DE3826783C1 - Multicoordinate measuring instrument - Google Patents

Abstract

The Patent Application relates to a multicoordinate measuring instrument according to DE-OS 3628202. The invention consists in that two adjacent guides offset by 90@ are provided with two further measuring systems in addition to the measuring systems already installed, and in that the errors are detected and compensated by the computer-aided formation of the difference of the respectively two mutually assigned measuring systems. The essential advantage is yielded that design-induced measurement uncertainties are automatically corrected and the measurement results of the multicoordinate measurement instrument described in DE-OS 3628202 are therefore even substantially more accurate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehr-Koordinaten-Meßgerät, bestehend aus einem auf vier Pfeilern angebrachten Rahmen mit vier Führungen, wobei zwei gegenüberliegenden Führungen je eine bewegliche Führungsleiste mit Maßstäben zugeordnet ist, und auf den Führungsleisten starr miteinander verbundene, durch Antriebe in X- und Y- Richtung bewegbare Schlitten angeordnet sind, die die Pinoleinheit mit dem Tastsystem und die den Maßstäben zugeordneten Meßwertgeber tragen.The invention relates to a multi-coordinate measuring device, consisting of a frame mounted on four pillars with four guides, two opposite guides each being assigned a movable guide bar with scales, and rigidly connected to each other on the guide bars by drives in X - and Y - Movable carriages are arranged, which carry the quill unit with the touch probe and the sensors assigned to the scales.

Bei der Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten und -gebiete von Mehr-Koordinaten-Meßgeräten kommt u. a. der Verringerung der Meßunsicherheit eine bedeutende Rolle zu. Meßunsicherheiten sind im wesentlichen bestimmt durch Führungsfehler, d.h. durch Geradheitsabweichungen der Führungsbahnen, auf denen sich die Meßsysteme bewegen, durch Spiel in den Lagerungen sowie durch elastische Verformungen infolge statischer und dynamischer Belastungen.When expanding the possible uses and areas of multi-coordinate measuring machines a. the Reduction of measurement uncertainty plays an important role to. Measurement uncertainties are essentially determined due to management errors, i.e. due to straightness deviations the guideways on which the measuring systems are located move, through play in the bearings as well as through elastic deformations due to static and dynamic loads.

Eine Steigerung der Meßgenauigkeit bei gleichzeitig schnellerer Meßwerterfassung wird bei dem in der DE-OS 36 28 202 beschriebenen Mehr-Koordinaten-Meßgerät durch besonders günstige Anordnung der Führungs-, Meß- und Antriebssysteme gegenüber herkömmlichen Meßgeräten erreicht. Hinsichtlich der Genauigkeit der Meßergebnisse konnte dieses Meßgerät noch verbessert werden. An increase in measuring accuracy at the same time Faster measurement value acquisition is used in the DE-OS 36 28 202 described multi-coordinate measuring device by particularly favorable arrangement of the guiding, measuring and Drive systems compared to conventional measuring devices reached. With regard to the accuracy of the measurement results this measuring device could be improved.  

Aus der EP-PS 00 82 441 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung und Korrektur von Führungsfehlern bekannt. Dabei werden die Abweichungen der Bezugslinie von einem Linearitätsnormal vor dem eigentlichen Meßvorgang bestimmt und anschließend in einem elektronischen Rechner gespeichert. Die gemessenen Koordinatenwerte für das geführte Teil werden mit den Ausgangssignalen von Zusatzmeßeinrichtungen und mit den gespeicherten Abweichungen korrigiert. Dieses bekannte Verfahren und die dazugehörige Einrichtung sind aufwendig, umständlich zu handhaben und liefern keine allzu große Genauigkeit.From EP-PS 00 82 441 is a method and Device for determining and correcting Management errors known. The deviations the reference line from a linearity standard before actual measuring process determined and then in stored in an electronic computer. The measured Coordinate values for the guided part are shown with the Output signals from additional measuring devices and with the saved deviations corrected. This well known Procedures and the associated facility are complex, cumbersome to use and do not deliver too great accuracy.

