ES2332282T3 - Medicion de una maquina herramienta. - Google Patents
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Abstract
Método para la medición de una máquina herramienta controlada por programa, particularmente para el control de la cinemática de máquina, con el uso de una esfera de medición, con las siguientes etapas de procedimiento - colocación de una esfera de medición (5) sobre una parte de máquina (2), - desplazamiento de un palpador de medición (6) instalado sobre la máquina a una ubicación de partida seleccionada, - desplazamiento repetido del palpador de medición (6) hasta el contacto con diferentes puntos sobre la superficie de la esfera de medición (5), - detección de la situación de los puntos de superficie en contacto sobre la esfera de medición (5), - cálculo de la situación en el espacio (P1) del centro de la esfera de medición (5) basándose en los valores de medición detectados, - desplazamiento de la parte de máquina (2) con la esfera de medición (5) fijada en la misma desde la primera ubicación de medición en un recorrido predeterminado (alfa, B) a una segunda ubicación de medición, - determinación de la situación en el espacio (P2) del centro de la esfera por la exploración puntual de la superficie de la esfera nuevamente y - determinación de una desviación de situación por comparación de los valores reales detectados de la situación en el espacio (P2) del centro de la esfera con valores teóricos correspondientes que se dan a partir del recorrido de desplazamiento predefinido del control por programa.
Description
Medición de una máquina herramienta.
La invención se refiere a un método para la
medición de una máquina herramienta controlada por programa con el
uso de una esfera de medición.
Para cumplir las altas exigencias de precisión
de máquinas herramientas modernas es imprescindible que se midan de
forma precisa los componentes de máquina individuales ya durante el
proceso de fabricación y, también la máquina entera, después de la
terminación de su fabricación para que se puedan identificar
posibles errores con anticipación y, en un caso dado, compensar por
medidas de corrección correspondientes. También después de
determinados tiempos de funcionamiento son necesarias mediciones
adicionales para identificar y clasificar el estado de desgaste de
componentes de máquina individuales, así como también daños causados
por un manejo inadecuado.
Para los fines que se han mencionado
anteriormente, se conocen diferentes métodos de medición para poder
detectar con ayuda de programas de medición especiales, a modo de
ejemplo, la longitud de pivote, el decalaje axial de un cabezal de
husillo o de una mesa giratoria circular, así como también la
deflexión. Para la realización de los procedimientos de medición
individuales se usa, en el caso de máquinas fresadoras y
perforadoras, un palpador de medición inmovilizado en el husillo de
trabajo junto con un bloque tallado que se inmoviliza sobre la
parte de máquina a medir, particularmente, la mesa portapiezas.
Estos métodos de medición son extremadamente lentos y requieren una
pluralidad de operaciones de enderezamiento y medición. Una medición
de la respectiva máquina por personal del operador en el lugar de
funcionamiento, por regla general, no es posible. Más bien, se
tienen que realizar las mediciones y trabajos de enderezamiento en
los intervalos de revisión o después de acontecimientos de
funcionamiento especiales por personal técnico especialmente formado
del productor, lo que conlleva una complejidad alta.
Para la medición de los ejes rotatorios de una
máquina fresadora, a modo de ejemplo, de cabezales de fresa con
diferentes tipos de construcción, se ha dado a conocer un método
denominado sistema de medición de cabezal FIDIA, en el que se
utiliza un aparato de calibración y medición especial. Con este
método de medición conocido se puede realizar una compensación de
errores de posición de los dos ejes circulares, así como su
determinación de punto cero automática. Además de eso, también es
posible una comprobación del paralelismo de los planos de rotación
de los ejes circulares con respecto a los ejes lineales, así como
una compensación volumétrica ampliada. El aparato de calibración y
medición necesario para la realización de este método posee un apoyo
que se puede inmovilizar en la parte de máquina, por ejemplo, la
mesa de máquina, con tres travesaños verticales desplazados en un
ángulo de 120º, en cuyo extremo superior están colocados sensores de
medición en un ángulo inclinado predefinido. En el husillo de
trabajo de la máquina está inmovilizada una herramienta de medición
que presenta un vástago cilíndrico y una esfera de medición en su
extremo libre. Esta esfera de medición se coloca por movimientos de
desplazamiento correspondientes del husillo de trabajo, de tal
manera que los tres palpadores de medición entran en contacto con
la superficie de la esfera. También este método de medición
conocido conlleva una cierta complejidad, ya que se requieren para
su realización aparatos de calibración y medición configurados de
forma relativamente
compleja.
compleja.
