RU2345884C1 - Six-axes plate-measuring engine and method of calibration of measuring tip for it - Google Patents
Six-axes plate-measuring engine and method of calibration of measuring tip for it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345884C1 RU2345884C1 RU2007134231/28A RU2007134231A RU2345884C1 RU 2345884 C1 RU2345884 C1 RU 2345884C1 RU 2007134231/28 A RU2007134231/28 A RU 2007134231/28A RU 2007134231 A RU2007134231 A RU 2007134231A RU 2345884 C1 RU2345884 C1 RU 2345884C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- tip
- sector
- calibration
- working
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
- G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
- G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
- G01B21/042—Calibration or calibration artifacts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к станкостроению, в частности может быть использована в прецизионных обрабатывающих центрах и координатно-измерительных машинах (КИМ).The group of inventions relates to machine tools, in particular, can be used in precision machining centers and coordinate measuring machines (CMM).
В промышленности стоит задача контроля параметров мелкоструктурных деталей, таких как резьбы, мелкомодульные зубчатые передачи и др. Различные устройства при измерении таких деталей используют в качестве измерительного наконечника шар. In industry, the task is to control the parameters of fine-grained parts, such as threads, small-modular gears, etc. Various devices use a ball as a measuring tip for measuring such parts.
Однако измерение мелкоструктурных деталей, внутренний радиус которых сопоставим (либо меньше) по величине с минимально возможным для изготовления радиусом шара измерительного наконечника, становится затруднительным либо вообще невозможным.However, the measurement of fine-grained parts, the inner radius of which is comparable (or smaller) in size with the minimum possible for manufacturing the radius of the ball of the measuring tip, becomes difficult or even impossible.
В то же время для измерения мелкоструктурных объектов можно использовать острый щуп в качестве измерительного наконечника рабочего органа устройства. Острый щуп - это щуп-игла с радиусом округления острой части настолько малым, что современным технологиями не регламентируются постоянство этого радиуса, т.е. отклонение от сферичности вписанной в острое окончание иглы сферы. At the same time, to measure fine-grained objects, you can use a sharp probe as a measuring tip of the working body of the device. A sharp probe is a needle probe with a radius of rounding of the sharp part so small that the constancy of this radius is not regulated by modern technologies, i.e. deviation from the sphericity of the sphere inscribed in the sharp end of the needle.
Однако в процессе измерений силовое взаимодействие такого щупа с деталью, в случае, когда ось щупа и нормаль к измеряемой поверхности коллинеарны, может привести к поломке, искривлению или притуплению острого окончания измерительного наконечника КИМ, что приведет к резкому ухудшению точности измерений.However, in the process of measurements, the force interaction of such a probe with the part, in the case where the probe axis and the normal to the measured surface are collinear, can lead to breakage, distortion or blunting of the sharp end of the CMM measuring tip, which will lead to a sharp deterioration in the measurement accuracy.
В настоящее время известны координатно-измерительные машины портального типа, содержащие основание и подвижный орган, перемещающийся параллельно основанию.Currently known coordinate measuring machines of the portal type, containing the base and the movable body, moving parallel to the base.
Недостатком является невозможность поворота (наклона) рабочего органа, что не позволяет изменять рабочий сектор щупа в процессе калибровки и измерений.The disadvantage is the inability to rotate (tilt) the working body, which does not allow changing the working sector of the probe during calibration and measurement.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является прецизионное устройство для позиционирования подвижного органа машины (см. патент на изобретение РФ №2008197, МПК B25J 11/00), содержащее силовой корпус с виброустойчивым основанием и тягами с приводом для перемещения каретки в рабочей области КИМ с измерительным датчиком для установки измерительных наконечников, измерительную раму с закрепленными на ней 6-ю линейными измерителями. В качестве измерительного наконечника используются стрежни с закрепленными на конце шарами.Closest to the proposed device is a precision device for positioning the moving body of the machine (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2008197, IPC B25J 11/00), containing a power housing with a vibration-proof base and rods with a drive for moving the carriage in the working area of the CMM with a measuring sensor for installation of measuring tips, measuring frame with 6 linear meters mounted on it. As a measuring tip, rods with balls fixed at the end are used.
