DE4419909B4

DE4419909B4 - Device for controlling the geometric and dynamic accuracy of an NC-controlled working head

Info

Publication number: DE4419909B4
Application number: DE19944419909
Authority: DE
Inventors: Adolf Frank
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2014-06-08
Also published as: AT398246B; ATA114293A; DE4419909A1

Abstract

Vorrichtung zur Kontrolle der geometrischen und dynamischen Genauigkeit eines NC-gesteuerten Arbeitskopfes von automatischen Fertigungs- oder Manipulationseinrichtungen, insbesondere von NC-Werkzeugmaschinen und Industrierobotern, mit einem auf einem inertialfest montierten Grundkörper drehbar gelagerten Arm, der in seinem Endbereich eine Radialführung für ein mit dem Arbeitskopf lösbar verbundenes Antastelement aufweist, wobei zur Erfassung der Kreisbahnabweichung des Antastelementes ein mit diesem zusammenwirkendes, radial zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeßgerät am Arm befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein parallel zur Drehachse (18) des Armes (17) angeordnetes Längenmeßgerät (20) am Endbereich (17') des Armes (17) zur Messung der axialen Verlagerung des Antastelementes (15, 15a) befestigt ist.contraption to control the geometric and dynamic accuracy of a NC-controlled working head of automatic manufacturing or Manipulation devices, in particular of NC machine tools and industrial robots, with one mounted on an inertial fixed body rotatably mounted arm, which in its end a radial guide for a with detachable from the working head having connected probing element, wherein for detecting the orbit deviation of Antastelementes a cooperating with this, radially to the axis of rotation Arm arranged length measuring device on the arm is fastened, characterized in that in addition a parallel to the axis of rotation (18) of the arm (17) arranged length measuring device (20) at the end portion (17 ') of the arm (17) for measuring the axial displacement of the probing element (15, 15a) is attached.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der geometrischen und dynamischen Genauigkeit eines NC-gesteuerten Arbeitskopfes von automatischen Fertigungs- oder Manipulationseinrichtungen, insbesondere von NC-Werkzeugmaschinen und Industrierobotern, mit einem auf einem inertialfest montierten Grundkörper drehbar gelagerten Arm, der in seinem Endbereich eine Radialführung für ein mit dem Arbeitskopf lösbar verbundenes Antastelement aufweist, wobei zur Erfassung der Kreisbahnabweichung des Antastelementes ein mit diesem zusammenwirkendes, radial zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeßgerät am Arm befestigt ist.The The invention relates to a device for controlling the geometric and dynamic accuracy of an NC-controlled working head of automatic Manufacturing or manipulation devices, in particular of NC machine tools and industrial robots, with one mounted on an inertial fixed body rotatably mounted arm, which in its end a radial guide for a with detachable from the working head having connected probing element, wherein for detecting the orbit deviation of the probing element a cooperating with this, radially to Rotary axis of the arm arranged length measuring device is attached to the arm.

Werkzeugmaschinen sind mit Fehlern behaftet, welche Maß-, Form- und Lagefehler am Werkstück bewirken. Bei NC-Maschinen kommen noch dynamische Einflüsse, die von Steuerungen und Vorschub-Regelkreisen resultieren, hinzu. Diese bewirken, daß die vom Werkzeug relativ zum Werkstück abgefahrene Bahn von der programmierten Bahn abweicht.machine tools are subject to errors, which dimensional, shape and position errors on workpiece cause. In NC machines, there are still dynamic influences, the of controls and feed control circuits result. These cause the from the tool relative to the workpiece Railway deviates from the programmed course.