En el documento DE 31 32 383 C se describe un
dispositivo y un método para la comprobación de la precisión de
medición de aparatos de medición por coordenadas. Dos esferas de
medición mecanizadas de forma precisa con alta calidad de
superficie están dispuestas en un soporte común con separación
modificable y provistas de perforaciones a lo largo de un haz de
medición. Las modificaciones de la separación intermedia de las dos
esferas se miden mediante una disposición de interferómetro, donde
la separación de partida de ambas esferas de medición se tiene que
conocer de forma precisa. La situación espacial de las dos esferas
de medición se puede determinar por el aparato de medición por
coordenadas por una exploración de puntos múltiples. Un ordenador
de control detecta y compara los valores de separación de las
esferas de medición determinados con láser interferométrico y los
valores de medición del aparato de medición por coordenadas en la
exploración de esferas. La medición de máquinas herramientas,
particularmente de los ejes circulares, no es posible.
A partir del documento EP 1 505 464 A se conoce
un método para la autocomprobación de precisión de una máquina
herramienta de alta precisión, en el que, en una posición definida
sobre la mesa de máquina, se inmoviliza una pieza mecanizada para
calibrar con dimensiones conocidas que presenta perforaciones,
escalones o contornos similares con medidas conocidas. Un equipo de
medición anteriormente calibrado explora la pieza mecanizada para
calibrar con ayuda de un programa de medición, en el que los valores
de medición se registran en una tabla del control de máquina. Una
evaluación de las desviaciones se realiza por la comparación de los
valores de medición actuales con los valores de medición teóricos
registrados.
En el documento DE 101 39 649 A se describe un
método para la calibración de una fresadora con la superficie
frontal de la fresadora con forma de segmento de círculo. La
fresadora de barra se asegura en la perforación de una esfera mayor
de tal manera que ambos centros coincidan. Con la esfera que rodea
la superficie frontal de la fresadora se explora un cuerpo para
calibrar y, a partir de los valores detectados, se puede determinar
la situación del centro de la superficie frontal de la
fresadora.
A partir del documento DE 100 48 096 A se conoce
un método para la calibración de un sensor de medición sobre un
aparato de medición por coordenadas, en el que el sensor explora una
esfera de calibración. Mediante un primer campo de parámetros se
transforma el sistema de coordenadas de sensor en un sistema de
coordenadas de máquina. Un segundo campo de parámetros describe el
registro del sistema de coordenadas de sensor con respecto a un
punto en el sistema de coordenadas de máquina.
Es objetivo de la invención mostrar un método
para la medición de una máquina herramienta controlada por programa
que posibilita, con solamente una complejidad técnica reducida, una
medición rápida y de alta precisión de diferentes componentes de
máquina antes de, y, en un caso dado, también durante el
funcionamiento de la máquina.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención por las medidas indicadas en la reivindicación 1.
La colocación de la esfera de medición conocida
con respecto a sus medidas sobre una parte de máquina seleccionada
se puede realizar de manera sencilla por que un sostén
constructivamente sencillo, por ejemplo, en forma de una barra, se
asegura en la esfera de medición y, después, se fija este sostén con
ayuda de medios de tensión convencionales en la parte de máquina.
