LT4544B

LT4544B - Method of measuring the surface of complex form detail using coordinate measuring machines

Info

Publication number: LT4544B
Application number: LT97-185A
Authority: LT
Inventors: Svetlana Jerpiliova
Original assignee: Svetlana Jerpiliova
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-08-25
Also published as: LT97185A

Abstract

This invention relates to measurement engineering and may be used for measuring complicated form element surface measurements by coordinate measuring machines. The aim of the invention is to measure elements of different complicated geometric shapes, without a clearly expressed basic surface, without using complicated mathematical identification devices and other additional tools, reduce measurement times, increase measurement accuracy, tracing measurement to a system of coordinates of controlled surface. Determining the alignment of the complicated form element, system of measurement coordinates due to the alignment of mathematical machine system of coordinates (MSA) and its identification with an element system of coordinates (ESA), is carried out automatically, using control program cycles, in which takes place a step by step approach of the centre of the coordinates measuring machine system and consecutive turning of axles in each system of coordinates until the identification accuracy is achieved as required in the technical documentation.

Description

Išradimas susijęs su matavimo technika ir gali būti panaudotas sudėtingos formos detalių paviršių matavimui koordinačių matavimo mašinomis.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a measuring technique and can be used to measure complex surfaces of detail by means of coordinate measuring machines.

Koordinačių matavimo mašinos naudojamos įvairių detalių, jų formavimo įrangos paviršių matavimams, kompleksiškai nustatant formų nukrypimus, plokščių kontūrų elementų išsidėstymą ir kreivalinijinių paviršių koordinates. Matavimo mašinose detalė su išreikšta bazine plokštuma tvirtinama ant stalo, o matavimo galvutė ant paslankaus rėmo. Taškų ant detalės koordinačių matavimui matavimo galvutė priglaudžiama prie detalės paviršiaus tame taške. X, y ir z matavimo skalės rodo galvutės koordinates, kurios nustatomos ir užrašomos. Paprastai matavimo operacija yra ilga ir sudėtinga: pvz., detalės kontūro kontrolė vyksta matavimo galvutei kontaktuojant su detalės kontūru cikliškai, perstūmiant galvutę iš anksto užsiduota trajektorija, apimančia kontūro dalį, kito paieškos ciklo pradžia sutapatinama su paskutiniojo kontakto tašku, paieškos trajektorijos orientacija parenkama pagal kontūro taško vietą (SU a.l. Nr. 1 254 279).Coordinate measuring machines are used to measure surfaces of various details and their forming equipment, for complex determination of shape deviations, arrangement of flat contour elements and coordinates of curvilinear surfaces. In measuring machines, the workpiece with a pronounced basal plane is mounted on a table and the measuring head on a sliding frame. For measuring points on a workpiece coordinate, the probe is positioned against the workpiece surface at that point. The x, y, and z measuring scales show the coordinates of the head, which are determined and recorded. Typically, the measurement operation is long and complicated: for example, part contour control occurs by cyclically contacting the probe with the part contour, moving the head to a predefined trajectory that includes a contour, beginning the next search cycle with the last touch point point location (SU al. No. 1,254,279).

Kiek greitesnis detalės formos matavimo koordinačių matavimo mašina būdas apima papildomos mašinos matavimo galvutės koordinačių sistemos, kurios ašys lygiagrečios atitinkamoms matavimo mašinos koordinačių ašims arba sutapatintos su jomis, parinkimą, paviršiaus taškų padėties šioje papildomoje sistemoje nustatymą ir sprendžiant apie paviršiaus formą atsižvelgiama į algebrinę sumą tų pačių koordinačių taškų abiejose sistemose (SU a.l. Nr. 1 753 237).The quicker method of measuring a machine tool to coordinate a part shape involves selecting an additional machine head coordinate system that is parallel to or aligned with the corresponding machine coordinate axes, positioning the surface points in this auxiliary system, and taking the algebraic sum of the same coordinate points in both systems (SU al. No. 1,753,237).

Matavimų trijų koordinačių matavimo mašina tikslumas priklauso nuo mašinos ir detalės koordinačių sistemų (MKS ir DKS) sutapatinimo. Detalėms, turinčioms išreikštą bazinę plokštumą arba ašį, kuri vienareikšmiškai apibrėžia bazinės plokštumos padėtį erdvėje, tokia operacija nėra ypatingai sudėtinga. Kontroliuojamą detalę bazuoja ortogonalinėje koordinačių sistemoje, paeiliui užtikrina matavimo linijos statmenumą kiekvienai koordinačių plokštumai, pasukant koordinačių sistemą apie ašį, vienodai nutolusią nuo koordinačių ašių ir praeinančią per jų pradžią (SU a.l. Nr. 1 610 225).The accuracy of measurements on a three-coordinate measuring machine depends on the identification of the machine and part coordinate systems (MKS and DKS). For parts having a pronounced basal plane or axis that uniquely defines the position of the basal plane in space, such an operation is not particularly difficult. Based on an orthogonal coordinate system, the object to be controlled maintains a perpendicularity to the reference line for each coordinate plane by rotating a coordinate system about an axis equally distant from and passing through the coordinate axis (SU a.l. No. 1 610 225).

