ES2280476T3 - Procedimiento y dispositivo para la medicion tridimensional de piezas de trabajo en una maquina herramienta. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la medición tridimensional de piezas de trabajo (4) con un palpador de medición (2) en una máquina herramienta, en la que las coordenadas teóricas de una pieza de trabajo a fabricar están disponibles en forma procesable por ordenador como coordenadas XYZ de la máquina herramienta para el movimiento de la herramienta para la fabricación de la pieza de trabajo, caracterizado porque se seleccionan puntos de medición (5, 6, 7) discrecionales sobre la pieza de trabajo (4), porque se aproximan puntos de calibración (8, 9, 10) a un cuerpo de calibración (1) conocidos, en los que un plano tangencial (8a, 9a, 10a) respectivo está al menos aproximadamente en paralelo a un plano tangencial (5a, 6a, 7a) de al menos un punto de medición (5, 6, 7) discrecional seleccionado, en el que las coordenadas de los puntos de calibración respectivos en el cuerpo de calibración son calculadas sobre la base de datos de los puntos de medición (5, 6, 7) discrecionales y de las coordenadas teóricas,y en el que para cada proceso de exploración en el cuerpo de calibración (1) se determina un valor de corrección, y porque con el palpador de medición se mide en los puntos de medición seleccionados, en el que un vector de aproximación normalizado y una velocidad de aproximación para la aproximación de un punto de calibración (8, 9, 10) y de un punto de medición (5, 6, 7) respectivo en la pieza de trabajo (4) son al menos esencialmente iguales y en el que el valor de corrección calculado en cada caso de un punto de calibración (8, 9, 10) se utiliza en el cuerpo de calibración (1) para la determinación del valor de medición de un punto de medición (5, 6, 7) correspondiente.
Description
Procedimiento y dispositivo para la medición
tridimensional de piezas de trabajo en una máquina herramienta.
La invención se refiere a un procedimiento y a
un dispositivo para la medición tridimensional de piezas de trabajo
en una máquina herramienta de acuerdo con el preámbulo de las
reivindicaciones 1 y 8, respectivamente.
Para la medición de piezas de trabajo en
máquinas herramientas se emplean regularmente palpadores de
medición. Éstos generan durante el contacto con una pieza de trabajo
o poco después una señal, a partir de la cual se determina un valor
de medición en combinación con coordenadas XYZ de una instalación
para el desplazamiento del palpador de medición.
Especialmente en máquinas herramientas se
plantea, sin embargo, el problema de que se emplean palpadores de
medición comparativamente robustos, para calcular una cierta
sensibilidad a las vibraciones para la evitación de circuitos
erróneos.
Los palpadores de medición robustos presenta,
sin embargo, siempre una exactitud de medición física
comparativamente grande. Ésta depende, además, por ejemplo, de la
dirección de marcha con relación a una superficie de la pieza de
trabajo y de la velocidad de aproximación.
Esto se debe a que la posición de un pivote
palpador en un alojamiento de palpador de medición no se puede
reproducir con exactitud. Por otro lado, velocidades de aproximación
diferentes conducen a deformaciones de diferente magnitud
(especialmente flexión) en el pivote palpador y, por lo tanto, a
diferentes tiempos de retardo para la resolución de una señal de
medición.
No obstante, para conseguir en las máquinas
herramientas una exactitud de medición aceptable, se calibra un
palpador de medición antes del proceso de medición en una bolsa de
medición. Cuando se conoce la posición de la bola de medición, se
pueden determinar para algunos puntos de calibración sobre la
superficie de la bolsa de medición unos valores de corrección, a
partir de los cuales se interpolan entonces todos los otros valores
de corrección para otros puntos.
El valor de medición tomado en un punto se puede
corregir para una exactitud mejorada con un valor de corrección
correspondiente. En este caso, se procura que el valor de corrección
interpolado de un punto se refiera a la superficie esférica,
estando el plano tangencial en este punto al menos aproximadamente
paralelo al plano tangencial en el punto de medición en la pieza de
trabajo.
Sin embargo, a través de la interpolación
resultan errores considerables. Solamente en el caso excepcional
coincide casualmente la alineación del punto de medición con uno de
los puntos de calibración, que se ha utilizado para la
interpolación de los puntos restantes en la superficie de la bolsa
de calibración.
