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    公开号:WO1988006271A1
    申请号:PCT/CH1988/000029
    申请日:1988-02-08
    公开日:1988-08-25
    发明作者:Thomas Treib；Eugen Matthias (Deceased)
    申请人:Schweizerische Gesellschaft Für Werkzeugmaschinenb；MATTHIAS, Hilde (heiress of MATTHIAS, Eugen (decea；MATTHIAS, Stefan (heir of MATTHIAS, Eugen (decease；ANTONINI-MATTHIAS, Claudia (heiress of MATTHIAS, E；
    IPC主号:G01B5-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Feststel lung der geometrischen Genauigkeit einer l inearen Führung
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststel lung der geometrischen Genauigkeit einer l inearen Führung welche einen in einer Richtung eines räuml ichen Koordinatensystems verschiebbaren Schl itten aufweist und demzufolge als Starrkörpersystem mit einem Freiheitsgrad 1 (l inear) und mit höchstens fünf Einze Iabwe ichungen , bestehend aus Rol len (EAX) , Nicken (EBX) , Gieren (ECX), Geradheit Y (EYX) und Geradheit Z (EZX) betrachtet wird, durch Ermittlung dieser Einze I abwe i chungen .
    [0003] Lineare Führungen finden in vielen Maschinen und Maschinentei len Anwendung. Ein grosses Anwendungsgebiet stel len hierbei die Werkzeugmaschinen dar. Bei diesen sichern die Führungen Bewegungen von Maschinentei len gegeneinander in einer bestimmten, vorzugsweise geraden Bahn und sind entweder als Gl e i tführungen oder Ro I I führungen ausgebi ldet. Eine weitere Art von Führungen sind die Ri chtführungen , welche veränderl iche Stel lungen von Maschinentei len zueinander festlegen, z.B. einen Reitstock auf einem Maschinenbett oder einem Gegenhalter bei Fräsmaschinen. Die Erfindung befasst sich mit dem Messen solcher vorstehend genannten Führungen, wobei diese Messungen eine Aussage über die Qualität, d.h. der Genauigkeit der Führung erlauben sol len. Die Messungen werden hierbei auf lineare Führungen beschränkt, die den grössten Tei l al ler verwendeten Führungen ausmachen. Bei diesen Messungen geht es darum, die geometrische Genauigkeit einer l inearen Führung festzustel len.
    [0004] Ein starrer Körper hat im dreidimensionalen Raum sechs Freiheitsgrade mit drei Translationen und drei Rotationen. Eine l ineare Führung kann demzufolge, als Starrkörpersystem mit einem Freiheitsgrad 1 (l inear) betrachtet, höchstens fünf Einzelabweichungen aufweisen, für jede Bezugs läge zwei Translationen und drei Rotationen. Mit den Werten dieser fünf Einze Iabwe ichungen kann die geometrische Genauigkeit einer linearen Führung vol lständig beschrieben werden.
    [0005] Für die Messung dieser Einzel abwe ichungen werden verschiedene Messgeräte benützt, wie sie auch in den heute bereits existierenden Vorschriften für die Bestimmung der Genauigkeit von Linearführungen festgelegt sind. Für diese Messungen werden Laser- Interferometer, Autoko I I imatoren und Fluchtungsfernrohre verwendet. Mit der Wasserwaage können Winkelabwe ichungen gemessen werden; nicht gemessen werden können jedoch das Rol len an der vertikalen und das Gieren an der horizontalen Führung. Mit dem Laser- lnterferometer können al le Einzel abweichungen mit Ausnahme des Rol lens gemessen werden, während mit dem Autoko I I imator al le Winkel abwe ichungen , jedoch ohne Rol len, und mit dem Fluchtungsfernrohr al le Geradheitsabweichungen gemessen werden können. Die Durchführung von solchen Messungen an Linearführungen ist mit einem ausserordent I ich grossen, zeitl ichen Aufwand (mehrere Tage) verbunden, da die Handhabung der genannten Messgeräte aufwendig ist. Deshalb fehlen für die Beurtei lung der geometrischen Genauigkeit einer Linearführung meistens genügend Daten, so dass demzufolge auch keine Kennwerte definiert werden könnten. Es fehlen demnach auch statistische Werte, welche eine richtige Beurtei lung einer Linearführung erlauben. Bei den bekannten Messverfahren besteht zudem der Nachtei l , dass nicht al le Einze I abwe ichungen gleichzeitig gemessen werden können.