Zur Beurteilung der Genauigkeit einer NC-Maschine gilt es, die geometrischen und die dynamischen Fehler zu messen. In allen Fällen ist es möglich, eine Probebearbeitung an einem ausgewählten Werkstück durchzuführen und dieses anschließend zu vermessen. Dabei ist es aber äußerst schwierig, die Fehlerursachen zu analysieren, weil noch die technologischen Einflüsse vom Werkzeug und den Schnittbedingungen hinzukommen. Man trachtet daher, Methoden und Vorrichtungen zu entwickeln, um an der Maschine selbst die Abweichung der fehlerbehafteten Bahn von der programmierten Bahn zu messen. Zur Überprüfung der geometrischen Genauigkeit von NC-Werkzeugmaschinen sind etliche Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Neben der Prüfung der Einzelfehler mit Laser-Interferometer, Autokollimator und Richtwaagen, gewinnt der sogenannte Kreisformtest zunehmende Bedeutung. Der Kreisformtest erlaubt die Überprüfung der dynamischen Eigenschaften der NC-Maschine im Bahnsteuerbetrieb sowie Aussagen über die Maschinengeometrie. Als Bahn bietet sich ein Kreis an, weil er von allen bahngesteuerten NC-Maschinen in Form der Zirkularinterpolation realisiert wer den kann und weil die Messung eines Kreises relativ einfach zu bewerkstelligen ist.to Judging the accuracy of an NC machine, it applies the geometric and to measure the dynamic errors. In all cases it is possible to have one Sample processing on a selected workpiece perform and this afterwards to measure. But it is extremely difficult to analyze the causes of failure because even the technological influences from the tool and the cutting conditions. One strives therefore, to develop methods and devices to work on the machine even the deviation of the faulty web from the programmed web to eat. To check the geometric accuracy of NC machine tools are quite a few Devices and methods known. In addition to the examination of Single fault with laser interferometer, autocollimator and spirit level, wins the so-called circularity test increasing importance. The circularity test allows checking the dynamic Properties of the NC machine in continuous-path operation as well as statements about the Machine geometry. As a train offers itself a circle, because he from all path-controlled NC machines in the form of circular interpolation realized who can and because the measurement of a circle relative easy to do is.

Zur Erzeugung einer Kreisbahn sind auf einer bahngesteuerten NC-Werkzeugmaschine zwei gradlinig bewegte und rechtwinkelig zueinander angeordnete Maschinenkomponenten, zum Beispiel die zwei Einheiten eines Kreuztisches, nach einem Sinus- und Cosinusgesetz synchron so zu bewegen, daß als resultierende Bewegung die besagte Kreisbahn entsteht. Infolge der beschränkten Dynamik der beiden beteiligten Regelkreise, infolge mechanischer Unvollkommenheiten und weiterer Störeinflüsse weicht der so erzeugte Kreis von dem idealen, fehlerfreien Kreis mehr oder weniger ab. Markant ist beispielsweise der Einfluß der Geschwindigkeit, der sich üblicherweise in einer Zunahme der Kreisverzerrungen bei Erhöhungen der Vorschubgeschwindigkeiten zeigt.to Generation of a circular path are on a web-controlled NC machine tool two rectilinear moving and arranged at right angles to each other Machine components, for example the two units of a cross table, to move synchronously according to a sine and cosine law so that the resulting Movement the said circular path arises. Due to the limited dynamics of the two control circuits involved, as a result of mechanical imperfections and other disturbances gives way the circle so created from the ideal, faultless circle more or less. A striking example is the influence of speed, usually in an increase in circular distortions with increases in feed rates.

Beim Kreisformtest geht es darum, diese Kreisformabweichungen zu messen und das Ergebnis auszuwerten, um Rückschlüsse auf die Güte der NC-Maschine abzuleiten. Hiezu sind die im folgenden beschriebenen Vorrichtungen marktgängig, beziehungsweise bekannt.At the Circularity test is about measuring these circularity deviations and to evaluate the result in order to draw conclusions about the quality of the NC machine derive. This includes the devices described below marketability, or known.

Eine bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht aus einem drehbaren Arm, dessen äußeres Ende die Form einer Gabel aufweist, in die ein mit der Frässpindel verbundener Bolzen hineinragt, so daß der Arm gedreht wird, wenn die Vorrichtung selbst am Fräsmaschinentisch befestigt und eine Kreisbahn programmiert wird. Die Kreisformabweichungen werden von einem radial am Arm angeordneten Meßtaster erfaßt, welcher besagten Bolzen antastet.A known device of the type mentioned consists of a rotatable arm, whose outer end has the shape of a fork, in the one with the milling spindle protruding bolt protrudes, so that the arm is rotated, if the device itself at the milling machine table attached and a circular path is programmed. The circular deviations are detected by a radially arranged on the arm probe, which touched said bolt.

Eine andere bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Kreisformtestes besteht aus einem in zwei Koorinatenrichtungen auslenkbaren Meßtaster und einer hochgenauen bearbeiteten Kreisplatte, dem sogenannten Kreisnormal. Kreisnormal und Taster werden auf der NC-Maschine so angeordnet, daß sie die Positionen von Werkstücken einerseits und Werkzeug andererseits einnehmen. Wenn der Taster rund um den Kreis bewegt wird, entsprechen seine Auslenkungen den Abweichungen zwischen Ist-Kontur und Sollkontur.A other known device for carrying out the Kreisformtestes exists from a deflectable in two Koorinatenrichtungen probe and a high precision machined circular plate, the so-called Circuit Normal. Circular normal and buttons are on the NC machine like that arranged that they the positions of workpieces on the one hand and tool on the other. If the button is moved around the circle, its deflections correspond to the Deviations between actual contour and nominal contour.