Para no tener que recurrir a valores de
corrección interpolados, se propone en la publicación de patente
alemana DE 43 25 602 C1 un procedimiento para la medición táctil de
piezas de trabajo, en el que para la medición de una pieza de
trabajo, especialmente para la medición en serie de piezas de
trabajo iguales, se transmiten los puntos de medición de la pieza
de trabajo sobre la superficie de una bola de calibración de
diámetro conocido de acuerdo con la dirección. Con el palpador, que
está asociado a cada punto de medición individual, se calcula una
desviación en las direcciones de exploración individuales de la
pieza de trabajo sobre la bolsa y se tiene en cuenta durante la
exploración de la pieza de trabajo en la magnitud
calculada.
calculada.
La invención tiene el cometido de mejorar la
medición tridimensional de piezas de trabajo en una máquina
herramienta con un gasto comparativamente reducido con respecto a la
exactitud de la medición.
Este cometido se soluciona a través de las
reivindicaciones 1 y 8.
En las reivindicaciones dependientes se indican
desarrollos ventajosos y convenientes de la invención.
En primer lugar, la invención parte de un
procedimiento para la medición tridimensional de piezas de trabajo
en una máquina herramienta con un palpador de medición, en la que
en la máquina herramientas las coordenadas teóricas de una pieza de
trabajo a fabricar están disponibles en forma procesable por
ordenador como coordenadas XYZ de la máquina herramienta para el
movimiento de la herramienta para la fabricación de la pieza de
trabajo. El núcleo de la invención reside en que se seleccionan
puntos de medición discrecionales sobre la pieza de trabajo, en que
se aproximan puntos de calibración a un cuerpo de calibración
conocido, es decir, un cuerpo, cuyas coordenadas superficiales son
conocidas por el sistema, en los que un plano tangencial respectivo
para el punto de calibración está al menos aproximadamente en
paralelo a un plano tangencial de al menos un punto de medición
discrecional seleccionado, en el que las coordenadas de los puntos
de calibración respectivos en el cuerpo de calibración son
calculadas sobre la base de datos de los puntos de medición
discrecionales y de las coordenadas teóricas, y en el que para cada
proceso de exploración en el cuerpo de calibración se determina un
valor de corrección, y en que con el palpador de medición se mide
en los puntos de medición seleccionados, en el que un vector de
aproximación normalizado y una velocidad de aproximación para la
aproximación de un punto de calibración y de un punto de medición
respectivo en la pieza de trabajo, a saber, un punto de medición
con un plano tangencial, que está paralelo al plano tangencial del
punto de calibración, son al menos esencialmente iguales y en el
que el valor de corrección calculado en cada caso de un punto de
calibración se utiliza en el cuerpo de calibración para la
determinación del valor de medición de un punto de medición
correspondiente con plano tangencial al menos aproximadamente
paralelo al punto de calibración. Por plano tangencial se entiende
en el sentido de la invención el plano que se extiende
perpendicularmente a una perpendicular sobre la superficie de la
pieza de trabajo en el punto de medición o bien en el punto de
calibración. Si el punto de medición se encuentra en un plano,
entonces el plano tangencial de cada punto de este plano coincide
con el plano propiamente dicho. La invención aprovecha el hecho de
que en las máquinas herramientas controladas por ordenador para la
medición en piezas de trabajo con palpadores de medición, que se
mueven como herramientas en la máquina herramienta, para su
calibración se pueden utilizar los datos de las piezas de trabajo,
que están presentes de todos modos en una forma utilizable por el
ordenador y que son necesarios para un movimiento de la
herramienta. De este modo, los valores de corrección obtenidos
normalmente a través de interpolación se pueden sustituir de una
manera asombrosamente sencilla por valores de corrección en lo que
se refiere a puntos de calibración de un cuerpo de calibración, por
ejemplo de una bola de medición, que poseen, al menos en principio,
la misma alineación en un sistema de coordenadas XYZ. De esta manera
se pueden evitar esencialmente errores casuales, que no pueden ser
detectados a través de interpolación, lo que en último término más
exactos los resultados de la medición.
Si deben realizarse mediciones en una pluralidad
de lugares en la pieza de trabajo, entonces el proceso de medición
se puede realizar también asistido por ordenador, de tal manera que
se emplean vías de desplazamiento lo más cortas posible para el
palpador de medición.
Por otra parte, el proceso de calibración para
la determinación de un valor de corrección y el proceso de medición
propiamente dicho se pueden ejecutar en secuencia diferente. Por
ejemplo, no es necesario que se determinen valores de corrección
para puntos en una bola de calibración para medir a continuación de
la manera deseada en puntos correspondientes de la pieza de
trabajo. En su lugar, se puede realizar también en primer lugar una
medición en puntos deseados de la pieza de trabajo y a continuación
se puede calcular en puntos correspondientes de la bola de
calibración el valor de corrección correspondiente para el cálculo
de un valor de medición corregido.
