auszuführenden notwendigen Ausrichtungskorrekturen berechnet und diese Korrekturen durchgeführt. eα₁ = α₁ – αa₁ Eα₂ = α₂ – αa₂ eα₃ = α₃ – αa₃
2. Auf der Basis der Werkzeugposition, welche durch das mathematische Modell bereitgestellt wird, und auf der Basis der theoretischen Position werden die Positionskorrekturen für die Achsen berechnet. ex₁ = X₁ – Xa₁ ex₂ = X₂ – Xa₂ ex₃ = X₃ – Xa₃
3. Die Translation induziert durch die Ausrichtungskorrekturen an dem Werkzeug werden auf der Basis der Abstände X, Y, Z zwischen den Rotationsachsen der Korrekturen und der Werkzeugposition berechnet. ΔX₁ = Y·eα₃ – Z·eα₂ ΔX₂ = Z·eα₁ – X·eα₃ ΔX₃ = X·eα₂ – Y·eα₁
4. Die Positionen der Achsen werden unter Beachtung der Translationen, die durch die Ausrichtungskorrekturen induziert werden, korrigiert. ex₁ = X₁ – Xa₁ – ΔX₁ ex₂ = X₂ – Xa₂ – ΔX₂ ex₃ = X₃ – Xa₃ – ΔX₃

Wenn es gewünscht wird, die Aufnahme der Abstandsmessungen an den verschiedenen Positionen durch das Laser-Interferometer eines Strahlausrichttypes auch automatisch zu machen, kann die Maschine selbst verwendet werden, um den Laser von einer Position zur anderen zu transportieren, wobei z.B. die automatische Werkzeugverschlussvorrichtung verwendet wird.
Es ist empfehlenswert, dass die Anzahl der Messungen zum Identifizieren des mathematischen Modells ausreichend hoch gemacht wird, und dass ermöglicht wird, all die Ursachen der Fehler, die in dem Modell vorliegen, zu unterscheiden.
Darüber hinaus müssen zum Identifizieren des mathematischen Modells, welches eine Funktion der Werkzeugdimensionen U, V, W ist, Abstandsmessungen mit wenigstens drei separaten Werkzeugen mit unterschiedlichen Dimensionen gemacht werden, welche keine lineare Kombination der anderen beiden Dimensionen sind, ausgenommen die Rotationen α₁, α₂, α₃ sind so klein, dass die Dimensionen U, V, W nur eine Translation des Werkzeugzentrums erzeugen.
Wenn ein Hexapod geformt wird, bei dem die Rotationen des endgültigen Elementes nicht vernachlässigbar sind, ist stattdessen eine Messung mit verschiedenen Dimensionen des endgültigen Elementes notwendig.

Claims

Verfahren zur automatischen Korrektur von systematischen Fehlern von Messmaschinen und Produktionsmaschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, welches folgende Betriebsschritte nacheinander umfasst: – Identifizierung eines parametrischen mathematischen Modells der Maschine, – anfängliches Zuordnen von numerischen Werten zu den Parametern des besagten parametrischen mathematischen Modells, welche nahe Werten angesehen werden, welche als wirksam angesehen werden können, um dadurch ein vorläufiges mathematisches Modell der Maschine zu erhalten, – Durchführung einer Vielzahl von gegenseitig unabhängigen Abstandsmessungen innerhalb des Arbeitsbereichs der Maschine in verschiedenen Richtungen, von denen die meisten nichtparallel zu den Achsen der Maschine sind, um dadurch experimentell gemessene Abstandswerte zu erzeugen, – Bestimmung der Unterschiede zwischen den besagten experimentell gemessenen Abstandswerten und den entsprechenden Abstandswerten, die von dem besagten vorläufigen mathematischen Modell abgeleitet sind, um einen entsprechenden vorläufigen Ungenauigkeitsindex der Maschine zu definieren, – Variieren der besagten Parameter im Sinne einer Verbesserung des vordefinierten vorläufigen Ungenauigkeitsindex, um damit ein neues vorläufiges mathematisches Mo dell der Maschine zu erhalten, das dem mathematischen Modell der Maschine näher kommt, – falls der so erhaltene neue Ungenauigkeitsindex nicht zufriedenstellend ist, iteratives Vorgehen mit neuen Bestimmungen der Unterschiede zwischen den experimentell gemessenen Abstandswerten und den entsprechenden Abstandswerten, die von dem besagten vorläufigen mathematischen Modell abgeleitet sind, bis die Parametervariationen keine weitere signifikante