Однако данное устройство имеет недостаточные функциональные возможности при работе с мелкоструктурными объектами вследствие того, что минимальный радиус шара измерительного наконечника недостаточно мал, а его отклонения от сферичности слишком велики. Кроме того, конструктивные особенности данного устройства не позволяют определять в процессе калибровки рабочий сектор измерительного наконечника.However, this device has insufficient functionality when working with fine-grained objects due to the fact that the minimum radius of the ball of the measuring tip is not small enough, and its deviations from sphericity are too large. In addition, the design features of this device do not allow to determine during the calibration process the working sector of the measuring tip.
Задачей группы изобретений является создание устройства для контроля деталей различной сложности, преимущественно мелкоструктурных объектов.The task of the group of inventions is to create a device for controlling parts of varying complexity, mainly of fine-grained objects.
Технический результат заключается в повышении точности измерений и расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности контроля мелкоструктурных объектов, используя специальную калибровку измерительного наконечника.The technical result consists in increasing the accuracy of measurements and expanding the functionality of the device by providing the ability to control fine-grained objects using a special calibration of the measuring tip.
Поставленная задача решается тем, что шестиосевая координатно-измерительная машина, содержащая силовой корпус с виброустойчивым основанием и тягами с приводом для перемещения каретки в рабочей области координатно-измерительной машины с измерительным датчиком для установки измерительных наконечников, измерительную раму с закрепленными на ней 6-ю линейными измерителями, согласно решению, дополнительно содержит программируемый блок управления перемещением каретки с возможностью обеспечения касания измеряемого объекта наперед заданным рабочим сектором измерительного наконечника, при этом рабочий сектор измерительного щупа определяют в процессе калибровки.The problem is solved in that a six-axis coordinate measuring machine containing a power housing with a vibration-proof base and rods with a drive for moving the carriage in the working area of the coordinate measuring machine with a measuring sensor for installing measuring tips, a measuring frame with 6 linear mounted on it meters, according to the solution, further comprises a programmable control unit for moving the carriage with the ability to ensure that the measured object is touched in advance th sector of the working of the probe, the probe working sector is determined during calibration.
Предложен также способ калибровки измерительного наконечника, характеризующийся тем, что определяют рабочий сектор наконечника путем измерения координат точек поверхности эталонного шара, жестко закрепленного в рабочей области координатно-измерительной машины, при касании эталонного шара, точками из выбранного начального сектора наконечника, определяют радиус округления и среднеквадратичное отклонение от сферичности выбранного сектора, добиваются путем изменения размера и положения рабочего сектора наконечника соответствия значения среднеквадратичного отклонения наперед заданной величине, определяемой необходимой точностью измерений, и в дальнейшем используют определенный в процессе калибровки сектор измерительного наконечника для измерений.A method for calibrating a measuring tip is also proposed, characterized in that the working sector of the tip is determined by measuring the coordinates of the points on the surface of the reference ball, which is rigidly fixed in the working area of the coordinate measuring machine, when the reference ball is touched, the points from the selected initial sector of the tip determine the rounding radius and rms deviation from the sphericity of the selected sector, achieved by changing the size and position of the working sector of the tip of the match eniya standard deviation preassigned value determined by the required measurement accuracy, and then used in a certain sector during calibration of the probe for the measurements.
