DE19611617C2 - Test device for determining geometric deviations from tactile coordinate measuring machines, consisting of a precision test specimen and a clearly associated probe configuration - Google Patents
Test device for determining geometric deviations from tactile coordinate measuring machines, consisting of a precision test specimen and a clearly associated probe configurationInfo
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Classifications
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- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung, die aus einem neuartigen Präzisions- Prüfkörper und einer eindeutig zugehörigen speziellen Tasterkonfiguration besteht. Der Präzisions-Prüfkörper ist nach Systematik /1/ unter drei dimensionale 3D-Prüfkörper in der Ausführung eines Quader-Lochkörpers einzuordnen. Aufgrund der Beschaffenheit des Präzisions-Prüfkörpers kann das Scanning-Verfahren (schnelle Meßpunktaufnahme bei kontinuierlichem Taster-Probe-Kontakt) für Abnahme- und Überwachungsmessungen an Koordinatenmeßgeräten mit messendem 3D-Tastkopf eingesetzt werden.The invention relates to a test device which consists of a new type of precision Test specimen and a clearly associated special probe configuration consists. The precision test specimen is / 1 / under three dimensional 3D test specimen in the form of a rectangular perforated body classify. Due to the nature of the precision test specimen the scanning method (fast measurement point acquisition with continuous Probe-probe contact) for acceptance and monitoring measurements Coordinate measuring devices with a measuring 3D probe can be used.
Die zum Präzisions-Prüfkörper gehörende spezielle Tasterkonfiguration ist hinsichtlich Bauweise und Materialeinsatz so ausgeführt, daß sie weitgehend längen- und biegestabil ist und vereinfacht kalibriert werden kann.The special probe configuration belonging to the precision test specimen is in terms of construction and use of materials so that they largely is stable in length and bending and can be easily calibrated.
Die Messung der geometrischen Abweichungen von Koordinatenmeßgeräten, die Ermittlung der entsprechenden Korrekturwerte sowie deren Speicherung und Berücksichtigung in der Systemsteuerung wird automatisierbar.The measurement of the geometric deviations from coordinate measuring machines, the determination of the corresponding correction values and their storage and consideration in the system control becomes automatable.
Wie alle Prüfmittel unterliegen auch Koordinatenmessgeräte der Abnahme durch die Hersteller und der Überwachungspflicht durch die Einrichtungen, die sie in Produktion oder im Dienstleistungsbereich einsetzen. Die Abnahme- und Überwachungsmessungen dienen dem Massanschluss an kalibrierte Normale und damit dem Nachweis der Einhaltung von spezifizierten Messunsicherhei ten. Im Zusammenhang mit einer entsprechenden Dokumentation wird damit auch die Rückverfolgung von Mess- und Prüfergebnissen gesichert.Like all test equipment, coordinate measuring machines are also subject to acceptance by the manufacturers and the duty of supervision by the bodies that use them in production or in the service sector. The decrease and Monitoring measurements are used to connect to calibrated standards and thus proof of compliance with specified measurement uncertainty In connection with a corresponding documentation the traceability of measurement and test results is also ensured.
Für Genauigkeitsüberprüfungen im Rahmen von Abnahme- und Überwa chungsmessungen an Koordinatenmessgeräten, aber auch an Messrobotern und messenden Werkzeugmaschinen, sind unterschiedliche Prüfkörper im Ein satz. Je nach vorrangiger Zweckbestimmung sind sie in Dimensionalität, Ma terial sowie Anzahl, Lage, Gestalt und räumlicher Anordnung von Antastform elementen unterschiedlich ausgebildet.For accuracy checks as part of acceptance and monitoring measurements on coordinate measuring machines, but also on measuring robots and measuring machine tools are different test specimens in one sentence. Depending on the primary purpose, they are in dimensionality, Ma material as well as the number, position, shape and spatial arrangement of the probing shape elements trained differently.
Eine Systematik der Bezeichnungen und Ausführungen von Prüfkörpern für Koordinatenmessgeräte mit mechanischer Antastung findet sich in Druckschrift /1/.A system of the names and designs of test specimens for Coordinate measuring machines with mechanical probing can be found in the publication /1/.
Insbesondere werden entsprechend der Richtlinie VDI/VDE 2617 oder
ANSI/ASME B89.1.12M-1985 folgende Massverkörperungen und Prüfkörper
verwendet:
In particular, the following measuring standards and test specimens are used in accordance with the VDI / VDE 2617 or ANSI / ASME B89.1.12M-1985 guidelines:
- - Endmasse und Stufenendmasse in unterschiedlicher Länge und Ausführung;- Final dimensions and step final dimensions in different lengths and designs;
- - Zweidimensionale Prüfkörper-Einrichtungen nach VDI/VDE 2617 BI. 5, z. B. sog. 'Kugelplatten' in unterschiedlichen Ausführungen hinsichtlich Material, Kugelbefestigung, Kugeldurchmesser und -abstand, Aufstellung, oder sog. 'Lochplatten' in unterschiedlichen Ausführungen hinsichtlich Material, Abstand und Durchmesser der Zylinderbohrungen, Aufstellung usw.- Two-dimensional specimen facilities according to VDI / VDE 2617 BI. 5, z. B. so-called 'ball plates' in different versions with regard Material, ball attachment, ball diameter and spacing, installation, or so-called 'perforated plates' in different versions with regard to material, Distance and diameter of the cylinder bores, installation, etc.
- - Messaufgabenorientierte Prüfkörper unterschiedlicher Grössen und mit besonderer Gestalt und Anordnung unterschiedlicher Antastformelemente.- Test object oriented test specimens of different sizes and with special shape and arrangement of different probing elements.
In Druckschrift /2/ ist ein quaderförmiger Gusskörper mit virtuellen Eckpunkten als Schnittpunkt der benachbarten Ecken beschrieben und abgebildet, bei dem Steckenmessungen von Seitenlängen und Diagonalen für Beurteilungsmessungen von Koordinatenmessgeräten möglich sind. Der entscheidende Unterschied und Nachteil gegenüber dem im weiteren beschriebenen neuen Präzisions-Prüfkörper besteht darin, dass die untere Quaderfläche des Gusskörpers nach Druckschrift /2/ nicht ohne besondere Aufstellvorrichtung, und zudem nicht mit derselben Tastkugel wie die obere Fläche angetastet werden kann. Die Temperaturstabilität des gesamten Prüfkörpers und die Oberflächengüte der Quaderflächen sind bei Verwendung metallischer Werkstoffe nicht ausreichend.In document / 2 / is a cuboid cast body with virtual Corner points described as intersection of the adjacent corners and pictured, with the stick measurements of side lengths and diagonals are possible for assessment measurements of coordinate measuring machines. The decisive difference and disadvantage compared to that in the further described new precision test specimen is that the lower cuboid area of the cast body according to document / 2 / not without special installation device, and also not with the same probe ball how to touch the top surface. The temperature stability of the entire test specimen and the surface quality of the cuboid surfaces are not sufficient when using metallic materials.
Die Druckschrift DE 39 30 223 A1 /3/ enthält die Beschreibung eines komplex aufgebauten Prüfkörpers mit besonderer Gestalt und Anordnung der Verbindungen (Stabsegmente als Distanzelemente) zwischen den eigentlichen Antastformelementen (vorzugsweise Keramikkugeln). Dieser Aufbau des Prüfkörpers ist jedoch mit einem hohen Arbeitsaufwand für die Anfertigung der Distanzelemente und die stabile Befestigung der Referenzelemente verbunden. An den Verbindungstellen von Distanz- und Antastelementen sind Antastungen der Kugeloberflächen nicht möglich, was die Unsicherheit der Kugelpositionsbestimmungen und damit des gesamten Kalibrierverfahrens vergrössert. Der 'Prüfkorper für Koordina tenmessgeräte aus Stabsegmenten' nach DE 39 30 223 A1 weist also einige gravierende Nachteile auf. Diese Nachteile werden erst durch Einsatz eines Präzisions-Prüfkörpers mit prismatischen Bauteilen, die aus einem Werkstoff mit sehr kleinem Ausdehnungskoeffizienten α bestehen und in besonderer Weise angeordnet und verbunden sind, vermieden.The publication DE 39 30 223 A1 / 3 / contains the description of a complex test specimen with special shape and arrangement of the connections (rod segments as spacer elements) between the actual shaped probe elements (preferably ceramic balls). This However, the structure of the test specimen is very labor intensive the preparation of the spacer elements and the stable attachment of the Reference elements connected. At the junctures of distance and Probe elements are not possible to probe the spherical surfaces, what the uncertainty of the ball position determination and thus the entire calibration procedure enlarged. The 'test body for Koordina Tenmessgeräte from rod segments' according to DE 39 30 223 A1 some serious drawbacks. These disadvantages are only compounded by Use of a precision test specimen with prismatic components made of a material with a very small coefficient of expansion α and arranged and connected in a special way avoided.
Für die Überwachung von taktilen Koordinatenmessgeräten zum Nachweis der Einhaltung der zulässigen Längenmessunsicherheit wurden in jüngster Zeit ver stärkt Kugelprüfkörper-Einrichtungen nach VDI/VDE 2617 BI. 5 eingesetzt.For the monitoring of tactile coordinate measuring machines to prove the Compliance with the permissible length measurement uncertainty has recently been verified strengthens ball test facility according to VDI / VDE 2617 BI. 5 used.
Kugelprüfkörper-Einrichtungen werden von einer Reihe Firmen (z. B. Carl Zeiss Oberkochen, Kolb & Baumann Aschaffenburg, Fa. Retter Albstadt) in unterschiedlichen Ausführungen bzgl. Grösse, Kugelanzahl, Kugeldurch messer, Kugelhalterungen und verwendeter Werkstoffe sowie mit unter schiedlich konzipierten Aufstellvorrichtungen hergestellt und angeboten. Ball test specimen devices are used by a number of companies (e.g. Carl Zeiss Oberkochen, Kolb & Baumann Aschaffenburg, Retter Albstadt) in different versions with regard to size, number of balls, ball diameter knives, ball mounts and materials used as well as with under differently designed stand devices manufactured and offered.
Namhafte Koordinatenmessgeräte-Hersteller haben CNC-Steuerprogamme für Messabläufe und Auswertungen entwickelt und bieten diese als Teil von Software-Optionen zu ihrer Geometrie-Software an bzw. nutzen sie selbst im firmeneigenen technischen Service für Kalibrierung und Überwachung von Koordinatenmessgeräten.Well-known coordinate measuring machine manufacturers have CNC control programs for Developed measurement processes and evaluations and offered them as part of Software options for your geometry software or use them yourself in in - house technical service for calibration and monitoring of Coordinate measuring machines.