Después de la fijación de la esfera de medición en la parte de
máquina, se realiza su determinación de situación con ayuda de un
palpador de medición configurado de modo convencional que, durante
la medición de una máquina fresadora, está inmovilizado en el
husillo de trabajo de la misma. El palpador de medición se desplaza
a una posición de partida estimada por el operario, en la que se
sitúa aproximadamente a 5 a 20 mm por encima del área de
culminación de la esfera de medición. Después de eso, se activa el
programa de medición integrado en el control por programa de la
máquina. Durante esta ejecución de programa se desplaza
repetidamente el palpador de medición, preferiblemente, de forma
vertical con desplazamiento lateral consecutivo, hasta que entre en
contacto con diferentes puntos sobre la superficie de la esfera. La
respectiva situación de estos puntos de superficie se detecta y se
calcula a partir de estos valores la situación en el espacio del
centro de la esfera mediante relaciones geométricas generalmente
conocidas. Por el uso de la esfera de medición como cuerpo de
medición se consigue una simplificación considerable de los
procedimientos de medición necesarios, porque, debido a las
relaciones geométricas de una esfera que están establecidas, se
obtienen datos de espacio por la sencilla medición de la superficie
de la esfera, lo que ofrece ventajas importantes con respecto a los
métodos de medición convencionales que, por regla general, solamente
trabajan de forma bidimensional. De esta manera, con el modo de
proceder de acuerdo con la invención, no solo se pueden detectar
desviaciones de situación de un punto en el plano horizontal, sino,
adicionalmente también en la vertical, de hecho, basándose en las
relaciones geométricas predefinidas entre el centro y la superficie
externa de una
esfera.
esfera.
Para detectar desviaciones de situación de ejes
circulares y ejes lineales de una máquina de forma individual o
también en conjunto, se realiza el método de acuerdo con la
invención de tal manera que, después de la primera determinación de
la posición en el espacio del centro de la esfera, la respectiva
parte de máquina, sobre la que está fijada la esfera de medición
por su sostén, se desplaza en un recorrido predeterminado. En la
segunda posición obtenida de este modo se realiza una determinación
reiterada de la posición en el espacio del centro de la esfera en
la nueva situación por exploración en puntos de la superficie de la
esfera. Ya que se conoce la magnitud del recorrido de la parte de
máquina móvil, se pueden comparar las posiciones en el espacio del
centro de la esfera determinadas en el primero y el segundo ciclo de
medición con valores teóricos correspondientes del control de
máquina, para determinar de este modo desviaciones de situación.
Para la medición de la situación en el espacio
de un eje de giro, a modo de ejemplo, de una mesa circular
rotatoria, un aparato parcial o similares, de forma apropiada, se
rota la parte de máquina con la esfera de medición fijada en la
misma desde una primera ubicación de medición a una segunda
ubicación de medición alrededor del eje de giro común en un ángulo
predeterminado, donde en la primera y también en la segunda
ubicación de medición se determina la situación en el espacio del
centro de la esfera de la manera que se ha explicado anteriormente.
Ya que se conocen la propia esfera de medición y también la longitud
radial del sostén de la esfera de medición, por esta doble medición
de la situación en el espacio del centro de la esfera se puede
calcular de forma precisa la situación del centro de giro del
respectivo eje. Este modo de proceder es particularmente ventajoso
durante el uso de aparatos parciales NC desmontables, cuya posición
y orientación sobre una mesa hasta ahora solamente se determinó con
ayuda de los tacos guiados proporcionados para esto, lo que dio como
resultado imprecisiones y movimientos de tambaleo de un eje de giro
alrededor de un eje de coordenadas principal.
Se pueden obtener esferas para calibrar con
sostenes rectos o también acodados, así como elementos de
aseguramiento de diferentes tipos en diferentes realizaciones y se
pueden montar individualmente para cada tipo de
máquina.
máquina.