Новым в предложенном решении является то, что такая предварительная калибровка и использование программируемого блока управления позволяет использовать в качестве измерительного наконечника КИМ как острый щуп иглу, так и обычный измерительный наконечник типа шар. Причем определенный в процессе калибровки рабочий сектор позволяет повысить точность измерений.New in the proposed solution is that such preliminary calibration and the use of a programmable control unit allows you to use both a sharp needle probe and a regular ball type measuring tip as a CMM measuring tip. Moreover, the working sector defined during the calibration process improves the accuracy of measurements.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 изображено устройство в одной проекции, на фиг.2 - пример выбора рабочего сектора измерительного наконечника острого щупа (игла).The invention is illustrated by drawings, figure 1 shows a device in one projection, figure 2 is an example of the selection of the working sector of the measuring tip of a sharp probe (needle).
Устройство состоит из силового корпуса 1, стоящего на виброустойчивом основании 2. На измерительной раме 3 со стойками 4 установлены шесть линейных измерителей - лазерных интерферометров 5, подвешенных на измерительной раме 3 посредством шарниров 6. На силовом корпусе 1 с помощью шарниров 7 закреплены шесть приводов 8, управляемых программируемым блоком управления 9, которые обеспечивают поступательное движение тяг 10, перемещающих рабочий орган 11, включающий в себя каретку 12 с закрепленным на ней датчиком щуповым 13. В датчике закреплен измерительный наконечник 14. На приведенной схеме для простоты показано по одному элементу. На фиг.2 позицией 15 обозначена вписанная в оконечную часть наконечника 14 сфера, 16 - рабочий сектор и 17 - область наконечника, которой запрещены касания.The device consists of a power casing 1, standing on a vibration-proof base 2. On the measuring frame 3 with racks 4 there are six linear meters - laser interferometers 5, suspended on the measuring frame 3 by hinges 6. On the power casing 1 by means of hinges 7 are fixed six drives 8 controlled by a programmable control unit 9, which provide translational movement of rods 10, moving the working body 11, which includes a carriage 12 with a probe attached to it by a sensor 13. Measured in the sensor Yelnia tip 14. In the diagram shown for simplicity by a single element. In figure 2, the
Описанная выше шестиосевая система позиционирования рабочего органа позволяет перемещать и вращать рабочий орган в пределах рабочей зоны координатно-измерительной машины на фиксированную величину. Разделение силовой и измерительной частей устройства позволяет снизить воздействие вибраций и других усилий, связанных с работой приводов и перемещением рабочего органа при его силовом взаимодействии с объектом измерения.The above-described six-axis positioning system of the working body allows you to move and rotate the working body within the working area of the coordinate measuring machine by a fixed amount. Separation of the power and measuring parts of the device allows you to reduce the effects of vibrations and other forces associated with the operation of the drives and the movement of the working body during its force interaction with the measurement object.
Для того чтобы избежать поломки измерительного наконечника и повысить точность измерений, необходимо при осуществлений измерений поворачивать (наклонять) ось измерительного наконечника на определенный угол относительно нормали к измеряемой поверхности, для того чтобы взаимодействие наконечника и детали происходило только определенным сектором острого щупа. Данный рабочий сектор и угол поворота наконечника относительно нормали к измеряемой поверхности должен определяться для каждого наконечника отдельно в процессе калибровки в зависимости от конструктивных особенностей устройства, типа и сложности измеряемого объекта, а также необходимой точности измерений.In order to avoid breakage of the measuring tip and to increase the accuracy of measurements, it is necessary during measurements to turn (tilt) the axis of the measuring tip by a certain angle relative to the normal to the measured surface, so that the interaction of the tip and the part occurs only with a certain sector of a sharp probe. This working sector and the angle of rotation of the tip relative to the normal to the measured surface should be determined for each tip separately in the calibration process, depending on the design features of the device, the type and complexity of the measured object, as well as the required measurement accuracy.
