WO2023222371A1 - Messkörper zur überprüfung von geometrischen abweichungen einer 3-achsigen werkzeugmaschine, 3-achsige werkzeugmaschine und verfahren zur kompensation geometrischer abweichungen einer 3-achsigen werkzeugmaschine - Google Patents

Messkörper zur überprüfung von geometrischen abweichungen einer 3-achsigen werkzeugmaschine, 3-achsige werkzeugmaschine und verfahren zur kompensation geometrischer abweichungen einer 3-achsigen werkzeugmaschine Download PDF

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WO2023222371A1
WO2023222371A1 PCT/EP2023/061456 EP2023061456W WO2023222371A1 WO 2023222371 A1 WO2023222371 A1 WO 2023222371A1 EP 2023061456 W EP2023061456 W EP 2023061456W WO 2023222371 A1 WO2023222371 A1 WO 2023222371A1
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holes
wall
machine tool
measuring body
base plate
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PCT/EP2023/061456
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André Breitzke
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Röders Gmbh
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes

Definitions

  • the present invention relates to a measuring body for checking geometric deviations of a 3-axis machine tool and a 3-axis machine tool with improved geometric accuracy and a method for checking and compensating geometric deviations of a 3-axis machine tool.
  • a well-known problem area with machine tools is the geometric accuracy of the machine tool.
  • the geometric accuracy of a machine tool is determined by the relative deviation of the actual position and orientation of the tool to the workpiece from the target position and orientation. This error is the cause of deviations from the ideal workpiece geometry and thus the working accuracy of a machine tool.
  • individual axis deviations as well as the position and alignment of the individual axes to one another are usually taken into account.
  • a 3-axis machine tool has three linear deviations (once in the axial direction and twice perpendicular to the axial direction) and three rotational deviations (yaw, pitch and roll). This results in six deviations for each linear axis, resulting in 18 deviations for the three linear axes. In addition, three perpendicularity deviations of the linear axes to one another must be considered.
  • a 3-axis machine tool therefore has a total of twenty-one possible errors in the geometry. The individual deviations can overlap and then actually lead to a large overall error, which has an undesirable effect on the geometric accuracy of the machine tool.
  • the measuring body according to the invention for checking geometric deviations of a 3-axis machine tool with the features of claim 1, however, has the advantage that geometric deviations of the 3-axis machine tool can be compensated for with the help of the measuring body, so that the 3-axis machine tool does not have any linear deviations , no rotational deviations and no perpendicularity deviations. This means that workpieces can then be machined with the highest level of precision using the 3-axis machine tool.
  • the correction data determined based on the measuring body can be used directly to compensate for errors in the 3-axis machine tool.
  • the measuring body is particularly suitable for machine tools for ultra-precision machining. Furthermore, the measuring body is particularly suitable for checking, correcting and long-term evaluation of machine tools, which can therefore be used for ultra-precision machining throughout their entire service life.
  • the measuring body has a base plate, a first wall and a second wall.
  • the first wall is arranged on the particularly square base plate and projects vertically from the base plate.
  • the first wall is a stepped triangle and has a stair-step-shaped area with a plurality of steps at an upper, exposed area.
  • the second wall is further square and also arranged vertically protruding on the base plate and arranged perpendicular to the first wall.
  • a first row of holes and a second row of holes are also formed in the base plate.
  • the first wall is therefore designed in the shape of a staircase with a plurality of steps on the side facing away from the base plate.
  • the second wall is a square wall, in particular a rectangular wall, and has an upper, exposed area parallel to the base plate, in which a first row of wall holes is formed.
  • the step-shaped area of the first wall is therefore located on the upper, exposed area of the first wall.
  • the upper, exposed area of the first wall thus forms a staircase on which different positions in the Z direction can be detected, with the base plate spanning a base plane in the X and Y directions. Due to the upper, exposed step-shaped area of the first wall, the first wall has a substantially triangular shape.
  • the staircase-shaped first wall has a row of staircase holes, with a hole being formed in each step. This makes it possible, in addition to determining a position in the Z direction, to also record positions in the X and Y directions at different heights.
  • the measuring body further comprises a third wall, which is arranged on the base plate and is positioned perpendicular to the second wall.
  • the third wall is a square wall with an upper, exposed area that runs parallel to the base plate and has a second row of wall holes.
  • the third wall is thus arranged on the base plate parallel to the first wall.
  • the first row of wall holes and the second row of wall holes are thus arranged perpendicular to one another.
  • the first, second and third walls form a U-shaped arrangement.
  • the measuring body comprises a third row of holes on the base plate, which is parallel to the second row of wall holes of the third wall.
  • the first, second and third rows of holes on the top of the base plate each run along an edge of the base plate, which are particularly preferably square.
  • the first row of holes is preferably parallel to a first edge of the base plate
  • the second row of holes is parallel to a second edge of the base plate
  • the third row of holes is parallel to a third edge of the base plate.
  • first row of holes parallel to the first wall and/or the second row of holes parallel to the second wall and/or the third row of holes parallel to the third wall is particularly preferred. This makes it possible for yaw errors and pitching errors and rolling errors in particular to be detected by the measuring body.
  • the first, second and third rows of holes particularly preferably have the same number of holes, the same hole spacing and the same hole diameter.
  • the first, second and third walls each have a predetermined distance from the first, second and third edges, More preferably, the step surfaces of the steps of the step triangle, which are parallel to the base plate, are ground or otherwise finely machined to provide great flatness. Preferably, the upper, exposed areas of the second and/or third walls are also ground or finely machined to have a high level of flatness. As a result, the accuracy of the measurement using the measuring body can be significantly improved.
  • the areas in which the first and/or second and/or third row of holes are formed in the base plate and/or areas next to the rows of holes are provided as ground areas.
  • the measuring body comprises a reinforcing element on an underside of the base plate in order to improve the stability of the measuring body.
  • the reinforcing element is preferably a strip cross with two strips, with one strip connecting two opposite corners of the base plate on the underside of the base plate.
  • the reinforcing element is preferably also used to clamp the measuring body in the machine tool.
  • the first, second and third rows of holes in the base plate are arranged in such a way that, in the case of a square base plate, a hole for a measuring process is formed in each corner region of the base plate.
  • the base plate is preferably rectangular, in particular square. More preferably, each row of holes in the base plate and the row of stair holes as well as the first and second rows of wall holes each have at least one reference hole.
  • the area around each reference hole is preferably ground, so that the ground surface is used as a reference element for determining a Z coordinate.
  • a center point of each reference hole can be used as a reference element for an X and Y coordinate.
  • the holes of the first, second and third rows of holes are arranged on a straight line.
  • the measuring body is preferably made of Invar.
  • Invar has a very low coefficient of thermal expansion and is therefore particularly suitable for the production of the measuring body.
  • a thickness of the first, second and third walls and a thickness of the base plate are the same.
  • the present invention relates to a 3-axis machine tool comprising a tool spindle, a measuring device, in particular a 3D measuring probe, which can be clamped into the tool spindle and a control unit for controlling the 3-axis machine tool.
  • the 3-axis machine tool comprises a measuring body according to the invention, wherein the control unit is set up based on a target/actual comparison of previously determined geometric target dimensions of the measuring body with actual geometric dimensions of the measuring body determined by the measuring device in the 3-axis machine tool Measuring body to make a correction to the geometric data of the 3-axis machine tool.
  • the control unit thus has a memory in which the geometric target dimensions of the measuring body, which were determined in a previous step in a measuring machine, are stored.
  • the control unit preferably starts an NC program for measuring the measuring body in order to determine the actual values of the measuring body.
  • an NC program for measuring the measuring body in order to determine the actual values of the measuring body.
  • the present invention relates to a method for checking and compensating for geometric deviations of a 3-axis machine tool, the method comprising the steps:
  • the method according to the invention can be carried out relatively quickly and safely.
  • the method according to the invention can also be used after delivery of a 3- Axis machine tool can be carried out at a customer's in a short time, so that prevailing conditions there, in particular temperature conditions at the customer's, no longer have a negative influence on the geometric accuracy of the 3-axis machine tool in operation.
  • the method is also possible for the method to be carried out by the manufacturer of the 3-axis machine tool in order to, if necessary, optimize manufacturing processes at the manufacturer of the 3-axis machine tool.
  • the target values of the measuring body are determined in advance in a coordinate measuring machine and the measuring body is then arranged in the working space of the 3-axis machine tool in such a way that a coordinate system of the measuring body corresponds to a coordinate system of the 3-axis machine tool.
  • a temperature of the work space is recorded and a correction of the actual data is carried out based on the recorded temperature of the work space. This further improves the accuracy for compensating for geometric deviations.
  • the method according to the invention is preferably used for checking, correcting and long-term evaluation of a three-axis machine tool.
  • the method according to the invention preferably determines twenty-one possible geometric errors:
  • a pitch error of the Y-axis is corrected by the Y positioning error, the straightness error of the Y-axis in the X direction, and the perpendicularity error between the Y-axis and the X-axis.