Verbesserung des besagten Ungenauigkeitsindex erzeugen, um damit das mathematische Modell der Maschine zu erhalten, – Erhalten der Positionsfehler des endgültigen Maschinenelements aus dem besagten mathematischen Modell, und falls die Maschine Rotationsfreiheitsgrade des besagten Elements hat, auch der Richtungsfehler, und – Versehen des numerischen Kontrollsystems mit den Fehlerdaten, um die Korrektur durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der besagten Abstandsmessungen zwischen separaten Positionen, die das endgültige Maschinenelement annimmt, ein Laser-Interferometer verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessungen unter Verwendung eines Laser-Interferometers vom sich automatisch ausrichtenden Typ durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessungen unter Verwendung eines Laser-Interferometers vom sich automatisch ausrichtenden Typ auf einen Reflektor durchgeführt werden, der an dem endgültigen Maschinenelement befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessungen zwischen einem Punkt des endgültigen Maschinenelements und einem vorgegebenen geometrischen Ort durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessungen von einem festen Punkt, der für das endgültige Maschinenelement repräsentativ ist, in drei gegenüber einander senkrechten Richtungen durchgeführt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – Messmittel, die der Maschine zugeordnet sind, um unter verschiedenen Maschinenbetriebsbedingungen Abstandsmessungen in verschiedenen Richtungen durchzuführen, von denen die meisten nichtparallel zu den Achsen der Maschine sind, um eine Vielzahl von unabhängigen Abstandsmessungen zu erzeugen, – eine Verarbeitungseinheit mit Mitteln, um den Parametern des parametrischen mathematischen Modells numerische Werte zuzuordnen, Mitteln zur Bestimmung der Abstände unter Verwendung des besagten mathematischen Modells, Mitteln zum Vergleichen der Abstandswerte, die auf diese Weise erhalten worden sind, mit den besagten Abstandsmessungen, und Mitteln zur Übertragung der Fehlerdaten von den besagten Vergleichsmitteln auf das numerische Kontrollsystem und die Maschine.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – einen Reflektor (38), der an dem endgültigen Element (42) der Maschine (2) angebracht ist, – ein Laser-Interferometer (4), dessen Strahl (28) automatisch auf den Reflektor (38) ausrichtbar ist, – Verarbeitungsmittel, welche während des Abstandsmessungsschritts den Laserstrahl (28) auf den Reflektor (38) ausrichten, während des mathematischen Modell-Identifizierungsschritts den Parametern die besten Werte zuordnen, und während des Korrekturschritts die Fehlerdaten aufnehmen und sie auf das numerische Kontrollsystem übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Spiegel (12) umfasst, der dem Interferometer (4) gegenüberliegt, um den damit abgegebenen Strahl (28) zu dem Reflektor zu reflektieren und auch den Strahl, der von dem besagten Reflektor (28) reflektiert worden ist, zu dem besagten Laser-Interferometer (4) zu reflektieren, wobei dem besagten Spiegel (12) Mittel zu seiner Handhabung in dem Sinne zugeordnet sind, sicherzustellen, dass der reflektierte Strahl, der von dem besagten Reflektor (38) ausgeht, auf das besagte Laser-Interferometer (4) trifft, unabhängig von der Position des besagten Reflektors (38).