Im US-Patent 4 435 905 vom 13. März 1984 (James B BRIAN) wird weiters eine Vorrichtung beschrieben, die aus einem Stab be steht, an dessen Enden Kugeln angebracht sind, die in je einem Widerlager kardanisch gelagert sind. Zur Messung werden die beiden Widerlager an der NC-Maschine derart befestigt, daß ihre positionen den Positionen von Werkzeugen und Werkstücken entsprechen. Der Stab besteht aus zwei Teilen, die längsverschieblich miteinander verbunden sind, so daß die Stablänge variabel ist. Die Verschiebung der beiden Teile zueinander wird durch ein integriertes Längenmeßsystem erfaßt. Wird ein Stabende auf einer Kreisbahn um das andere Ende bewegt, so entsprechen die Meßwerte den Kreisformabweichungen. Diese Vorrichtung ist heute marktgängig und wird von mehreren Firmen angeboten. Derartige Vorrichtungen sind ferner auch in den US 5 111 590 , US 5 214 057 , JP 62-222 113 und JP 61-209 995 sowie in den nach dem Prioritätstag des vorliegenden Patents veröffentlichten Druckschriften DE 43 23 992 A1 und DE 42 31 613 A1 offenbart.In the US Patent 4 435 905 of March 13, 1984 (James B BRIAN) is further described a device which consists of a rod BE, at the ends of which balls are mounted, which are gimballed in each case an abutment. To measure the two abutments are attached to the NC machine so that their positions correspond to the positions of tools and workpieces. The rod consists of two parts which are longitudinally displaceable with each other, so that the rod length is variable. The displacement of the two parts to each other is detected by an integrated length measuring system. If a bar end is moved on a circular path around the other end, the measured values correspond to the circular deviations. This device is marketable today and is offered by several companies. Such devices are also in the US 5,111,590 . US 5,214,057 , JP 62-222 113 and JP 61-209 995 and in the publications published after the priority date of this patent DE 43 23 992 A1 and DE 42 31 613 A1 disclosed.

Eine analoge Problematik gilt für Industrieroboter. Um Aussagen über die Genauigkeit eines Roboters treffen zu können, müssen die Bahnfehler der Roboterhand gemessen werden, wenn diese sich entlang einer programmierten Bahn bewegt. Auch zur Überprüfung der Bahngenauigkeit eines Industrieroboters bietet sich der Kreisformtest an. Das Problem ist hier jedoch weitaus komplexer als bei einer NC-Werkzeugmaschine, weil an der Bahnerzeugung nicht nur zwei Bewegungskomponenten beteiligt sind, sondern bis zu sechs Bewegungen synchron überlagert sind.A analogous problem applies to Industrial robots. To statements about to be able to meet the accuracy of a robot, the web errors of the robot hand measured as they move along a programmed path emotional. Also for checking the Path accuracy of an industrial robot offers the circularity test at. However, the problem here is far more complex than with an NC machine tool, because not only two components of movement are involved in railway production, but up to six movements are synchronously superimposed.

Bei einem der üblichen Knickarmroboter, welcher ausschließlich Drehgelenke besitzt, sind dies: 3 Positionsgelenke im Roboterkörper und drei Orientierungsgelenke in der Roboterhand.at one of the usual Articulated robot, which has only swivel joints, These are: 3 position joints in the robot body and 3 orientation joints in the robot hand.

Während der Kreisformtest an NC-Werkzeugmaschinen bekannt ist und entsprechende Vorrichtungen existieren, ist seine Anwendung in der Robotik neu.During the Circularity test on NC machine tools is known and corresponding Devices exist, its application is new in robotics.

