DE4434014A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmeßgerätes mit zwei rotatorischen Achsen - Google Patents
Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmeßgerätes mit zwei rotatorischen AchsenInfo
- Publication number
- DE4434014A1 DE4434014A1 DE4434014A DE4434014A DE4434014A1 DE 4434014 A1 DE4434014 A1 DE 4434014A1 DE 4434014 A DE4434014 A DE 4434014A DE 4434014 A DE4434014 A DE 4434014A DE 4434014 A1 DE4434014 A1 DE 4434014A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- calibration
- rotation
- axes
- geometric elements
- button
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
- G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
- G01B21/042—Calibration or calibration artifacts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
Das kinematische System von Koordinaten-Meßmaschinen,
Werkzeugmaschinen und zahlreichen anderen
Verarbeitungsmaschinen, die einen in einer Ebene oder im Raum
beweglichen Taster oder ein Werkzeug besitzen, wird bei höheren
Genauigkeits-Anforderungen üblicherweise durch zwei oder drei
zueinander rechtwinklige und aufeinander aufbauende
Linearführungen realisiert, wobei den Linearführungen lineare
Meßsysteme zugeordnet sind. Diese bekannten Systeme haben den
Vorteil einer einfachen Kinematik, die aber nur mit sehr
aufwendigen konstruktiven Maßnahmen und hohem Fertigungsaufwand
realisiert werden können. Daneben besitzen die bewegten
mechanischen Bauteile dieser Systeme eine relativ große Masse.
Baulich sehr viel einfacher lassen sich ebene kinematische
Systeme mit zwei parallelen Drehgelenken ausführen.
Koordinatenmeßgeräte, die nach diesem Prinzip aufgebaut sind
und deren Taster demzufolge an einem Gelenkarm mit zwei
aufeinander folgenden parallelen Drehachsen in einer Ebene
beweglich geführt sind, sind beispielsweise in der GB-PS
1 498 009, der US-PS 4 891 889 sowie der DE-OS 42 38 139
beschrieben. Der Gelenkarm des in der DE-OS 42 38 139
beschriebenen Koordinatenmeßgerätes ist zusätzlich an einer
vertikalen Linearführung mit einem linearen Meßsystem zur
Erfassung der Bewegung des Gelenkarms in der vertikalen
z-Richtung angeordnet.
Der Vorteil solcher Anordnungen mit zwei parallelen
Gelenkachsen ist die einfache mechanische Ausführung der
massearmen Gelenkteile, die gegenüber Geräten mit kartesischen
Führungen eine einfache Handhabung beispielsweise zur
kontinuierlichen Abtastung von Profilen ermöglichen.
Um mit den genannten "Gelenkarmgeräten" hochgenaue Messungen
durchführen zu können, ist es jedoch erforderlich, die
Grundgeometrie des Geräts, d. h. die Längen R1, R2 der
Gelenkarme, die Nullstellungen ϕ0 und ψ0 der den Drehachsen
zugeordneten Winkelmeßsysteme und den Durchmesser dT der für
das Messen eingewechselten Tastkugel genau zu kennen. Zu diesem
Zwecke muß das Gerät kalibriert werden und zwar nicht nur
einmal, sondern jedesmal dann, wenn sich die genannten
Hauptabmessungen ändern. Das ist beispielsweise immer dann der
Fall, wenn ein neuer Taster eingewechselt wird. Hierbei ändert
sich in der Regel nicht nur der Durchmesser dT der Tastkugel,
sondern auch die wirksame Länge R2 des zweiten Gelenkarmes.
Darüber hinaus ist es auch zweckmäßig, die Unparallelität der
Drehachsen untereinander und gegenüber der Linearführung, an
der der Gelenkarm angeordnet ist, sowie die elastischen
Deformationen der einzelnen Gelenkglieder unter ihrem
Eigengewicht und den Betätigungs- bzw. Meßkräften im Rahmen
einer Kalibrierung zu erfassen. Denn auch die letztgenannten
Einflüsse können systematische Fehler zur Folge haben, die sich
über das Gelenksystem in sehr komplizierter Weise als räumliche
Meß- bzw. Positionsfehler des Tasters auswirken.
Zur Kalibrierung von Koordinatenmeßgeräten hat man bisher
überwiegend Laserinterferometer benutzt, mit denen die Position
eines an dem Taster befestigten Reflektor-Prismas beim
Verfahren des Tasters im Meßbereich des Koordinatenmeßgerätes
unabhängig von den Meßsystemen des Koordinatenmeßgerätes
bestimmt wurde. Darüber hinaus wird auch die sogenannte
Kugelstab-Methode angewandt, bei der ein beidseitig mit
Kugelgelenken versehener Stab bekannter Länge am Meßtisch des
Koordinatenmeßgerätes und an dessen Taster gelenkig befestigt
und im Meßbereich verschwenkt wird. Derartige Kalibrier
verfahren mit Laserinterferometern und Kugelstäben sind
beispielsweise in der EP-PS 0 304 460, der EP-PS 0 275 428, der
EP-PS 0 279 926 sowie der EP-PS 0 386 115 beschrieben. Diese
bekannten Kalibrierverfahren sind relativ zeitaufwendig und
benötigen eine Vielzahl teuerer Kalibrierwerkzeuge. Zur
routinemäßigen Kalibrierung eines Koordinatenmeßgerätes
beispielsweise nach jedem Tasterwechsel sind diese Verfahren
deshalb nicht geeignet. Außerdem eignen sich Interferometer nur
zur Kalibrierung von Koordinatenmeßgeräten, die in
karthesischen Koordinaten messen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches
ohne großen Aufwand durchführbares Kalibrierverfahren für ein
Koordinatenmeßgerät anzugeben, dessen Taster über einen
Gelenkarm mit zwei aufeinanderfolgenden parallelen Drehachsen
in einer Ebene beweglich geführt ist. Mit diesem Verfahren
sollten zumindest die in kürzeren Abständen veränderlichen
Hauptabmessungen schnell bestimmbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches sich
dadurch auszeichnet, daß zur Kalibrierung der Hauptabmessungen
(R1, R2, ϕ0, ψ0, dT) des Koordinatenmeßgeräts Konturen bzw.