Plokščios detalės matavimų analizė gali būti vykdoma ir tokiu būdu.The analysis of flat part measurements can also be performed in this way.

Kiekviena detalės kontūro linija aprašoma lygtimis brėžinio koordinačių sistemoje.Each contour line of the part is described by equations in the grid coordinate system.

Matavimo rezultatas yra rinkinys koordinačių Χή·, Yy taškų, priklausančių j-ai kontūro linijai, kiekiu Nj, pakankamu nustatyti linijos parametrus ir formos nukrypimus. Taikant, išmatuotų koordinačių linijinį pertvarkymą, galima nustatyti atstumą nuo gautų taškų iki atitinkamų brėžinių linijų. Šių atstumų kvadratų suma, charakterizuojanti sutapatinimo kokybę, yra parametrų pertvarkymo funkcija paslinkimo ir pasukimo kampo. Šios funkcijos minimumas nustato pertvarkymą, duodantį optimalų sutapatinimą (Rabinovič S.G., Syraja T.N.//TSRS metrologijos instituto darbai (rusų kalba).- 1979. - Leid. 242(302)). Toks būdas netinka sudėtingos formos detalėms, neturinčioms išreikštos bazinės plokštumos ar elementų, vienareikšmiškai apibrėžiančių bazinės plokštumos padėtį erdvėje. Tokių detalių matavimams tenka naudoti papildomus išorinius bazuojančius elementus, standžiai fiksuojančius detalę mašinos koordinačių sistemoje. Be to, reikalinga sudėtinga programa, didelė kompiuterio atmintis ir kvalifikuotas operatorius.The result of the measurement is a set of coordinates Χή ·, Yy points on the contour line j, in the amount Nj sufficient to determine the line parameters and shape deviations. By applying linear transformation of measured coordinates, the distance from the resulting points to the corresponding drawing lines can be determined. The sum of the squares of these distances, which characterizes the quality of the mapping, is a function of the parameter rearrangement of the displacement and rotation angles. The minimum of this function determines the rearrangement giving optimum identification (Rabinovich S.G., Syria T.N.//TSRS Institute of Metrology (Russian) .- 1979 - Ed. 242 (302)). This method is not suitable for complex shaped details that do not have a pronounced basal plane or elements that uniquely define the position of the basal plane in space. Measurements of such details require the use of additional external base members which rigidly fix the part in the machine coordinate system. It also requires a sophisticated program, a large amount of computer memory, and a skilled operator.

Išradimo tikslas yra matuoti detales, įvairios sudėtingos geometrinės formos, be aiškiai išreikšto bazinio paviršiaus, nenaudojant sudėtingo matematinio sutapatinimo aparato ir kitų papildomų priemonių, sutrumpinti matavimo laiką, be to, padidinti matavimo tikslumą, susiejant matavimą su kontroliuojamo paviršiaus koordinačių sistema.The object of the present invention is to measure details of various complex geometric shapes, without a clearly expressed base surface, without the use of a sophisticated mathematical mapping apparatus and other ancillary means, to shorten measurement time and to increase measurement accuracy by associating measurement with a controlled surface coordinate system.

Sudėtingos formos detalės išlyginimas, koordinačių sistemos, kurioje matuojama, nustatymas vyksta automatiškai dėl matematinio mašinos koordinačių sistemos (MKS) išlyginimo ir jos sutapatinimo su detalės koordinačių sistema (DKS), naudojant valdymo programos ciklus, kuriuose vyksta žingsninis matavimo mašinos koordinačių sistemos centro priartėjimas prie detalės koordinačių sistemos centro ir ašių pasukimas paeiliui kiekvienoje koordinačių plokštumoje tol, kol pasiekiamas sutapatinimo, patenkinančio techninės dokumentacijos reikalavimus, tikslumas.Complex shape detail alignment, the coordinate system where the measurement is made, is automatically set due to the mathematical alignment of the machine coordinate system (MKS) and its alignment with the component coordinate system (DKS) using control program cycles that take stepwise approach to the center of the coordinate system rotation of the center of the coordinate system and the axes in turn in each coordinate plane until the accuracy of the mapping satisfies the requirements of the technical documentation.