Allen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß nur Kreisformabweichungen in radialer Richtung jeweils in einer Ebene gemessen werden können. Dies genügt im allgemeinen für die Beurteilung des dynamischen Verhaltens der Achsregelkreise von NC-Maschinen. Sollen auch die Geometriefehler der NC-Maschine beurteilt werden, so ist dies allerdings mit großem Aufwand verbunden.all known devices have in common that only circular deviations can be measured in the radial direction in each case in one plane. This enough in general for the assessment of the dynamic behavior of the axis control loops of NC machines. If the geometry errors of the NC machine are also to be assessed, this is however with great Effort connected.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, mit welcher mit geringem Aufwand die geometrische und dynamische Genauig keit von automatischen Fertigungs- und Manipulationseinrichtungen erfaßt werden kann.task The invention is to avoid these disadvantages and a device to create the type mentioned, with which with little effort the geometrical and dynamic accuracy of automatic manufacturing and manipulation devices can be detected.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß zusätzlich ein parallel zur Drehachse des Armes angeordnetes Längenmeßgerät am Endbereich des Armes zur Messung der axialen Verlagerung des Antastelementes befestigt ist. Dadurch kann neben der Abweichung von der Kreisbahn auch eine Distanzänderung bezüglich des Maschinentisches erfaßt werden.According to the invention this is solved in that in addition a parallel to the axis of rotation of the arm arranged length measuring at the end of the arm to Measurement of the axial displacement of the probe is attached. As a result, in addition to the deviation from the circular path and a distance change in terms of of the machine table become.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Antastelement im Bereich der Radialführung eine Antastkugel aufweist, mit welcher das radiale und axiale Längenmeßgerät zusammenwirken. Damit wird erreicht, daß Kippeffekte die radiale und axiale Messung nicht beeinflussen.Preferably is provided that the Detection element in the region of the radial guide has a probing ball, with which the radial and axial Längenmeßgerät cooperate. This will be achieved that tilting effects do not affect the radial and axial measurement.

Um zusätzlich auch Kippeffekte messen zu können, ist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen, daß im Endbereich des Armes eine Platte mit einer normal auf die Drehachse stehenden Oberfläche vorgesehen vorgesehen ist, und am Antastelement mindestens zwei drehsymmetrisch und parallel zur Längsachse des Antastelementes angeordnete Längenmeßgeräte auf einem Tasterträger befestigt sind, welche mit der Oberfläche der Platte zusammenwirken. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, um den Kreisformtest bei Industrierobotern optimal einsetzen zu können. Ebenso günstig ist eine Ausführungsform, bei welcher die Positionen von Platte und Längenmeßgerät vertauscht, also die Längenmeßgeräte auf einem Tasterträger im Endbereich des Armes befestigt sind und die Platte dem Antastelement zugehörig ist. Um den Verschleiß der Längenmeßgeräte bei Verwendung von berührenden Tastern zu reduzieren, kann die Platte oder der Tasterträger am Arm bzw. am Antastelement drehbar gelagert sein.Around additionally also be able to measure tilting effects is provided in an advantageous embodiment, that in the End of the arm a plate with a normal to the axis of rotation standing surface is provided provided, and at the sensing element at least two rotationally symmetrical and parallel to the longitudinal axis of the probing element arranged length measuring devices on one Button holder attached are, which with the surface interact with the plate. This embodiment is particularly suitable to optimally use the circularity test in industrial robots can. Equally cheap an embodiment, in which the positions of plate and length measuring device reversed, so the length measuring on a button carrier in the end of the arm are fixed and the plate the probe belonging is. To wear the length measuring devices when using from touching buttons To reduce, the plate or the probe carrier on the arm or on the contact element be rotatably mounted.

Sämtliche Längenmeßgeräte können sowohl als berührende als auch als berührungslose Taster ausgeführt sein.All Length measuring devices can both as touching as well as non-contact Button executed be.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist zur Erfassung der Drehwinkelposition des Armes ein Winkelmeßgerät vorgesehen.In a preferred embodiment For detecting the rotational angular position of the arm, an angle measuring device is provided.

Die Auswertung der Meßergebnisse kann dabei durch eine vorzugsweise als Rundheitsmeßgerät ausgebildete Auswerteeinheit und/oder Rechnereinheit erfolgen.The Evaluation of the measurement results can in this case by a trained preferably as roundness measuring Evaluation unit and / or computer unit done.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 bis 3 bekannte Vorrichtungen zur Durchführung des Kreisformtests, 1 to 3 known devices for carrying out the circularity test,

4 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, 4a eine andere erfindungsgemäße Ausführungsvariante, 4 a device according to the invention, 4a another embodiment of the invention,

5 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer NC-Fräsmaschine und 5 the application of the device according to the invention to an NC milling machine and

6 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Industrieroboter. 6 the application of the device according to the invention to an industrial robot.