  • the prerequisite here is that the X-distance of the spindle to the table of the machine tool is constant. More preferably, a rolling error in the Z axis is ignored since the tool rotates in this axis. If, further preferably, a tool length is constant, A pitch error of the Z-axis and a yaw error of the Z-axis can be neglected. Both errors can be corrected by the straightness and perpendicularity errors of the Z axis. These measures can therefore reduce the measurement effort.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective view of a measuring body in a 3-axis machine tool according to a preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic, perspective view of the measuring body from FIG. 1 from a different perspective
  • FIG. 3 is a schematic top view of the measuring body from FIG. 2,
  • FIG. 4 is a schematic side view of the measuring body, which shows the exemplary determination of a pitch error of the X-axis
  • FIG. 5 is a partial side view of the measuring body, which shows an exemplary determination of a rolling error of the X-axis, and
  • Fig. 6 is a schematic representation for determining a yaw error of the X-axis.
  • a 3-axis machine tool 1 and a measuring body 2 for checking geometric deviations of the 3-axis machine tool are described in detail below with reference to Figures 1 to 6.
  • the 3-axis machine tool 1 includes a work space 3, a spindle 4 and a control unit 9.
  • a measuring body 2 is arranged on a machine table 6 of the 3-axis machine tool 1.
  • the measuring body 2 can be seen in detail from Figures 1, 2 and 3.
  • the measuring body 2 is set up to check geometric deviations of the 3-axis machine tool, whereby all linear, rotational and squareness errors, a total of twenty-one errors, can be determined in one clamping of the measuring body.
  • coordinates for positioning a tool of the 3-axis machine tool 1 can be determined very precisely by means of the measuring body 2.
  • the measuring body 2 comprises a flat base plate 8, which spans a base plane in an X direction and a Y direction. Furthermore, the measuring body 2 comprises a first wall 10, a second wall 20 and a third wall 30. The first wall 10, the second wall 20 and the third wall 30 are arranged on the base plate 8 and protrude vertically from the base plate 8 and form one U-shape
  • a Z direction is perpendicular to the X direction and perpendicular to the Y direction.
  • the first wall 10 and the second wall 20 and the third wall 30 are arranged on the base area of the base plate 8.
  • the base plate 8 is square and includes a first edge 81, a second edge 82, a third edge 83 and a fourth edge 84.
  • the three walls 10, 20, 30 are geometrically different, as can be seen in particular from Figures 1 and 2.
  • the first wall 10 is a stepped triangle with an upper, exposed area 11, on which a step-shaped area 12 is formed.
  • the stair-step-shaped area 12 has a plurality of steps 13.
  • a hole 15 is formed in each stage 13.
  • the holes 15 form a row of stair holes 14.
  • the step triangle designed as the first wall 10 has seven steps.
  • the second wall 20 is a rectangular wall also with an area 21 exposed at the top.
  • a first row of wall holes 22 with a plurality of holes 23 is formed in the upper exposed area 21.
  • the third wall 30 is also a rectangular wall and has an upper, exposed area 31.
  • a second row of wall holes 32 with a plurality of holes 33 is formed in the upper, exposed area 31, a second row of wall holes 32 with a plurality of holes 33 is formed.
  • a size of the second wall 20 is smaller than a size of the third wall 30.
  • the holes 23 of the second wall 20 lie in a straight line.
  • the holes 33 of the third wall 30 lie in a straight line.
  • the holes in the second and third walls are arranged in such a way that the straight lines formed by the holes 23 and 33 intersect at right angles.
  • the first wall 10 is arranged at a right angle to the second wall 20.
  • the second wall 20 is also arranged at a right angle to the third wall 30.
  • the first wall 10 and the second wall 30 are parallel to one another.
  • first, second and third walls 10, 20 and 30 are arranged along their longitudinal sides at a distance from the respective edges 81, 82, 83 of the base plate 8. Only one end region of the third plate 30 extends to the fourth edge 84 (see FIG. 2).
  • the base plate 8 has a larger central opening and several longitudinal openings (without reference numbers).
  • a reinforcing element 7 is arranged on the underside of the base plate 8 and has a first strip 71 and a second strip 72.
  • the two strips 71, 72 are arranged in a cross shape and stiffen the base plate 8 and thus the measuring body 2.
  • the reinforcing element 7 also makes it possible for the measuring body 2 to be clamped on the machine table 6 in a simple manner. This in particular prevents unwanted tensions from being introduced into the base plate or the three walls 10, 20, 30 as a result of a clamping process, which could lead to falsification of the measurement result.
  • the measuring body 2 in the base plate on the top comprises a first row of holes 101, a second row of holes 102 and a third row of holes 103.
  • the first row of holes 101 comprises a plurality of holes 101a, which are arranged on a first straight line 111.
  • the first straight line 111 runs parallel to the first edge 81.
  • the second row of holes 102 comprises a plurality of holes 102a, which are arranged on a second straight line 112.
  • the second row of holes 102 is parallel to the second edge 82.
  • the third row of holes 103 comprises a plurality of holes 103a, which are arranged on a third straight line 113.
  • the third row of holes 103 is parallel to the third edge 83 (see Fig. 3).
  • not all holes in the first, second and third rows of holes in FIG. 3 are provided with a reference number.
  • the first row of holes 101 is parallel to the row of stair holes 14.
  • the second row of holes 102 is parallel to the first row of wall holes 22 of the second wall 20.
  • the third row of holes 103 is parallel to the second row of wall holes 32.
  • the number of holes in the first, second and third rows of holes is preferably the same, as are the geometric dimensions, in particular the hole spacing.
  • strip-shaped, ground reference surfaces (not shown in FIG. 3) can be provided parallel to the three rows of holes. Furthermore, the first, second and third rows of holes 101, 102, 103 are provided such that a hole is provided in each corner of the base plate 8.
  • a thickness of the base plate 8 is the same as the wall thicknesses of the walls 10, 20, 30.
  • the measuring body 2 is fixed on the machine table 6 of the 3-axis machine tool 1. Furthermore, a 3D measuring probe is arranged in the spindle 4, by means of which the actual coordinates of the 3-axis machine tool are determined using the measuring body 2.
  • the 3-axis machine tool 1 further includes the control unit 9, which is set up to control the 3-axis machine tool.
  • the control unit 9 is also set up to carry out a correction of the geometric data of the 3-axis machine tool 1 based on a target/actual comparison of the geometric dimensions of the measuring body 2.
  • the 3-axis machine tool has three linear axes, namely a first axis in the X direction, a second axis in the Y direction and a third axis in the Z direction.
  • the three linear axes result in twenty-one deviations, three of which are deviations in the perpendicularity of the linear axes to one another. This results in a total of twenty-one error parameters for the 3-axis machine tool.
  • the measuring body 2 must first be measured using a coordinate measuring machine, not shown, in order to generate target values. These target values are then supplied to the control unit 9 of the 3-axis machine tool 1 and stored in a memory.
  • a coordinate system is set up in such a way that an XY plane is parallel to the base plate 8.
  • the geometry of the measuring body 2, which is preferably made of Invar, is thus determined based on repeatedly determined Z positions, X positions and Y positions of various reference elements of the measuring body 2.
  • a zero point of the coordinate system of the measuring body 2 is also determined.
  • the ground step surfaces or the ground reference surfaces for the Z positions serve as reference elements.
  • the holes in the rows of holes 101, 102, 103 and the holes 15 in the steps 13 and the holes 23, 33 in the exposed areas 11, 21 serve as reference elements for the X positions and Y positions.
  • the measuring body 2 In order to record the geometric deviations of the 3-axis machine tool, the measuring body 2 is placed on the machine table 6 in the working space 3 of the 3-axis machine tool.
  • the measuring body 2 can be clamped or attached to a machine table in another way.
  • the X-Y-Z coordinate system of the measuring body should always be aligned parallel to the X-Y-Z coordinate system of the 3-axis machine tool.
  • the measurement of the measuring body 2 in the 3-axis machine tool 1 is then carried out using the 3D measuring device 5, for example a 3D measuring probe.
  • Modern 3-axis machine tools usually have such a 3D measuring probe, for example for recording component positions and component geometries.
  • the coordinate system of the 3-axis machine tool is aligned identically to the coordinate system of the coordinate measuring machine in which the measuring body 2 was previously measured.
  • control unit 9 can preferably run a fully automatic NC program in order to measure the measuring body 2 using the 3D measuring probe 5 and thereby determine the actual values of the 3-axis machine tool.
  • axis machine tool 1 to determine.
  • the temperature of the working space 3 of the 3-axis machine tool 1 is also recorded and stored. If this temperature of the work area differs from a reference temperature, e.g. 20 °C, a thermal expansion coefficient of the workpieces to be machined on the 3-axis machine tool must be taken into account when machining the workpiece. A corresponding correction of the actual values of the 3-axis machine tool must then be made here.
  • a reference temperature e.g. 20 °C
  • FIG. 3 shows a top view of the measuring body 2 as an example Straightness deviations G, a squareness deviation R (angle a) and position deviations P.
  • a position deviation of the X axis can first be determined by evaluating the differences between actual positions and target positions in the X direction of the measured reference elements on the base plate 8 along the X axis. Since the zero point of the measuring body 2 and the position of the reference elements relative to the zero point are known, the differences determined can be assigned to X-axis positions of the 3-axis machine tool. This results in a table of X-axis positions of the 3-axis machine tool and position deviations in the X direction at these X-axis positions. These position deviations can be stored and used directly as correction data for error compensation of the 3-axis machine tool in the control unit 9.
  • the deviations could also be pre-processed mathematically.