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (12) von einem Träger (8, 10) mit zwei gegenüber einander senkrechten rotierenden Armen (14, 20) getragen wird, welche jeweils mit Aktuatoren (16, 22) verbunden sind, die unter der Kontrolle von Sensoren (30) betätigt werden, die dem besagten Laser-Interferometer (4) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der besagten Aktuatoren (16, 22) aus einem Elektromotor besteht, welche mit einem Winkelmesswandler (18, 24) versehen sind, und von den besagten Sensoren (30) gesteuert werden, welche an einem Ringelement (26) angeordnet sind, das in dem besagten Interferometer (4) in einer Position vorgesehen ist, die den Ausgang des besagten Laserstrahls (28) umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung mit drei Achsen zur Abstandsmessung von einem festen Punkt umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Einrichtung mit drei Achsen eine Kugel (58) umfasst, die an der Verwendungsstelle des endgültigen Maschinenelements (42) befestigt ist, sowie drei feststehende Sensoren (60), welche den Abstand von der besagten Kugel (58) in den drei Richtungen von den besagten Sensoren messen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Einrichtung mit drei Achsen eine feststehende Kugel (58) und drei Sensoren (60) umfasst, die an der Verwendungsstelle des endgültigen Maschinenelements (42) befestigt sind, um den Abstand von der besagten Kugel (58) in den drei Richtungen der besagten Sensoren zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Sensoren (60) drehbar und von einem Typ sind, der geeignet ist, dass jeder wenigstens zwei separate Positionen einnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Korrektur der Orientierung des endgültigen Maschinenelements (42) Mittel umfasst, welche aus den be sagten Einrichtungen zur Fixierung des Trägerkopfes (62) für das besagte endgültige Element an dem Maschinensattel (74) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich zu den besagten Befestigungseinrichtungen wenigstens einen konischen Stift (64) zur Positionierung des besagten Kopfes (62) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede Befestigungseinrichtung an dem Maschinensattel (74) befestigt ist und einen Verriegelungsgreifer (66) umfasst, der mit einem Schaft (76) zusammenwirkt, der an dem Trägerkopf (62) für das endgültige Maschinenelement (42) befestigt ist, wobei der Verriegelungsgreifer (66) einem Hydraulikkolben (68) zugeordnet ist, der auf Befehl einen Axialzug auf den besagten Schaft (76) ausübt, um gegen ein verformbares Teil (78), das sich zwischen dem besagten Sattel (74) und dem besagten Kopf (62) befindet, zu wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (94) zwischen dem Sattel (74) und dem Trägerkopf (62) für das endgültige Maschinenelement angeordnet sind, um deren gegenseitige Position zu überwachen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere einzeln steuerbare Befestigungseinrichtungen umfasst, welche einen unterschiedlichen Zug auf die entsprechenden Schäfte (76) ausüben, um Rotationen des besagten Kopfes (62) gegenüber dem besagten Sattel (74) um gegenüber einander senkrechte Achsen parallel zu der Fläche des besagten Sattels, der dem besagten Kopf gegenüberliegt, hervorzurufen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem konischen Sitz (86), der den konischen Stift (64) aufnimmt, eine Stoßvorrichtung (88) zugeordnet ist, die auf die seitliche konische Fläche des besagten Stiftes (64) einwirkt, um die Stabilität der Verbindung unabhängig von dessen axialer Position in dem jeweiligen Sitz (86) sicherzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der besagten Stoßvorrichtung (88) elastische Mittel zugeordnet sind, um sie an dem konischen Stift (64) haften zu lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei im Abstand angeordnete konische Stifte (64) umfasst, wobei jeder in seinem jeweiligen Aufnahmesitz (86) mit einer Stoßvorrichtung (88) versehen ist, welche in der entgegengesetzten Richtung zu dem anderen Stift einwirkt, um an der Basis der axialen Position jedes Stiftes in dessen jeweiligen Sitz eine Rotation des besagten Kopfes (62) gegenüber dem besagten Sattel (74) um eine Achse senkrecht zu der Fläche des besagten Sattels, die dem Kopf (62) gegenüberliegt, hervorzurufen.