In zahlreichen Groß- und mittelständischen Betrieben ist die Überwachung von Koordinatenmessgeräten mit Kugelprüfkörper-Einrichtungen etabliert.In numerous large and medium-sized companies, the monitoring of Coordinate measuring devices with ball test equipment established.
Diese Überwachungsmethode ist jedoch mit einigen gravierenden Nachteilen
bzw. Unzulänglichkeiten verbunden, wie nachfolgend näher beschrieben wird:
However, this monitoring method is associated with some serious disadvantages or shortcomings, as is described in more detail below:
-
- Die Kugelprüfkörper-Einrichtung besteht i. A. aus zwei Komponenten,
der eigentlichen Kugel-Prüfplatte und einer geeigneten Aufstellvorrich
tung.
Die Fertigung und die Montage der Prüfplatte ist aufwendig. Jede der 9, 16 oder 25 Kugeln muss einzeln und verlagerungssicher gefasst sein, die Antastbarkeit muss aus mind. 5 Richtungen gewährleistet sein. Die Aufstellvorrichtung muss eine verspannungsfreie Auflage und Befestigung der Prüfplatte in waagerechter und senkrechter oder auch in zwei Ebenen geneigter Stellung erlauben. Bei einer Aufstellung in der XY-Ebene ist durch die 3 Auflagepunkte (bzw. 4 Punkte, wenn der 3. Punkt als Wippe ausgebildet ist) eine Deformation durch das Eigen gewicht der Prüfplatte nicht vermeidbar.- The ball test device is i. A. from two components, the actual ball test plate and a suitable set-up device.
The manufacture and assembly of the test plate is complex. Each of the 9, 16 or 25 balls must be individually and securely held, the touchability must be guaranteed from at least 5 directions. The set-up device must allow a tension-free support and fastening of the test plate in a horizontal and vertical position or also inclined in two planes. When set up in the XY plane, the 3 support points (or 4 points if the 3rd point is designed as a rocker) mean that deformation due to the weight of the test plate cannot be avoided. -
- Der Kalibrieraufwand für die Prüfplatte ist erheblich. Es sind die räumli
chen Positionen aller Kugeln in mehreren Messläufen zu bestimmen. Die
Unsicherheit der Raumpositionen ist im Vergleich mit den derzeit an
Präzisions- Koordinatenmessgeräten erreichbaren
Längenmessunsicherheiten relativ hoch.
Erst- und Nachkalibrierungen sind i. A. mit dem Versand der gesamten Einrichtung an die wenigen für derartige Kalibrierungen ausgerüsteten und zertifizierten Kalibrierlabors des Deutschen Kalibrierdienstes (DKD) verbunden. Thermische und mechanische Einwirkungen beim Transport und bei der Handhabung haben einen nicht rückverfolgbaren Einfluss auf die Gültigkeit der Kalibrierergebnisse.- The calibration effort for the test plate is considerable. The spatial positions of all balls must be determined in several measurement runs. The uncertainty of the room positions is relatively high compared to the length measurement uncertainties currently achievable on precision coordinate measuring machines.
Initial and recalibrations are i. A. connected with the dispatch of the entire facility to the few calibration laboratories of the German Calibration Service (DKD) that are equipped and certified for such calibrations. Thermal and mechanical effects during transport and handling have a non-traceable influence on the validity of the calibration results. -
- Aufgrund des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α von ca.
11,5.10-6 1/K des meist als Trägermaterial verwendeten Stahls, aber
auch wegen der grossen Abmessungen der Prüfplatte sowie der Umfeld-
Exposition im Messvolumen ist die Lage der Kugeln zu einem definierten
Nullpunkt empfindlich gegenüber zeitlichen und räumlichen Temperatur
gradienten.
Hinzu kommen die Unsicherheit bei der Bestimmung des Längenaus dehnungskoeffizienten α selbst und die Deformationen durch Auflage- bzw. Aufspannkräfte. - Due to the thermal linear expansion coefficient α of approx. 11.5.10 -6 1 / K of the steel mostly used as a support material, but also because of the large dimensions of the test plate and the environmental exposure in the measuring volume, the position of the balls is sensitive to a defined zero point temporal and spatial temperature gradients.
In addition, there is the uncertainty in the determination of the linear expansion coefficient α itself and the deformations due to support or clamping forces. - - Die einzelnen Messabläufe in unterschiedlichen Ebenen müssen für Um rüstarbeiten zur Aufstellung, Ausrichtung und Befestigung der Prüfplatte in der nächsten Messebene unterbrochen werden. Dabei unterliegt die Prüfplatte wiederum mechanischen und thermischen Einflüssen, vor allem der Einwirkung von Körperwärme durch den Anwender.- The individual measuring processes in different levels have to for Um set-up work to set up, align and fix the test plate interrupted in the next measuring level. The Test plate again mechanical and thermal influences the influence of body heat by the user.
- - Bei einigen Bauarten von Koordinatenmessgeräten ergeben sich Beson derheiten und zu beachtende Randbedingungen hinsichtlich Aufstellung und Befestigung des Kugelprüfkörpers durch die andere räumliche Anord nung des Tastkopfes am Koordinatenmessgerät, anders numerierte Tast stiftrichtungen, eingeschränkte Erreichbarkeit der Kugelreihen im Messvo lumen oder eingeschränkte Spannmöglichkeiten der Aufstellvorrichtung bei Verwendung eines Drehtisches.- Some types of coordinate measuring machines result in particular units and boundary conditions to be observed with regard to installation and attachment of the ball test specimen by the other spatial arrangement of the probe on the coordinate measuring machine, otherwise numbered probe directions of the pins, restricted accessibility of the rows of balls in the measuring area lumen or limited clamping options of the stand when using a turntable.
-
- Die Verwendung gesonderter Prüfnormale für die Überprüfung der Antast
unsicherheit (i. A. kalibrierte Kugel- und Ringnormale) in Verbindung mit
der Kugel- oder Lochplatte sowie das Softwarekonzept für die Generierung
und Ausführung der CNC-Messabläufe erfordert, insbesonde bei Abbruch
und Wiederholungen des Messablaufs, den nochmaligen Ab- und Aufbau
der einzelnen Normale und der Prüfplatte. Dies ist sehr zeitaufwendig,
u. a. auch wegen der durch die o. g. thermischen Einflüsse erforderlichen
Temperierzeiten.
Die Ergebnisunsicherheit erhöht sich auch durch die mit den Rüstarbeiten verbundenen wechselnden Prüfbedingungen.- The use of separate test standards for checking the probing uncertainty (generally calibrated ball and ring standards) in connection with the ball or perforated plate as well as the software concept for the generation and execution of the CNC measuring processes requires, in particular when canceling and repeating the Measurement process, the repeated dismantling and assembly of the individual standards and the test plate. This is very time-consuming, also because of the tempering times required by the above-mentioned thermal influences.
The uncertainty of results also increases due to the changing test conditions associated with the setup work. - - Jede Kugelposition wird nur mit wenigen Messpunkten (5 oder 6 Mess punkte am Kugeläquator sowie am Pol) erfasst. Aufgrund dessen geht die Antastunsicherheit bei der Erfassung der Einzelpunkte stark in das Er gebnis ein. Die Antasttechnologie des Scanning und High-Speed Scan ning für die schnelle Erfassung vieler Messpunkte und die dadurch siche rere Bestimmung von Formelementen wird nicht genutzt.- Each ball position is only measured with a few measuring points (5 or 6 measuring points points on the spherical equator and on the pole). Because of this, the Touching uncertainty in the detection of the individual points strongly in the Er result. The probing technology of scanning and high-speed scan ning for the fast acquisition of many measuring points and the thereby secure Further determination of form elements is not used.
Insgesamt ergibt sich durch die genannten Nachteile bei der Überwachung von Koordinatenmessgeräten mit Kugelprüfkörper-Einrichtungen eine erhöhte Unsi cherheit für die Aussagen zum Zustand des Koordinatenmessgerätes hin sichtlich seiner Längenmessunsicherheit und der ggf. daraus resultierenden Erforderlichkeit servicetechnischer Massnahmen, wie z. B. Neubestimmung und rechnerische Korrektur der Rechtwinkligkeitsabweichungen der Gerätefüh rungen.Overall, the disadvantages mentioned in the monitoring of Coordinate measuring devices with ball test specimen facilities an increased unsi security for the statements regarding the condition of the coordinate measuring machine visually its length measurement uncertainty and any resulting Necessity of service measures, such as B. Redefinition and arithmetical correction of the perpendicularity deviations of the device guide requirements.
Auch bei gleichzeitigem oder sequentiellen Einsatz mehrerer unterschiedlicher Prüfkörper (Endmasse, Stufenendmasse, Einstellringe, spez. Prüfkörper) wird die Aussagesicherheit für das Abweichungsverhalten des Gesamtsystems Ko ordinatenmessgerät verringert, weil die Abweichungskomponenten nur einzeln bestimmt und korrigiert werden können. Die Wirkung auf andere spezifizierte Gerätekenngrössen, z. B. die Längenmessunsicherheit im Raum, ergibt sich als Resultierende von Einzelabweichungen. Abweichungen können also nicht anders als komponentenweise korrigiert werden. So erfordert beispielsweise die Korrektur der Rechtwinkligkeit von zwei Koordinatenachsen zueinander die nachfolgende Prüfung der Längenmessunsicherheit u3 in allen 4 Raumdiago nalen des Messvolumens.Even if several different test specimens (final mass, step final mass, setting rings, special test specimen) are used simultaneously or sequentially, the reliability of the information regarding the deviation behavior of the overall coordinate measuring system is reduced because the deviation components can only be determined and corrected individually. The effect on other specified device parameters, e.g. B. the length measurement uncertainty in space is the result of individual deviations. Deviations can therefore not be corrected other than component by component. For example, the correction of the perpendicularity of two coordinate axes to each other requires the subsequent check of the length measurement uncertainty u 3 in all 4 spatial diagonals of the measurement volume.
Die sequentielle Aufstellung von Massverkörperungen, Normalen und Prüfkör pern in einem länger dauernden Prüfzyklus für Abnahme- und Überwa chungsmessungen an Koordinatenmessgeräten stellt immer einen mechani schen und thermischen Eingriff in das Prüf- und zugleich in das zu überprü fende System dar. Dies ist beispielsweise auch bei der Bestimmung von Rechtwinkligkeitsabweichungen mit Endmassen der Fall, wenn die Endmasse in unterschiedlichen Richtungen je Koordinatensystemebene aufgestellt und gemessen werden müssen.The sequential listing of material measures, standards and test specimens pern in a longer test cycle for acceptance and monitoring Measurement measurements on coordinate measuring machines always provide a mechani and thermal intervention in the test and at the same time to be checked system. This is also the case, for example, when determining Squareness deviations with final dimensions the case when the final dimensions set up in different directions for each coordinate system level and must be measured.