Aus der GB-PS 8 07 994 ist eine Vorrichtung zur Kontrolle der Bewegung eines Werkzeugs relativ zu einem Werkstück - oder umgekehrt - auf einer Werkzeugmaschine bekannt. Dabei wird zwar eine gewisse Genauigkeit der Messung vorausgesetzt und auch erzielt, allerdings nicht in der Größenordnung wie sie bei Mehr-Koordinaten-Meßgeräten erforderlich ist.From GB-PS 8 07 994 a device for controlling the movement of a tool relative to a workpiece - or vice versa - on a machine tool is known. A certain accuracy of the measurement is assumed and also achieved, but not in the order of magnitude that is required with multi-coordinate measuring devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verbesserung an dem in der DE-OS 36 28 202 beschriebenen Meßsystem vorzunehmen, in dem das Meßergebnis durch Korrektur der über konstruktive Maßnahmen nicht völlig auszuschaltenden Meßunsicherheiten noch wesentlich genauer wird.The invention is based, another object Improvement in that described in DE-OS 36 28 202 Make measuring system in which the measurement result by Correction of the over constructive measures not completely measurement uncertainties to be switched off are still essential becomes more precise.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei benachbarte Führungen zusätzliche Maßstäbe aufweisen und die fahrbaren Führungen mit Meßwertgebern versehen sind, die ebenfalls wie die an sich bekannten Meßwertgeber die Verstellungen in den jeweiligen Achsrichtungen X und Y messen. This object is achieved in that two adjacent guides have additional scales and the mobile guides are provided with sensors which, like the sensors known per se, measure the adjustments in the respective axial directions X and Y.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß die auf den beweglichen Führungen angeordneten Geber in Verbindung mit den Maßstäben sowie mit den Meßwertgebern und den Maßstäben bei einer Verstellung in den Koordinatenrichtungen X und Y als jeweils zwei Meßsysteme pro Achse die Messung durchführen und durch eine Rechen- und Korrektureinheit auftretende Meßfehler weitgehend ausgeschlossen werden.It is also within the scope of the invention that the sensors arranged on the movable guides in connection with the scales as well as with the sensors and the scales perform an adjustment in the coordinate directions X and Y as two measuring systems per axis and by a rake - and correction unit occurring measurement errors are largely excluded.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Fehler aus dem mechanischen Aufbau der Maschine erkannt, durch eine rechnerische Korrektur kompensiert und die mit dem Meßgerät ermittelten Meßwerte am Meßobjekt wesentlich genauer werden.The advantages achieved with the invention exist especially in that errors from the mechanical Construction of the machine recognized by a computational Correction compensated and that with the measuring device measured values determined on the measurement object much more precisely will.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment is in the drawings shown and is described in more detail below.  It shows

Fig. 1 ein nach der DE-OS 36 28 202 bekanntes Meßgerät für Messungen in den drei Koordinaten X, Y und Z, schematisch durch das neue Meßsystem ergänzt, Fig. 1 a supplemented according to DE-OS 36 28 202 known measuring instrument for measurements in the three coordinates X, Y and Z, schematically indicated by the new measuring system,

Fig. 2 die Draufsicht auf ein solches Meßgerät mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem zur Erfassung von Meßunsicherheiten und Fig. 2 is a plan view of such a measuring device with the measuring system according to the invention for detecting measurement uncertainties and

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Meßanordnung. Fig. 3 is a block diagram of the measuring arrangement.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist schematisch das aus der DE-OS 36 28 202 bekannte Mehr-Koordinaten-Meßgerät dargestellt. Auf vier Pfeilern 1 ist ein Rahmen 2 befestigt, der vier Führungen 3, 4, 5, 6 aufweist. Den beiden gegenüberliegenden Führungen 3/5 bzw. 4/6 ist je eine bewegliche Führungsleiste 7 bzw. 8 mit den Führungselementen 15 zugeordnet. Die Führungsleisten 7, 8 wiederum weisen starr miteinander verbundene, durch die Antriebe 13 und 14 in X- und Y-Richtung bewegbare Schlitten 9, 10 sowie die Pinoleinheit 12 mit dem Tastsystem 24 und die den Maßstäben 16, 17 zugeordnete Meßwertgeber 18, 19 auf. Mit 20 und 21 sind (gestrichelt) die erfindungsgemäßen zusätzlichen Maßstäbe und mit 22 und 23 die dazugehörigen Geber bezeichnet.In Fig. 1 and Fig. 2, the multi-coordinate measuring device known from DE-OS 36 28 202 is shown schematically. A frame 2 is fastened to four pillars 1 and has four guides 3 , 4 , 5 , 6 . The two opposite guides 3/5 and 4/6 are each assigned a movable guide bar 7 and 8 with the guide elements 15 . The guide strips 7 , 8 in turn have carriages 9 , 10 which are rigidly connected to one another and can be moved in the X and Y directions by the drives 13 and 14 , and the sleeve unit 12 with the touch probe 24 and the measuring transducers 18 , 19 assigned to the scales 16 , 17 . The additional scales according to the invention are indicated by dashed lines at 20 and 21 and the associated sensors at 22 and 23 .