Con el método de acuerdo con la invención se
pueden medir por la utilización de las esferas de calibración o de
medición todos los ejes circulares de una máquina herramienta con
solamente un palpador de medición, porque, con solamente una esfera
de calibración no solo se puede detectar de forma precisa el centro
de giro desde la dirección del eje circular axial, sino también
desde la dirección radial. Hasta ahora, los centros de giro de
estos ejes no se podían medir de forma precisa con ayuda de
palpadores de medición. Además de la determinación del centro de
giro, se puede medir por el método de acuerdo con la invención
también el tambaleo del eje circular, en el que una ampliación del
programa de medición posibilita la determinación del tambaleo del
eje de forma separada alrededor de ambos planos. En el caso de
máquinas fresadoras y perforadoras universales con eje C, es decir,
con mesa circular NC, se hace posible una medición horizontal
mediante el método de acuerdo con la invención, de manera que se
puede realizar un control de la cinemática de la máquina también con
piezas a trabajar voluminosas inmovilizadas.
Una ventaja esencial en el caso del método de
acuerdo con la invención consiste además en que la esfera de
calibración y medición se puede colocar por el uso de diferentes
sostenes adecuados casi de cualquier manera en el espacio en una
parte de máquina seleccionada, donde una colocación precisa de las
sujeciones sobre la respectiva parte de máquina no es necesaria.
Para el aseguramiento de las sujeciones sobre la parte de máquina
se pueden usar además de medios mecánicos también sostenes
magnéticos adecuados.
El método de medición de acuerdo con la
invención se describe con más detalle a continuación mediante
algunos casos de aplicación representados esquemáticamente en los
dibujos. Se muestra:
En la Figura 1, la medición del centro de giro
de un aparato parcial en una vista frontal esquemática;
En la Figura 2, el aparato parcial de acuerdo
con la Figura 1 en una vista superior esquemática;
En la Figura 3 una realización del método con
una esfera de medición asegurada en un sostén oblicuo;
En la Figura 4, una realización del método para
la medición de un eje de giro horizontal;
En la Figura 5, una realización del método con
un cabezal de rotación; y
En la Figura 6, una realización del método con
una mesa circular que se puede rotar.
La Figura 1 muestra un aparato parcial 1 que se
ha inmovilizado sobre un punto cualquiera de una mesa portapiezas
-no representada. El centro de giro P3 del aparato parcial se debe
determinar. Con este fin, se asegura sobre un árbol 2 un sostén 3,
por ejemplo, por fuerza magnética, con el que se une fijamente un
perno cilíndrico cónico 4 de forma radial. En el extremo de este
perno 4 está asegurada una esfera de medición 5 mecanizada de forma
extremadamente precisa con tamaño conocido.
Al principio de un procedimiento de medición se
desplaza un palpador de medición 6 inmovilizado en el husillo de
trabajo de la máquina fresadora en una posición de partida en la que
el cabezal del palpador de medición 6 se sitúa aproximadamente a 10
mm por encima del área de culminación de la esfera de medición 5.
Desde esta posición de partida se desplaza el husillo verticalmente
hacia abajo, hasta que el cabezal del palpador de medición 6 toque
la superficie de la esfera. Ya que se conoce el diámetro de la
esfera, se puede calcular con ayuda de los valores de medición la
situación en el espacio P1 del centro P1 de la esfera. A
continuación, se gira el árbol 2 del aparato parcial en un ángulo
\alpha, de manera que la sujeción 3, 4 orientada de forma radial
junto con la esfera 5 alcance la posición representada con líneas
discontinuas en la Figura 1. En esta posición se explora la esfera
de medición nuevamente con ayuda del palpador de medición 6 de forma
repetida y basándose en los valores de medición obtenidos se
determina la situación en el espacio P2 del centro de la esfera. Ya
que se conoce la longitud de la sujeción 3, 4, se puede calcular,
basándose en las situaciones en el espacio P1, P2 del centro de la
esfera determinadas, el centro de giro P3.
En la disposición de medición representada en la
Figura 2 se desplaza axialmente el sostén sobre el árbol 2 en el
recorrido B después del primer procedimiento de medición que se ha
descrito anteriormente, después de lo cual se repite el
procedimiento de medición que se ha descrito anteriormente. De esta
manera, se puede detectar un tambaleo del árbol 2.