geometrische Elemente an einem Kalibrierkörper mit dem Taster
abgefahren werden, die so gewählt sind, daß der Durchmesser der
an dem Taster befestigten Tastkugel in das Meßergebnis für die
geometrischen Elemente bzw. deren Abstand jeweils mit
unterschiedlichem Gewicht oder Vorzeichen eingeht, und daß aus
den beim Abfahren der Konturen gewonnenen Meßwerte für die
Position des Tasters in der Ebene (x, y) und aus den bekannten
Abmessungen der geometrischen Elemente die Hauptabmessungen
(R1, R2, ϕ0, ψ0, dT) bestimmt werden.
Durch die genannten Maßnahmen ist es möglich, die fünf
Hauptabmessungen, d. h. die Längen R1 und R2 der beiden Gelenke,
die Nullwinkel ϕ0 und ψ0 der Winkelmeßsysteme und den
Durchmesser dT der Tastkugel gleichzeitig äußerst schnell zu
bestimmen, indem einfach z. B. zwei entsprechend ausgewählte
geometrische Elemente abgefahren werden. Aus der Vielzahl der
dabei gewonnenen Meßwerte, die mit der bekannten Sollkontur der
geometrischen Elemente gleichgesetzt werden können, lassen sich
dann die Hauptabmessungen eindeutig mit hoher Genauigkeit
ermitteln.
Die geometrischen Elemente können beispielsweise eine Innen- und
eine Außenkontur eines kreisförmigen oder rechteckigen
Kalibrierkörpers sein. Beim Messen der Außen- und der
Innenkontur geht der Tastkugel-Durchmesser jeweils mit
unterschiedlichen Vorzeichen ein. Es ist jedoch auch möglich,
einen Kalibrierkörper zu verwenden, der aus zwei Innenbohrungen
besteht, die in einem festen bekannten Abstand zueinander
angeordnet sind. Zwar geht der Tastkugel-Durchmesser beim
Messen der beiden Innenkonturen mit gleichen Vorzeichen in das
Meßergebnis ein, jedoch ist der Abstand der beiden Konturen
unabhängig vom Tastkugel-Durchmesser, d. h., in den Abstand geht
der Tastkugel-Durchmesser mit dem Gewicht Null ein.
Weiterhin können die geometrischen Elemente auch Geraden-Paare
mit unterschiedlichem Abstand sein wie z. B. die
gegenüberliegenden Seiten eines Rechteckes mit deutlich
unterschiedlichen Seitenlängen. Dann geht der Tastkugel-
Durchmesser beim Messen des Abstandes der Geraden-Paare
verglichen mit dem übrigen Hauptabmessungen jeweils mit
unterschiedlichem Gewicht ein und kann ebenfalls ermittelt
werden.
Besonders zweckmäßig ist es, das beschriebene
Kalibrierverfahren auch für die Fälle zu ergänzen, in denen das
Koordinatenmeßgerät einen Taster mit in der Ebene (x, y)
auslenkbarem Taststift besitzt. Hier geht man zweckmäßig so
vor, daß man ein Kalibriernormal mehrfach mit nach Größe und
Richtung unterschiedlicher Auslenkung des Taststifts antastet
bzw. abfährt und aus den erhaltenen Meßwerten (ϕ, ψ) für die
Position des Tasters in der Ebene (x, y) und den Meßwerten (u,
v) für die Auslenkung des Taststifts die Koeffizienten der
Taststift-Auslenkung bestimmt, indem man die beiden parallel
aufgenommenen Gruppen von Meßwerten zueinander in Beziehung
setzt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ergänzungen des
Kalibrierverfahrens, insbesondere auch zur Bestimmung von
Parallelitäts-Abweichungen der Gelenkachsen und der aufgrund
der Betätigungskräfte und dem Eigengewicht hervorgerufenen
Verformungen des Gelenkarmes finden sich in den Unteransprüchen
und werden nachfolgend anhand der Fig. 1-5 der beigefügten
Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 ist eine kinematische Schemazeichnung eines
Koordinatenmeßgeräts mit zwei parallelen Drehachsen;
Fig. 1A ist eine vereinfachte Schemazeichnung der Kinematik
des Gerätes nach Fig. 1, wobei jedoch die
Unparallelität der Drehachsen und Verformungen der
Gelenkarme überhöht dargestellt sind;
Fig. 2 ist eine Prinzipskizze, in der die Kinematik des
Gerätes nach Fig. 1 auf eine senkrecht zu den
Drehachsen angeordnete Ebene projiziert ist;
Fig. 3 ist eine vereinfachte Prinzipskizze, bei der
zusätzlich zur Darstellung nach Fig. 2 auch die
Taster-Auslenkung berücksichtigt ist;
Fig.
4a-d zeigt vier zur Bestimmung der Hauptabmessungen des
Koordinatenmeßgeräts nach Fig. 1 verwendbare
Kalibrierkörper; und
Fig. 5 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Grundplatte,
auf der die zur Kalibrierung sämtlicher Abmessungen,
Schieflagen, Verformungen etc. benötigten
Kalibrierkörper aufgebracht sind.