Para mejorar adicionalmente la exactitud durante
la medición en una pluralidad de puntos de medición en la pieza de
trabajo, se propone, además, que se calibre un punto y luego se
aproxime el punto de medición respectivo a la pieza de trabajo para
la medición. Otra posibilidad puede consistir en que se calibren
puntos de medición por bloques y luego se exploren en cada caso los
puntos de medición correspondientes en la pieza de trabajo.
Para la consecución de una alta capacidad de
reproducción en una medición y, por lo tanto, una exactitud grande,
se propone, además, que los vectores de aproximación para el punto
de medición y los puntos de calibración estén al menos
aproximadamente ortogonales al plano tangencial. De esta manera se
excluyen esencialmente los movimientos relativos de la bola de
medición de un palpador de medición con respecto a la superficie de
medición y, por lo tanto, las fricciones no deseadas.
De una manera preferida, no sólo las direcciones
de los vectores de aproximación, sino también sus valores absolutos
en el punto de calibración y en el punto de medición correspondiente
son al menos aproximadamente iguales. De este modo se puede mejorar
adicionalmente la exactitud de la medición.
Para la optimización adicional de la exactitud
de medición se propone, además, que se seleccione comparativamente
corta la relación de tiempo entre la calibración y la medición. De
este modo, se pueden eliminar en gran medida las influencias en
función del tiempo sobre el proceso de medición, por ejemplo las
influencias térmicas o el comportamiento de un accionamiento en la
fase de calentamiento y, por ejemplo, al cabo de 2 horas.
En un dispositivo para la medición
tridimensional de piezas de trabajo en una máquina herramienta, en
la que las coordenadas teóricas de una pieza de trabajo a fabricar
están disponibles en forma procesable por ordenador como
coordenadas XYZ de la máquina herramienta para el movimiento de la
herramienta para la fabricación de la pieza de trabajo, y que
comprende un palpador de medición y una unidad de ordenador, los
aspectos esenciales de la invención residen en que la unidad de
ordenador está diseñada para la selección de puntos de medición
discrecionales sobre la pieza de trabajo, en los que el palpador de
medición debe realizar una medición en la pieza de trabajo real
fabricada y para la ejecución de un proceso de palpación del
palpador de medición en un cuerpo de calibración (1) conocido en
puntos, en los que un plano tangencial respectivo está al menos
aproximadamente en paralelo a un plano tangencial de al menos un
punto de medición discrecional seleccionado. Es esencial que la
unidad de ordenador calcule los puntos de calibración respectivos en
el cuerpo de calibración sobre la base de datos de los puntos de
medición respectivos y de las coordenadas teóricas. La unidad de
ordenador determina, además, para cada proceso de palpación en el
cuerpo de calibración un valor de corrección y está diseñada para
la aproximación del palpador de medición a los puntos de medición
seleccionados en la herramienta fabricada para la realización de
una medición. El valor de corrección calculado en cada caso de un
punto de calibración en el cuerpo de calibración es utilizado para
la determinación del valor de medición de un punto de medición con
un plano tangencial al menos aproximadamente en paralelo al punto de
calibración respectivo. Para el proceso de aproximación es
importante que un vector de aproximación normalizado y una
velocidad de aproximación durante la aproximación del punto de
calibración respectivo y del punto de medición respectivo en la
pieza de trabajo (4) sean al menos esencialmente
iguales.
iguales.
La unidad de ordenador puede ser proporcionada a
través de un PC externo. En una solución preferida, sin embargo, se
puede utilizar también como unidad de ordenador el ordenador de
control de la máquina herramienta. De este modo, se puede ahorrar un
PC externo.
Un ejemplo de realización de la invención se
representa en los dibujos y se explica en detalle con indicación de
otras ventajas y detalles. La figura muestra en una vista
tridimensional muy esquemática la estructura de medición para la
medición tridimensional de una pieza de trabajo.
En la figura se representan una bola de
calibración 1, un palpador de medición 2 con pivote palpador 3 y
una pieza de trabajo 4 con relación a un sistema de coordenadas XYZ.
Después de la mecanización de la pieza de trabajo 4 a través de una
herramienta (no se representa) en una máquina herramienta (no se
representa) es necesario regularmente verificar la estabilidad
dimensional de la herramienta 4. A tal fin se aproximan normalmente
varios puntos de medición en la pieza de trabajo 4 con el palpador
de medición 2.
En máquinas herramientas se emplean, en general,
palpadores de medición robustos, que tienen de una manera
correspondiente una exactitud de repetición comparativamente
grande.