Die in 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer hochgenau bearbeiteten Kreisplatte 1, welche auf dem Tisch der NC-Fräsmaschine befestigt wird und die von einem horizontal in zwei Richtungen auslenkbaren Taster 2 angetastet wird. Wird über die Steuerung der Maschine eine Kreisbahn derart programmiert, daß der Taster sich entlang des Umfanges der Kreisplatte bewegt, so entsprechen die elektrischen Ausgangssignale des Tasters den Abweichungen der Ist-Bewegung von der Sollbewegung. Aus der Aufzeichnung der Tastersignale können Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten der NC-Maschine wie auch auf geometrische Fehler gezogen werden.In the 1 The device shown consists of a highly accurately machined circular plate 1 which is mounted on the table of the NC milling machine and that of a horizontally deflectable in two directions button 2 is touched. Will about the Controlling the machine a circular path programmed so that the button moves along the circumference of the circular plate, the electrical output signals of the probe correspond to the deviations of the actual movement of the desired movement. From the recording of the probe signals conclusions can be drawn on the dynamic behavior of the NC machine as well as on geometric errors.

Die in 2 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Stab 3, dessen Länge durch ein längsverschiebliches Element variabel ist und der an beiden Enden Kugeln 4 und 5 aufweist, die in Lagerschalen 6 und 7 kardanisch gelagert sind. Die eine Lagersch~le 6 wird am Fräsmaschinentisch befestigt, die andere Lagerschale 7 an der Frässpindel. Bei der Messung wird eine Kreisbahn mit dem Radius 8 programmiert. In den Stab ist ein Längenmeßsystem 9 integriert, welches die Längenänderungen des Stabes während der Kreisbewegung registriert. Die Auswertung der Meßsignale des Längenmeßsystems, d. h. die Radiusschwankungen der Kreisbahn entsprechen den Kreisformabweichungen und liefern Rückschlüsse über das dynamische Verhalten der NC-Maschine wie auch über Geometriefehler.In the 2 The device shown consists of a rod 3 whose length is variable by a longitudinally displaceable element and the balls at both ends 4 and 5 which has in bearing shells 6 and 7 gimbals are stored. The one bearing shell 6 is attached to the milling machine table, the other bearing shell 7 on the milling spindle. When measuring a circular path with the radius 8th programmed. In the bar is a length measuring system 9 integrated, which registers the changes in length of the rod during the circular motion. The evaluation of the measuring signals of the length measuring system, ie the radius fluctuations of the circular path correspond to the circular deviations and provide conclusions about the dynamic behavior of the NC machine as well as geometry errors.

Die in 3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem in einem Grundkörper 10 drehbar gelagerten Arm 11, der an seinem äußeren Ende als Gabel ausgebildet ist, sodaß er von einem Antastbolzen 12 gedreht wird, wenn dieser sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse des Armes bewegt. Auf dem Arm befindet sich ein Meßtaster 13, welcher radiale Verlagerungen des Antastbolzens während der Kreisbewegungen erfaßt. Der Meßaufbau erfolgt derart, daß der Grundkörper 10 der Vorrichtung auf dem Fräsmaschinentisch befestigt wird, während der Antastbolzen in der Frässpindel aufgenommen wird. Wieder geht es um Abweichungen der realen Kreisbahn von der idealen Kreisform, wenn eine programmierte Kreisbewegung durch die NC-Maschine ausgeführt wird.In the 3 shown device consists of a in a body 10 rotatably mounted arm 11 , which is formed at its outer end as a fork, so that he from a probing bolt 12 is rotated when it moves in a circular path about the axis of rotation of the arm. There is a probe on the arm 13 , which detects radial displacements of the probing pin during the circular movements. The measurement setup is such that the main body 10 the device is mounted on the milling machine table, while the probing bolt is received in the milling spindle. Again it is about deviations of the real circular path from the ideal circular shape when a programmed circular motion is performed by the NC machine.

Ein geradlinig bewegter Maschinenschlitten, beispielsweise der Tisch einer NC-Fräsmaschine hat sechs Freiheitsgerade, aus denen sechs Einzelfehler resultieren können.One straight machine slide, for example the table an NC milling machine has six degrees of freedom, resulting in six individual errors can.

Es sind dies eine Positionsabweichung, zwei Geradheitsabweichungen, drei rotatorische Abweichungen, welche auch als Kippungen bezeichnet und im einzelnen mit Rollen, Stampfen und Gieren definiert werden.It are this a positional deviation, two straightness deviations, three rotational deviations, which are also called tilting and be defined in detail with roles, pounding and yawing.