  • the deviations can also be approximated using various mathematical functions. Especially with small measuring bodies 2 with few reference elements, an approximation of the differences with a straight line (equilibrium straight line) is conceivable. In this case, only a scaling error is corrected.
  • the measuring body 2 Since the measuring body 2 only covers a part of the working space 3 of the 3-axis machine tool, the recorded actual values are preferably extrapolated using a corresponding mathematical function. This results in deviations for the entire working space 3 of the 3-axis machine tool 1.
  • Straightness deviations G of the X axis are determined in the same way.
  • the position deviations P in the Y direction or Z direction are assigned to the X axis positions.
  • the differences between the actual position and target positions in the Y direction result from the determined center points of the holes in the three rows of holes 101, 102, 103 and the reference holes on the first, second and third walls 10, 20, 30.
  • the differences between actual positions and target positions in the Z direction result, for example, from the reference surfaces on the base plate 8 and the ground surfaces of the steps 13. Mathematical preprocessing or approximation is also possible here.
  • a squareness error R between the X-axis and the Y-axis can be calculated.
  • two best-fit lines are calculated.
  • the first compensation line results from the X-axis position of the reference elements on the base plate 8 along the X-direction and their position deviations in the Y-direction.
  • the second compensation line results from the Y-axis positions of the reference elements on the base plate 8 along the Y direction and their position deviations in the X direction.
  • An angle a between the two compensation lines is then calculated (see Figure 3). The determined deviation can be used directly as a correction value for error compensation in the control unit 9.
  • the actual positions of all reference elements in the measurement data are then adjusted according to their Y position based on the squareness error so that the measurement data no longer contains an X-Y squareness error.
  • the position deviations and the straightness deviations of the Y-axis are then calculated in the same way as for the X-axis.
  • the differences in the actual and target positions of the reference positions on the base plate 8 are evaluated along the Y axis (see Figure 3). Together with the zero point, this results in a table with the Y-axis positions of the 3-axis machine tool and the position deviations in the X, Y and Z directions at these Y-axis positions.
  • the data can be further processed as with the X-axis or transferred directly to the control unit 9 as correction data for error compensation of the 3-axis machine tool.
  • the correction data should be extrapolated with a corresponding mathematical function in order to define the entire working space 3.
  • the pitch error of the X-axis is calculated.
  • geometric features must be present in the In order for the error to be determined independently of other errors, the Y and Z positions of the features must be identical. In order to be able to measure the influence of the be measured. In addition, the Z distance d to the first X feature row must be known.
  • the roll error and the yaw error of the Y-axis are determined.
  • the perpendicularities between the X-axis and the Z-axis are calculated.
  • two best-fit lines are calculated.
  • the first compensation line results from the X-axis positions of the reference elements on the base plate 8 along the X-direction and their position deviations in the Z-direction.
  • the second compensation line results from the Z-axis position of the reference elements on the first wall 10 (step triangle) in the X direction and their position deviations in the X direction.
  • the angle a between the two equilibrium lines is then calculated. The determined deviation can be used directly as a correction value for error compensation in the control unit 9.
  • the perpendicularity between the Y axis and the Z axis is calculated.
  • the first compensation line results from the Y-axis positions of the reference elements on the base plate 8 along the Y direction and their position deviations in the Z direction.
  • the second compensation line results from the Z-axis positions of the reference elements on the second wall 20 in the Y direction and their position deviations in the Y direction. The deviations in perpendicularity between These two straight lines can in turn be used directly as a correction value for error compensation.
  • the actual position of all reference elements are then adjusted in the measurement data according to their Z position based on the squareness errors so that the measurement data no longer contains any X-Z squareness errors or Y-Z squareness errors.
  • the geometric deviations of the Z axis are calculated.
  • the reference elements reference holes and ground step surfaces of the three walls 10, 20, 30 are used. Since in the previous evaluation the errors of the is necessary, the geometric deviations of the Z axis are not affected.
  • the position deviation of the Z axis is thus determined by evaluating the differences between the actual position and target position of the reference position in the Z direction on the first wall 10. Since the zero point of the measuring body 2 and the position of the reference elements relative to the zero point are known, the differences determined can be assigned to Z-axis positions of the 3-axis machine tool. This results in a table of Z-axis positions, which can be used directly as correction data for error compensation for the 3-axis machine tool. The data can be further processed as with the X-axis and Y-axis or used directly as correction data. Here too, the correction data can be extrapolated using a corresponding mathematical function.
  • the straightness deviations of the Z axis are determined in the same way.
  • the position deviations in the Y direction or X direction are assigned to the Z axis positions.
  • the differences between the actual position and the target position result from the determined center points of the holes. Further processing of the straightness deviations can be carried out identically to the position deviation of the Z axis.
  • the method is particularly suitable for correcting a 3-axis machine tool geometry after changing the thermal conditions, since in this case linear errors usually occur that can be easily extrapolated.
  • this process can also be used to adapt the geometry of the 3-axis machine tool to materials to adapt to different thermal expansion coefficients if there is a temperature in the work area that deviates from the reference temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messkörper zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen in einer 3-achsigen Werkzeugmaschine (1) umfassend eine Basisplatte (8), eine erste Wand (10), welche auf der Basisplatte (8) angeordnet ist und senkrecht von der Basisplatte (8) vorsteht, eine zweite Wand (20), welche auf der Basisplatte (8) angeordnet ist und senkrecht von der Basisplatte (8) vorsteht und senkrecht zur ersten Wand (10) angeordnet ist, wobei in der Basisplatte (8) eine erste Lochreihe (101) und eine zweite Lochreihe (102) ausgebildet ist, wobei die erste Wand (10) ein Stufendreieck ist und an einem oberen, freiliegenden Bereich (11) einen treppenstufenförmigen Bereich (12) mit einer Vielzahl von Stufen (13) aufweist, wobei die zweite Wand (20) eine Viereckwand ist und an einem oberen, freiliegenden Bereich (21), welcher parallel zur Basisplatte (8) verläuft, eine erste Wandlochreihe (22) aufweist, und wobei die erste Lochreihe (101) parallel zur Treppenlochreihe (14) angeordnet ist und die zweite Lochreihe (102) parallel zur ersten Wandlochreihe (22) angeordnet ist.

Description

Messkörper zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine, 3-achsige Werkzeugmaschine und Verfahren zur Kompensation geometrischer Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messkörper zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine sowie eine 3-achsige Werkzeugmaschine mit einer verbesserten geometrischen Genauigkeit sowie ein Verfahren zur Überprüfung und Kompensation von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine.
Ein bekannter Problemkreis bei Werkzeugmaschinen ist die geometrische Genauigkeit der Werkzeugmaschine. Die geometrische Genauigkeit einer Werkzeugmaschine wird durch die relative Abweichung der Ist-Position und -Orientierung des Werkzeugs zum Werkstück von der Soll-Position und -Orientierung bestimmt. Dieser Fehler ist damit ursächlich für Abweichungen von der idealen Werkstückgeometrie und damit für die Arbeitsgenauigkeit einer Werkzeugmaschine. Zur Verbesserung der geometrischen Genauigkeit werden in der Regel Einzelachsabweichungen sowie die Lage- und Ausrichtung der Einzelachsen zueinander betrachtet.
Unter Annahme eines Starrkörpermodells weist eine 3-achsige Werkzeugmaschine dabei jeweils drei lineare Abweichungen (einmal in Achsrichtung und zweimal senkrecht zur Achsrichtung) sowie drei rotatorische Abweichungen (Gieren, Nicken und Rollen) auf. Somit ergeben sich für jede Linearachse sechs Abweichungen, sodass sich für die drei Linearachsen 18 Abweichungen ergeben. Zusätzlich müssen noch drei Rechtwinkligkeitsabweichungen der Linearachsen zueinander betrachtet werden. Somit weist eine 3-achsige Werkzeugmaschine insgesamt einundzwanzig mögliche Fehler in der Geometrie auf. Hierbei können sich die einzelnen Abweichungen überlagern und dann tatsächlich zu einem großen Gesamtfehler führen, was die geometrische Genauigkeit der Werkzeugmaschine in unerwünschter Weise beeinflusst. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Messkörper zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine, eine 3-achsige Werkzeugmaschine und ein Verfahren zur Überprüfung und Kompensation von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine bereitzustellen, wobei der Messkörper und die 3-achsige Werkzeugmaschine möglichst einfach und kostengünstig aufgebaut sind und das Verfahren möglichst kostengünstig und schnell durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Messkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine 3- achsige Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Messkörper zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist hingegen den Vorteil auf, dass mit Hilfe des Messkörpers geometrische Abweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine ausgeglichen werden können, sodass die 3-achsige Werkzeugmaschine keine linearen Abweichungen, keine rotatorischen Abweichungen und keine Rechtwinkligkeitsabweichungen aufweist. Somit können anschließend Werkstücke mittels der 3-achsigen Werkzeugmaschine mit allerhöchster Genauigkeit bearbeitet werden. Dabei können die anhand des Messkörpers bestimmten Korrekturdaten direkt für eine Fehlerkompensation der 3-achsigen Werkzeugmaschine verwendet werden. Der Messkörper eignet sich insbesondere für Werkzeugmaschinen zur Ultrapräzisionsbearbeitung. Weiterhin eignet sich der Messkörper insbesondere auch zur Überprüfung, Korrektur und Langzeitbewertung von Werkzeugmaschinen, welche somit für ihre gesamte Nutzungsdauer für die Ultrapräzisionsbearbeitung eingesetzt werden können.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Messkörper eine Basisplatte, eine erste Wand und eine zweite Wand aufweist. Die erste Wand ist auf der insbesondere viereckigen Basisplatte angeordnet und steht senkrecht von der Basisplatte vor. Die erste Wand ist ein Stufendreieck und weist an einem oberen, freiliegenden Bereich einen treppenstufenförmigen Bereich mit einer Vielzahl von Stufen auf. Die zweite Wand ist weiter viereckig und ebenfalls senkrecht vorstehend auf der Basisplatte angeordnet und senkrecht zur ersten Wand angeordnet. Weiter ist in der Basisplatte eine erste Lochreihe und eine zweite Lochreihe ausgebildet. Somit ist die erste Wand treppenstufenförmig mit einer Vielzahl von Stufen an der von der Basisplatte abgewandten Seite ausgebildet. Die zweite Wand ist eine Viereckwand, insbesondere Rechteckwand, und weist einen oberen, freiliegenden Bereich parallel zur Basisplatte auf, in welchem eine erste Wandlochreihe ausgebildet ist. Der treppenstufenförmige Bereich der ersten Wand liegt somit am oberen, freiliegenden Bereich der ersten Wand. Somit bildet der obere, freiliegende Bereich der ersten Wand eine Treppe, an welcher unterschiedliche Positionen in Z-Richtung erfasst werden können, wobei die Basisplatte eine Grundebene in X- und Y-Richtung aufspannt. Durch den oberen, freiliegenden treppenstufenförmigen Bereich der ersten Wand weist die erste Wand im Wesentlichen eine dreieckige Form auf.