Para la reducción de la inexactitud física se
calculan valores de corrección, por ejemplo, con respecto a puntos
de medición 5, 6, 7 en una bola de calibra-
ción 1.
ción 1.
A tal fin, se determinan para los puntos de
medición 5, 6, 7 deseados con la ayuda de coordenadas de ordenador
para la pieza de trabajo 4, que están disponibles de todos modos en
forma utilizable por el ordenador en la máquina herramienta para el
movimiento de las herramientas necesarias, unos puntos de
calibración 8, 9, 10 en la bola de calibración 1, en los que los
planos tangenciales 8a, 9a, 10a están en cada caso paralelos a los
planos tangenciales 5a, 6a, 7a respectivos de los puntos 5, 6, 7. Es
decir, que el plano tangencial 8a está paralelo al plano tangencial
5a y así sucesivamente.
Estos puntos en la bola de calibración 1 son
aproximados ahora con el palpador de medición 2 y se calculan en
cada caso valores de corrección, siendo comparadas las coordenadas
reales conocidas de la bola de calibración con las coordenadas
medidas.
Los puntos 8, 9, 10 son aproximados de tal forma
que la dirección de aproximación está al menos aproximadamente
perpendicular al plano tangencial 8a, 9a, 10a respectivo.
Adicionalmente se mantiene fija para cada punto
la distancia de un punto de partida con respecto a este punto así
como la velocidad de aproximación. De una manera preferida, las
distancias respectivas y las velocidades de aproximación en los
puntos 8, 9, 10 son iguales.
Durante la medición en la pieza de trabajo 4,
por ejemplo en el punto 5, se utiliza ahora el mismo vector de
aproximación que en el punto de calibración 8 con la misma velocidad
de aproximación. Es decir, que la dirección de aproximación está
perpendicular a los planos tangenciales 5a, 8a y la distancia desde
el punto de partida hasta el punto de medición 5 es la misma que
existía durante la realización de la medición de calibración en el
punto de calibración 8.
Para la determinación del valor de medición en
el punto de medición 5 se corrige el valor de medición medido en la
medida el valor de corrección calculado anteriormente en el punto de
calibración 8.
Puesto que en el punto de calibración 8 se lleva
a cabo el mismo movimiento de aproximación que en la medición en el
punto de medición 8, el valor de corrección calculado en el punto de
calibración es aplicable al menos aproximadamente también para la
medición en el punto de medición 5.
En la medición en el punto de medición 6 se
utiliza de una manera correspondiente el valor de corrección en el
punto de calibración 9 y en la medición en el punto de medición 7 se
utiliza el valor de corrección del punto de calibración 10 en la
bola de medición.
En este caso, hay que procurar que el movimiento
de aproximación del palpador de medición al menos de los puntos de
medición correspondientes y de los puntos de calibración sea en cada
caso el mismo.
Por medio de esta medida se pueden evitar
errores, que aparecen normalmente en el caso de una interpolación
de valores de corrección, que se obtienen, por ejemplo, en la bola
de calibración a partir de una red de puntos de calibración
predeterminados fijamen-
te.
te.
El modo de proceder de acuerdo con la invención
se puede aplicar de una manera sencilla, puesto que para la
determinación de los puntos de calibración individuales se utilizan
los datos de la pieza de trabajo que ya están presentes en el
ordenador.