Zwar lassen sich mit den bekannten Vorrichtungen auch Aussagen über diese geometrische Einzelfehler machen, doch ist dafür eine aufwendige Meßstrategie mit einer Vielzahl von Messungen in verschiedenen Ebenen notwendig.Though can be with the known devices also statements about this make geometric single errors, but this is a complex measurement strategy necessary with a variety of measurements in different levels.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß mit einer neuen mechanischen Konfiguration unter Anordnung von bis zu sechs gleichzeitig messenden Tastern neben den Aussagen über die Dynamik der Maschine auch detaillierte Ergebnisse über die Maschinengemometrie, d. h. über die Größe der Einzelfehler gewonnen werden können.Of the Advantage of the device according to the invention is that with a new mechanical configuration arranged up to six simultaneously measuring buttons in addition to the statements about the Dynamics of the machine also detailed results on the Machine geometry, d. H. above the size of the single error can be won.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 4 besteht aus zwei Teilen, nämlich der Basis 14 und dem Antastelement 15.The device according to the invention 4 consists of two parts, namely the base 14 and the probe 15 ,

Die Basis 14 besteht aus dem Lagerbock 16, in dem der Arm 17 um die Drehachse 18 drehbar gelagert ist. Der Arm 17 trägt zwei Meßtaster 19 und 20, wobei Taster 19 in radialer Richtung und Taster 20 parallel zur Drehachse 18 befestigt ist. Beide Taster liegen an einer Kugel 21 des Antastelementes 15 an und erfassen somit radiale und axiale Verlagerungen der Kugel 21.The base 14 consists of the bearing block 16 in which the arm 17 around the axis of rotation 18 is rotatably mounted. The arm 17 carries two probes 19 and 20 , where buttons 19 in radial direction and push button 20 parallel to the axis of rotation 18 is attached. Both buttons are on a ball 21 of the probe 15 and thus detect radial and axial displacements of the ball 21 ,

Die Drehung des Armes 17, bzw. dessen Winkellage wird durch ein Winkelmeßgerät, vorzugsweise einen Drehimpulsgeber 22 erfaßt, dessen Achse mit dem Arm gekoppelt ist.The rotation of the arm 17 , or its angular position is by an angle measuring device, preferably a rotary encoder 22 detected, whose axis is coupled to the arm.

Des weiteren befindet sich auf dem Arm 17 eine Platte 23, deren Oberfläche 24 sehr genau eben bearbeitet und so justiert ist, daß sie mit der Drehachse 18 des Armes 17 einen rechten Winkel einschließt. Somit überstreicht diese Plattenoberfläche eine zur Drehachse 18 rechtwinkelig liegende Kreisringfläche, wenn der Arm 17 in Drehung versetzt wird. Die Platte 23 kann starr oder auch drehbar auf dem Arm 17 befestigt sein.Furthermore, is on the arm 17 a plate 23 whose surface 24 worked very precisely and adjusted so that they are with the axis of rotation 18 of the arm 17 includes a right angle. Thus, this plate surface sweeps one to the axis of rotation 18 right-angled annular surface when the arm 17 is set in rotation. The plate 23 can be rigid or rotatable on the arm 17 be attached.

In 4 ist die besagte Plattenoberfläche als Ringfläche ausgebildet, was aus fertigungstechnischer Sicht begründbar ist.In 4 the said plate surface is formed as an annular surface, which is justifiable from a manufacturing point of view.

Das Antastelement 15 besteht im einzelnen aus dem Anpaßteil 25, welcher je nach Maschinen- oder Robotertype unterschiedlich ausgeführt sein kann, dem Tasterträger 26 und der Antastkugel 21. Auf dem Tasterträger 26 können sinnvollerweise bis zu vier Meßtaster 27, 28, 29, 30 befestigt sein. Taster 30 ist in 4 nicht sichtbar, da er 180° gegenüber Taster 29 sitzt und somit vor der Zeichnungsebene liegt.The touch element 15 consists in detail of the matching part 25 , which can be designed differently depending on the machine or robot type, the probe carrier 26 and the probe ball 21 , On the scanner carrier 26 can usefully up to four probes 27 . 28 . 29 . 30 be attached. button 30 is in 4 not visible, as it is 180 ° to the button 29 sits and thus lies in front of the drawing plane.