    [0006] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so weiter auszugestal en, dass in verhä I tn i smäss ig kurzer Zeit gleichzeitig ermittelte Daten vorl iegen und dass der gerätetechnische Aufwand wesentlich verringert werden kann.
    [0007] Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der l inearen Führung eine Messbasis etwa paral lel zu ihrer Richtung zugeordnet wird und an der Führung eine Messvorrichtung befestigt wird, welche fünf Längenmess-Sensoren trägt, mittels welchen die Messbasis abgetastet wird, wobei für einen Messpunkt der Führung in einer Position fünf Abstände gleichzeitig in zwei zueinander senkrechten Ebenen gemessen und hierauf die Einze I abwe ichungen berechnet werden.
    [0008] Ein Ausführungsbe i spie I der Erfindung ist in der Zeichnung dargestel lt und nachfolgend beschrieben. Es ze igen :
    [0009] Fig. 1 ein Koordinatensystem zur Darstel lung der Bezeichnungen (nach ISO) , Flg. 2 eine schematische Darstellung einer
    [0010] Einrichtung zum Ausmessen einer l inearen Führung,
    [0011] Fig. 3 eine schematische Darstel lung der vol lständigen Messung einer Ijnearen Führung in Form einer Stei figkei tskarte ,
    [0012] Fig. 4 eine schemattsche Darstel lung einer
    [0013] Bettfräsmaschine mit einer Messung der X-Achse und
    [0014] Fig. 5 die Stei figkei tskarte der Messung an der Maschine nach Fig. 4.
    [0015] In Fig. 1 sind das Koordinatensystem mit den sechs Freiheitsgraden für einen starren Körper und die entsprechenden Kurzbezeichnungen dargestellt. Wird die auszumessende Linearführung in ihrer Längsausdehnung in die X-Achse gelegt, ergeben sich für die EtnzeIabweichungen derselben die in Fig. 1 aufgeführten Bezeichnungen. Mit diesen fünf Einze abwe ichungen kann die geometrische Genauigkeit der Führung vol lständig beschrieben werden. Gemäss der Maxwe I I ' sehen Theorie, auch kinematische Konstruktionsprinzipien oder 6-Punkte-Theor re genannt, genügt es, bei einer Linearführung pro Messstel le fünf Messgrössen zu erfassen, um die Einzel bweichungen daraus berechnen zu können.
    [0016] Damit diese fünf Einze I abwe ichungen in einer Messung erfasst werden können, wird eine in Fig. 2 schematisch dargestel lte Einrichtung vorgesehen. Auf einer auszumessenden Linearführung 1, die beispielweise ein Maschinenbett 2 einer Werkzeugmaschine und einen auf dem Bett 2 verschiebbaren Schl itten 3 umfassen kann, ist ein Messarm 4 befestigt. Der Messarm 4 ist an einem Sockel 5 abgestützt, der auf dem Schl itten 3, z.B. mittels eines Magneten, befestigt ist. Der Messarm 4 und der Sockel 5 sind so konstruiert, dass sie als starr betrachtet werden können. Der Messarm 4 trägt an seinem freien Ende einen Messkopf 6, der als Winkel mit zwei rechtwinkl ig angeordneten Schenkeln 7, 8 ausgebi ldet ist. Der Messkopf 6 ist einem Messkörper 9 zugeordnet, der als Messbasis dient. Der Messkörper 9 wird etwa paral lel zur Linearführung 1 aufgestel lt.