Das in Fig. 1 schematisch gezeichnete Koordinatenmeßgerät
besitzt eine als vertikale z-Führung ausgebildete Säule (1), an
der ein Träger (4) mit Hilfe eines Antriebs (2) verschieblich
gelagert ist. Die vertikale z-Position kann über einen Maßstab
(3) photoelektrisch ausgelesen werden.
Am Träger (4) ist die Drehachse (6) befestigt, um die der erste
Gelenkarm (5) in der Ebene (x, y) verschwenkt werden kann. Den
Schwenkwinkel ϕ gibt ein ebenfalls photoelektrisch ausgelesener
Teilkreis (16) auf der Achse (6) an.
Am ersten Gelenkarm (5) ist eine zweite zur vertikalen Achse
(6) parallele Achse (8) befestigt. An dieser Achse (8) ist ein
zweiter Gelenkarm (7) ebenfalls drehbar gelagert. Zur Erfassung
der Drehbewegung dieser zweiten Drehachse (8) dient ein
Teilkreis (18) in Verbindung mit einem nicht dargestellten
photoelektrischen Abtastsystem.
Der zweite Gelenkarm (7) bildet gleichzeitig den Träger für
einen Taster (10), der über ein Federparallelogramm mit den
beiden gelenkigen Schenkeln (9a, 9b), am Träger (4) angelenkt
ist. Über das Federparallelogramm (9a/9b) ist der Taster (10)
in der Vertikalen beweglich. Die Auslenkung w des
Federparallelogramms wird über ein Meßsystem (23),
beispielsweise ein Induktiv-Meßsystem erfaßt und über einen
Verstärker (15) dem Motor (2) weitergemeldet, der größere
Auslenkung des Parallelogramms durch Nachfahren des Trägers (4)
ausregelt.
Der Taststift (11) ist am Taster (10) über ein elastisches
Kardan-Gelenk (14) in der Ebene (x, y) auslenkbar. Das Maß der
Auslenkung wird über zwei senkrecht zueinander angeordnete
Meßsysteme (13a, 13b) erfaßt. Die Position P der Tastkugel (12)
ergibt sich somit aus den Meßwerten ϕ und ψ der
Winkelmeßsysteme (16) bzw. (18) in Verbindung mit den Längen R1
und R2 der beiden Gelenkarme (5) und (7) nach folgender Formel,
die man anhand der Darstellung nach Fig. 2 leicht ableiten
kann:
XP = R1 · cos(ϕ + ϕ0) + R2 · cos(ϕ + ψ + ϕ0 + ψ0) (1)
YP = R1 · sin(ϕ + ϕ0) + R2 · sin(ϕ + ψ + ϕ0 + ψ0) (2)
YP = R1 · sin(ϕ + ϕ0) + R2 · sin(ϕ + ψ + ϕ0 + ψ0) (2)
Hierbei sind die Auslenkungen u und v des Tasters sowie
eventuelle Gerätefehler wie z. B. Unparallelitäten der
Drehachsen (6) und (8) und der Führung (1) nicht
berücksichtigt.
Während die Parameter R1 und ϕ0 über einen längeren Zeitraum
als konstant angesehen werden können, gilt das nicht für die
Parameter R2 und ψ0 sowie für den Tastkugel-Durchmesser dT.
Diese unterliegen beim Austausch des Tasters relativ großen
Veränderungen.
Wenn man erst einmal davon ausgeht, daß der Taststift (11)
starr am Taster befestigt ist und in der Ebene (x, y) nicht
ausgelenkt werden kann, dann können die Hauptabmessungen (R1,
R2, ϕ0, ψ0, dT) bestimmt werden, indem in einem
Kalibriervorgang die Konturen eines der in den Fig. 4a-d
dargestellten Kalibriernormale abgefahren werden, die in der
Projektion auf eine Ebene einfache geometrische Figuren
darstellen.
Beispielsweise wird die Tastkugel (12) nacheinander jeweils im
gleichen Drehsinn an der Innenkontur (32) und der Außenkontur
(33) des in Fig. 6a dargestellten Lehrrings (31) entlang
geführt, deren Durchmesser D1 und D2 hochgenau bekannt ist.
Hierbei wird eine größere Anzahl von jeweils z. B. 100-200
Meßwerten für die Drehwinkel ϕ und ψ erzeugt. Diese Meßwerte
müssen folgenden Gleichungen im Zusammenhang mit Gleichung (1),
(2) genügen:
in die wie ersichtlich der Tastkugel-Durchmesser dT mit
unterschiedlichen Vorzeichen eingeht. Hierin sind XM1 und YM1
die Mittelpunktskoordinaten der kreisförmigen Innenkontur und
XM2 und YM2 die Mittelpunktskoordinaten der Außenkontur. Aus
diesen Gleichungen lassen sich alle fünf Hauptabmessungen
zuverlässig ermitteln.
Ein ähnliches Gleichungssystem läßt sich aufstellen, wenn man
als Kalibrierkörper den in Fig. 4b dargestellten Quader
benutzt, dessen Seitenlänge (S) sehr genau bekannt ist, und der
eine zentrische Bohrung mit genau bekanntem Durchmesser D3
besitzt. Auch hier erhält man durch Abfahren der Innenkontur
(36) der Bohrung und der Außenkontur (35) des Quaders eine
Vielzahl von Meßwerten, die zu den Abmessungen des
Kalibrierkörpers in Beziehung gesetzt werden können. Auch hier
geht der Tastkugel-Durchmesser beim Abfahren der Außenkontur
(35) des Quaders und der Innenkontur (36) der Bohrung jeweils
mit unterschiedlichen Vorzeichen in die Meßergebnisse ein.