Eine Vielzahl unterschiedlicher Prüfkörper und Verfahren erschwert zudem die Vergleichbarbeit von Verfahren und Systemen unterschiedlicher Hersteller und erhöht die Anzahl unterschiedlicher Richtlinien, Vorschriften und Anweisungen für die Abnahme und Überwachung von Koordinatenmessgeräten. Eine Verein heitlichung auf ein aussagesicheres zertifiziertes Verfahren, das alle wesentli chen Abweichnungen mit einem oder wenigen Messläufen liefert und eine so fortige umfassende Korrektur erlaubt, ist deshalb sehr vorteilhaft.A large number of different test specimens and methods also complicate the Comparability of processes and systems from different manufacturers and increases the number of different guidelines, rules and instructions for the acceptance and monitoring of coordinate measuring machines. An association Standardization on a reliable, reliable procedure that all essential deviations with one or a few measurement runs and so on Continuous extensive correction is therefore very advantageous.
der Prüfeinrichtung ist es, bei der Ermittlung geometrischer Abweichungen von taktilen Koordinatenmessgeräten im Rahmen der Durchführung von Abnahmemessungen und Überprüfungen die Nachteile hinsichtlich Verfahren und Messunsicherheit, die beim Stand der Technik derzeit noch bestehen, zu vermeiden. Diese Aufgabe wird mit einer Prüfeinrichtung mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen dieser Prüfeinrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2-5.the testing facility is to determine geometric deviations from tactile coordinate measuring machines as part of the implementation of Acceptance measurements and reviews the disadvantages with regard to procedures and measurement uncertainty that still exist in the state of the art avoid. This task is carried out with a test facility with the Features solved in claim 1. Further training of these Test equipment are the subject of claims 2-5.
Die besondere Konstruktion des Präzisions-Prüfkörpers, die Wahl des Werkstoffs und die Anordnung der Antastformelemente erlaubt insbesondere unter Nutzung der Antasttechnologie des Scanning die sichere Bestimmung der für die rechnerische Ermittlung von Korrekturwerten erforderlichen Raumpunkt- Koordinaten. Die bei dem vorgeschlagenen Präzisions-Prüfkörper für die Ermittlung von Korrekturwerten verwendeten Raumpunkte sind die Quader- Eckpunkte, gebildet als Schnittpunkte von jeweils drei aneinandergrenzenden ebenen Quader-Seitenflächen. Die Flächen selbst werden mit dem Scanningverfahren mit hoher Punktzahl in ihrer räumlichen Lage sicher erfasst.The special design of the precision test specimen, the choice of Material and the arrangement of the shaped probe elements allows in particular using the probing technology of scanning the safe determination of the space point required for the mathematical determination of correction values Coordinates. The proposed precision test specimen for the Determination of correction points used are the cuboid Corner points, formed as intersection points of three adjacent ones flat cuboid side surfaces. The areas themselves are covered with the Scanning methods with a high score reliably recorded in their spatial position.
Die feinstbearbeiten ebenen Quaderflächen können auch genutzt werden, um die Geradheit der Führungen in X-, Y- und Z-Richtung in ausgewählten Berei chen des Messvolumens zu prüfen. Diese Geradheiten sind von besonderer Bedeutung, wenn das Koordinatenmessgerät zusätzlich mit einer Einrichtung für die Rauheitsmessung ausgestattet ist und die Geradheiten der Führungen in den Achsen als Bezug für die Rauheitsmessungen dienen, d. h. Bezugsge raden/ebenen und Tastsystemanordnung ein sog. Bezugsflächentastsystem bilden.The finely machined flat cuboid surfaces can also be used to the straightness of the guides in the X, Y and Z directions in selected areas to check the measuring volume. These straightnesses are special Meaning if the coordinate measuring machine also has a device is equipped for the roughness measurement and the straightness of the guides serve as a reference for the roughness measurements in the axes, d. H. Bezugsge wheel / planes and touch probe arrangement a so-called reference surface touch probe form.
Das Anbringen von zusätzlichen Antastformelementen (9.1-9.n), Fig. 1 u. Fig. 5, bietet darüber hinaus den Vorteil, dass der gleiche Präzisions-Prüfkörper nicht nur für die allgemeinen Abnahme- und Überwachungsmessungen, sondern auch für eine optionale Kalibrierung/Restfehlerkorrektur von Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden kann. (Das erwähnte Verfahren der speziellen Restfehlerkorrektur ist in einer Patentanmeldung der Anmelderin Carl Zeiss, Heidenheim (Brenz) mit Aktenzeichen 195 39 148.9 unter dem Titel "Verfahren zur Koordinatenmessung von Werkstücken" gesondert beschrieben. Der Anmelder ist dort Miterfinder.)The attachment of additional probing elements (9.1-9.n), Fig. 1 u. Fig. 5, also offers the advantage that the same precision specimen can not be used only for the general acceptance and monitoring measurements, but also for an optional calibration / residual error correction of coordinate measuring machines. (The aforementioned method of special residual error correction is described separately in a patent application by the applicant Carl Zeiss, Heidenheim (Brenz) with file number 195 39 148.9 under the title "Method for coordinate measurement of workpieces". The applicant is a co-inventor there.)
Mit den ausgeführten Besonderheiten und neuen Einsatzmöglichkeiten kann eine deutliche Abgrenzung des vorgeschlagenen Präzisions-Prüfkörpers zu ei ner von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig entwickelten Bauform erfolgen, bei der die Eckpunkte des Quaderprüfkörpers durch Kugeln repräsentiert werden. Bei einem solchen konstruktiven Aufbau weist der Prüfkörper nur für bestimmte Prüfaufgaben eine hinreichende Tempe raturstabilität auf.With the special features and new possible uses a clear demarcation of the proposed precision test specimen from the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig developed design take place at the corner points of the cuboid test specimen are represented by spheres. With such a construction the test specimen only has sufficient temperature for certain test tasks maturity stability.
Der Präzisions-Prüfkörper besteht, wie in Fig. 1 u. Fig. 5 dargestellt, aus mindestens zwei prismatischen Bauteilen (1, 2), die aufgrund der Eigenschaften feinstbearbeiteter Flächen durch Adhäsionskräfte (sog. Ansprengen, wie von Endmassen oder Planglasplatten bekannt) temporär fest, aber wieder lösbar verbunden werden können. Dafür muss nur eine äussere Fläche des Bauteils 2 (2) für das Ansprengen feinstbearbeitet werden.The precision test specimen consists, as in Fig. 1 u. Fig. 5 shown, from at least two prismatic components ( 1 , 2 ), which can be temporarily fixed but detachably due to the properties of finely machined surfaces by adhesive forces (so-called wringing, as known from final dimensions or plane glass plates). To do this, only an outer surface of component 2 ( 2 ) has to be finely machined for the starting.
Unter Feinstbearbeitung im Sinne dieser Beschreibung wird das Erreichen einer Ebenheit jeder Quaderfläche von < 100 nm sowie einer sehr geringen Oberflächenrauheit (Richtwerte für Ra, Rq ~ 5-10 nm, Rz, R max ~ 20-50 nm) verstanden. Achieving is achieved under fine machining in the sense of this description a flatness of each cuboid area of <100 nm and a very low one Surface roughness (guideline values for Ra, Rq ~ 5-10 nm, Rz, R max ~ 20-50 nm) Roger that.
Dies sind Forderungen, wie sie u. a. für Planoptik (z. B. Prismen, Plangläser zur Prüfung von Ebenheiten oder für die Messflächen von Endmassen nach DIN 861) gelten.These are demands as u. a. for face optics (e.g. prisms, face glasses for checking flatness or for measuring surfaces of final dimensions DIN 861) apply.
Die untere Fläche des Bauteils 1 (1) und die obere Fläche des Bauteils 2 (2) bilden gemeinsam ein definiertes Antastformelement, die Grundfläche des Quaders. Die vorgeschlagene Anordnung der beiden Prüfkörper-Bauteile be wirkt, dass diese untere Quaderfläche (Fläche 1) durch den überstehenden Flächenanteil des Bauteils 2 (2) gebildet wird. Diese Anordnung der beiden Prüfkörperbauteile (1, 2) gestattet die Antastung von oberer Quaderfläche (Fläche 2) und unterer Quaderfläche (Fläche 1) in gleicher Antastrichtung und mit demselben Tastelement (bei Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise mit senkrecht angebrachtem Tastkopf ist dies i. A. Tastkugel 1).The lower surface of component 1 ( 1 ) and the upper surface of component 2 ( 2 ) together form a defined probe shape element, the base of the cuboid. The proposed arrangement of the two test specimen components has the effect that this lower cuboid surface (surface 1 ) is formed by the protruding surface portion of component 2 ( 2 ). This arrangement of the two test specimen components ( 1 , 2 ) allows the probing of the upper cuboid surface (surface 2 ) and the lower cuboid surface (surface 1 ) in the same probing direction and with the same probe element (for coordinate measuring machines in portal construction with a vertically attached probe head, this is generally a probe ball 1 ).
Bei herkömmlichen Bauformen von quaderförmigen Prüfkörpern muss die Aufstellung auf dem Koordinatenmessgerät so erfolgen, dass die untere Quaderfläche von unten (bei Koordinatenmessgeräten i. A. in +Z-Richtung) angetastet werden kann. Dies erfordert meist eine Aufstellvorrichtung bzw. geeignete Abstandshalter oder Aufstellfüsse für eine Positionierung über dem Koordinatenmessgeräte-Tisch.With conventional designs of cuboid test specimens, the Set up on the coordinate measuring machine so that the lower one Cuboid area from below (for coordinate measuring machines generally in the + Z direction) can be touched. This usually requires an installation device or suitable spacers or feet for positioning over the Coordinate measuring table.
Die Antastung der vier anderen, jeweils gegenüberliegenden Quader-Seitenflä chen (Flächen 3 u. 5 bzw. 4 u. 6) erfolgt dementsprechend auch mit jeweils gegenüberliegenden Tastelementen, und zwar den Tastkugeln 2 (5.2) und 4 (5.4), bzw. 3 (5.3) und 5 (5.5). Die Lage der Tastkugeln zueinander ist aus Fig. 3 ersichtlich.The probing of the four other, opposite cuboid side surfaces (surfaces 3 and 5 or 4 and 6 ) is also carried out accordingly with respectively opposite probe elements, namely the probe balls 2 ( 5.2 ) and 4 ( 5.4 ), or 3rd ( 5.3 ) and 5 ( 5.5 ). The position of the probe balls relative to one another can be seen from FIG. 3.