Das Antastelement 15 besitzt keine feste Verbindung zur Basis 14, die Antastkugel 21 ist lediglich durch eine im Endbereich 17' des Armes 17 vorgesehene, tangential spielfreie, Radialführung 39 so umfangen, daß sie radial frei beweglich ist, eine Bewegung rechtwinkelig dazu aber eine Drehung des Armes 17 bewirkt.The touch element 15 has no fixed connection to the base 14 , the probe ball 21 is only by one in the end 17 ' of the arm 17 intended, tangentially backlash-free, radial guidance 39 so embraced that it is radially free to move, a movement perpendicular to it but a rotation of the arm 17 causes.

In 4 sind die Drehachse 18 des Armes 17 und die Symmetrieachse 31 des Antastelementes 15 in paralleler Lage dargestellt. Es ist aber ein wesentliches Element der Erfindung, daß Schräglagen beider zueinander nicht nur möglich, sondern durch die Taster 27, 28, 29 und 30 mit hoher Genauigkeit meßbar sind.In 4 are the rotation axis 18 of the arm 17 and the axis of symmetry 31 of the probe 15 shown in parallel position. But it is an essential element of the invention that inclinations of both not only possible to each other, but by the buttons 27 . 28 . 29 and 30 are measurable with high accuracy.

Eine weitere Ausführungsvariante ist in 4a dargestellt. Gegenüber der in 4 gezeigten Anordnung, sind die Positionen der vier die Kippbewegung messenden Taster und der Platte vertauscht. Am Arm 17 ist nun der Tasterträger 26a angeordnet, welcher die Taster 26a, 27a, 28a und 30a trägt, wogegen die Platte 23a mit der genau bearbeiteten Oberfläche 24a am Antastelement 15a sitzt. Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, daß alle Taster 27a, 28a, 29a und 30a der Basis 14 zugehörig sind, sodaß das Antastelement 15a frei von elektrischen Leitungen ist. Im gezeigten Fall wird der Tasterträger 26a vorteilhafterweise drehbar ausgeführt, um dessen Lage relativ zu einem ortsfesten Koordinatensystem konstant zu halten.Another embodiment is in 4a shown. Opposite the in 4 As shown, the positions of the four tilting movement measuring buttons and the plate are reversed. On the arm 17 is now the stylus holder 26a arranged, which the buttons 26a . 27a . 28a and 30a wears, whereas the plate 23a with the precisely finished surface 24a at the probe 15a sitting. This variant has the advantage that all buttons 27a . 28a . 29a and 30a the base 14 are associated, so that the probing element 15a is free of electrical wiring. In the case shown, the probe carrier 26a advantageously rotatable to keep its position constant relative to a fixed coordinate system.

Der Kreisformtest läuft nun wie unter 3 beschrieben ab, mit dem Unterschied, daß nicht nur Kreisformabweichungen gemessen werden, sondern daß auch alle axialen verlagerungen und Kippungen, welche das Antastelement 15 relativ zur Basis 14 ausführt, erfaßt werden. Dies bedeutet die gleichzeitige Erfassung der dynamischen und der geometrischen Fehler.The circularity test now runs as below 3 described from, with the difference that not only circular deviations are measured, but that all axial displacements and tilting, which the probe element 15 relative to the base 14 executes, be detected. This means the simultaneous detection of dynamic and geometric errors.

Die Auswertung der Meßergebnisse bzw. der Tastermeßwerte erfolgt über eine Auswerteeinheit 40. Diese kann aus einem Rechner oder einem analogen Aufzeichnungsgerät, wie einem X-Y-Schreiber, oder aber auch aus einem marktgängigen Rundheitsmeßgerät mit einer Anschlußmöglichkeit für einen externen Drehgeber bestehen.The evaluation of the measurement results or the Tastasterßwerts via an evaluation 40 , This can consist of a computer or an analogue recording device, such as an XY-writer, or else from a commercially available roundness measuring device with a connection possibility for an external rotary encoder.

Art und Ausführung der Taster ist für die Erfindung unerheblich. Statt der in den Skizzen gezeichneten berührenden Taster können auch berührungslose Taster, die beispielsweise nach optischen, induktiven oder kapazitiven Prinzipien arbeiten, zum Einsatz kommen.kind and execution the button is for the invention irrelevant. Instead of the drawings drawn in the sketches touching Buttons can also non-contact Buttons, for example, optical, inductive or capacitive Principles work, are used.