Anders ist das bei dem in Fig. 4c dargestellten
Kalibrierkörpers in Form eines Quaders (37) mit zwei Bohrungen
(38) und (39) gleichen Durchmessers. Beim Abfahren dieser
Bohrungen geht der Tastkugel-Durchmesser mit gleichem
Vorzeichen in die Meßergebnisse ein. Allerdings ist der feste
Abstand (A) der beiden Bohrungen (38) und (39) zueinander
unabhängig vom Durchmesser der Tastkugel bestimmbar, d. h., der
Tastkugel-Durchmesser geht in diesen Abstand mit dem Gewicht
Null ein.
Eine weitere Möglichkeit zur Kalibrierung der Hauptabmessungen
bietet der in Fig. 4d dargestellte Kalibrierkörper. Er besitzt
die Form eines Quaders (40), wobei die beiden
gegenüberliegenden Seiten (41/42) und (44/43) stark
unterschiedliche Abstände A1 und A2 besitzen. Der Ansatz für
die Gleichungssysteme, die im Zuge des Kalibriervorganges zu
lösen wären, sieht folgendermaßen aus:
Hierin sind NX1 und NY1 die Koordinaten der Normalen auf den
Seiten (41/42) sowie NY1 und NY2 die Koordinaten der Normalen
auf den Seiten (43/44), wobei sich die Normalen in einem Punkt
schneiden, dessen Schnittpunktskoordinaten mit XM bzw. YM
bezeichnet sind.
Auch hier werden durch Abfahren der gegenüberliegenden Seiten
(41/42) und (43/44) des Quaders eine Vielzahl von Meßwerten
generiert, über die sich die Hauptabmessungen zurückrechnen
lassen. Wie man sieht, geht hier der Tastkugel-Durchmesser im
Vergleich zu den übrigen Hauptabmessungen mit sehr
unterschiedlichem Gewicht ein, je nachdem ob der Abstand A2 der
Seiten (43) und (44) oder der Abstand A1 der Seiten (41) und
(42) gemessen wird.
Für den Fall, daß an dem Gerät wie in Fig. 1 dargestellt ein
Taster mit auslenkbarem Taststift (11) befestigt sind, sind in
einem weiteren Kalibrierschritt die Eigenschaften des messenden
Tastsystems zu bestimmen, indem die räumlichen Verlagerungen
des Gelenkarms mit den Taster-Auslenkungen u und v selbst in
Beziehung gesetzt werden. Denn der Auslenk-Vektor v in der x-y-
Ebene verändert die aktuellen Hauptabmessungen R2 und ψ0 des
Gelenkarms. Dieser Sachverhalt wird anhand von Fig. 3 deutlich.
Im einfachsten Falle, d. h., wenn die Meßsysteme, die die Taster-
Auslenkung u und v messen, parallel bzw. senkrecht zu dem
Gelenkarm (7) ausgerichtet sind, ergeben sich die Änderungen
von R2 und ψ aus den Signalen u und v gemäß folgender
Beziehung:
ΔR2 = a1 · u (7)
Δψ = a2 · v/R2 (8)
Δψ = a2 · v/R2 (8)
Hierbei sind a1 und a2 die Tasterkoeffizienten, die die Signale
u und v der Taststift-Auslenkung entsprechend der Taststift-
Länge übersetzen.
Führt man die anfangs beschriebene Bestimmung der
Hauptabmessungen (R1, R2, ϕ0, ψ0, dT) nicht wie beschrieben
mit einem starren Taster, sondern mit einem Taster mit
auslenkbarem Taststift durch, dann sind die Gleichungen Nr. (1)
und (2) zu ergänzen, indem R2 und ψ aus Gleichung (1) und (2)
jeweils durch R2′ = R2 + ΔR2 und ψ′ = ψ + Δψ ersetzt wird und
für Δ R2 sowie für Δψ die in Gleichung (7) und (8) angegebenen
Ausdrücke substituiert werden. Man erhält:
Zur Herstellung definierter Beziehungen zwischen den Taster-
Auslenkungen und den räumlichen Verlagerungen des Gelenkarms
kann man so vorgehen, daß ein definiertes Kalibriernormal mit
nach Größe und Richtung schwankender Auslenkung des Taststifts
(11) und/oder wechselnder Betätigungskraft in einer bestimmten
Stellung angetastet oder durch Abfahren in einer Meßebene in
mehreren Stellungen gemessen wird. Beispielsweise kann das
Kalibriernormal als Zentrierkörper ausgeführt sein wie z. B.
(Zentrierkörper (51) und (52) in Fig. 5) eine Würfelecke, eine
konische Zentrierbohrung oder ein Kugeltripel, in der man die
Tastkugel fixiert und anschließend die Position des Gelenkarms
leicht variiert, so daß sich gleichzeitig Taster-Auslenkungen
und Änderungen der Gelenkarmlage ergeben. Für die Meßwerte
(ϕ, ψ, u und v) ergeben sich dann aus (9) und (10) folgende
Beziehungen:
Hieraus lassen sich die Koeffizienten a1 und a2 mittels
Gauß′scher Regressionsrechnung ermitteln.
Die Bestimmung der Hauptabmessungen und die Bestimmung der
Koeffizienten der Taster-Auslenkung erfolgt zweckmäßig nach
einem iterativen Verfahren, wobei die an einem der
Kalibriernormale nach Fig. 4a-d ermittelten und gespeicherten
Meßwerte und die beim Antasten z. B. einer Würfelecke mit
variabler Auslenkung gewonnenen Meßwerte mehrfach
hintereinander benutzt werden, um die Gleichungen z. B. (3) und
(4) in Verbindung mit (9) und (10) sowie (11) und (12) zu
lösen. Man kommt hier nach ca. vier Iterationsschritten zu sehr
genauen Werten für die Taster-Koeffizienten (a1, a2) und die
Hauptabmessungen (R1, R2, ϕ0, ψ0, dT).