Matavimo būdas realizuojamas taip:The method of measurement is implemented as follows:

II

Esant atsitiktinei detalės padėčiai trijų koordinačių matavimo mašinos darbinėje erdvėje, apytikriai sutapatinamos MKS ir DKS. Toliau žingsnis po žingsnio tikslinama pasirinkta DKS. Kiekvienas žingsnis apima šį veiksmų ciklą:In the random position of the part in the working space of the three-coordinate measuring machine, MKS and DKS are approximated. Next, the selected DKS is adjusted step by step. Each step involves the following cycle of actions:

kontrolinių taškų matavimas pasirinktoje DKS ir MKS pasukimas vienoje arba keliose plokštumose, kuriose kontrolinių taškų koordinatės susietos su koordinatinių ašių kryptimis bazinėje koordinačių sistemoje, nurodytoje techninėje dokumentacijoje. Esant tokiam pasukimui, kontroliniai taškai, pagal kuriuos buvo nustatomas DKS centras, paslenkami iš savo pirminės padėties. Be to, šis pasislinkimas tuo didesnis, kuo didesnis daromo pasukimo kampas. Todėl pasukus reikia pagal kontrolinius taškus vėl nustatyti DKS centrą. MKS paslenkama į patikslintą DKS centrą. Pagal MKS paslinkimo dydį ir jos pasukimo kampo kiekvienoje koordinačių plokštumoje dydį galima spręsti apie pasiektą MKS ir DKS sutapatinimo tikslumą. Aprašytas ciklas DKS patikslinimo ir MKS priartinimo prie DKS kartojamas tol, kol MKS ir DKS sutapatinimo tikslumas nepatenkins detalės matavimo tikslumo.measuring the control points in the selected DKS and MKS rotation in one or more planes in which the coordinates of the control points are linked to the coordinate axis directions in the base coordinate system specified in the technical documentation. At this turn, the control points at which the DKS center was located are shifted from their original position. In addition, the greater the angle of rotation, the greater this shift. Therefore, after turning, the center of the DKS should be re-aligned with the control points. The MKS is moved to the revised DKS center. The magnitude of the MKS displacement and its rotation angle in each coordinate plane give an indication of the accuracy of the MKS and DKS mapping achieved. The described cycle of adjusting the DKS and zooming in on the DKS is repeated until the accuracy of the MKS and DKS matching fails to meet the measurement accuracy of the part.

Siūlomą būdą galima taikyti visų tipų trijų koordinačių matavimo mašinose, turinčiose automatinį matavimo proceso valdymą. Siūlomu būdu, pavyzdžiui, galima patikrinti televizoriaus ekrano sferinį paviršių, nepriklausomai nuo jo bortelio apdirbimo laipsnio. Įvertinant sferos formos nukrypimus MKS turi būti susieta lik su pačiu sferos paviršiumi ir su jokia kita detalės plokštuma ar paviršiumi. Naudojant “Opton” trijų koordinačių sistemos mašiną ir tik “UMESS” programinį aprūpinimą, be papildomų sąnaudų gauti tokie rezultatai: ekrano bazinių taškų nuokrypis matavimo mašinos tikslumo ribose lygus nuliui (praktiškai neviršija 1 - 4 pm); matavimo atsikartojamumas, esant atsitiktinei ekrano padėčiai matavimo mašinos darbinėje erdvėje, lygus 0,01 mm.The proposed method can be applied to all types of three-coordinate measuring machines with automatic control of the measuring process. In the proposed way, for example, it is possible to check the spherical surface of a television screen, regardless of the degree of machining of its curb. In assessing spherical aberrations, the MCS shall be related to the surface of the sphere itself and to no other plane or surface of the part. Using the Opton three-coordinate machine and UMESS software only, the following results were obtained at no additional cost: The offset of the screen base points within the accuracy of the measuring machine is zero (practically no more than 1-4 pm); the repeatability of the measurement at a random screen position within the working space of the measuring machine is 0.01 mm.

Tokie pat matavimo rezultatai gaunami matuojant vidinio ekrano paviršiaus nuokrypius. Gauti .'patikimi ir kokybiški ekranų matavimai leidžia visiškai atsisakyti technologiniame procese nuo ekranų etalonų-imitatorių.The same measurement results are obtained by measuring the deviations of the inner screen surface. The resulting reliable and high quality screen measurements allow you to completely abandon screen-based imitators in the technological process.