Besonders bevorzugt weist die treppenförmige erste Wand eine Treppenlochreihe auf, wobei in jeder Stufe ein Loch ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, zusätzlich zur Bestimmung einer Position in Z-Richtung auch auf unterschiedlichen Höhen Positionen in X- und Y-Richtung zu erfassen.
Weiter bevorzugt umfasst der Messkörper ferner eine dritte Wand, welche auf der Basisplatte angeordnet ist und senkrecht zur zweiten Wand positioniert ist. Die dritte Wand ist wie die zweite Wand eine Viereckwand mit einem oberen, freiliegenden Bereich, welcher parallel zur Basisplatte verläuft und eine zweite Wandlochreihe aufweist. Somit ist die dritte Wand auf der Basisplatte parallel zur ersten Wand angeordnet. Weiterhin sind die erste Wandlochreihe und die zweite Wandlochreihe somit senkrecht zueinander angeordnet. Die erste, zweite und dritte Wand bilden dabei eine U-förmige Anordnung.
Weiter bevorzugt umfasst der Messkörper an der Basisplatte eine dritte Lochreihe, die parallel zur zweiten Wandlochreihe der dritten Wand ist.
Vorzugsweise verlaufen die erste, zweite und dritte Lochreihe auf der Basisplattenoberseite jeweils entlang eines Randes der Basisplatte, welche besonders bevorzugt viereckig ausgebildet sind. Somit ist bevorzugt die erste Lochreihe parallel zu einem ersten Rand der Basisplatte, die zweite Lochreihe parallel zu einem zweiten Rand der Basisplatte und die dritte Lochreihe parallel zu einem dritten Rand der Basisplatte.
Besonders bevorzugt ist die erste Lochreihe parallel zur ersten Wand und/oder die zweite Lochreihe parallel zur zweiten Wand und/oder die dritte Lochreihe parallel zur dritten Wand. Hierdurch ist es möglich, dass insbesondere Gierfehler und Nickfehler und Rollfehler durch den Messkörper erfasst werden können.
Die erste, zweite und dritte Lochreihe weisen besonders bevorzugt eine gleiche Lochzahl, einen gleichen Lochabstand und einen gleichen Lochdurchmesser auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die erste, zweite und dritte Wand jeweils einen vorbestimmten Abstand vom ersten, zweiten und dritten Rand, Weiter bevorzugt sind die Stufenflächen der Stufen des Stufendreiecks, welche parallel zur Basisplatte sind, geschliffen oder auf andere Weise feinbearbeitet, um eine große Ebenheit bereitzustellen. Vorzugsweise sind auch die oberen, freiliegenden Bereiche der zweiten und/oder dritten Wand geschliffen oder feinbearbeitet, um eine große Ebenheit aufzuweisen. Hierdurch kann eine Genauigkeit der Messung mittels des Messkörpers signifikant verbessert werden.
Weiter bevorzugt sind die Bereiche, in denen die erste und/oder zweite und/oder dritte Lochreihe in der Basisplatte ausgebildet ist und/oder Bereiche neben den Lochreihen, als geschliffene Bereiche vorgesehen.
Weiter bevorzugt umfasst der Messkörper an einer Unterseite der Basisplatte ein Verstärkungselement, um eine Stabilität des Messkörpers zu verbessern. Das Verstärkungselement ist vorzugsweise ein Leistenkreuz mit zwei Leisten, wobei jeweils eine Leiste zwei einander gegenüberliegende Ecken der Basisplatte an der Unterseite der Basisplatte verbindet. Das Verstärkungselement wird vorzugsweise auch zum Aufspannen des Messkörpers in de Werkzeugmaschine verwendet.
Weiter bevorzugt sind die erste, zweite und dritte Lochreihe in der Basisplatte derart angeordnet, dass bei einer viereckigen Basisplatte an jedem Eckbereich der Basisplatte ein Loch für einen Messvorgang ausgebildet ist.
Die Basisplatte ist vorzugsweise viereckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet. Weiter bevorzugt weist jede Lochreihe in der Basisplatte und die Treppenlochreihe sowie die erste und zweite Wandlochreihe jeweils wenigstens ein Referenzloch auf. Der Bereich um jedes Referenzloch ist vorzugsweise geschliffen ausgebildet, so dass die geschliffene Fläche jeweils als Referenzelement zur Bestimmung einer Z-Koordinate herangezogen wird. Ein Mittelpunkt jedes Referenzlochs kann als Referenzelement für eine X- und Y-Koordinate herangezogen werden.
Weiter bevorzugt sind die Löcher der ersten, zweiten und dritten Lochreihe auf einer Geraden angeordnet.
Der Messkörper ist vorzugsweise aus Invar hergestellt. Invar weist einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, und ist somit für die Herstellung des Messkörpers besonders gut geeignet. Weiter bevorzugt sind ein Dicke der ersten, zweiten und dritten Wand und eine Dicke der Basisplatte gleich.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine 3-achsige Werkzeugmaschine umfassend eine Werkzeugspindel, eine Messeinrichtung, insbesondere einen 3D-Messtaster, welcher in die Werkzeugspindel einspannbar ist und eine Steuerungseinheit zum Steuern der 3-achsigen Werkzeugmaschine. Weiterhin umfasst die 3-achsige Werkzeugmaschine einen erfindungsgemäßen Messkörper, wobei die Steuerungseinheit eingerichtet ist, basierend auf einem Soll-Ist-Vergleich von vorab bestimmten geometrischen Soll-Abmessungen des Messkörpers mit durch die Messeinrichtung in der 3-achsigen Werkzeugmaschine bestimmten geometrischen Ist-Abmessungen des Messkörpers eine Korrektur der geometrischen Daten der 3-achsigen Werkzeugmaschine vorzunehmen. Somit weist die Steuerungseinheit einen Speicher auf, in welchem die geometrischen Soll-Abmessungen des Messkörpers, welche in einem vorherigen Schritt in einer Messmaschine bestimmt wurden, abgespeichert sind. Zur Bestimmung der geometrischen Ist-Abmessung des Messkörpers in der 3-achsigen Werkzeugmaschine startet die Steuerungseinheit vorzugsweise ein NC-Programm zur Vermessung des Messkörpers, um die Ist-Werte des Messkörpers zu bestimmen. Durch einen Vergleich zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten kann somit eine Korrektur von geometrischen Daten der 3-achsigen Werkzeugmaschine vorgenommen werden, wodurch die Genauigkeit bei der Bearbeitung von Werkstücken durch die 3-achsige Werkzeugmaschine signifikant verbessert wird. Demnach kann auf einfache Weise eine Kompensation von Geometriefehlern der 3-achsigen Werkzeugmaschine erreicht werden. Die Soll-Werte sind vorzugsweise in einem Speicher gespeichert.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung und Kompensation von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Einspannen einer Messeinrichtung, insbesondere eines 3D-Messtasters, in eine Spindel der 3-achsigen Werkzeugmaschine,
- Anordnen eines erfindungsgemäßen Messkörpers in einem Arbeitsraum der 3- achsigen Werkzeugmaschine, insbesondere durch Einspannen an einem Verstärkungselement,
- Anfahren einer Vielzahl von verschiedenen Positionen des Messkörpers durch die Messeinrichtung, um geometrische Ist-Daten am Messkörper zu erfassen, Durchführen eines Soll-Ist-Vergleichs zwischen den erfassten Ist-Daten mit vorabbestimmten Soll-Daten des Messkörpers zur Bestimmung von geometrischen Abweichungen, insbesondere linearen und rotatorischen und Rechtwinkligkeitsabweichungen, und
Kompensieren der geometrischen Abweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine in einer Steuerungseinheit der 3-achsigen Werkzeugmaschine, um eine Arbeitsgenauigkeit der 3-achsigen Werkzeugmaschine zu erhöhen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei relativ schnell und sicher ausgeführt werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch nach einer Lieferung einer 3- achsigen Werkzeugmaschine bei einem Kunden in kurzer Zeit durchgeführt werden, sodass auch dort herrschende Bedingungen, insbesondere Temperaturbedingungen beim Kunden, keine negativen Einflüsse auf die geometrische Genauigkeit der 3-achsigen Werkzeugmaschine im Betrieb mehr haben.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Verfahren beim Hersteller der 3-achsigen Werkzeugmaschine durchgeführt wird, um gegebenenfalls Fertigungsprozesse beim Hersteller der 3-achsigen Werkzeugmaschine zu optimieren.