Die hier und im weiteren verwendete Konvention hinsichtlich Bezeichnung der Quaderflächen verdeutlicht Fig. 8.The convention used here and below regarding the designation of the cuboid areas is illustrated in FIG. 8.
Zur Verringerung des Gewichts des Präzisions-Prüfkörpers bei erforderlichen grossen Abmessungen besteht aber auch, wie in Fig. 2 prinzipiell gezeigt, die Möglichkeit, durch einen besonderen Aufbau des quaderförmigen Bauteils (1) des Präzisions-Prüfkörpers aus mehreren, aber mindestens vier einzelnen prismatischen Bauteilen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bzw. 1.n), die Quaderseitenflächen sowie die obere Quaderfläche dergestalt zu realisieren, dass die Antastung der Flächen mit Scanning-Technologie und die Bildung der Eckpunkte aus je 3 angrenzenden Flächen in gleicher Weise erfolgen kann wie mit einem Präzisions-Prüfkörper nach Fig. 1. Es sind jedoch noch andere Varianten für den Aufbau des Bauteils 1 aus prismatischen Bauelementen unterschiedlicher Abmessungen denkbar. Bauteil 2 (2) bleibt dabei unverändert, dient in gleicher Weise zum Ansprengen der Bauelemente und wird in gleicher Weise auf den Granittisch (3) des Koordinatenmessgerätes aufgestellt.To reduce the weight of the precision test specimen when large dimensions are required, there is also the possibility, as shown in principle in FIG. 2, of a special construction of the cuboid component ( 1 ) of the precision test specimen from several, but at least four, individual prismatic components ( 1.1 , 1.2 , 1.3 , 1.4 or 1 .n), to realize the cuboid side surfaces and the upper cuboid surface in such a way that the scanning of the surfaces with scanning technology and the formation of corner points from 3 adjacent surfaces can take place in the same way as with a precision test specimen according to FIG. 1. However, other variants for the construction of the component 1 from prismatic components of different dimensions are also conceivable. Component 2 ( 2 ) remains unchanged, serves in the same way to fire the components and is placed in the same way on the granite table ( 3 ) of the coordinate measuring machine.
Bei der Bemessung der Längen a1, b1 und c1 der Quaderseitenlinien von Bau teil 1 (1), Fig. 6, können sinnvolle ganzzahlige, aber auch rationale Teile der Messbereiche in X, Y und Z eines Koordinatenmessgerätes gewählt werden und somit können Anpassungen an die Messbereiche einzelner Koordinatenmessgeräte-Baureihen erfolgen.When dimensioning the lengths a 1 , b 1 and c 1 of the cuboid side lines of construction part 1 ( 1 ), Fig. 6, meaningful integer, but also rational parts of the measuring ranges in X, Y and Z of a coordinate measuring machine can be selected and thus can Adjustments to the measuring ranges of individual coordinate measuring machine series are made.
Die Abmessungen a2, b2 und c2 der Quaderseitenlinien des Bauteils 2 (2), Fig. 7, müssen so gewählt werden, dass eine Antastung der unteren Quaderflä che (Fläche 1) in Antastrichtung -Z mit Tastkugel 1 der verwendeten Taster konfiguration ohne Kollision zwischen Tastkopf und Präzisions-Prüfkörper erfolgen kann. Die erforderliche Breite der überstehenden Fläche ist also nur abhängig von den Abmessungen des Tastkopfes (7) und von der Lage der Tastkugeln (5.1-5.5) an der gewählten Tasterkonfiguration, Fig. 3.The dimensions a 2 , b 2 and c 2 of the cuboid side lines of component 2 ( 2 ), Fig. 7, must be selected so that a probing of the lower Quaderflä surface (surface 1 ) in the probing direction -Z with probe ball 1 of the button configuration used can take place without a collision between probe and precision test specimen. The required width of the protruding surface is therefore only dependent on the dimensions of the probe head ( 7 ) and on the position of the probe balls ( 5.1-5.5 ) on the selected probe configuration, Fig. 3.
Wie in Fig. 1 u. Fig. 5 gezeigt, können am Bauteil 1 (1), bzw. an den quader förmigen Bauelemenenten (1.1-1.4), die das Bauteil 1 bilden, definierte An tastformelemente (9.1-9.n), i. A. Innen- Zylinder unterschiedlichen Durchmes sers, in jeder Prüfkörper-Ebene zusätzlich realisiert werden.As in Fig. 1 u. Fig. 5 shown, can on the component 1 ( 1 ), or on the cuboid components ( 1.1-1.4 ) that form the component 1 , defined on tactile elements ( 9.1-9 .n), i. A. Inner cylinders of different diameters can also be implemented in each test specimen level.
Die Verteilung dieser zusätzlichen Antastformelemente (9.1-9.n) in jeder Qua derebene ist beliebig. Die Anzahl der zusätzlichen Antastelement sowie die Staffelung der Durchmesser erfolgt unter besonderen Gesichtspunkten im Zu sammenhang mit den Scanning-Geschwindigkeiten und weiteren prüftechni schen Vorgaben (Anzahl, Grösse und Anordnung der zusätzlichen Antastformelemente in Bild 1 u. Bild 5 sind willkürlich gewählt.)The distribution of these additional probing elements ( 9.1-9 .n) in each square plane is arbitrary. The number of additional probing elements and the staggering of the diameters take place from a special point of view in connection with the scanning speeds and other test specifications (number, size and arrangement of the additional probing elements in Fig. 1 and Fig . 5 are chosen arbitrarily.)
Lediglich bzgl. der Abstände zu den Kanten des Bauteils 1 (1) muss die Anord nung dergestalt erfolgen, dass sich kantennah noch lange, durchgehende Scanningbahnen zur Erfassung der Flächen ergeben und beim Kreis-Scanning an den zusätzlichen Antastformelementen (9.1-9.n) keine Kollision der Tast kugel 1 (5.1) mit der unteren Quaderfläche (Fläche 1) auftreten kann.Merely with regard to the distances to the edges of component 1 ( 1 ), the arrangement must be such that long, continuous scanning paths result for the detection of the areas close to the edges and with circular scanning on the additional probing elements ( 9.1-9 .n) there can be no collision between the probe ball 1 ( 5.1 ) and the lower cuboid surface (surface 1 ).
Die zusätzlichen Antastformelemente ermöglichen die Nutzung des Präzisions- Prüfkörpers zugleich für eine neuartige Kalibrierung von Koordinatenmessgeräten, nämlich die Korrektur von Restfehleranteilen aus der Antriebsdynamik und aus dem Verhalten der Messsysteme im Tastkopf des Koordinatenmessgerätes durch Bestimmung und Speicherung von Abweichungen zu Normalen bei Formmessungen. Diese Korrekturart wird optional per Software bei bestimmten Messbedingungen (z. B. definierte Messebene, Durchmesser, Scanning-Geschwindigkeit, Filter) angewählt. Sie ist sinnvoll zur Korrektur von Messergebnissen im Grenzbereich der Messunsicherheit bei ausgewählten Formmerkmalen.The additional probing elements enable the use of the precision Test specimen at the same time for a new kind of calibration of Coordinate measuring devices, namely the correction of residual error components from the Drive dynamics and the behavior of the measuring systems in the probe of the Coordinate measuring device by determining and storing Deviations from norms in form measurements. This type of correction will optionally by software under certain measurement conditions (e.g. defined Measuring plane, diameter, scanning speed, filter) selected. she is useful for correcting measurement results in the limit range of Measurement uncertainty for selected shape features.
Die Anbringung der zusätzlichen Antastformelemente führt zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung des Präzisions-Prüfkörpers, die das Handling bei Transport und Aufstellung erleichtert. Wird der Prüfkörper nicht für eine Restfehlerkorrektur vorgesehen, können anstelle der zusätzlichen Antastformelemente zur Gewichtsreduzierung in jeder Ebene ein oder zwei durchgehende Bohrungen mit grossem Durchmesser ohne besondere Anforde rungen an Kreisform und Oberfläche angebracht werden. Fig. 6 zeigt die Ansicht einer Prüfkörperausführung mit nur zwei Bohrungen bzw. einer Bohrung je Ebene zur Gewichtsreduzierung.The attachment of the additional probing elements leads to a considerable weight reduction of the precision test specimen, which facilitates handling during transport and installation. If the test specimen is not intended for residual error correction, one or two through-holes with a large diameter can be made on each plane instead of the additional probing elements to reduce weight, without special requirements on the circular shape and surface. Fig. 6 is a view showing a Prüfkörperausführung with only two bores and a hole each level to reduce weight.
Eine weitere Gewichtsreduzierung wird auch durch das Anbringen von Zylinder bohrungen in der Mitte des Bauteils 2 (2), also im Flächenbereich, wo Bauteil 1 (1) angesprengt ist, erreicht (Fig. 7).A further weight reduction is also achieved by drilling cylinder bores in the middle of component 2 ( 2 ), that is to say in the area where component 1 ( 1 ) is blown ( FIG. 7).
Die Kanten der beiden Prüfkörper-Bauteile (1, 2) werden sowohl zur weiteren Gewichtsreduzierung, aber auch zur Vermeidung von Verletzungsgefahren mit 45°-Fasen oder Rundungen versehen. Auf die rechnerische Bestimmung der Quadereckpunkte hat dies keinen negativen Einfluss, da die Quadereckpunkte nichtverkörperte Raumpunkte sind und nicht körperlich angetastet werden.The edges of the two test specimen components ( 1 , 2 ) are provided with 45 ° chamfers or curves both to further reduce weight and to avoid the risk of injury. This has no negative influence on the mathematical determination of the square corner points, since the square corner points are non-embodied spatial points and are not physically touched.
Der Werkstoff für den Präzisions-Prüfkörper sollte sich durch die Haupteigenschaften hohe Temperaturstabilität (thermischer Längenaus dehnungskoeffizient α nahe 0 1/K) sowie hohe Steifigkeit auszeichnen. Leichte Bearbeitbarkeit mit mechanischen Verfahren, wie sie für die Bearbeitung optischer Gläser (Sägen, Fräsen, Schleifen, Läppen, Polieren) eingesetzt werden, wäre von Vorteil. Beispielsweise würde sich die derzeit bereits verfügbare Glaskeramik ZERODUR (ZERODUR eingetragenes Warenzeichen der SCHOTT Glaswerke Mainz) mit einem thermischen Län genausdehnungskoeffizienten α von ca. 0,05.10-6 1/K hervorragend eignen. Dieses Material wird bereits für die Herstellung temperaturinvarianter Massver körperungen, z. B. Massstäbe, Endmasse, Stufenendmasse, Geradheits- und Ebenheitsnormale, aber auch für die bereits erwähnten Lochplatten eingesetzt. Bei Verwendung dieses Werkstoffs würden die durch thermische Längenaus dehnung bewirkten Unsicherheiten bei Kalibrierungen und Messungen am Präzisions-Prüfkörper minimiert. Wartezeiten für Temperiervorgänge würden bei Verwendung dieses Materials weitgehend entfallen.The material for the precision test specimen should be characterized by the main properties of high temperature stability (thermal linear expansion coefficient α close to 0 1 / K ) and high rigidity. Easy machinability with mechanical processes, such as those used for machining optical glasses (sawing, milling, grinding, lapping, polishing), would be an advantage. For example, the currently available ZERODUR glass ceramic (ZERODUR registered trademark of SCHOTT Glaswerke Mainz) with a thermal expansion coefficient α of approx. 0.05.10 -6 1 / K would be ideal. This material is already used for the production of temperature invariant Massver z. B. scales, final dimensions, final step dimensions, straightness and flatness standards, but also used for the perforated plates already mentioned. When using this material, the uncertainties caused by thermal expansion would be minimized during calibrations and measurements on the precision test specimen. Waiting times for temperature control processes would largely be eliminated when using this material.