Da die Taster-Koeffizienten in gewissem Ausmaße auch von der
Winkelstellung der Gelenkarme (5) und (7), d. h. vom Winkel
abhängen können, empfiehlt es sich, die vorgenannten Messungen
in mindestens zwei ausgezeichneten Gelenklagen auszuführen, bei
denen der Gelenkarm einmal gefaltet und einmal gestreckt ist,
wie das anhand von Fig. 5 verdeutlicht ist. Dort sind auf der
Grundplatte (50) zwei Kugeltripel (51) und (52) an
verschiedenen Stellen montiert, in die jeweils mit gefaltetem
und gestrecktem Gelenkarm eingetastet werden kann.
Die Kalibrierung der Taster-Auslenkung w in z-Richtung, d. h. im
wesentlichen die Bestimmung der Linearität des Meßsystems (23)
in Fig. 1 kann sehr einfach erfolgen, indem der Motor (2) bei
festgehaltenem Taster (11) innerhalb des zulässigen
Meßbereiches des Meßsystems (23) verfahren wird, d. h., der
Schlitten (4) eine Kalibrierfahrt macht und die Meßwerte des z-
Meßsystems (3) genutzt werden, um die Signale des Meßwertgebers
(23) zu kalibrieren.
Bisher wurde davon ausgegangen, daß die beiden Drehachsen (6)
und (8) zueinander und zur z-Führung (1) exakt parallel sind.
Diese Bedingung ist mit vertretbarem konstruktiven und
fertigungstechnischen Aufwand nicht immer einzuhalten.
In der Regel ist das Gerät mehr oder weniger verformt, wie das
in Fig. 1A überhöht dargestellt ist.
Zur Ermittlung der Unparallelität der beiden Drehachsen (6) und
(8) kann eine Ebene oder eine Gerade, beispielsweise das in
Fig. 5 auf der Grundplatte (50) durch eine Nut (57)
verkörperte Lineal in den beiden strichpunktiert gezeichneten
Gelenklagen abgefahren werden. Aus den Differenzen der Meßwerte
in den beiden Gelenklagen wird die Schiefstellung der beiden
Achsen (6) und (8) zueinander ermittelt, wobei diese
Schiefstellung sowohl durch die Montage der Achsen bedingt sein
kann, aber auch durch elastische Verformung aufgrund der
Eigengewichte der Gelenkarme (5) und (7).
Um die elastischen Verformungen separat zu erfassen, wird ein
definiertes Kalibriernormal wie beispielsweise der Mantel des
in Fig. 5 mit (54) bezeichneten Zylinders mit dem Radius R und
den Achsenkoordinaten Xm und Ym bei geklemmter z-Achse, d. h.
bei blockiertem Motor (2) mit schwankender vertikaler
Auslenkung und/oder Betätigungskraft Fv abgefahren. Anstelle
des vertikal stehenden Zylinders kann selbstverständlich auch
ein anderes Kalibriernormal mit senkrechten Flächen,
beispielsweise ein Quader oder sonstiges prismatisches Teil
verwendet werden. Die so erhaltenen Meßwerte sind untereinander
und mit den übrigen Meßwerten der Kalibrierung in Beziehung zu
setzen und die Korrektur-Parameter (C1) und (C2) für die
Verformung können dann aus folgenden Gleichungen bestimmt
werden:
Zur Bestimmung der Schiefstellung der ersten Drehachse (6) zur
vertikalen z-Führung (1) kann ein räumliches Kalibriernormal
abgefahren werden, das eine Achslage verkörpert. Ein solches
Normal wird beispielsweise durch die beiden umlaufenden Nuten
(55) und (56) an dem auf der Platte (50) (Fig. 5) montierten
Zylinder (54) verkörpert. Durch das Abfahren der Nut (55) mit
der Tastkugel (12) ergeben sich Meßwerte, die eine im Raum
ausgerichtete Achse KA mit dem dadurch definiertem
Koordinatenmeßsystem x′, y′, z′, definieren. Beim
anschließenden Abfahren der Nut (56), deren Mittelpunkt M2
hochgenau auf der Achse KA liegt, mißt man dann, wenn die
Gelenkachse (6) schief steht, einen Versatz des Mittelpunkts
M2. Die Schiefstellung (δx, y) der ersten Gelenkachse (6)
ergibt sich aus den Koordinaten Δ XM1 und Δ XM2 dieses
Versatzes gemäß folgenden Gleichungen:
Hierbei ist z1 der Abstand der beiden Nuten (55) und (56) am
Zylinder (54), wobei dieser Abstand sehr genau bekannt ist.
Während wie vorstehend ausgeführt die Kalibrierung der
Hauptabmessungen (R1, R2, ϕ0, ψ0, dT) sowie der Taster-
Parameter (a1) und (a2) relativ häufig, beispielsweise nach
jedem Tasterwechsel erforderlich ist, brauchen die
Biegeparameter und die Schiefstellung der Achsen nur einmal
nach der Fertigstellung des Koordinatenmeßgerätes ermittelt
werden. Dennoch ist es zweckmäßig, alle für die Kalibrierung
erforderlichen Kalibriernormale auf eine gemeinsame Platte zu
montieren, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Es können dann
einzelne oder alle Kalibrierschritte nach Auflegen der Platte
(50) auf den Meßtisch des Koordinatenmeßgerätes durchgeführt
werden. Dabei sieht der Ablauf so aus, daß beispielsweise auf
dem an das Koordinatenmeßgerät angeschlossenen Rechner der
Kalibriermodus aufgerufen wird, woraufhin der Rechner die
Bedienperson auffordert, die Platte aufzulegen und in die
darauf angeordneten Kalibrierkörper (51, 52) einzutasten bzw.
die Konturen (53a, 53b, 54, 56) wie vorstehend beschrieben
abzufahren. Aus den Meßwerten berechnet der Rechner dann die
Kalibrierdaten und speichert diese für den eigentlichen
Meßprozeß an den zu vermessenden Werkstücken mit unbekannten
Geometrie-Abweichungen.