    [0017] Im Messkopf 6 sind fünf Längenmess-Sensoren 10 gelagert, von denen zwei im vertikalen Schenkel 7 und drei im horizontalen Schenkel 8 des Messkopfes 6 angeordnet sind. Es ist jedoch mögl ich, die Längenmess-Sensoren 10 in anderer Weise anzuordnen. Damit die beispielweise induktiven oder kapazitiven Längenmess-Sensoren 10 innerhalb ihres Verschiebungsweges am Messkörper 9 anl iegen, wird er etwa paral lel zur Linearführung 1 ausgerichtet. Die Verbindungs I e i tungen 12 der Sensoren 10 sind mit einem Schalter 13 verbunden, der die einzelnen Sensoren 10 über eine Leitung 14 mit einem Rechner 15 verbindet. Die jewei l ige Messlage 20 des Messarmes 4 wird über einen Lagegeber 17 ebenfal ls an den Rechner 15 übertragen. Mit 16 ist ein Gerät, z.B. ein Drucker oder ein Plotter bezeichnet, auf dem die vom Rechner 15 errechneten Werte dargestel lt werden. Ein solcher Ausdruck mittels eines Plotters ist schematisch aus Fig. 3 ersichtl ich. Ueber die X-Achse, die der Länge der Linearführung entspricht, werden die Werte EAX, EBX, ECX, EYX und EZX gemäss Fig. 1 dargestel lt. Diese fünf Kurven werden gesamthaft als Ste i figke i tskarte bezeichnet. In Frg. 4 und 5 ist ein praktisches Beispiel für eine solche Messung dargestel lt. In Fig. 4 ist eine Bettfräsmaschine dargestel lt, an deren Querarm die Messung in der X-Achse erfolgt. Der Messarm (nicht dargestel lt) ist hierbei auf dem Spinde I sehI i tten 21 befestigt und auf der horizontalen Linearführung 22 verschiebbar gelagert. Die horizontale Linearführung 22 ist am verschiebbaren Ständer 23 abgestützt, während der Messkörper (nicht dargestel lt) auf dem ortsfest gelagertn Bett 24 aufgestel lt ist. Der Messarm ragt somit nach abwärts und umgreift mit dem Messkopf den auf dem Bett 24 gelagerten Messkörper.
    [0018] Das Ergebnis dieser Messung ist in Fig. 5 in Form einer Stei figkei tskarte dargestel lt. Es ist daraus ersichtlich, dass die Messungen mehrmals während einer Hin- und Herbewegung durchgeführt wurden. Das Diagramm für ECX zeigt die Durchbiegung der Führung 22, wenn der Spinde I sehI i tten 21 an das Ende der Führung 22 gelangt. In diesem Diagramm sind zudem Hysterese-Erscheinungen festste I Ibar .
    [0019] Die fünf EinzeI abwe ichungen sind abhängig von den einzelnen Tasterpositionen bezüglich des Messpunktes 20, auf den die Einze l abwei chungen berechnet werden. Dieser Punkt ist in der Regel dort, wo der Sockel 5 des Messarmes befestigt ist. Dieser Punkt kann aber auch an einer anderen beliebigen Stel le angesetzt werden, d.h. die Geometrie der Messvorrtchtung kann unter der Voraussetzung starrer Verbindungen durch die Software des Rechners festgelegt werden.
    [0020] Es sei noch auf die FehI ereinf I üsse hingewiesen. Es sind di es : a) Formabweichungen des Messkörpers 9, bzw. der Abtastl inien auf demselben,
    [0021] b) Die Rauhigkeit des Messkörpers 9, wenn nicht berührungs I os abgetastet wird,
    [0022] c) Die absolute Genauigkeit der Sensoren ist abhängig vom Messweg bezügl ich dem Messpunkt, wobei die Wiederholgenauigkeit vor al lem durch die mechanische Konstruktion der Sensoren, z.B. , durch die
    [0023] Tasterführung bei induktiven Tastern, beeinflusst wi rd.
    [0024] d) Der Messkörper 9 muss derart fixiert werden, dass eine Verschiebung auch bei kleinsten Kräften nicht mögl ich is ,
    [0025] e) Thermische Einflüsse auf die zu messende Führung können praktisch ausgeschlossen werden, da die Messung einer Ste i f igke i tskarte sehr schnel l durchgeführt v/erden kann.