In der Druckschrift DE 39 30 223 A1 /3/ wird erwähnt, dass bei einem sog. 'Prüfkörper für Koordinatenmessgeräte aus Stabsegmenten' die Distanz elemente, mit denen Antastelemente (Präzisionskugeln) in definiertem Abstand gehalten werden, auch aus ZERODUR (ZERODUR eingetragenes Warenzeichen der SCHOTT Glaswerke Mainz) bestehen können, weil das von Vorteile für die Längenstabilität der Stabsegmente ist.In the document DE 39 30 223 A1 / 3 / it is mentioned that in a so-called 'Test specimens for coordinate measuring machines from rod segments' the distance elements with which probing elements (precision balls) in a defined Distance should be kept, also from ZERODUR (ZERODUR Trademarks of SCHOTT Glaswerke Mainz) may exist because that is of advantage for the length stability of the rod segments.
Die Korrosionsbeständigkeit und auch die Sprödigkeit des Materials sind von Vorteil für den Präzisions-Prüfkörper. Im Gegensatz zu korrodierten Stellen, Kratzern und Deformationen an einem Prüfkörper aus metallischen Werkstoffen beeinträchtigen etwaige kleine Absplitterungen und Ausbrüche an Kanten des Prüfkorpers die sichere Erfassbarkeit der Quaderflächen nicht. The corrosion resistance and the brittleness of the material are of Advantage for the precision test specimen. Unlike corroded spots, Scratches and deformations on a test specimen made of metallic materials affect any small chips and breakouts on the edges of the Test body does not ensure that the cuboid areas are detectable.
Durch Anwendung von Bearbeitungsverfahren für optische Bauelemente lassen sich an Prüfkörpern aus ZERODUR (ZERODUR eingetragenes Warenzeichen der SCHOTT Glaswerke Mainz) die Quaderflächen sowie auch die zusätzlichen Antastformelemente mit sehr geringen Abweichungen bzgl. Ebenheit der Quaderaussenflächen, Kreis- bzw. Zylinderform der Bohrungen und Oberflächen-Rauheit aller Antastformelemente verwirklichen.Leave by using processing methods for optical components test specimens made of ZERODUR (ZERODUR registered trademark SCHOTT Glaswerke Mainz) the cuboid areas as well as the additional ones Probe elements with very small deviations with regard to the flatness of the Cuboid outer surfaces, circular or cylindrical shape of the holes and Realize surface roughness of all probing elements.
Beim Einsatz von ZERODUR (ZERODUR eingetragenes Warenzeichen der SCHOTT Glaswerke Mainz) für Bauteile in der Satellitentechnik sind mit be kannten Bearbeitungsverfahren bereits äussert geringe makro- und mikrogeo metrische Abweichungen von der Sollgestalt erzielt worden.When using ZERODUR (ZERODUR registered trademark of SCHOTT Glaswerke Mainz) for components in satellite technology are with be known processing methods already expresses low macro and micro geo metric deviations from the target shape have been achieved.
Die Kalibrierung des Präzisions-Prüfkörpers beinhaltet zum einen die Bestimmung der räumlichen Lage der Quader-Eckpunkte, zum anderen die Bestimmung der Lage (Mittelpunkte) der zusätzlichen Antastformelemente in Bezug auf einen definierten Nullpunkt am Präzisions-Prüfkörper oder zu anderen Quadereckpunkten sowie die Berechnung der Durchmesser und Formabweichungen der zusätzlichen Antastformelemente. Kalibrierdaten sind die räumlichen Koordinaten der nichtverkörperten acht Quadereckpunkte, die Relativpositionen der zusätzlichen Antastformelemente sowie die Durchmesser und Formabweichungen der zusätzlichen Antastformelemente.The calibration of the precision test specimen includes the one Determination of the spatial position of the cuboid corner points, on the other hand the Determination of the position (center points) of the additional probing elements in Reference to a defined zero point on the precision test specimen or to other square corner points as well as the calculation of the diameters and Shape deviations of the additional probing elements. Calibration data are the spatial coordinates of the non-embodied eight square corner points, the Relative positions of the additional probing elements as well as the diameter and shape deviations of the additional probing shaped elements.
Die Kalibrierung wird mit einem Präzisions-Koordinatenmessgerät im zertifizier ten Kalibrierlabor vorgenommen. Die Messpunktaufnahme erfolgt im Scanning- Verfahren. Grundsätzlich wird bei der Kalibrierung das gleiche CNC-Programm wie bei späteren Überwachungsmessungen verwendet. Dies sichert die Über einstimmung der Messorte bei allen Messabläufen. Lediglich durch eine grössere Anzahl von Durchläufen und Mittelwertbildung aus den Ergebnissen wird die Sicherheit der Kalibrierdaten erhöht.The calibration is certified with a precision coordinate measuring machine calibration laboratory. The measurement point is recorded in the scanning Method. Basically, the same CNC program is used for calibration as used in later surveillance measurements. This secures the over Appropriate measurement locations for all measurement processes. Only by one Larger number of runs and averaging from the results the security of the calibration data is increased.
Die geometrische Gestalt des Präzisions-Prüfkörpers, insbesondere die beschriebene Ausführung der unteren Quaderfläche (Fläche 1), erlaubt die Konzipierung und den Einsatz einer neuartigen temperatur- und biegestabilen Tasterkonfiguration.The geometric shape of the precision test specimen, in particular the described design of the lower cuboid area (area 1 ), allows the design and use of a new type of temperature and bending stable probe configuration.
Zur Realisierung einer solchen Tasterkonfiguration ist lediglich ein Bauteil kon struktiv zu ändern und aus entsprechendem Werkstoff zu fertigen. Anstelle des herkömmlichen Adapterwürfels oder ähnlicher Bauteile für das Anbringen (Anschrauben) der Taststiftschäfte wird ein flaches, scheibenförmiges Bauteil direkt am Tasterwechselteller angebracht. Bei dieser Ausführung sind die Tastkugeln (5.1-5.5) ohne Taststiftschäfte und Verlängerungen direkt an der Scheibe (4) befestigt. To implement such a push button configuration, only one component needs to be changed constructively and manufactured from the appropriate material. Instead of the conventional adapter cube or similar components for attaching (screwing on) the stylus shafts, a flat, disc-shaped component is attached directly to the stylus change plate. In this version, the probe balls ( 5.1-5.5 ) are attached directly to the disc ( 4 ) without stylus shafts and extensions.
Die Scheibe (4) ist fest mit dem Tasterteller (6) verbunden. Die Scheibe kann zur Gewichtsverringerung mit Bohrungen versehen sein. Der Querschnitt muss nicht kreisförmig sein, sondern kann auch ein geradzahliges Vieleck bilden. Die Anzahl der Flächen/Kanten ist dabei so zu wählen, dass die vier auf einer Ebene befindlichen Tastkugeln (5.1-5.4) gleichverteilt auf Kanten angebracht werden können, d. h. die Anzahl der Flächen/Kanten sollte durch 4 teilbar sein (8-, 12- oder 16-Eck). Die fünfte Tastkugel (5.5) wird mittig an der Unterseite der Scheibe befestigt.The disc ( 4 ) is firmly connected to the button plate ( 6 ). The disc can be provided with holes to reduce weight. The cross section does not have to be circular, but can also form an even polygon. The number of surfaces / edges should be selected so that the four probe balls ( 5.1-5.4 ) on one level can be attached to edges in an evenly distributed manner, ie the number of surfaces / edges should be divisible by 4 (8-, 12- or 16-corner). The fifth probe ball ( 5.5 ) is attached to the center of the underside of the disc.
Eine mögliche Ausführungsform auf der Basis eines ebenfalls aus dem Material ZERODUR (ZERODUR eingetragenes Warenzeichen der SCHOTT Glaswerke Mainz) gestalteten scheibenförmigen Bauteils (4) ist in Fig. 3 in drei Ansichten (von oben, seitlich, von unten) und in einer isometrischen Ansicht dargestellt.A possible embodiment on the basis of a disk-shaped component ( 4 ) also made of the material ZERODUR (ZERODUR registered trademark of SCHOTT Glaswerke Mainz) is shown in FIG. 3 in three views (from above, laterally, from below) and in an isometric view ,
Für den Einsatz zusammen mit dem Präzisions-Prüfkörper kann diese spezielle Tasterkonfiguration in einem vereinfachten Verfahren kalibriert werden. Wird die vereinfachte Kalibrierung angewandt, muss je ein Exemplar einer solchen Tasterkonfiguration einem Präzisions-Prüfkörper als Zubehör eindeutig zu geordnet sein.This can be used for use with the precision test specimen Push button configuration can be calibrated in a simplified procedure. Becomes If the simplified calibration is used, one copy of each must be used Probe configuration to a precision test specimen as an accessory be ordered.