En los casos de aplicación representados en las
Figuras 3 a 6 se realiza el procedimiento de las respectivas
mediciones de la manera que se ha descrito anteriormente. Por la
exploración repetida de la esfera se detecta la situación en el
espacio del centro de la esfera. Los valores de medición
respectivamente obtenidos y también la situación en el espacio
calculada de los centros de las esferas se registran en un
subprograma especial del control de máquina que también realiza los
cálculos respectivamente necesarios.
Como se puede observar a partir de las Figuras 3
a 6, la esfera de medición puede estar asegurada en sostenes de
diferentes tipos, cuyas respectivas medidas se conocen. Por el uso
de un sostén adecuado se pueden medir diferentes partes de máquina,
particularmente con respecto a la situación en el espacio de sus
centros de giro, de manera sencilla. De este modo, se usa en la
Figura 1 un sostén oblicuo 3, 4 para la esfera de medición 7 que
está inmovilizado en una mesa portapiezas 10 que se puede desplazar
con traslación.
De acuerdo con la Figura 4, la sujeción 3, 4 de
la esfera de medición 5 está asegurada de forma excéntrica en un
mandril de apriete 11 que gira con motor alrededor de un eje
horizontal 12.
De acuerdo con la Figura 5 se usa un sostén
acodado 3, 4 que está inmovilizado sobre una mesa portapiezas 14
que se puede girar alrededor del eje vertical 13. El palpador de
medición está inmovilizado en un husillo de trabajo 16 que se puede
rotar mediante un cabezal de rotación 15 desde su ubicación
horizontal representada con líneas continuas a la ubicación
vertical indicada con líneas discontinuas.
De acuerdo con la Figura 6, en una mesa circular
17 que se puede rotar con motor alrededor de un eje horizontal está
inmovilizado el sostén 4 con la esfera de medición. Por las
mediciones de acuerdo con la invención se puede medir el eje de
rotación de la mesa circular y también su eje de giro que tiene un
recorrido por el centro.
El método de acuerdo con la invención no
requiere ningún dispositivo de medición separado y se puede realizar
también por personal poco instruido dentro de tiempos más
reducidos. Esto ofrece la ventaja particular de que la medición de
la máquina también se puede realizar localmente, es decir, donde
esté el usuario, por lo que se simplifican considerablemente los
trabajos de revisión de parte del productor y se pueden identificar
errores eventuales con anticipación.
Claims (2)
1. Método para la medición de una máquina
herramienta controlada por programa, particularmente para el control
de la cinemática de máquina, con el uso de una esfera de
medición,
con las siguientes etapas de procedimiento
- -
- colocación de una esfera de medición (5) sobre una parte de máquina (2),
- -
- desplazamiento de un palpador de medición (6) instalado sobre la máquina a una ubicación de partida seleccionada,
- -
- desplazamiento repetido del palpador de medición (6) hasta el contacto con diferentes puntos sobre la superficie de la esfera de medición (5),
- -
- detección de la situación de los puntos de superficie en contacto sobre la esfera de medición (5),
- -
- cálculo de la situación en el espacio (P1) del centro de la esfera de medición (5) basándose en los valores de medición detectados,
- -
- desplazamiento de la parte de máquina (2) con la esfera de medición (5) fijada en la misma desde la primera ubicación de medición en un recorrido predeterminado (\alpha, B) a una segunda ubicación de medición,
- -
- determinación de la situación en el espacio (P2) del centro de la esfera por la exploración puntual de la superficie de la esfera nuevamente y
- -
- determinación de una desviación de situación por comparación de los valores reales detectados de la situación en el espacio (P2) del centro de la esfera con valores teóricos correspondientes que se dan a partir del recorrido de desplazamiento predefinido del control por programa.
2. Método de acuerdo con la reivindicación
1,
caracterizado por que
para la medición de la situación en el espacio
de un eje de giro se rota la parte de máquina (2) con la esfera de
medición (5) desde la primera ubicación de medición a la segunda
ubicación de medición en un ángulo predeterminado (\alpha).
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