    [0026] Verschiedene Feh I ere infI üsse können kompensiert oder ausgeschlossen werden. Damit ist die erreichbare Messgenauigkeit im wesentl ichen von der Wiederholgenauigkeit der Sensoren 10 und vom Tasterabstand 11 , siehe Fig. 2, abhängig. Diese Hinweise zeigen aber, dass bei der beschriebenen Einrichtung eine recht hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann.
    [0027] Die Messungen zur Aufstel lung einer Ste i figke i tskarte können auf drei verschiedene Arten durchgeführt werden. Die einfachste Messung erfolgt manuel l , wobei das Anfahren des Messpunktes und das Auslösen der Messung manuel l durchgeführt wird. Beim selbsttätig-statischen Messen wird die Messposition angefahren und anschl iessend die Messung durchgeführt, worauf der nächste Messpunkt angefahren wird. Der ganze Ablauf erfolgt automatisch. Schi iessl ich kann beim dynamischen Verfahren die Aufnahme der Messwerte bei fahrendem Schl itten erfolgen, was auch fliegende Messung benannt wird.
    [0028] Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht nur auf das Ausmessen einer Linearführung beschränkt. Es können damit grundsätzlich al le Systeme, welche Linearführungen aufweisen oder lineare Bewegungen erzeugen können, z.B. mehrachsige Systeme wie Roboter ausgemessen werden. Ein solches System wird hierzu mit dem Messkopf der Messeinrichtung stark verbunden. Die Abweichungen des Systems von der linearen Bewegung werden analog wie bei der beschriebenen Messung von Linearführungen registriert,
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zur Feststel lung der geometrischen
    Genauigkeit einer l inearen Führung, welche einen in einer Richtung eines räuml ichen Koordinatensystems (X,Y,Z) verschiebbaren Schl itten aufweist und demzufolge als Starrkörpersystem mit einem Freiheitsgrad 1 (l inear) und mit höchstens fünf Ei nze I abwe i chungen , bestehend aus Rol len (EAX) , Nicken (EBX) , Gieren (ECX), Geradheit Y (EYX) und Geradheit Z (EZX) betrachtet wird, durch Ermittlung dieser Ei nze I abwe i chungen , dadurch gekennzeichnet, dass der l inearen Führung eine Messbasis etwa paral lel zu ihrer Verfahrrichtung zugeordnet wird und an der Führung eine Messvorrichtung befestigt wird, welche fünf Längenmess-Sensoren trägt, mittels welchen die Messbasis abgetastet wird, wobei für einen Messpunkt (X.) der Führung in ein der Position (i) gleichzeitig fünf Abstände in zwei zueinander senkrechten Ebenen gemessen und hieraus die Einzelabweichungen (EAX), (EBX) , (ECX) , (EYX) , (EZX) berechnet werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Messvorrichtung, sowohl an horizontal als auch an vertikal verlaufenden l inearen Führungen deren geometrische Genauigkeit ermittelt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Messvorrichtung die l ineare Führung kontinuierl ich abgefahren wird und mit den Sensoren fünf Abstände zur Messbasis kontinuierl ich während der Bewegung des Schl ittens gemessen werden sowie deren geometrische Genauigkeit ermi tte 11 wi rd.
    Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein quaderförmiger Messkörper (9) als Messbasis vorgesehen ist, wobei an dem jewei l igen Messpunkt (11) ein Messarm (4) befestigt ist, der an seinem freien Ende einen Messkopf (6) mit zwei zueinander senkrechten Halteplatten (7, 8) trägt, von denen die eine Platte (7) zwei und die andere Platte drei Längenmess-Sensoren (10) trägt, die senkrecht zur abgetasteten Fläche des Messkörpers stehen und dass ein Rechner zur Auswertung der Messungen eingesetzt ist .
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    CH672548A5|1989-11-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-08-25| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1988-08-25| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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