Aus Fig. 2 und Fig. 3 geht das erfindungsgemäße Meßsystem zur Erfassung von Meßunsicherheiten während des Meßvorganges deutlich hervor: .. From Figures 2 and 3 measuring system according to the invention for the detection of measurement uncertainties during the measuring operation is clearly evident:

Auf zwei benachbarten Führungen, beispielsweise 5 und 6, sind die Maßstäbe 20, 21 angeordnet, die von den Meßwertgebern 22, 23 abgetastet werden. Bei einer Verstellung, beispielsweise in der Y-Koordinatenrichtung, werden die Verstellungen über die zwei Meßsysteme (Nr. 1: 17 und 19, Nr. 2: 21 und 23) gemessen. Die Meßwerte aus den beiden Meßsystemen werden einer Rechnereinheit 25, 26 zugeführt und die Differenz zwischen den beiden Meßergebnissen gebildet. Die Differenz ist eine Winkelabweichung, bedingt durch eine elastische Verformung und führt bei Längenmessungen zu Meßfehlern, die nicht erkannt werden (Abbe′sches Prinzip: 2 Bogensek. Fehler auf 100 mm Länge = 0,001 mm Längenmeßfehler). Durch diese Anordnung der Meßsysteme werden also die Fehler erkannt und rechnerisch kompensiert.The scales 20, 21 , which are scanned by the sensors 22 , 23 , are arranged on two adjacent guides, for example 5 and 6 . In the case of an adjustment, for example in the Y coordinate direction, the adjustments are measured using the two measuring systems (No. 1: 17 and 19 , No. 2: 21 and 23 ). The measured values from the two measuring systems are fed to a computer unit 25 , 26 and the difference between the two measuring results is formed. The difference is an angular deviation caused by an elastic deformation and leads to measurement errors in length measurements that are not recognized (Abbe's principle: 2 arc seconds. Errors on 100 mm length = 0.001 mm length measurement error). With this arrangement of the measuring systems, the errors are recognized and compensated for by calculation.

Das bedeutet, daß die auf den beweglichen Führungsleisten angeordneten Meßsysteme alleine eine immer noch relativ hohe Meßunsicherheit haben und durch die zwei zusätzlichen Meßsysteme in Verbindung mit der Rechen- und Korrektureinheit die Meßgenauigkeit eines Mehr-Koordinaten-Meßgerätes wesentlich verbessert wird.That means that on the movable guide rails arranged measuring systems alone still a relative have high measurement uncertainty and because of the two additional measuring systems in connection with the computing and Correction unit the measuring accuracy of a Multi-coordinate measuring device is significantly improved.

Claims (2)

1. Mehr-Koordinaten-Meßgerät, bestehend aus einem auf vier Pfeilern angebrachten Rahmen mit vier Führungen, wobei zwei gegenüberliegenden Führungen je eine bewegliche Führungsleiste mit Maßstäben zugeordnet ist, und auf den Führungsleisten starr miteinander verbundene, durch Antriebe in X- und Y-Richtung bewegbare Schlitten angeordnet sind, die die Pinoleinheit mit dem Tastsystem und die den Maßstäben zugeordneten Meßwertgeber tragen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei am Rahmen benachbarte Führungen (z.B. 3/4 bzw. 4/5 bzw. 5/6 bzw. 6/3) Maßstäbe (20, 21) aufweisen, und die fahrbaren Führungsleisten (7, 8) mit Meßwertgebern (22, 23) versehen sind, die den Maßstäben (20, 21) zugeordnet sind und die Verstellungen in den jeweiligen Achsrichtungen X und Y messen.1. Multi-coordinate measuring device, consisting of a frame attached to four pillars with four guides, two opposite guides each being assigned a movable guide bar with scales, and rigidly interconnected on the guide bars, by drives in the X and Y directions Movable slides are arranged, which carry the quill unit with the touch probe and the transducers assigned to the scales, characterized in that two guides (for example 3/4 or 4/5 or 5/6 or 6/3 ) adjacent to the frame have scales ( 20 , 21 ), and the movable guide rails ( 7 , 8 ) are provided with sensors ( 22 , 23 ) which are assigned to the scales ( 20 , 21 ) and measure the adjustments in the respective axial directions X and Y. 2. Mehr-Koordinaten-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerterfassung in den Koordinatenrichtungen X und Y bei einer Verstellung der Pinoleinheit (12) durch zwei Meßsysteme pro Achsrichtung erfolgt, die durch die auf den beweglichen Führungsleisten (7, 8) angeordneten Geber (22, 23) mit den am Rahmen zugeordneten Maßstäben (20, 21) und durch die an beweglichen Schlitten (9, 10) angeordneten Meßwertgebern (18, 19) mit auf den Führungsleisten (7, 8) zugeordneten Maßstäben (16, 17) gebildet werden und durch eine Rechen- und Korrektureinheit (25, 26) auftretende Meßfehler weitgehend ausgeschlossen werden.2. Multi-coordinate measuring device according to claim 1, characterized in that the measured value acquisition in the coordinate directions X and Y with an adjustment of the quill unit ( 12 ) by two measuring systems per axial direction, which by the on the movable guide strips ( 7 , 8 ) arranged transmitters ( 22 , 23 ) with the scales ( 20 , 21 ) assigned to the frame and with the measuring sensors ( 18 , 19 ) arranged on movable carriages ( 9 , 10 ) with scales ( 16 , 16 ) assigned to the guide rails ( 7 , 8 ) 17 ) are formed and measurement errors which occur are largely excluded by a computing and correction unit ( 25 , 26 ).