Claims (15)
1. Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmeßgeräts,
dessen Taster (10) gelenkig über zwei aufeinander
folgende, parallele Drehachsen (6, 8) in einer Ebene (x,
y) beweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Kalibrierung der Hauptabmessungen (R1, R2, ϕ0, ψ0, dT)
des Koordinatenmeßgeräts
- - Konturen (32, 33; 53a, 53b; 35, 36; 38, 39, 40, 41) bzw. geometrische Elemente an einem Kalibrierkörper (31; 34; 37; 40) mit dem Taster abgefahren werden, die so gewählt sind, daß der Durchmesser (dT) der an dem Taster befestigten Tastkugel (12) in das Meßergebnis für die geometrischen Elemente bzw. deren Abstand jeweils mit unterschiedlichem Gewicht oder Vorzeichen eingeht,
- - und daß aus den beim Abfahren der Konturen gewonnenen Meßwerte für die Position des Tasters (10) in der Ebene (x, y) und aus den bekannten Abmessungen (D1/D2; S/D3; D/A; A1/A2) der geometrischen Elemente die Hauptabmessungen (R1, R2, ϕ0, ψ0, dT) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geometrischen
Elemente jeweils eine kreisförmige oder rechteckige
Innenkontur (32, 36) und eine kreisförmige oder
rechteckige Außenkontur (33, 35) besitzen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die beiden geometrischen
Elemente durch die Innen- und Außenkontur eines
ringförmigen Kalibrierkörpers (31) gebildet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geometrischen
Elemente jeweils eine Innen- oder Außenkontur (38, 39)
besitzen, die in einem festen, bekannten gegenseitigen
Abstand (A) zueinander angeordnet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die geometrischen
Elemente zwei Bohrungen (38, 39) in festem gegenseitigen
Abstand (A) sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geometrischen
Elemente jeweils Geradenpaare mit unterschiedlichem
Abstand bzw. die gegenüberliegenden Seiten (41/42; 43/44)
eines Rechtecks (40) mit deutlich unterschiedlichen
Seitenlängen (A1, A2) sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Koordinatenmeßgerät
einen Taster (10) mit in der Ebene (x, y) auslenkbarem
Taststift (11) besitzt und die Taststift-Auslenkung mit
den Bewegungen des Tasters (40) in der Ebene (x, y) in
Beziehung gesetzt werden, indem ein Kalibriernormal (51,
52) mehrfach mit nach Größe und Richtung unterschiedlicher
Auslenkung (u, v) des Taststifts (11) angetastet bzw.
abgefahren wird und aus den erhaltenen Meßwerten (ϕ, ψ)
für die Position des Tasters (10) in der Ebene (x, y) und
für die Auslenkung (u, v) des Taststifts (11) in der Ebene
(x, y) die Koeffizienten (a1, a2) der Taststift-Auslenkung
(u, v) bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Kalibriernormal in
mindestens zwei ausgezeichneten Stellungen des Tasters
(10) im Meßbereich des Koordinatenmeßgerätes angetastet
bzw. abgefahren wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kalibriernormal durch
einen oder mehrere Zentrierkörper (51, 52) gebildet ist,
die im Meßbereich an Stellen angeordnet sind, bei deren
Antastung der Gelenkarm unterschiedliche Winkelstellungen
einnimmt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, wobei die
Bestimmung der Hauptabmessungen (R1, R2, ϕ0, ψ0, dT) und
die Bestimmung der Koeffizienten (a1, a2) der Taststift-
Auslenkung nach Aufnahme der Meßpunkte an den
geometrischen Elementen (32, 33) und am Kalibriernormal
(51, 52) iterativ erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, wobei zur
Ermittlung von Parallelitäts-Abweichungen der beiden
Drehachsen (6, 8) eine Gerade (57) oder eine Ebene mit dem
Taster in den zwei möglichen unterschiedlichen Gelenklagen
(G1, G2) abgefahren wird und aus den Differenzen der in
beiden Gelenklagen (G1, G2) ermittelten Meßwerte die
Parallelität-Abweichung der Drehachsen (6, 8) bestimmt
wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, wobei zur
Kalibrierung der aufgrund der Auslenkung (w) des Tasters
(10) in Richtung der parallelen Drehachsen (6, 8)
resultierenden elastischen Verformung des Gelenkarms eine
zu den Drehachsen (6, 8) parallele Meßfläche (54) mit nach
Größe und Richtung unterschiedlicher Auslenkung des
Tasters (10) bzw. unterschiedlicher Betätigungskraft
abgefahren wird und die erhaltenen Meßwerte untereinander
sowie mit den Kalibrierdaten für die Hauptabmessungen (R1,
R2, ϕ0, ψ0, dT) in Beziehung gesetzt werden und daraus
die Korrektur-Parameter (C1, C2) für die elastische
Verformung des Gelenkarms bestimmt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Meßfläche (54) der
Mantel eines zu den Drehachsen (6, 8) parallelen Zylinders
oder ein prismatisches Teil mit zu den Drehachsen
parallelen Flächen ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gelenkarm (5/7) an
einer zu den Drehachsen (6, 8) parallelen Linearführung
(1) befestigt ist und zur Bestimmung der Parallelitäts-
Abweichungen zwischen der Führung (1) und der daran
anschließenden Drehachse (6) eine zu den Drehachsen
parallele Fläche (54) an mehreren in Führungsrichtung (z)
beabstandeten Stellen (55, 56) abgefahren wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-14, wobei die