Vorzugsweise werden die Soll-Werte des Messkörpers vorab in einer Koordinatenmessmaschine ermittelt und der Messkörper dann derart im Arbeitsraum der 3- achsigen Werkzeugmaschine angeordnet, dass ein Koordinatensystem des Messkörpers mit einem Koordinatensystem der 3-achsigen Werkzeugmaschine übereinstimmt.
Weiter bevorzugt wird bei der Vermessung des Messkörpers in der 3-achsigen Werkzeugmaschine eine Temperatur des Arbeitsraums erfasst und eine Korrektur der Ist- Daten basierend auf der erfassten Temperatur des Arbeitsraums durchgeführt. Hierdurch wird die Genauigkeit für die Kompensation von geometrischen Abweichungen weiter verbessert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient vorzugsweise zur Überprüfung, Korrektur und Langzeitbewertung einer dreiachsigen Werkzeugmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt dabei vorzugsweise einundzwanzig mögliche geometrische Fehler:
- jeweils eine Positionsabweichung (translatorische Bewegung jeder Achse (drei mögliche Fehler, da drei Achsen)),
- zwei Geradheitsabweichungen je Achse (translatorische Bewegung quer zur Achsrichtung), d.h. insgesamt sechs mögliche geometrische Fehler,
- und drei rotatorische Abweichungen: Gieren, Nicken, Rollen in jeder der drei Achsen (d.h. neun geometrische Abweichungen),
- drei Rechtwinkligkeitsabweichungen der Linearachsen X, Y, Z zueinander (X-Y-
Rechtwinkligkeitsabweichung, X-Z-Rechtwinkligkeitsabweichung, Y-Z-
Rechtwinkligkeitsabweichung).
Es sei angemerkt, dass in Abhängigkeit von Aufbau und Kinematik der dreiachsigen Werkzeugmaschine einzelne Fehler vernachlässigt werden können. Vorzugsweise wird ein Nickfehler der Y-Achse durch den Y-Positionierfehler, den Geradheitsfehler der Y-Achse in X- Richtung und den Rechtwinkligkeitsfehler zwischen der Y-Achse und der X-Achse korrigiert. Voraussetzung ist hierbei, dass ein X-Abstand der Spindel zum Tisch der Werkzeugmaschine konstant ist. Weiter bevorzugt wird ein Rollfehler der Z-Achse vernachlässigt, da sich das Werkzeug in dieser Achse dreht. Wenn weiter bevorzugt eine Werkzeuglänge konstant ist, kann ein Nickfehler der Z-Achse und ein Gierfehler der Z-Achse vernachlässigt werden. Beide Fehler können durch den Geradheits- und den Rechtwinkelfehler der Z-Achse korrigiert werden. Somit kann durch diese Maßnahmen ein Messaufwand verkürzt werden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme von den begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Messkörpers in einer 3-achsigen Werkzeugmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht des Messkörpers von Figur 1 aus einer anderen Perspektive,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht des Messkörpers von Figur 2,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des Messkörpers, welche die beispielhafte Bestimmung eines Nickfehlers der X-Achse zeigt,
Fig. 5 eine Teil-Seitenansicht des Messkörpers, welche eine beispielhafte Bestimmung eines Rollfehlers der X-Achse zeigt, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Bestimmung eines Gierfehlers der X-Achse.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 eine 3-achsige Werkzeugmaschine 1 und ein Messkörper 2 zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine im Detail beschrieben.
Ferner wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 auch ein Verfahren zur Überprüfung und Kompensation von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine beschrieben.
Wie aus den Figuren 1 und 5 ersichtlich ist, umfasst die 3-achsige Werkzeugmaschine 1 einen Arbeitsraum 3, eine Spindel 4 und eine Steuerungseinheit 9.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist ein Messkörper 2 auf einem Maschinentisch 6 der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 angeordnet.
Der Messkörper 2 ist im Detail aus den Figuren 1 , 2 und 3 ersichtlich. Der Messkörper 2 ist eingerichtet zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine, wobei alle linearen, rotatorischen und Rechtwinkligkeitsfehler, insgesamt einundzwanzig Fehler, in einer Aufspannung des Messkörpers bestimmt werden können. Insbesondere können mittels des Messkörpers 2 sehr genau Koordinaten zur Positionierung eines Werkzeugs der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 bestimmt werden.
Der Messkörper 2 umfasst eine ebene Basisplatte 8, welche in einer X-Richtung und einer Y- Richtung eine Grundebene aufspannt. Ferner umfasst der Messkörper 2 eine erste Wand 10 eine zweite Wand 20 und eine dritte Wand 30. Die erste Wand 10, die zweite Wand 20 und die dritte Wand 30 sind auf der Basisplatte 8 angeordnet und stehen senkrecht von der Basisplatte 8 vor und bilden eine U-Forrn.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist eine Z-Richtung senkrecht zur X-Richtung und senkrecht zur Y- Richtung.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind dabei die erste Wand 10 und die zweite Wand 20 und die dritte Wand 30 auf der Grundfläche der Basisplatte 8 angeordnet.
Die Basisplatte 8 ist quadratisch ausgebildet und umfasst einen ersten Rand 81 , einen zweiten Rand 82, einen dritten Rand 83 und einen vierten Rand 84.
Die drei Wände 10, 20, 30 sind, wie insbesondere aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, geometrisch unterschiedlich ausgebildet. Dabei ist die erste Wand 10 ein Stufendreieck mit einem oberen, freiliegenden Bereich 11 , an welchem ein treppenstufenförmiger Bereich 12 ausgebildet ist. Der treppenstufenförmige Bereich 12 weist eine Vielzahl von Stufen 13 auf.
In jeder Stufe 13 ist ein Loch 15 ausgebildet. Die Löcher 15 bilden eine Treppenlochreihe 14. In diesem Ausführungsbeispiel weist das als erste Wand 10 ausgebildete Stufendreieck dabei sieben Stufen auf.
Die zweite Wand 20 ist eine rechteckige Wand mit ebenfalls einem oben freiliegenden Bereich 21. Im oberen freiliegenden Bereich 21 ist eine erste Wandlochreihe 22 mit einer Vielzahl von Löchern 23 ausgebildet.
Die dritte Wand 30 ist ebenfalls eine rechteckige Wand und weist einen oberen, freiliegenden Bereich 31 auf. Im oberen, freiliegenden Bereich 31 ist eine zweite Wandlochreihe 32 mit einer Vielzahl von Löchern 33 ausgebildet.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine Größe der zweiten Wand 20 kleiner als eine Größe der dritten Wand 30.
Die Löcher 23 der zweiten Wand 20 liegen in einer Gerade. Ebenso liegen die Löcher 33 der dritten Wand 30 in einer Gerade. Die Löcher der zweiten und dritten Wand sind dabei derart angeordnet, dass sich die durch die Löcher 23 und 33 gebildeten Geraden im rechten Winkel schneiden. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die erste Wand 10 im rechten Winkel zurzweiten Wand 20 angeordnet. Die zweite Wand 20 ist ebenfalls in einem rechten Winkel zur dritten Wand 30 angeordnet. Dadurch sind die erste Wand 10 und die zweite Wand 30 parallel zueinander.
Weiterhin sind die erste, zweite und dritte Wand 10, 20 und 30 entlang ihrer Längsseiten mit Abstand zu den jeweiligen Rändern 81 , 82, 83 der Basisplatte 8 angeordnet. Lediglich ein Endbereich der dritten Platte 30 reicht bis zum vierten Rand 84 (siehe Fig. 2).
Zur Gewichtsreduzierung weist die Basisplatte 8 eine größere zentrale Öffnung sowie mehrere Längsöffnungen (ohne Bezugszeichen) auf.
An der Unterseite der Basisplatte 8 ist ein Verstärkungselement 7 angeordnet, welches eine erste Leiste 71 und eine zweite Leiste 72 aufweist. Die beiden Leisten 71 , 72 sind in Kreuzform angeordnet und versteifen die Basisplatte 8 und damit den Messkörper 2. Durch das Verstärkungselement 7 ist es ferner möglich, dass der Messkörper 2 auf einfache Weise auf dem Maschinentisch 6 eingespannt wird. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass durch einen Einspannvorgang unerwünschte Spannungen in der Basisplatte bzw. den drei Wänden 10, 20, 30 eingebracht werden, welche zur Verfälschung des Messergebnisses führen könnten.