Bei Verwendung des beschriebenen Präzisions-Prüfkörpers und nach dessen hinreichend genauer Ausrichtung zu den Koordinatenachsen im Messvolumen des Koordinatenmessgerätes sowie unter Voraussetzung einer hohen Temperaturinvarianz der Scheibe (4), an welcher die Tastkugeln (5.1-5.5) befestigt sind, lässt sich die Kalibrierung der verwendeten Tasterkonfiguration weitgehend vereinfachen. Es ist lediglich die Angabe zweier theoretischer Abstände der Antastpunkte (nicht Kugelmittelpunkte) von jeweils zwei gegenüberliegenden Tastkugeln (5.2 u. 5.4, 5.3 u. 5.5) sowie eines theoretischen Abstandes dieser 4 Tastkugeln zum Antastpunkt der Tastkugel 1 (5.1) erforderlich. Die bisher für herkömmliche Tasterkonfigurationen, bei denen die Tastkugeln an zylinderförmigen Schäften angebracht sind, sehr sorgfältig auszuführende Kalibrierung der Relativpositionen der Tastkugeln und der Durchmesser der Tastkugeln ist nicht erforderlich. Ebenso entfällt die aufwendige Tensorkalibrierung für die durch die Messkräfte bedingte Biegung der Taststiftschäfte.When using the described precision test specimen and after its sufficiently precise alignment to the coordinate axes in the measuring volume of the coordinate measuring machine and assuming a high temperature invariance of the disc ( 4 ) to which the probe balls ( 5.1-5.5 ) are attached, the calibration of the used ones can be performed Simplify button configuration to a large extent. All that is required is to specify two theoretical distances between the probe points (not the center of the sphere) of two opposing probe balls ( 5.2 and 5.4 , 5.3 and 5.5 ) and a theoretical distance between these 4 probe balls and the probe point of probe ball 1 ( 5.1 ). The calibration of the relative positions of the probe balls and the diameter of the probe balls, which has so far been carried out very carefully for conventional probe configurations in which the probe balls are attached to cylindrical shafts, is not necessary. The elaborate tensor calibration for the bending of the stylus shafts caused by the measuring forces is also eliminated.
Bei Nutzung eines Präzisions-Prüfkörpers mit zusätzlich angebrachten Antastformelementen (9.1-9.n) für die erwähnte optionale Kalibrierung von Restfehlern oder zur Prüfung der zweidimensionalen Antastunsicherheit v2 nach VDI/VDE 2617 BI. 6, - sowohl bei Einzelantastung der Messpunkte, als auch bei Einsatz von Scanning - ist für den betreffenden Programmteil die Verwendung einer konventionellen Tasterkonfiguration und Durchführung einer Biegetensor-Kalibrierung erforderlich. Die konventionelle Tasterkonfiguration wird dafür zweckmässig in der Ausführung eines sog. Sterntasters aufgebaut. Bei den fünf Tastern des Sterntasters sind die Durchmesser der Taststiftschäfte kleiner als die Durchmesser der Tastkugeln, um Antastungen auf wenigstens einem gesamten Kugelumfang zu gewährleisten. Der Aufbau einer solchen Tasterkonfiguration (10) sowie der Einsatz am Präzisions-Prüfkörper (1, 2) wird in Fig. 5 gezeigt.When using a precision test specimen with additional probing elements ( 9.1-9 .n) for the mentioned optional calibration of residual errors or for testing the two-dimensional probing uncertainty v 2 according to VDI / VDE 2617 BI. 6, - both with individual probing of the measuring points and with the use of scanning - the use of a conventional stylus configuration and the implementation of a bending sensor calibration is required for the relevant program part. The conventional push button configuration is expediently constructed in the form of a so-called star push button. With the five buttons of the star button, the diameter of the stylus shafts is smaller than the diameter of the probe balls to ensure probing on at least one entire circumference of the ball. The structure of such a probe configuration ( 10 ) and the use on the precision test specimen ( 1 , 2 ) is shown in FIG. 5.
Beide Arten von Kalibrierdaten (vereinfachte statische Kalibrierung und Biege tensor-Kalibrierung) werden gesondert ermittelt und gespeichert. Koordinaten messgeräte-Software bietet die Möglichkeit, die jeweils erforderlichen Kalibrier datensätze an entsprechender Stelle im Mess- und Auswerteablauf einzulesen und zu berücksichtigen. Dies geschieht i. A. durch Speicherung und Abruf der jeweiligen Kalibrierdaten unter einer anderen Tasterkombinations-Nummer.Both types of calibration data (simplified static calibration and bending tensor calibration) are determined and saved separately. coordinates Measuring device software offers the possibility of performing the required calibration Read data records at the appropriate place in the measurement and evaluation process and take into account. This happens i. A. by storing and retrieving the respective calibration data under a different key combination number.
Die sichere, d. h. kippelfreie Auflage des gesamten Präzisions-Prüfkörpers auf dem Koordinatenmessgeräte-Tisch (3) kann durch eine ausreichend eben bearbeitete Grundfläche des Prüfkörperbauteils 2 (2) gewährleistet werden. Durch einfache Anschläge kann der Prüfkörper gegen Verrutschen gesichert werden.The safe, ie non-tipping, support of the entire precision test specimen on the coordinate measuring machine table ( 3 ) can be ensured by a sufficiently flat machined base area of the test specimen component 2 ( 2 ). The test specimen can be secured against slipping by simple stops.
Auch anderweitige konstuktive Lösungen sind denkbar, so z. B. die Aufstellung auf drei justierbare und fixierbare Füsse (in Abbildungen nicht dargestellt) an der unteren Fläche des Bauteils 2 (2) des Präzisions-Prüfkörpers. In einer justierten Parallel-Lage von oberer und unterer Quaderfläche zum Koordinatenmessgeräte-Tisch werden die Höheneinstellungen der drei Füsse fixiert und ggf./erforderlichenfalls mit zwei weiteren stellbaren Stützfüssen ver kippungsfrei abgestützt.Other constructive solutions are also conceivable. B. the installation on three adjustable and fixable feet (not shown in the figures) on the lower surface of component 2 ( 2 ) of the precision test specimen. The height settings of the three feet are fixed in an adjusted parallel position from the upper and lower cuboid surface to the coordinate measuring machine table and, if necessary, supported with two additional adjustable support feet without tipping.
Besonderheiten für die Aufstellung und Positionierung des Präzisions- Prüfkörpers ergeben sich nur bei Koordinatenmessgeräten mit sehr grossem Messvolumen, für die der Präzisions-Prüfkörper aus Gewichtsgründen nicht ausreichend gross dimensioniert werden kann und er deshalb nur einen kleinen Teil des Messvolumens ausfüllt.Special features for setting up and positioning the precision Test specimens only result from coordinate measuring machines with a very large one Measuring volume for which the precision test specimen is not for weight reasons can be dimensioned sufficiently large and therefore only a small one Fills part of the measurement volume.
Verfahren der Wahl beim Aufstellen des Präzisions-Prüfkörpers auf Koordinatenmessgeräte mit sehr grossem Messvolumen wären die Verschiebung des Präzisions-Prüfkörpers im Messvolumen bei Herstellung eines Lagebezuges über die Werkstücklage im Gerätekoordinatensystem oder - bei Anordnung des Präzisions-Prüfkörpers in der Mitte des Messvolumens - die Projektion der Quadereckpunkte-Verlagerungskomponenten auf die Aussenflächen des Messvolumens. Bei Kenntnis des systematischen Abweichungsverhaltens von Koordinatenmessgeräten bestimmter Bauformen kann jedoch vom Verhalten im Aufstellungsbereich des Präzisions-Prüfkörpers auf das Verhalten im gesamten Messbereich geschlossen werden. Einschrän kungen der Gültigkeit der mit letzterer Methode ermittelten geometrischen Abweichungen und Korrekturdaten wären erforderlichenfalls gesondert zu untersuchen.The method of choice when setting up the precision test specimen Coordinate measuring machines with a very large measuring volume would be Displacement of the precision test specimen in the measurement volume during manufacture a reference to the position of the workpiece in the device coordinate system or - When arranging the precision test specimen in the middle of the measuring volume - the Projection of the cuboid displacement components on the Outer surfaces of the measuring volume. With knowledge of the systematic Deviation behavior of coordinate measuring machines of certain designs can, however, depend on the behavior in the installation area of the precision test specimen the behavior in the entire measuring range can be concluded. limita of the validity of the geometric determined using the latter method Deviations and correction data would be separately if necessary investigate.
Softwareseitig wird zunächst der alte Gerätezustand mit allen Parametern und Korrekturdaten vollständig als Backup gesichert. Im Falle fehlerhafter, abge brochener bzw. mit zu grosser Streuung ausgeführter Messungen oder bei Systemausfällen wird der aktuelle Gerätezustand nicht verändert und es kann später ein erneuter Prüfdurchlauf erfolgen. Nach einem vollständigen und kor rekten Prüfdurchlauf mit hinreichend geringer Streuung wird der aktuelle Gerä tezustand mit den neuermittelten Parametern und Korrekturdaten überschrie ben. In einem nachfolgenden Kontrolldurchlauf wird der verbesserte Gerätezu stand bzgl. der Kalibrierdaten des Präzisions-Prüfkörpers verifiziert. Die Korrektur war erfolgreich, wenn die Abweichungen zu den Kalibrierdaten des Präzisions-Prüfkörpers im Verifizierungsdurchlauf geringer sind als beim ersten Durchlauf mit den alten Gerätezustandsdaten. Auch bei den Verifizie rungsdurchläufen sind Wiederholungen und Mittelwertbildung möglich. Bei un sicherem Ergebnis bzw. bei Abbruch oder Systemausfall kann der ursprüngli che Gerätezustand jedoch zurückgerufen und wiederhergestellt werden.On the software side, the old device status with all parameters and Correction data completely saved as a backup. In the case of faulty, abge Broken measurements or measurements carried out with too large a scatter or System failures, the current device status is not changed and it can another test run later. After a complete and correct right test run with a sufficiently low spread, the current device condition with the newly determined parameters and correction data overwritten ben. In a subsequent control run, the improved device becomes was verified with regard to the calibration data of the precision test specimen. The Correction was successful if the deviations from the calibration data of the Precision test pieces in the verification run are lower than in the first Run with the old device status data. Even with verifications repetitions and averaging are possible. At un safe result or in the event of abort or system failure, the original However, the device status can be recalled and restored.
Mit der Dokumentation der Parametersätze ist auch eine Historie des Gerätezu standes hinsichtlich Langzeitstabilität und Verschleissverhalten möglich.With the documentation of the parameter sets there is also a history of the device with regard to long-term stability and wear behavior possible.
Ein strukturiertes Ablaufschema für diese Vorgehensweise zeigt Fig. 9.A structured flow chart for this procedure is shown in FIG. 9.
Ähnlich wie bei gegenwärtig verfügbaren Software-Optionen (Test- oder Ab nahme-Software) zur Koordinatenmessgeräte-Überwachung können zu Beginn der Prüfdurchläufe die entsprechenden Gerätekenndaten (Serien-Nr., Bauart, Tastsystem, Messbereich, Längenmessunsicherheiten u1, u2, u3, u. a.), sowie die Prüfkörper- und Tasterkonfigurations-Identnummern u. a. in ein Kenndatenfile eingegeben werden. Die Software liest und berücksichtigt im Programm diese Kenndaten bei der Berechnung von Abweichungen und Korrekturfaktoren sowie zur Dokumentation im Prüfbericht.Similar to currently available software options (test or acceptance software) for coordinate measuring machine monitoring, the corresponding device characteristics (serial number, type, touch probe, measuring range, length measurement uncertainties u 1 , u 2 , u 3 ) can be started at the start of the test runs , etc.), as well as the test specimen and probe configuration ID numbers are entered in a data file. The software reads and takes these parameters into account in the program when calculating deviations and correction factors and for documentation in the test report.