Matuojant nuokrypius atstumų nuo vidinio ekrano paviršiaus taškų iki fiksatorių plokštumų (matavimas aktualus įvertinant ekrano mazgo bei tolesnio kineskopo surinkimo kokybę) galima naudoti bet kurį išmatuotą ekraną kaip etaloną, naudojant pastarojo matavimo rezultatus kaip įvedamus į mašiną kompensacijos koeficientus. Tikrinant mazgo surinkimą, gauti šie rezultatai:When measuring offsets from the inner screen surface points to the latch planes (a measurement relevant to the quality of the screen assembly and subsequent tube assembly), any measured screen can be used as a benchmark using the latter measurement as input to the machine. The following results were obtained when verifying the assembly of the unit:

atsikartojamumas - 0,01 mm, sutapatinimas MKS su plokštuma, einančia per fiksatorių ašis ir per duoto skersmens apskritimų centrus ant kūginės fiksatorių dalies, yra 0,005 mm. Be to, naudojant siūlomą būdą galima kokybiškai patikrinti kiekvieno fiksatoriaus ašies statmenumą bendrai parinktai koordinačių sistemai, tai padeda operatyviai įvertinti fiksatorių privirinimo statmenumą.a repeatability of 0.01 mm, the alignment of the MKS with the plane passing through the axes of the latches and through the centers of circles of given diameter on the conical portion of the latches is 0,005 mm. In addition, the proposed method provides a qualitative check of the perpendicularity of the axis of each latch to a commonly selected coordinate system, which helps to quickly evaluate the perpendicularity of the latch welds.

Siūlomas būdas gali būti panaudotas matuojant stiklą formuojančią įrangą 10 matricas, puansonus. Galimybė sudėtingų formuojančių paviršių tiesioginio matavimo nepriklausomai nuo pagalbinių elementų ir plokštumų leidžia sumažinti išlaidas matricų ir puansonų gamybai ir baigiamajam apdirbimui.The proposed method can be used for measuring glass-forming equipment 10 matrices, pools. The ability to directly measure complex forming surfaces independently of auxiliary elements and planes reduces the cost of producing and finishing matrices and punches.

Įvertinant parabolinius Įdėklus, naudojamus formuojant parabolinę kineskopo stiklinio kūgio dalį, siūlomu MKS ir DKS sutapatinimo būdu, gautas nulinės plokštumos sutapatinimo su reikiamo skersmens pjūviu tikslumas yra 0,005 mm ir atsikartojamumas ir matavimo tikslumas bet kuriame pjūvyje yra 0,005 mm.Evaluating the parabolic liners used to form the parabolic glass cone portion of the tube by the proposed MKS and DKS alignment, the resulting zero plane alignment with the required diameter section is 0.005 mm and the repeatability and measurement accuracy for any section is 0.005 mm.

Naudojant matavimo programose įtvaro iš trijų sudėtinių kernų kontrolei cikliško sutapatinimo MKS ir DKS būdą, pasiektas matavimų tikslumas ir atsikartojamumas yra 0,001 - 0,003 mm, be to, vienos detalės matavimas trunka kelias minutes ir nereikia papildomo pasiruošimo.Using the MKS and DKS method for the control of the three composite cores in the control programs, the accuracy and repeatability of the measurements achieved is 0.001 - 0.003 mm, and the measurement of one detail takes several minutes and does not require any additional preparation.

Siūlomu būdu galima matuoti ne tik kineskopų detales ir jų gamybos įrangą, bet būdą galima naudoti ir kitose gamyklose, kur reikia labai tiksliai koordinačių matavimo mašinomis išmatuoti detales, turinčias sudėtingus paviršius.The proposed method can be used not only to measure the details of the tubes and their equipment, but it can also be used in other factories where the measurement of details with complex surfaces is required with very precise coordinate measuring machines.

Pateikti konkretūs būdo pritaikymo pavyzdžiai neapima viso galimo būdo 25 panaudojimo spektro ir, jokiu būdu, nesiaurina apibrėžtimi nustatytos išradimo teisinės apsaugos apimties.The specific examples of method application presented do not cover the full range of possible uses of the method, and in no way limit the scope of the legal protection of the invention as defined.

Claims

DEFINITION OF INVENTION

Complex shape detail of the surface measurement of three coordinates measurement

5 Machines Method to Identify Machine Coordinate System with Measured Coordinate System by Moving Machine Machine Coordinate System Center to Work Coordinate System Center and Rotating Machine Coordinate System Center to System Coordinate Axes Matching Machine Coordinate System Rotation and Shift Dimensions

10 deals with the accuracy of the mapping, characterized by the cyclical precision of the selected part coordinate system:

Measures control points in the selected detail coordinate system;

rotates the machine coordinate system in one or more planes where the coordinates of the control points are associated with the base coordinate system

15 technical documentation of the component in the axial directions;

resets the center of the part coordinate system to reference points; transfers the machine coordinate system center to the revised workpiece coordinate system center;

the adjustment steps shall be repeated until the required measurement accuracy is achieved.