Weiterhin umfasst der Messkörper 2 in der Basisplatte auf der Oberseite eine erste Lochreihe 101 , eine zweite Lochreihe 102 und eine dritte Lochreihe 103. Die erste Lochreihe 101 umfasst eine Vielzahl von Löchern 101a, welche auf einer ersten Geraden 111 angeordnet sind. Die erste Gerade 111 verläuft parallel zum ersten Rand 81. Die zweite Lochreihe 102 umfasst eine Vielzahl von Löchern 102a, welche auf einer zweiten Geraden 112 angeordnet sind. Die zweite Lochreihe 102 ist dabei parallel zum zweiten Rand 82. Die dritte Lochreihe 103 umfasst eine Vielzahl von Löchern 103a, welche auf einer dritten Geraden 113 angeordnet sind. Die dritte Lochreihe 103 ist parallel zum dritten Rand 83 (vgl. Fig. 3). Zur besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 3 nicht alle Löcher der ersten, zweiten und dritten Lochreihe mit einem Bezugszeichen versehen.
Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist die erste Lochreihe 101 parallel zur Treppenlochreihe 14. Die zweite Lochreihe 102 ist parallel zur ersten Wandlochreihe 22 der zweiten Wand 20. Die dritte Lochreihe 103 ist parallel zur zweiten Wandlochreihe 32.
Die Anzahl der Löcher der ersten, zweiten und dritten Lochreihe ist vorzugsweise gleich, ebenso die geometrischen Maße, insbesondere der Lochabstand.
Es sei angemerkt, dass z.B. parallel neben den drei Lochreihen streifenförmige, geschliffene Referenzflächen (in Fig. 3 nicht eingezeichnet) vorgesehen sein können. Weiterhin sind die erste, zweite und dritte Lochreihe 101 , 102, 103 derart vorgesehen, dass in jeder Ecke der Basisplatte 8 ein Loch vorgesehen ist.
Weiter bevorzugt ist auch eine Dicke der Basisplatte 8 gleich wie die Wanddicken der Wände 10, 20, 30.
Der Messkörper 2 ist auf dem Maschinentisch 6 der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 fixiert. Weiterhin ist in der Spindel 4 ein 3D-Messtaster angeordnet, mittels welchem eine Bestimmung von Ist-Koordinaten der 3-achsigen Werkzeugmaschine mittels des Messkörpers 2 durchgeführt wird.
Die 3-achsige Werkzeugmaschine 1 umfasst ferner die Steuerungseinheit 9, welche eingerichtet ist, die 3-achsige Werkzeugmaschine zu steuern. Die Steuerungseinheit 9 ist ferner eingerichtet, basierend auf einem Soll-Ist-Vergleich der geometrischen Abmessungen des Messkörpers 2 eine Korrektur der geometrischen Daten der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 vorzunehmen.
Die 3-achsige Werkzeugmaschine weist, wie voranstehend schon erläutert, drei Linearachsen auf, nämlich eine erste Achse in X-Richtung eine zweite Achse in Y-Richtung und eine dritte Achse in Z-Richtung.
Insgesamt ergeben sich durch die drei Linearachsen einundzwanzig Abweichungen, wobei davon drei Rechtwinkligkeitsabweichungen der Linearachsen zueinander sind. Somit ergeben sich für die 3-achsige Werkzeugmaschine insgesamt einundzwanzig Fehlerparameter.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit eine Überprüfung und Korrektur aller, Geradheitsabweichungen, von Rotationsabweichungen und Rechtwinkligkeitsabweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine, ausgeführt werden.
Hierzu muss zuerst der Messkörper 2 mittels einer nicht gezeigten Koordinatenmessmaschine vermessen werden, um Soll-Werte zu erzeugen. Diese Soll-Werte werden dann der Steuerungseinheit 9 der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 zugeführt und in einem Speicher gespeichert. Zur Vermessung des Messkörpers 2 wird dabei ein Koordinatensystem derart aufgespannt, dass eine X-Y-Ebene parallel zur Basisplatte 8 ist. Anhand von mehrfach bestimmten Z-Positionen, X-Positionen und Y-Positionen von verschiedenen Referenzelementen des Messkörpers 2 wird somit die Geometrie des Messkörpers 2, welcher vorzugsweise aus Invar hergestellt ist, ermittelt. Gleichzeitig wird auch ein Nullpunkt des Koordinatensystems des Messkörpers 2 festgelegt. Als Referenzelemente dienen beispielsweise die geschliffenen Stufenflächen oder die geschliffenen Referenzflächen für die Z-Positionen. Die Löcher der Lochreihen 101 , 102, 103 sowie die Löcher 15 in den Stufen 13 und die Löcher 23, 33 in den freiliegenden Bereichen 11 , 21 dienen als Referenzelemente für die X-Positionen und Y-Positionen.
Um nun die geometrischen Abweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine zu erfassen, wird der Messkörper 2 auf den Maschinentisch 6 in den Arbeitsraum 3 der 3-achsigen Werkzeugmaschine eingebracht. Dabei kann der Messkörper 2 eingespannt werden oder auf andere Weise auf einem Maschinentisch befestigt werden. Dabei sollte das X-Y-Z- Koordinatensystem des Messkörpers grundsätzlich parallel zum X-Y-Z-Koordinatensystem der 3-achsigen Werkzeugmaschine ausgerichtet sein. Die Vermessung des Messkörpers 2 in der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 wird dann mittels der 3-D-Messeinrichtung 5, z.B. einem 3D- Messtaster, durchgeführt. Üblicherweise verfügen moderne 3-achsige Werkzeugmaschinen über einen derartigen 3D-Messtaster beispielsweise zur Erfassung von Bauteilpositionen und Bauteilgeometrien.
Vor der Vermessung ist somit das Koordinatensystem der 3-achsigen Werkzeugmaschine identisch mit dem Koordinatensystem der Koordinatenmessmaschine ausgerichtet, in welcher der Messkörper 2 zuvor vermessen wurde.
Nachdem der Messkörper 2 im Arbeitsraum 3 der 3-achsigen Werkzeugmaschine fixiert ist, kann die Steuerungseinheit 9 vorzugsweise ein vollautomatisch ablaufendes NC-Programm ablaufen lassen, um mittels des 3D-Messtasters 5 den Messkörper 2 zu vermessen und dadurch die Ist-Werte der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 zu bestimmen.
Vorzugsweise wird bei der Vermessung des Messkörpers 2 im Arbeitsraum der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 auch die Temperatur des Arbeitsraums 3 der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 erfasst und gespeichert. Sollte sich diese Temperatur des Arbeitsraums von einer Referenztemperatur, z.B. 20 °C, unterscheiden, muss ein thermischer Ausdehnungskoeffizient der auf der 3-achsigen Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstücke bei der Werkstückbearbeitung berücksichtigt werden. Hier muss dann eine entsprechende Korrektur der Ist-Werte der 3-achsigen Werkzeugmaschine vorgenommen werden.
Nach Abschluss der Vermessung des Messkörpers 2 in der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 und gegebenenfalls einer thermischen Anpassung der Ist-Werte sind die Ist-Werte der 3- achsigen Werkzeugmaschine ermittelt und können mit den Soll-Werten des Messkörpers verglichen werden. Durch den Vergleich der Soll-Ist-Werte können so die geometrischen Abweichungen der 3-achsigen Werkzeugmaschine in Form von Positionsabweichungen, Geradheitsabweichungen und Rechtwinkligkeitsabweichungen berechnet und somit überprüft sowie korrigiert werden. Figur 3 zeigt dabei in Draufsicht auf den Messkörper 2 beispielhaft Geradheitsabweichungen G, eine Rechtwinkligkeitsabweichung R (Winkel a) und Positionsabweichungen P.
Beispielsweise kann zuerst eine Positionsabweichung der X-Achse ermittelt werden, indem die Differenzen von Ist-Positionen und Soll-Positionen in X-Richtung der gemessenen Referenzelemente auf der Basisplatte 8 entlang der X-Achse ausgewertet werden. Da der Nullpunkt des Messkörpers 2 und die Position der Referenzelemente relativ zum Nullpunkt bekannt sind, können die ermittelten Differenzen X-Achsen-Positionen der 3-achsigen Werkzeugmaschine zugeordnet werden. Somit ergibt sich eine Tabelle aus X-Achsen- Positionen der 3-achsigen Werkzeugmaschine und Positionsabweichungen in X-Richtung an diesen X-Achsen-Positionen. Diese Positionsabweichungen können dabei direkt als Korrekturdaten für eine Fehlerkompensation der 3-achsigen Werkzeugmaschine in der Steuerungseinheit 9 gespeichert und verwendet werden.
Alternativ könnten die Abweichungen auch mathematisch vorverarbeitet werden. So können die Abweichungen beispielsweise auch mit verschiedenen mathematischen Funktionen approximiert werden. Gerade bei kleinen Messkörpern 2 mit wenigen Referenzelementen ist beispielsweise eine Approximation der Differenzen mit einer Geraden (Ausgleichsgerade) denkbar. In diesem Fall wird lediglich ein Skalierungsfehler korrigiert.