5 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einer NC-Fräsmaschine. Hiebei ist die Basis 14 auf dem Fräsmaschinentisch 32 und das Antastelement 15 an der Frässpindel 33 befestigt. Die Darstellung zeigt die Erfassung des Tischkippens 34, welches von einer fehlerhaften Tischführung oder von äußeren Kräften herrühren kann. 5 shows the application of the device according to the invention on an NC milling machine. Hiebei is the base 14 on the milling machine table 32 and the probe 15 on the milling spindle 33 attached. The illustration shows the detection of the table tilting 34 , which may result from a faulty table guide or external forces.

6 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Industrieroboter. Die Basis 14 ist hiebei ortsfest angeordnet und das Antastelement 15 ist an der Roboterhand 35 befestigt. Wird die Roboterhand auf einer Kreisbahn gesteuert, so erfaßt der radiale Taster 19 die Kreisbahnabweichungen der Kugel 21 in der Kreisebene, während durch den axialen Taster 20 die Abweichungen von der Kreisebene gemessen werden. Wesentlich ist, daß zusätzlich die Winkelfehler der Orientierungsachsen 36 und 37 der Roboterhand erfaßt werden. In 6 ist nur der Winkelfehler 38 der Orientierungsachse 36 ersichtlich, da der Winkelfehler der Orientierungsachse 37 normal zur Zeichenebene liegt. 6 shows the application of the device according to the invention to an industrial robot. The base 14 is hiebei stationary and arranged the probing element 15 is at the robot hand 35 attached. If the robot hand is controlled on a circular path, the radial button is detected 19 the orbit deviations of the sphere 21 in the circle plane, while through the axial button 20 the deviations from the county level are measured. It is essential that in addition the angular errors of the orientation axes 36 and 37 the robot hand are detected. In 6 is only the angle error 38 the orientation axis 36 can be seen because the angular error of the orientation axis 37 normal to the drawing plane.

Claims

Device for controlling the geometric and dynamic accuracy of an NC-controlled working head of automatic manufacturing or manipulation devices, in particular of NC machine tools and industrial robots, with a rotatably mounted on an inertial solid body mounted arm, in its end a radial guide for a with the working head having releasably connected probing element, wherein for detecting the orbit deviation of the probing an interacting with this, radially to the axis of rotation of the arm arranged length measuring device is attached to the arm, characterized in that in addition a parallel to the axis of rotation ( 18 ) of the arm ( 17 ) length measuring device ( 20 ) at the end area ( 17 ' ) of the arm ( 17 ) for measuring the axial displacement of the probing element ( 15 . 15a ) is attached.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the probing element ( 15 ) in the region of the radial guide ( 39 ) a probing ball ( 20 ), with which the radial and axial length measuring device ( 19 . 20 ) interact.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the end region ( 17 ' ) of the arm ( 17 ) a plate ( 23 ) with a normal to the axis of rotation ( 18 ) standing surface ( 24 ) is provided, and at the touch element ( 15 ) at least two rotationally symmetrical and parallel to the longitudinal axis ( 31 ) of the probing element ( 15 ) length measuring devices ( 27 . 28 ) on a stylus carrier ( 26 ), which are connected to the surface ( 24 ) of the plate ( 23 ) interact.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that in the end region ( 17 ' ) of the arm ( 17 ) at least two rotationally symmetrical and parallel to the longitudinal axis ( 31a ) of the probing element ( 15a ) length measuring devices ( 27a . 28a ) on a stylus carrier ( 26a ) are attached and at the probe element ( 15a ) a plate ( 23a ) with a normal to the axis of rotation ( 18a ) standing surface ( 24a ) is provided, with which the length measuring devices ( 27a . 28a ) interact.

Device according to claim 3 or 4, characterized in that the plate ( 23 . 23a ) on the arm ( 17 ) or on the probe element ( 15a ) is rotatably mounted.

Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the probe carrier on the contact element ( 15 ) or on the arm ( 17 ) is rotatably mounted.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that as length measuring devices ( 19 . 20 . 27 . 28 . 29 ; 27a . 28a . 29a ) touching buttons are provided.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that as length measuring devices ( 19 . 20 . 27 . 28 . 29 ; 27a . 28a . 29a )) contactless buttons are provided.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that for detecting the rotational angular position of the arm ( 17 ) an angle measuring device ( 22 ) is provided.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the evaluation of the measurement results by an evaluation unit designed as a roundness measuring device ( 40 ) he follows.

Device according to claim 9 or 10, characterized that the Evaluation of the measurement results done by a computer unit.