Калибровку измерительного наконечника проводят до начала измерений. Для этого задают необходимую точность измерений, определяют начальный сектор. Измеряют координаты касаний измерительного наконечника поверхности эталонного шара, жестко закрепленного в рабочей области координатно-измерительной машины, при касании эталонного шара, точками из выбранного начального сектора измерительного наконечника. Определяют радиус скругления (радиус вписанной сферы 15) и среднеквадратичное отклонение от сферичности выбранного начального сектора щупа. Изменяют размер и положения рабочего сектора щупа, исключая точки с наибольшим отклонением от сферичности. Добиваются соответствия значения среднеквадратичного отклонения наперед заданной величине, определяемой необходимой точностью измерений, и в дальнейшем используют определенный в процессе калибровки сектор измерительного наконечника для измерений.Calibration of the measuring tip is carried out before starting the measurement. To do this, set the required measurement accuracy, determine the initial sector. The coordinates of the touches of the measuring tip of the surface of the reference ball, rigidly fixed in the working area of the coordinate measuring machine, are measured by touching the reference ball with points from the selected starting sector of the measuring tip. The rounding radius (radius of the inscribed sphere 15) and the standard deviation from the sphericity of the selected initial sector of the probe are determined. Change the size and position of the working sector of the probe, excluding the points with the greatest deviation from sphericity. A standard deviation of the mean value of the deviation is achieved in advance of a predetermined value determined by the required measurement accuracy, and then use the sector of the measuring tip determined during the calibration process for measurements.
В таблице 1 приведен пример пяти калибровок одного острого наконечника. При этом требуемая точность измерений составляла величину не более 5 мкм. Как видно из таблицы расположение рабочей точки, диаметр и среднеквадратичное отклонение имеют хорошую повторяемость. Диаметр вписанной сферы 15 составляет всего 0.130 мм, что позволяет проводить измерения мелкоструктурных деталей.Table 1 shows an example of five calibrations of one sharp tip. Moreover, the required measurement accuracy was no more than 5 μm. As can be seen from the table, the location of the operating point, diameter and standard deviation have good repeatability. The diameter of the inscribed
Результаты калибровки острого наконечника.Table 1.
Sharp tip calibration results.
Каждый из шести линейных измерителей 5 измеряет расстояние между парой шарниров 6, один из которых находится на жесткой и неподвижной измерительной раме 3. Шесть линейных измерителей 5 обеспечивают измерение шести таких расстояний, что позволяет однозначно определить положение подвижного органа устройства относительно рамы и жестко связанного с ней стола шестиосевой координатно-измерительной машины. При проведении измерений осуществляется движение рабочего органа устройства с помощью приводов 8 и тяг 10. По достижения касания измерительного наконечника щупового датчика с поверхностью детали программное обеспечение пересчитывает данные вышеописанных измерителей 5 в декартовы координаты наконечника. По этим декартовым координатам при проведении измерений рассчитываются необходимые параметры измеряемого объекта.Each of the six linear meters 5 measures the distance between a pair of hinges 6, one of which is on a rigid and stationary measuring frame 3. Six linear meters 5 measure six such distances, which allows you to uniquely determine the position of the moving body of the device relative to the frame and rigidly connected with it tables of a six-axis coordinate measuring machine. When making measurements, the working body of the device is moved with the help of drives 8 and rods 10. Upon reaching the touch of the measuring tip of the probe with the surface of the part, the software recalculates the data of the above meters 5 in the Cartesian coordinates of the tip. Based on these Cartesian coordinates during measurements, the necessary parameters of the measured object are calculated.
Измерительный наконечник выбирается в зависимости от сложности и размера измеряемого объекта. При измерении мелкоструктурных деталей в качестве наконечника может использоваться острый щуп (игла).The measuring tip is selected depending on the complexity and size of the measured object. When measuring fine-grained parts, a sharp probe (needle) can be used as a tip.