Da der Messkörper 2 nur einen Teil des Arbeitsraums 3 der 3-achsigen Werkzeugmaschine abdeckt, werden die erfassten Ist-Werte vorzugsweise mittels einer entsprechend mathematischen Funktion extrapoliert. Dadurch werden Abweichungen für den gesamten Arbeitsraum 3 der 3-achsigen Werkzeugmaschine 1 erhalten.
In gleicher Weise werden Geradheitsabweichungen G der X-Achse bestimmt. Hierbei werden die Positionsabweichungen P in Y-Richtung beziehungsweise Z-Richtung den X-Achsen- Positionen zugeordnet. Die Differenzen zwischen Ist-Position und Soll-Positionen in Y- Richtung ergeben sich dabei aus den ermittelten Mittelpunkten der Löcher der drei Lochreihen 101 , 102, 103 und der Referenzlöcher auf der ersten, zweiten und dritten Wand 10, 20, 30. Die Differenzen zwischen Ist-Positionen und Soll-Positionen in Z-Richtung ergeben sich z.B. aus den Referenzflächen auf der Basisplatte 8 und den geschliffenen Flächen der Stufen 13. Auch hierbei ist eine mathematische Vorverarbeitung beziehungsweise Approximation möglich.
Wenn die Korrekturdaten für die Positionsabweichung und Geradheitsabweichung der X-Achse berechnet wurden, werden alle Messdaten der Ist-Positionen der Referenzelemente für die weitere Auswertung anhand der Korrekturdaten für Positionsabweichung der X-Achse, die Geradheitsabweichung der X-Achse in Y-Richtung und die Geradheitsabweichung der X- Achse in Z-Richtung angepasst. Es wird an dieser Stelle bevorzugt davon ausgegangen, dass die angepassten Ist-Position keine Fehler mehr in X-Richtung aufweisen. Dadurch können in der weiteren Auswertung die Fehler in X-Richtung vernachlässigt werden. -
In einem nächsten Schritt kann ein Rechtwinkligkeitsfehler R zwischen der X-Achse und der Y- Achse berechnet werden. Hierzu werden zwei Ausgleichsgeraden berechnet. Die erste Ausgleichsgerade ergibt sich aus den X-Achsen-Position der Referenzelemente auf der Basisplatte 8 entlang der X-Richtung und deren Positionsabweichungen in Y-Richtung. Die zweite Ausgleichsgerade ergibt sich aus den Y-Achsen-Positionen der Referenzelemente auf der Basisplatte 8 entlang der Y-Richtung und deren Positionsabweichungen in X-Richtung. Anschließend wird ein Winkel a zwischen den beiden Ausgleichsgeraden berechnet (vgl. Figur 3). Die ermittelte Abweichung kann dabei direkt als Korrekturwert für eine Fehlerkompensation in der Steuerungseinheit 9 benutzt werden.
Anschließend werden die Ist-Positionen aller Referenzelemente in den Messdaten gemäß ihrer Y-Position anhand des Rechtwinkligkeitsfehlers so angepasst, dass die Messdaten keinen X- Y-Rechtwinkligkeitsfehler mehr enthalten.
Anschließend werden die Positionsabweichungen und die Geradheitsabweichungen der Y- Achse in gleicherweise wie bei der X-Achse berechnet. Hierfür werden die Differenzen bei der Ist- und Soll-Position der Referenzpositionen auf der Basisplatte 8 entlang der Y-Achse ausgewertet (vgl. Figur 3). Zusammen mit dem Nullpunkt ergibt sich eine Tabelle mit den Y- Achsen-Positionen der 3-achsigen Werkzeugmaschine und den Positionsabweichungen in X, Y und Z-Richtung an diesen Y-Achsenpositionen. Die Daten können wie bei der X-Achse weiterverarbeitet werden oder direkt als Korrekturdaten für eine Fehlerkompensation der 3- achsigen Werkzeugmaschine in die Steuerungseinheit 9 übernommen werden. Auch hier sollten die Korrekturdaten mit einer entsprechenden mathematischen Funktion extrapoliert werden, um den gesamten Arbeitsraum 3 zu definieren.
Anschließend werden alle Ist-Positionen der Referenzelemente für die weitere Auswertung anhand der Korrekturdaten für die Positionsabweichung und die zwei Geradheitsabweichungen der Y-Achse angepasst. Es wird an dieser Stelle bevorzugt davon ausgegangen, dass die angepassten Ist-Positionen keine Fehler mehr in Y-Richtung aufweisen. Dadurch können in der weiteren Auswertung die Fehler in Y-Richtung vernachlässigt werden. In den Figuren 4, 5 und 6 werden beispielhaft die Bestimmung eines Nickfehlers in der X-Achse (Fig. 4) und die Bestimmung eines Rollfehlers der X-Achse (Fig. 5) wie die Bestimmung eines Gierfehlers der X-Achse (Fig. 6) gezeigt.
Um einen Gierfehler der X-Achse (Fig. 6) bestimmen zu können müssen geometrische Merkmale in X-Richtung vorhanden sein, deren X-Position mit dem Messtaster erfasst werden können. Damit der Fehler unabhängig von anderen Fehler bestimmt werden kann, müssen die Y- und Z-Positionen der Merkmale identisch sein. Um den Einfluss des X-Gierfehlers messen zu können, muss zudem an einer anderen Y-Position als bei der ersten X-Merkmalsreihe gemessen werden. Zudem muss der Y-Abstand d zu der ersten X-Merkmalsreihe bekannt sein (vgl. Fig. 6).
In einem nächsten Schritt wird der Nickfehler der X-Achse berechnet. Zur Bestimmung des Nickfehlers der X-Achse (Fig. 4) müssen geometrische Merkmale in X-Richtung vorhanden sein, deren X-Position mit dem Messtaster erfasst werden kann. Damit der Fehler unabhängig von anderen Fehlern bestimmt werden kann, müssen die Y- und Z-Position der Merkmale identisch sein, Um den Einfluss des X-Nickfehlers messen zu können, muss zudem an einer anderen Z-Position als bei der ersten X-Merkmalsreihe gemessen werden. Zudem muss der Z-Abstand d zu der ersten X-Merkmalsreihe bekannt sein.
Zur Bestimmung eines Rollfehlers der X-Achse (Fig. 5) müssen geometrische Merkmale in X- Richtung vorhanden sein, deren Y-Position mit dem Messtaster erfasst werden kann. Damit der Fehler unabhängig von anderen Fehlern bestimmt werden kann, müssen die Y- und Z- Positionen der Merkmale identisch sein. Um den Einfluss des X-Rollfehlers messen zu können, muss zudem an einer anderen Z-Position als der ersten X-Merkmalsreihe gemessen werden. Zudem muss der Z-Abstand d zu der ersten X-Merkmalsreihe bekannt sein (vgl. Fig. 5).
Entsprechend der in Fig. 4 und Fig. 5 beschriebenen Messung erfolgt eine Bestimmung des Rollfehlers und des Gierfehlers der Y-Achse.
In einem nächsten Schritt werden die Rechtwinkligkeiten zwischen der X-Achse und der Z- Achse berechnet. Hierzu werden zwei Ausgleichsgeraden berechnet. Die erste Ausgleichsgerade ergibt sich aus den X-Achsen-Positionen der Referenzelemente auf der Basisplatte 8 entlang der X-Richtung und deren Positionsabweichungen in Z-Richtung. Die zweite Ausgleichsgerade ergibt sich aus dem Z-Achsen-Position der Referenzelemente auf der erste Wand 10 (Stufendreieck) in X-Richtung und deren Positionsabweichungen in X-Richtung. Anschließend wird der Winkel a zwischen den beiden Ausgleichsgeraden berechnet. Die ermittelte Abweichung kann direkt als Korrekturwert für eine Fehlerkompensation in der Steuerungseinheit 9 benutzt werden.
In gleicher Weise wird die Rechtwinkligkeit zwischen der Y-Achse und der Z-Achse berechnet. Die erste Ausgleichsgerade ergibt sich dabei aus den Y-Achsen-Positionen der Referenzelemente auf der Basisplatte 8 entlang der Y-Richtung und deren Positionsabweichungen in Z-Richtung. Die zweite Ausgleichsgerade ergibt sich aus den Z- Achsen-Positionen der Referenzelemente auf der zweiten Wand 20 in Y-Richtung und deren Positionsabweichungen in Y-Richtung. Die Abweichungen der Rechtwinkligkeit zwischen diesen beiden Geraden kann wiederum direkt als Korrekturwert für eine Fehlerkompensation benutzt werden.
Die Ist-Position aller Referenzelemente werden in den Messdaten anschließend gemäß Ihrer Z-Position anhand der Rechtwinkligkeitsfehler so angepasst, dass die Messdaten keinen X-Z- Rechtwinkligkeitsfehler und keinen Y-Z-Rechtwinkligkeitsfehler mehr enthalten.
In einem weiteren Schritt werden die geometrischen Abweichungen der Z-Achse berechnet. Hierzu werden die Referenzelemente (Referenzlöcher und geschliffene Stufenflächen) der drei Wände 10, 20, 30 verwendet. Da in der vorhergehenden Auswertung die Fehler der X-Achse und Y-Achse sowie die drei Rechtwinkligkeitsfehler bereits aus den Messdaten herausgerechnet wurden, wird in diesem Schritt davon ausgegangen, dass ein Verfahren in X- Richtung oder Y-Richtung, das zum Messen der Stufen notwendig ist, die geometrischen Abweichungen der Z-Achse nicht beeinflusst.