Die zu verwendende Tasterkonfiguration ist bereits oder wird, wie von konven tionellen Tasterkonfigurationen bekannt, manuell oder automatisch in die Auf nahme des Tastkopfes (8) eingewechselt. Nach dem Einwechseln werden die zugehörigen Kalibrierdaten der Tasterkonfiguration eingelesen. Fig. 4 zeigt einen Tastkopf (7) mit Aufnahme (8) und eine einzuwechselnde temperatur- und biegestabile Tasterkonfiguration (4, 5, 6).The button configuration to be used is already or, as is known from conventional button configurations, manually or automatically replaced in the recording of the probe ( 8 ). After the replacement, the associated calibration data of the push button configuration are read in. Fig. 4 shows a probe ( 7 ) with receptacle ( 8 ) and a switchable temperature and bending stable probe configuration ( 4 , 5 , 6 ).
Nach Aufsetzen des Präzisions-Prüfkörpers, manueller Grobbestimmung und CNC-Feinbestimmung der Lage des Prüfkörpers im Messvolumen des Koordinatenmessgerätes ein speziell programmierter CNC-Messablauf gestartet wird. CNC-gesteuert werden die 6 Seitenflächen des Präzisions- Prüfkörpers durch Scanning mit hoher Messpunktezahl erfasst. Dabei ist auch der oben beschriebene Vorteil, dass Messpunkte ohne Taststiftbiege-Korrekturdaten ermittelt werden können, von Bedeutung für die Sicherheit der Ergebnisse.After placing the precision test specimen, manual rough determination and CNC fine determination of the position of the test specimen in the measuring volume of the Coordinate measuring machine a specially programmed CNC measuring process is started. The 6 side surfaces of the precision Specimen captured by scanning with a high number of measuring points. It is also the advantage described above, that measuring points without stylus bending correction data can be determined of importance for the safety of the Results.
Die Erfassung der Quaderflächen kann im entsprechenden Scanning-Modus für Kreise/Geraden in Werkstückebene erfolgen, wobei vielfältige unterschied liche Kombinationen von Kreis- und Geradenanteilen zur Erfassung der ein zelnen Quaderflächen gewählt werden können. Die untere Quaderfläche (Fläche 1) kann beispielsweise mit nur vier Geraden erfasst werden, die sich am Rand der Fläche 1 befinden. Damit kann eine Anpassung der Verfahrbahnen und Scanningbahnen an die Bauform des Bauteils 1 (1 bzw. 1.1-1.4) des eingesetzten Präzisions-Prüfkörpers erfolgen.The detection of the cuboid areas can take place in the corresponding scanning mode for circles / straight lines in the workpiece plane, with various different combinations of circular and straight line components being able to be selected for the detection of the individual cuboid areas. The lower cuboid area (area 1 ) can be detected, for example, with only four straight lines that are located on the edge of area 1 . This enables the trajectories and scanning trajectories to be adapted to the structural shape of component 1 ( 1 or 1.1-1.4 ) of the precision test specimen used.
Im Fall der Nutzung des Präzisions-Prüfkörpers zusätzlich für die Bestimmung der Geradheiten von Führungsachsen beinhaltet das CNC-Programm ein entsprechendes aufrufbares Unterprogramm, mit dem ausgewählte Geraden auf drei Flächen des Präzisions-Prüfkörpers, die zugleich die Messebenen des Koordinatenmessgerätes repräsentieren, im Scanningverfahren erfasst werden. Im Vergleich mit den kalibrierten Geradheiten entlang dieser Messstrecken werden die Geradheitsabweichungen der Führungen bestimmt.If the precision test specimen is used, it is also used for the determination The straightness of leading axes is included in the CNC program Appropriate subroutine with the selected straight line on three surfaces of the precision test specimen, which are also the measuring planes of the Represent coordinate measuring machine, are recorded in the scanning process. In comparison with the calibrated straightness along these measuring sections the straightness deviations of the guides are determined.
Im Fall der Nutzung des Präzisions-Prüfkörpers für die optionale Kalibrierung/ Restfehlerkorrektur beinhaltet das CNC-Programm ein weiteres aufrufbares Unterprogramm, das sowohl unabhängig, aber auch mit Koordinaten- und Ergebnisbezug zum Programmteil für die Quadereckpunkte-Bestimmung ablaufen kann.If the precision test specimen is used for the optional calibration / The CNC program contains another callable error correction Subroutine that is independent, but also with coordinate and Result reference to the program part for the determination of square corner points can expire.
Die Position des Präzisions-Prüfkörpers im Messvolumen des Koordinatenmessgerätes braucht für die unterschiedlichen Programmteile nicht geändert werden. Bei der Bestimmung von Geradheitsabweichungen ist jedoch - wenn für ergänzende Aussagen erforderlich - eine Platzierung des Präzisions- Prüfkörpers an unterschiedlichen Stellen im Messvolumen möglich.The position of the precision test specimen in the measuring volume of the Coordinate measuring device does not need for the different program parts be changed. However, when determining straightness deviations - if necessary for additional statements - a placement of the precision Test specimen possible at different points in the measuring volume.
Aus den mit Scanning erfassten sechs Quaderflächen werden mittels system immanenter Standard-Geometriesoftware durch Schnittoperationen aus jeweils drei senkrecht aufeinander stehenden Flächen acht Raumpunkte (Eckpunkte des Quaders) berechnet. Dies erfolgt aufgrund der beim Scanning möglichen hohen Punktedichte und Punktezahl mit hoher Sicherheit und sehr guter Repro duzierbarkeit. Die Oberflächengüte der Prüfkörperflächen lässt bei sorgfältiger Reinigung der Flächen vor den Messabläufen kaum Ausreisser erwarten. Bei Bedarf könnten dennoch die Funktionen zur Algorithmuswahl, zur Ausreisser eliminierung und zur digitalen Filterung bei der Messpunkteverarbeitung einge setzt werden. Moderne Koordinatenmessgeräte-Software verfügt neuerdings - vor allem im Zusammenhang mit der Durchführung von Form und Lagemes sungen - über diese Funktionen.Using the system, the six cuboid areas recorded with scanning are inherent standard geometry software through cutting operations from each three perpendicular surfaces, eight spatial points (corner points of the cuboid). This is done on the basis of the possible during scanning high point density and number of points with high security and very good reproduction ity. The surface quality of the test specimen surfaces leaves with careful Hardly any outliers expect cleaning of the surfaces before the measurement processes. at The functions for algorithm selection and outliers could still be required elimination and for digital filtering in measuring point processing be set. Modern coordinate measuring machine software has recently become available - especially in connection with the implementation of form and position measurement solutions - about these functions.
Die Wahl des Auswertealgorithmus, z. B. angrenzendes (hier Hüll-) Element anstelle des Gauss-Ausgleichselements, würde nur dann von Bedeutung sein, wenn die Kalibrierung des Präzisions-Prüfkörpers nicht - wie hier vorgeschla gen - mit einem taktilen Koordinatenmesssystem gleicher Bauart und Antast strategie wie bei dem zu prüfenden/überwachenden erfolgen würde, sondern mit einem Laser-Längenmesssystem, das die zu erfassenden Flächen nach dem Maximum-Material-Prinzip als Anlagefläche für Laserspiegel ermittelt.The choice of the evaluation algorithm, e.g. B. adjacent (here envelope) element instead of the Gauss compensation element, would only be of importance if the calibration of the precision test specimen is not - as suggested here gen - with a tactile coordinate measuring system of the same design and probing strategy as would be done with the test / monitor, but with a laser length measuring system that measures the areas to be recorded the maximum material principle as a contact surface for laser mirrors.
Mit den als Schnittpunkte von jeweils drei angrenzenden Flächen berechneten
8 Eckpunkten des Präzisions-Prüfkörpers (Raumpunkte) stehen insgesamt 28
Messstrecken, im einzelnen
12 Seitenlinien,
12 Flächendiagonalen und
4 Raumdiagonalen
zur Verfügung. Damit ist der Quader mit 10 Strecken überbestimmt, was eine
gezielte Auswahl von Vorzugs-Strecken bzw. eine Ausgleichsrechnung für die
Korrekturen zulässt.With the 8 corner points of the precision test specimen (spatial points) calculated as intersections of three adjacent surfaces, there are a total of 28 measurement sections, in detail
12 sidelines,
12 diagonals and
4 room diagonals
to disposal. The cuboid is thus overdetermined with 10 routes, which allows a targeted selection of preferred routes or a compensation calculation for the corrections.
Allein aus den gemessenen räumlichen Verlagerungen der Eckpunkte im Ver
gleich mit den Koordinaten der Kalibrierung lassen sich
3 Rechtwinkligkeitsabweichungen
6 Geradheitsabweichungen
3 Positionsabweichungen
3 Rollwinkelabweichungen
6 Nick-/Gierwinkelabweichungen
ableiten.The measured spatial displacements of the corner points in comparison with the coordinates of the calibration alone can be used
3 deviations from perpendicularity
6 straightness deviations
3 position deviations
3 roll angle deviations
6 pitch / yaw angle deviations
derived.
Die mathematischen Herleitungen und Berechnungen, insbesondere die
The mathematical derivations and calculations, especially the
- - Matrix der 18 Quaderkennwerte in Abhängigkeit von den 24 Verlagerungskomponenten der Quader-Eckpunkte- Matrix of the 18 cuboid parameters depending on the 24 displacement components of the cuboid corner points
- - Ur-Matrix der 28 Quaderstreckungen in Abhängigkeit von den 18 Quaderkennwerten- Original matrix of the 28 cuboid extensions depending on the 18 cuboid parameters
- - formelmässigen Zusammenhänge- formal relationships
sind aus /2/ bekannt.are known from / 2 /.
Einzig die kurzperiodischen Positionsabweichungen (Längen kleiner als die Quaderseitenlängen a1, b1 und c1) sind aus der Verlagerung der Quadereck punkte nicht ableitbar. Derartige Abweichungen werden nach dem sog. CAA- Verfahren (Computer Aided Accuracy) gemessen und können nur rechnerisch korrigiert werden. Ohne besondere Notwendigkeit werden diese CAA- Korrekturdaten nicht erneut ermittelt.Only the short-period positional deviations (lengths smaller than the rectangular side lengths a 1 , b 1 and c 1 ) cannot be derived from the displacement of the rectangular corner points. Such deviations are measured using the so-called CAA (Computer Aided Accuracy) method and can only be corrected by calculation. These CAA correction data are not determined again without particular need.