geometrischen Elemente (53a, 53b) bzw. Kalibriernormale
(51, 52) und Meßflächen (54) oder Meßlinien (57) gemeinsam
auf einer Grundplatte angeordnet sind.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4434014A DE4434014A1 (de) | 1994-09-23 | 1994-09-23 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmeßgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
EP95114032A EP0703430B1 (de) | 1994-09-23 | 1995-09-07 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmessgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
ES95114032T ES2161814T3 (es) | 1994-09-23 | 1995-09-07 | Procedimiento de calibracion de un aparato de medida de coordenadas con dos ejes de rotacion. |
DE59509442T DE59509442D1 (de) | 1994-09-23 | 1995-09-07 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmessgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
JP24209795A JP3679472B2 (ja) | 1994-09-23 | 1995-09-20 | 2つの回転軸を有する座標測定装置の校正方法 |
US08/533,273 US5649368A (en) | 1994-09-23 | 1995-09-25 | Method for calibrating a coordinate measuring apparatus having two pivot axes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4434014A DE4434014A1 (de) | 1994-09-23 | 1994-09-23 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmeßgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4434014A1 true DE4434014A1 (de) | 1996-03-28 |
Family
ID=6529011
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4434014A Withdrawn DE4434014A1 (de) | 1994-09-23 | 1994-09-23 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmeßgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
DE59509442T Expired - Fee Related DE59509442D1 (de) | 1994-09-23 | 1995-09-07 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmessgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59509442T Expired - Fee Related DE59509442D1 (de) | 1994-09-23 | 1995-09-07 | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmessgerätes mit zwei rotatorischen Achsen |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5649368A (de) |
EP (1) | EP0703430B1 (de) |
JP (1) | JP3679472B2 (de) |
DE (2) | DE4434014A1 (de) |
ES (1) | ES2161814T3 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19809589B4 (de) * | 1998-03-06 | 2009-04-02 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Verfahren zur Kalibrierung eines Tasters eines Koordinatenmeßgerätes |
DE102021000470A1 (de) | 2021-01-27 | 2022-07-28 | dim - Dienste industrielle Messtechnik GmbH | Metrologische Vergleichsvorrichtung |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19738099A1 (de) * | 1997-09-01 | 1999-03-04 | Zeiss Carl Fa | Koordinatenmeßgerät oder Bearbeitungsmaschine |
US5929584A (en) * | 1998-04-27 | 1999-07-27 | Pht, Inc. | Tool center point calibration apparatus and method |
US6112423A (en) * | 1999-01-15 | 2000-09-05 | Brown & Sharpe Manufacturing Co. | Apparatus and method for calibrating a probe assembly of a measuring machine |
DE10006753A1 (de) * | 2000-02-15 | 2001-08-16 | Zeiss Carl | Dreh-Schwenkeinrichtung für den Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes |
JP3827549B2 (ja) * | 2001-10-04 | 2006-09-27 | 株式会社ミツトヨ | プローブの校正方法および校正プログラム |
JP3827548B2 (ja) * | 2001-10-04 | 2006-09-27 | 株式会社ミツトヨ | 倣いプローブの校正方法および校正プログラム |
GB0326532D0 (en) * | 2003-11-13 | 2003-12-17 | Renishaw Plc | Method of error compensation |
EP1588855B1 (de) * | 2004-04-20 | 2007-05-30 | GretagMacbeth AG | Vorrichtung zur fotoelektrischen Ausmessung einer Messvorlage und Verfahren zum Ermitteln von Koordinatenwerten einer ausgewählten Position auf einer Messvorlage mit einer solchen Messvorrichtung |
DE202005014635U1 (de) * | 2005-09-15 | 2007-02-01 | Jeromin, Johannes | Kalibrierlehre zur Kalibrierung eines Messschiebers |
SE531462C2 (sv) * | 2005-11-17 | 2009-04-14 | Hexagon Metrology Ab | Inställningsanordning för ett mäthuvud |
GB0608235D0 (en) * | 2006-04-26 | 2006-06-07 | Renishaw Plc | Differential calibration |
JP6108757B2 (ja) * | 2012-10-19 | 2017-04-05 | 株式会社ミツトヨ | 複円錐型スタイラスの校正方法 |
US10267614B2 (en) * | 2017-04-13 | 2019-04-23 | Sa08700334 | Ultra-light and ultra-accurate portable coordinate measurement machine |
EP3531062A1 (de) | 2018-02-26 | 2019-08-28 | Renishaw PLC | Koordinatenpositionierungsmaschine |
EP3620745B1 (de) * | 2018-09-06 | 2021-06-02 | TESA Sàrl | Tragbare messvorrichtung mit autokonfiguration |
CN112747702B (zh) * | 2020-12-21 | 2022-05-03 | 杭州电子科技大学 | 多功能空间标准件及其对关节类坐标测量机的标定方法 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1498009A (en) | 1975-05-29 | 1978-01-18 | Newall Eng | Measuring device |
JPS6242010A (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-24 | Mitsutoyo Mfg Corp | 測定機の補正用基準器 |
US4819195A (en) * | 1987-01-20 | 1989-04-04 | The Warner & Swasey Company | Method for calibrating a coordinate measuring machine and the like and system therefor |
DE3781674T2 (de) | 1987-01-20 | 1993-04-15 | Warner Swasey Co | Positionsbestimmungsverfahren innerhalb des messraumes eines koordinatenmessgeraetes und dergleichen und system dafuer. |
GB8705301D0 (en) | 1987-03-06 | 1987-04-08 | Renishaw Plc | Calibration of machines |