Somit wird die Positionsabweichung der Z-Achse ermittelt, indem die Differenzen der Ist- Position und Soll-Position der Referenzposition in Z-Richtung auf der erstem Wand 10 ausgewertet werden. Da der Nullpunkt des Messkörpers 2 sowie die Position der Referenzelemente relativ zum Nullpunkt bekannt sind, können die ermittelten Differenzen Z- Achsen-Positionen der 3-achsigen Werkzeugmaschine zugeordnet werden. Es ergibt sich so eine Tabelle aus Z-Achsen-Positionen, welche so direkt als Korrekturdaten für eine Fehlerkompensation der 3-achsigen Werkzeugmaschine verwendet werden können. Die Daten können wie bei der X-Achse und der Y-Achse weiterverarbeitet werden oder direkt als Korrekturdaten verwendet werden. Auch hier können die Korrekturdaten mit einer entsprechenden mathematischen Funktion extrapoliert werden.
Wie bei den anderen Achsen werden in gleicher Weise die Geradheitsabweichungen der Z- Achse bestimmt. Hierbei werden die Positionsabweichungen in Y-Richtung beziehungsweise X-Richtung den Z-Achsen-Positionen zugeordnet. Die Differenzen zwischen Ist-Position und Soll-Position ergeben sich dabei aus den ermittelten Mittelpunkten der Löcher. Die weitere Verarbeitung der Geradheitsabweichungen kann identisch zur Positionsabweichung der Z- Achse erfolgen.
Auf diese Weise können alle relevanten geometrischen Fehler inklusive Gieren, Nicken und Rollen mithilfe des Messkörpers 2 überprüft und korrigiert werden. Das Verfahren bietet sich insbesondere für die Korrektur einer 3-achsigen Werkzeugmaschinengeometrie nach Änderung der thermischen Bedingungen an, da in diesem Fall in der Regel lineare Fehler auftreten, die sich gut extrapolieren lassen. Zusätzlich kann dieses Verfahren auch dazu genutzt werden, um die Geometrie der 3-achsigen Werkzeugmaschine an Werkstoffe mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten anzupassen, falls im Arbeitsraum eine von der Referenztemperatur abweichende Temperatur herrscht.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 6 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
1 3-achsige Werkzeugmaschine
2 Messkörper
3 Arbeitsraum
4 Spindel
5 Messeinrichtung (3D-Messtaster)
6 Maschinentisch
7 Verstärkungselement
8 Basisplatte
9 Steuerungseinheit
10 erste Wand
11 oberer, freiliegender Bereich
12 treppenstufenförmiger Bereich
13 Stufen
14 Treppenlochreihe
15 Loch
20 zweite Wand
21 oberer, freiliegender Bereich
22 erste Wandlochreihe
23 Löcher
30 dritte Wand
31 oberer, freiliegender Bereich
32 zweite Wandlochreihe
33 Löcher
71 erste Leiste
72 zweite Leiste
81 erster Rand
82 zweiter Rand
83 dritter Rand
84 vierter Rand
101 erste Lochreihe
101a Löcher
102 zweite Lochreihe
102a Löcher
103 dritte Lochreihe
103a Löcher
111 erste Gerade 112 zweite Gerade
113 dritte Gerade d Abstand
G Geradheitsabweichung R Rechtwinkligkeitsfehler
P Positionsabweichung
X X-Achse
Y Y-Achse
Z Z-Achse a Rechtwinkligkeitsabweichung

Claims

Ansprüche
1. Messkörper zur Überprüfung von geometrischen Abweichungen in einer 3-achsigen Werkzeugmaschine (1) umfassend:
- eine Basisplatte (8),
- eine erste Wand (10), welche auf der Basisplatte (8) angeordnet ist und senkrecht von der Basisplatte (8) vorsteht,
- eine zweite Wand (20), welche auf der Basisplatte (8) angeordnet ist und senkrecht von der Basisplatte (8) vorsteht und senkrecht zur ersten Wand (10) angeordnet ist,
- wobei in der Basisplatte (8) eine erste Lochreihe (101) und eine zweite Lochreihe (102) ausgebildet ist,
- wobei die erste Wand (10) ein Stufendreieck ist und an einem oberen, freiliegenden Bereich (11) einen treppenstufenförmigen Bereich (12) mit einer Vielzahl von Stufen (13) aufweist,
- wobei die zweite Wand (20) eine Viereckwand ist und an einem oberen, freiliegenden Bereich (21), welcher parallel zur Basisplatte (8) verläuft, eine erste Wandlochreihe (22) aufweist, und
- wobei die erste Lochreihe (101) parallel zur Treppenlochreihe (14) angeordnet ist und die zweite Lochreihe (102) parallel zur ersten Wandlochreihe (22) angeordnet ist.
2. Messkörper nach Anspruch 1 , wobei der treppenstufenförmige Bereich (12) eine Treppenlochreihe (14) aufweist, wobei insbesondere in jeder Stufe (13) ein Loch (15) und eine geschliffene Referenzfläche ausgebildet ist.
3. Messkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dritte Wand (30), welche auf der Basisplatte (8) angeordnet ist und senkrecht von der Basisplatte (8) vorsteht, wobei die dritte Wand (30) senkrecht zur zweiten Wand (20) angeordnet ist und wobei die zweite Wand (30) an einem oberen, freiliegenden Bereich (31) eine zweite Wandlochreihe (32) mit Löchern (33) aufweist.
4. Messkörper nach Anspruch 3, wobei die erste Wand (10), die zweite Wand (20) und die dritte Wand (30) in U-Form auf der Basisplatte angeordnet sind.
5. Messkörper nach Anspruch 3 oder 4, ferner umfassend eine dritte Lochreihe (103) in der Basisplatte (8), welche parallel zur zweiten Wandlochreihe (32) veräuft.
6. Messkörper nach Anspruch 4 oder 5, wobei die erste Lochreihe (101), die zweite Lochreihe (102) und die dritte Lochreihe (103) jeweils entlang eines Randes der Basisplatte (8) verlaufen, derart, dass an jeder Ecke der Basisplatte (8) ein Loch einer der Lochreihen angeordnet ist. Messkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die erste Wand (10), die zweite Wand (20) und die dritte Wand (30) auf der Basisplatte (8) mit Abstand zum ersten Rand (81), zum zweiten Rand (82) und zum dritten Rand (83) angeordnet sind, wobei der Abstand größer oder gleich dem doppelten Durchmesser der Löcher der ersten, zweiten und dritten Lochreihe ist. Messkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei neben den Löchern in den Stufen (13) geschliffene Oberflächen vorhanden sind und/oder wobei neben den Löchern der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Lochreihe (101 , 102, 103) geschliffene Oberflächen ausgebildet sind. Messkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Verstärkungselement (7), welches unter der Basisplatte (8) zur mechanischen Verstärkung der Basisplatte (8) und/oder als Aufspannhilfe auf die Werkzeugmaschine angeordnet ist. 3-achsige Werkzeugmaschine umfassend eine Werkzeugspindel (4) ein Messkörper (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, eine Messeinrichtung (5), welche in die Werkzeugspindel (4) einspannbar ist, und eingerichtet ist, Ist-Werte des in der 3-achsigen Werkzeugmaschine (1) fixierten Messkörpers (2) zu erfassen, und eine Steuerungseinheit (9), eingerichtet zur Steuerung der 3-achsigen Werkzeugmaschine (1), wobei die Steuerungseinheit (9) ferner eingerichtet ist, basierend auf den geometrischen Soll-Werten der Abmessungen des Messkörpers (2) und den für die 3-achsige Werkzeugmaschine (1) mittels der Messeinrichtung (5) ermittelten Ist-Werten des in der 3-achsigen Werkzeugmaschine (1) fixierten Messkörpers (2) einen Soll-Ist-Vergleich auszuführen und bei Auftreten von Abweichungen zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten eine Korrektur von geometrischen Daten der 3-achsigen Werkzeugmaschine (1) im Steuerungsprogramm der Steuerungseinheit (9) vorzunehmen. 3-achsige Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, wobei die Steuerungseinheit (9) einen Speicher aufweist, in welchem die Soll-Werte des Messkörpers (2) gespeichert sind. Verfahren zur Überprüfung und Kompensation von geometrischen Abweichungen einer 3-achsigen Werkzeugmaschine umfassend die Schritte:
Einspannen einer Messeinrichtung (5) in eine Werkzeugspindel (4) der 3-achsigen Werkzeugmaschine, - Anordnen eines Messkörpers (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem
Arbeitsraum (3) der 3-achsigen Werkzeugmaschine,
Anfahren einer Vielzahl von Positionen des Messkörpers (2), um geometrische Ist- Daten der 3-achsigen Werkzeugmaschine mittels des Messkörpers (2) zu erfassen,
Durchführen eines Soll-Ist-Vergleichs der geometrischen Ist-Daten mit den gespeicherten Soll-Daten des Messkörpers (2) zur Bestimmung von geometrischen
Abweichungen und
Kompensieren der geometrischen Abweichungen in einer Steuerungseinheit (9) der 3-achsigen Werkzeugmaschine.
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