Es ist Aufgabe eines vom Hersteller/Anbieter zu programmierenden Software- Moduls, z. B. als Bestandteil einer Test- und Überwachungssoftware, aus den räumlichen Verlagerungen der Quadereckpunkte im Vergleich zu den Kali brierwerten die Art der Abweichung zu analysieren, die aktuellen Werte der einzelnen Abweichungen mit den entsprechend mathematischen Algorithmen zu berechnen und die Ergebnisse in entsprechenden Datenfiles zu sichern. Ein weiteres Modul steuert die Ersetzung der aktuell verwendeten Korrekturfiles durch die neu ermittelten nach dem in Fig. 9 beschriebenen Ablaufschema.It is the task of a software module to be programmed by the manufacturer / provider, e.g. B. as part of a test and monitoring software to analyze the type of deviation from the spatial displacements of the square corner points in comparison to the calibration values, to calculate the current values of the individual deviations with the appropriate mathematical algorithms and to save the results in corresponding data files , Another module controls the replacement of the currently used correction files with the newly determined correction files according to the flowchart described in FIG. 9.
Die Abnahme bzw. Überprüfung des Koordinatenmessgerätes, d. h. die einzelnen Abschnitte des mechanischen Messablaufs, die Operationen der Geometriesoftware und die Operationen zur Ermittlung und Speicherung von Korrekturen können nach Aufstellung des Präzisions-Prüfkörpers und manuellem Einmessen seiner Werkstücklage voll automatisiert, d. h. bedienerlos, z. B. auch während der Nachtzeit, durchgeführt werden.The acceptance or inspection of the coordinate measuring machine, d. H. the individual sections of the mechanical measurement process, the operations of the Geometry software and the operations for determining and storing Corrections can be made after setting up the precision test specimen and manual measurement of its workpiece position fully automated, d. H. unattended, e.g. B. can also be carried out during the night.
Für die Ermittlung nahezu aller geometrischen Abweichungen wird nur ein Präzisions-Prüfkörper und eine Tasterkonfiguration benötigt. Gegenüber herkömmlichen Verfahrensweisen entfallen Rüst- und Temperierzeiten für eine Vielzahl unterschiedlicher Präzisions-Prüfkörper und Messeinrichtungen.Only one is used to determine almost all geometric deviations Precision test specimens and a probe configuration required. Across from Conventional procedures eliminate setup and tempering times for one Numerous different precision test specimens and measuring devices.
Aufgrund des Werkstoffs für Präzisions-Prüfkörper und Teile der Tasterkon figuration fallen keine Temperierzeiten für die Prüfeinrichtung an.Due to the material for precision test specimens and parts of the probe con figuration there are no tempering times for the test facility.
Mit der Scanningtechnologie bei der Antastung erfolgt die Messpunktaufnahme wesentlich schneller als mit konventioneller Einzelpunktantastung.The measuring point is recorded with the scanning technology during probing much faster than with conventional single point probing.
Die Messung der geometrischen Abweichungen an Koordinatenmessgeräten nach unterschiedlichen Verfahren, die Ermittlung der entsprechenden Korrek turwerte sowie deren Speicherung und Berücksichtigung in der Systemsteue rung wird automatisierbar. Sie können dann auch bedienerlos, z. B. während der Nachtzeit, durchgeführt werden.The measurement of the geometric deviations on coordinate measuring machines according to different procedures, the determination of the corresponding correction values and their storage and consideration in the system control tion can be automated. You can then also operate unattended, e.g. B. during the night time.
Die Einsatzzeit der Bediener/Servicetechniker am Gerät wird reduziert.The operating time of the operator / service technician on the device is reduced.
Bei automatisierten Abläufen werden Fehler bei Dialogeingaben vermieden.Errors in dialog entries are avoided in automated processes.
Kalibrierungen und Überwachungsmessungen können für unterschiedliche Korrekturverfahren variiert und kombiniert werden, wobei wesentliche Ablauf schritte bzw. Programmteile nach einem struktierierten Ablaufschema durchge führt werden. Calibrations and monitoring measurements can be made for different Correction procedures are varied and combined, with essential expiry steps or program parts according to a structured flow chart leads.
/1/ DE-Z: Technisches Messen 51. Jahrgang 1984 Heft 3, S. 83-95
Schüßler, H.-H.;
Prüfkörper für Koordinatenmessgeräte, Werkzeugmaschinen und
Messroboter
/2/ DE-Z: Technisches Messen 52. Jahrgang 1985 Heft 10, S. 353-366
Schüßler, H.-H.;
Messtechnische Beurteilung von Prüfkörpern und Koordinatenmessgeräten
anhand von Streckenmessungen, Rechteck- und Quader-Kennwerten
/3/ DE 39 30 223 A1 Offenlegungsschrift
Prüfkörper für Koordinatenmessgeräte aus Stabsegmenten/ 1 / DE-Z: Technical measuring 51st year 1984 issue 3, pp. 83-95 Schüßler, H.-H .; Test specimens for coordinate measuring machines, machine tools and measuring robots
/ 2 / DE-Z: Technisches Messen 52. Volume 1985, Issue 10, pp. 353-366 Schüßler, H.-H .; Metrological assessment of test specimens and coordinate measuring machines based on distance measurements, rectangular and cuboid parameters
/ 3 / DE 39 30 223 A1 laid-open specification test specimen for coordinate measuring machines from rod segments
Claims (5)
der Präzisions-Prüfkörper aus einem quaderförmigen Bauteil (1) und einem prismatischen Bauteil (2) besteht und das quaderförmige Bauteil (1) mit seiner unteren Fläche derart auf der oberen Fläche des prismatischen Bauteils (2) ruht, dass der über die Grösse des quaderförmigen Bauteils (1) hinausragende Teil der oberen Fläche des prismatischen Bauteils (2) vom Koordinatenmessgerät mit der zugehörigen Tasterkonfiguration in der z-Richtung des Koordinatenmessgerätes antastbar ist, und
die untere Fläche des quaderförmigen Bauteils (1) und die obere Fläche des prismatischen Bauteils (2) feinstbearbeitet und durch Adhäsionskräfte durch sogenanntes Ansprengen miteinander verbunden sind, und
t die beiden Bauteile (1, 2) einen thermischen Ausdehnungs koeffizienten α ≦ 0,05 × 10-6 1/K aufweisen und wobei
die Tasterkonfiguration ein flaches, scheibenförmiges, unmittelbar an einem Tasterteller (6), der manuell oder automatisch in die Tasteraufnahme des Tastkopfes (7) am Koordinatenmessgerät einwechselbar ist, angebrachtes Bauteil (4) zur direkten Aufnahme von Tastkugeln (5) aufweist und
der thermische Ausdehnungskoeffizient α dieses Bauteils (4) ≦ 0,05 × 10-6 1/K ist. 1. Test device for determining geometric deviations from tactile coordinate measuring machines with a measuring 3D touch probe, consisting of a precision test specimen and a probe configuration clearly associated therewith, whereby
the precision test body consists of a cuboid component ( 1 ) and a prismatic component ( 2 ) and the cuboid component ( 1 ) rests with its lower surface on the upper surface of the prismatic component ( 2 ) in such a way that it is larger than the cuboid Part ( 1 ) protruding part of the upper surface of the prismatic component ( 2 ) can be touched by the coordinate measuring machine with the associated probe configuration in the z direction of the coordinate measuring machine, and
the lower surface of the cuboid component ( 1 ) and the upper surface of the prismatic component ( 2 ) are finely machined and connected to one another by adhesive forces by so-called wringing, and
t the two components ( 1 , 2 ) have a thermal expansion coefficient α ≦ 0.05 × 10 -6 1 / K and where
the probe configuration has a flat, disk-shaped component ( 4 ) for directly receiving probe balls ( 5 ), which is attached directly to a probe plate ( 6 ), which can be changed manually or automatically into the probe holder of the probe head ( 7 ) on the coordinate measuring machine, and
the thermal expansion coefficient α of this component ( 4 ) ≦ 0.05 × 10 -6 1 / K.
das quaderförmige Bauteil (1) des Präzisions-Prüfkörpers aus Anordnungen von wenigstens vier kleineren prismatischen Bauteilen (1.1.-1.4 bzw. 1.n) besteht, die sowohl mit der oberen Fläche des prismatischen Bauteils (2), als auch mit ihren Seitenflächen untereinander durch Adhäsionskräfte durch sogenanntes Ansprengen verbunden sind und
die kleineren prismatischen Bauteile (1.1.-1.4 bzw. 1.n) zueinander so angeordnet sind, dass ihre gemeinsamen äusseren Flächen bzw. Teile davon wiederum eine Quaderform ergeben.2. Testing device according to claim 1, characterized in that
the cuboid component ( 1 ) of the precision test specimen consists of arrangements of at least four smaller prismatic components ( 1.1.-1.4 or 1 .n), both with the upper surface of the prismatic component ( 2 ) and with their side surfaces with one another are connected by adhesive forces by so-called wringing and
the smaller prismatic components ( 1.1.-1.4 or 1 .n) are arranged in relation to each other in such a way that their common outer surfaces or parts thereof in turn form a cuboid shape.
der Durchmesser des scheibenförmigen Bauteils (4) der Tasterkonfiguration (Fig. 3) so bemessen ist, dass die Tastkugeln für die Antastung in x, y-Richtung (5.2-5.5), bezogen auf die Symmetrieachse (i. A. Z-Achse) des Tastkopfes (7) außerhalb des Gehäuses des Tastkopfes (7) (Fig. 4) liegen und somit die allseitige kollisionsfreie Antastung des quaderförmigen Bauteils (1) bzw. der prismatischen Bauteile (1.1-1.4 bzw. 1.n) des Präzisions-Prüfkörpers (Fig. 1) gewährleistet ist, und
die Tastkugeln (5.1-5.5) ohne Taststiftschäfte und Verlängerungen verlagerungssicher am scheibenförmigen Bauteil (4) befestigt sind.5. Testing device according to claim 1, wherein
the diameter of the disk-shaped component ( 4 ) of the probe configuration ( Fig. 3) is dimensioned such that the probe balls for probing in the x, y direction ( 5.2-5.5 ), based on the axis of symmetry ( generally Z-axis) of the probe ( 7 ) are outside the housing of the probe ( 7 ) ( Fig. 4) and thus the all-round collision-free probing of the cuboid component ( 1 ) or the prismatic components ( 1.1-1.4 or 1 .n) of the precision test specimen ( Fig. 1) is guaranteed, and
the probe balls ( 5.1-5.5 ) are attached to the disc-shaped component ( 4 ) without displacement and without extensions.
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- 1996-03-23 DE DE1996111617 patent/DE19611617C2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| DE19611617A1 (en) | 1997-09-25 |
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