Предлагаемое техническое решение позволит повысить точность измерений не только с помощью острого щупа-иглы, но и измерительных наконечников типа шар. Определение в процессе калибровки рабочего сектора измерительного наконечника типа шар позволит уменьшить погрешность измерений при касаниях измеряемой детали точками из определенного в процессе калибровки рабочего сектора.The proposed technical solution will improve the accuracy of measurements not only with a sharp probe-needle, but also with measuring tips of the ball type. The determination of the ball type measuring tip during the calibration of the working sector will make it possible to reduce the measurement error when the measured part touches with points from the working sector defined during calibration.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134231/28A RU2345884C1 (en) | 2007-09-13 | 2007-09-13 | Six-axes plate-measuring engine and method of calibration of measuring tip for it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134231/28A RU2345884C1 (en) | 2007-09-13 | 2007-09-13 | Six-axes plate-measuring engine and method of calibration of measuring tip for it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2345884C1 true RU2345884C1 (en) | 2009-02-10 |
Family
ID=40546656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007134231/28A RU2345884C1 (en) | 2007-09-13 | 2007-09-13 | Six-axes plate-measuring engine and method of calibration of measuring tip for it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2345884C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710900C1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-01-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК) | Method for calibration of mobile 3d-coordinate measuring device and installation for its implementation |
| RU2788828C1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" | METHOD FOR DETERMINING THE GEOMETRY OF A SURFACE WITH A COMPLEX SHAPE (options) |
-
2007
- 2007-09-13 RU RU2007134231/28A patent/RU2345884C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710900C1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-01-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК) | Method for calibration of mobile 3d-coordinate measuring device and installation for its implementation |
| RU2788828C1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" | METHOD FOR DETERMINING THE GEOMETRY OF A SURFACE WITH A COMPLEX SHAPE (options) |
| RU2810082C1 (en) * | 2022-12-29 | 2023-12-21 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Научно-технологический университет "Сириус" | System and method for calibrating kinematic parameters of robotic manipulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6622216B2 (en) | Calibration of measuring probe | |
| JP5277033B2 (en) | Correction ball diameter calculation method and shape measuring apparatus | |
| JP4504818B2 (en) | Workpiece inspection method | |
| JP5905189B2 (en) | Calibration method and apparatus | |
| EP1528355B1 (en) | Dynamic artefact comparison | |
| JP5124579B2 (en) | Surface sensing device | |
| US20160195389A1 (en) | Reduction of errors of a rotating device used during the determination of coordinates of a workpiece or during the machining of a workpiece | |
| JP2006231509A (en) | Method for measuring program control type machine tool | |
| JP2022172365A (en) | Measurement of toothed article using multiple sensors | |
| CN108007295B (en) | Automatic detection device for M value and tooth surface jumping of worm | |
| JP2010271057A (en) | Form measuring instrument, form measuring method, and program | |
| CN105444707B (en) | Method for the triangle behavior for compensating CMM contact measuring heads | |
| EP3382327B1 (en) | Compact coordinate measurement machine configuration with large working volume relative to size | |
| EP2050534B1 (en) | Method for checking a rotary axis with a self-centring sensing device | |
| González-Madruga et al. | Evaluation of AACMM using the virtual circles method | |
| JP4570437B2 (en) | Surface roughness / contour shape measuring device | |
| KR100941970B1 (en) | Measuring device for hole size and gap between holes | |
| RU2345884C1 (en) | Six-axes plate-measuring engine and method of calibration of measuring tip for it | |
| JP6735735B2 (en) | A coordinate measuring method and apparatus for inspecting a workpiece, the method comprising generating a measurement correction value using a reference shape known not to substantially deviate from an ideal form, Coordinate measuring method and apparatus for inspecting a workpiece | |
| JP6326710B2 (en) | Surface roughness measuring machine | |
| TWI345625B (en) | A portable automatic calibrating equipment for precise measurement of spatial coordinates | |
| JPS63289410A (en) | Three-dimensional measuring instrument | |
| JP2010185804A (en) | Shape measuring apparatus, shape measuring method, and program | |
| JPH10103905A (en) | Measurement method | |
| JP2010201581A (en) | Workpiece attitude control device of machine tool |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120914 |