- 1
-
\vtlargatri
- 2
-
\vtlargatri
- 3
-
\vtlargatri
- 4
-
\vtlargatri
- 5
-
\vtlargatri
- 5a
-
\vtlargatri
- 6
-
\vtlargatri
- 6a
-
\vtlargatri
- 7
-
\vtlargatri
- 7a
-
\vtlargatri
- 8
-
\vtlargatri
- 8a
-
\vtlargatri
- 9
-
\vtlargatri
- 9a
-
\vtlargatri
- 10
-
\vtlargatri
- 10a
-
\vtlargatri
Claims (10)
1. Procedimiento para la medición
tridimensional de piezas de trabajo (4) con un palpador de medición
(2) en una máquina herramienta, en la que las coordenadas teóricas
de una pieza de trabajo a fabricar están disponibles en forma
procesable por ordenador como coordenadas XYZ de la máquina
herramienta para el movimiento de la herramienta para la
fabricación de la pieza de trabajo, caracterizado porque se
seleccionan puntos de medición (5, 6, 7) discrecionales sobre la
pieza de trabajo (4), porque se aproximan puntos de calibración (8,
9, 10) a un cuerpo de calibración (1) conocidos, en los que un
plano tangencial (8a, 9a, 10a) respectivo está al menos
aproximadamente en paralelo a un plano tangencial (5a, 6a, 7a) de al
menos un punto de medición (5, 6, 7) discrecional seleccionado, en
el que las coordenadas de los puntos de calibración respectivos en
el cuerpo de calibración son calculadas sobre la base de datos de
los puntos de medición (5, 6, 7) discrecionales y de las
coordenadas teóricas, y en el que para cada proceso de exploración
en el cuerpo de calibración (1) se determina un valor de
corrección, y porque con el palpador de medición se mide en los
puntos de medición seleccionados, en el que un vector de
aproximación normalizado y una velocidad de aproximación para la
aproximación de un punto de calibración (8, 9, 10) y de un punto de
medición (5, 6, 7) respectivo en la pieza de trabajo (4) son al
menos esencialmente iguales y en el que el valor de corrección
calculado en cada caso de un punto de calibración (8, 9, 10) se
utiliza en el cuerpo de calibración (1) para la determinación del
valor de medición de un punto de medición (5, 6, 7)
correspondiente.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de
aproximación de los puntos de medición (5, 6, 7) en la pieza de
trabajo se lleva a cabo de tal forma que se establecen trayectos lo
más cortos posible.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en primer
lugar se lleva a cabo la medición en los puntos de medición (5, 6,
7) seleccionados y luego se realiza la determinación de un valor de
corrección correspondiente en el cuerpo de calibración (1), para
calcular a partir de ello valores de medición corregidos.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el vector
de aproximación para el punto de medición (5, 6, 7) respectivo y
para el punto de calibración (8, 9, 10) correspondiente está al
menos aproximadamente ortogonal al plano tangencial (5a, 6a, 7a, 8a,
9a, 10a) respectivo.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación
temporal entre calibración y medición se
selecciona comparativamente corta.
selecciona comparativamente corta.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se calibra
un punto (8) y luego se mide el punto de medición (5)
correspondiente en la pieza de trabajo.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se calibran
varios puntos (8, 9) y luego se miden los puntos de medición (5, 6)
correspondientes.
8. Dispositivo para la medición tridimensional
de piezas de trabajo (4) en una máquina herramienta, en la que las
coordenadas teóricas de una pieza de trabajo (4) a fabricar están
disponibles en forma procesable por ordenador como coordenadas XYZ
de la máquina herramienta para el movimiento de la herramienta para
la fabricación de la pieza de trabajo, con un palpador de medición
(2) y una unidad de ordenador, caracterizado porque la
unidad de ordenador está diseñada para la selección de puntos de
medición (5, 6, 7) discrecionales sobre la pieza de trabajo (4), en
los que el palpador de medición (2) debe realizar una medición en la
pieza de trabajo (4) real fabricada y para la ejecución de un
proceso de palpación del palpador de medición (2) en un cuerpo de
calibración (1) conocido en puntos (8, 9, 10), en los que un plano
tangencial (8a, 9a, 10a) respectivo está al menos aproximadamente
en paralelo a un plano tangencial (5a, 6a, 7a) de al menos un punto
de medición (5, 6, 7) discrecional seleccionado, en el que la unidad
de ordenador calcula los puntos de calibración (8, 9, 10)
respectivos en el cuerpo de calibración (1) sobre la base de datos
de los puntos de medición (5, 6, 7) respectivos y de las
coordenadas teóricas y en el que la unidad de ordenador determina
para cada proceso de palpación en el cuerpo de calibración (1) un
valor de corrección y porque la unidad de ordenador está diseñada
para la aproximación del palpador de medición a los puntos de
medición (5, 6, 7) seleccionados en la herramienta fabricada para
la realización de una medición, en el que los vectores de
aproximación normalizados y las velocidades de aproximación para la
aproximación de los puntos de calibración (8, 9, 10) respectivos y
de los puntos de medición (5, 6, 7) respectivos en la pieza de
trabajo (4) son al menos esencialmente iguales y en el que el valor
de corrección calculado en cada caso de un punto de calibración (8,
9, 10) se utiliza en el cuerpo de calibración (1) para la
determinación del valor de medición de un punto de medición (5, 6,
7) con un plano tangencial (5a, 6a, 7a) al menos aproximadamente en
paralelo al punto de calibración (8, 9, 10).
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque la unidad de ordenador es la de un
PC externo.
10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
8 ó 9, caracterizado porque la unidad de ordenador es un
ordenador de control de la máquina herramienta.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE10157174 | 2001-11-22 | ||
| DE10157174A DE10157174A1 (de) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | Verfahren und Vorrichtung zum räumlichen Vermessen von Werkstücken an einer Werkzeugmaschine |
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|---|---|
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| DE (2) | DE10157174A1 (es) |
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