IT1214292B (it) | 1987-05-05 | 1990-01-10 | Garda Impianti Srl | Apparecchiatura per la misura e/o il controllo della posizione edella orientazione di punti o zone caratteristiche di strutture, in particolare di scocche di autoveicoli. |
DE3735075A1 (de) * | 1987-10-16 | 1989-04-27 | Zeiss Carl Fa | Pruefeinrichtung und verfahren zur bestimmung der messunsicherheit von koordinatenmessgeraeten |
US4884889A (en) * | 1987-11-19 | 1989-12-05 | Brown & Sharpe Manufacturing Company | Calibration system for coordinate measuring machine |
GB8812579D0 (en) * | 1988-05-27 | 1988-06-29 | Renishaw Plc | Test bar for position determination apparatus |
EP0362626B1 (de) * | 1988-10-03 | 1993-02-10 | Firma Carl Zeiss | Prüfkörper für Koordinatenmessgeräte |
US5313410A (en) * | 1991-03-28 | 1994-05-17 | Alpha Q, Inc. | Artifact and method for verifying accuracy of a positioning apparatus |
US5257460A (en) * | 1991-06-18 | 1993-11-02 | Renishaw Metrology Limited | Machine tool measurement methods |
DE4238139C2 (de) | 1992-11-12 | 2002-10-24 | Zeiss Carl | Koordinatenmeßgerät |
-
1994
- 1994-09-23 DE DE4434014A patent/DE4434014A1/de not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-09-07 ES ES95114032T patent/ES2161814T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1995-09-07 EP EP95114032A patent/EP0703430B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-09-07 DE DE59509442T patent/DE59509442D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-20 JP JP24209795A patent/JP3679472B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-25 US US08/533,273 patent/US5649368A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19809589B4 (de) * | 1998-03-06 | 2009-04-02 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Verfahren zur Kalibrierung eines Tasters eines Koordinatenmeßgerätes |
DE102021000470A1 (de) | 2021-01-27 | 2022-07-28 | dim - Dienste industrielle Messtechnik GmbH | Metrologische Vergleichsvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0703430A2 (de) | 1996-03-27 |
JPH08105702A (ja) | 1996-04-23 |
DE59509442D1 (de) | 2001-08-30 |
ES2161814T3 (es) | 2001-12-16 |
EP0703430B1 (de) | 2001-07-25 |
JP3679472B2 (ja) | 2005-08-03 |
US5649368A (en) | 1997-07-22 |
EP0703430A3 (de) | 1997-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0703430B1 (de) | Verfahren zur Kalibrierung eines Koordinatenmessgerätes mit zwei rotatorischen Achsen | |
EP0317967B1 (de) | Dreh-Schwenk-Einrichtung für Tastköpfe von Koordinatenmessgeräten | |
EP3049758B1 (de) | Reduzierung von fehlern einer drehvorrichtung, die bei der bestimmung von koordinaten eines werkstücks oder bei der bearbeitung eines werkstücks verwendet wird | |
DE60311527T3 (de) | Werkstückinspektionsverfahren und vorrichtung | |
EP0597299B1 (de) | Koordinatenmessgerät | |
EP2729768B1 (de) | Kalibrierung und betrieb von drehvorrichtungen, insbesondere zum drehen von tastköpfen und/oder tastern von koordinatenmessgeräten | |
DE602005005839T3 (de) | Verwendung von oberflächenmesssonden | |
EP0763708A2 (de) | Koordinatenmessmaschine | |
EP0082441A2 (de) | Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung und Korrektur von Führungsfehlern | |
EP0418203A1 (de) | Vertikal/Horizontalmessgerät und Verfahren zu dessen Betrieb | |
EP1593930A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung von Bauteilen | |
EP3274655A1 (de) | Kalibrierung einer an einem beweglichen teil eines koordinatenmessgeräts angebrachten drehvorrichtung | |
DE10122080A1 (de) | Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften eines Koordinatenmeßgeräts sowie Testobjekt hierzu | |
WO2007107324A1 (de) | Prüfkörper und verfahren zum einmessen eines koordinatenmessgerätes | |
DE102008024444B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Koordinatenmessgerätes | |
DE60128574T2 (de) | Verfahren zur Kalibrierung eines Messgerätes | |
EP0084144B1 (de) | Dreidimensionale interferometrische Längenmesseinrichtung | |
DE19921325A1 (de) | Kalibriervorrichtung für einen parallelkinematischen Manipulator | |
DE3320983C2 (de) | Transportables Gerät zur Prüfung des Zahnflankenprofils und der Zahnflankenlinien (Zahnschräge) von Zahnrädern auf Verzahnmaschinen oder Zahnflankenschleifmaschinen sowie zur Positionierung dieses Gerätes und zum Orientieren des Meßtasters an der Verzahnung für den Meßvorgang | |
DE10048096A1 (de) | Verfahren zur Kalibrierung eines messenden Sensors auf einem Koordinatenmeßgerät | |
DE102017003641B4 (de) | Verfahren zur Messung von Koordinaten oder Eigenschaften einer Werkstückoberfläche | |
DE4040794A1 (de) | Verfahren und lagegeber zur lagebestimmung eines positionierkoerpers relativ zu einem bezugskoerper | |
DE102015205566B4 (de) | Kalibrierung eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten taktilen Tasters | |
EP0687890A2 (de) | Verfahren zur Eliminierung des Rollwinkels einer Messachse einer Koordinatenmessmaschine sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
EP0628785B1 (de) | Mehrkoordinaten-Tastkopf |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |