DE2940633C2 - Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines Rundtisches in Mehrkoordinaten-Meßgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines Rundtisches im Arbeitsraum eines Mehrkoordinaten-Meßgerätes, das mit mindestens einem Taster zur Ermittlung der Koordinaten des Antastpunktes an einem im Arbeitsraum befindlichen Objekt ausgestattet ist und das mit einem Rechner gekoppelt ist, der den ermittelten Koordinaten mathematisch zugeordnete Meßgrößen, mit z. B. Punkte, Rächen, Achsen, Richtungen usw., mit Hilfe bekannter Rechenprogramme bestimmt

Bei im wesentlichen zylindrischen Werkstücken wird die Vermessung in einem Mehrkoordinaten-Meßgerät wesentlich vereinfacht, wenn das Werkstück relativ zum Taster gedreht wird. Bei beliebigen Werkstücken erhöht die Drehung den Bedienungskomfort, weil dadurch der Taster immer im Sichtbereich der Bedienperson gehalten werden kann.

Dazu wird das Werkstück auf einen Rundtisch aufgespannt, der im Arbeitsraum des Mehrkoordinaten-Meß

gerätes beliebig drehbar und verschiebbar ist

Die Koordinaten des Werkstücks werden auf die Drehachse des Rundtisches bezogen, so daß die Koordinaten der Drehachse im Maschinenkoordinatensystem bekannt sein müssen. Dabei ist davon auszugehen, daß im allgemeinen Fall die Richtung der Drehachse des Rundtischss mit keiner der Koordinatenrichtungen des Maschinenkoordinatensystems zusammenfällt Aus einem Sonderdruck eines Vortragsmanuskripts zur 8. Ar- beitstagung des Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) »Erfahrungsaustausch Drei-Koordinaten-Meßgeräte 77« in Stuttgart 14. und 155.1977, ist es bekannt, die Drehachse des Rundtisches rechnerisch aus der in zwei Winkelstellungen des Rund tisches ermittelten Achse eines Prüflings zu bestimmen. Die Achse des Prüflings wird durch Antastung zylindrischer Flächen des Prüflings sowohl in 0° als auch in 180°-Stellung des Rundtisches mit Hilfe des im Meßgerät enthaltenen Zylinderprogramms ermittelt Die Sym- metrielinie der beiden gefundenen Achsen ist die Rundtischachse.

Dieses Verfahren versagt bei Werkstücken ohne ausgeprägte zylindrische Flächen und ist bei Vorhandensein solcher Flächen von der Güte der Fläche und ihren geometrischen Dimensionen sehr stark abhängig. So ist prinzipiell eine Achsrichtungsbestimmung bei Zylindern um so ungenauer, je geringer die Höhe des Zylinders ist Der Fehler einer Messung wird bei der um 180° gedrehten Stellung des Werkstückes wiederholt und wird bei der Bestimmung der Symmetrielinie nicht herausgemittelt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur werkstückunabhängigen Bestimmung der Drehachse des Rundtisches anzugeben und die Ge nauigkeit dieser Bestimmung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Aus den Koordinaten des zugeordneten Punktes in den verschiedenen Winkelstellungen des Rundtisches wird eine Ebene bestimmt, die diese Punkte enthält Die zu bestimmende Drehachse ist durch die Normaleinrichtung auf dieser Ebene und den Mittelpunkt eines die

Punkte enthaltenden Kreises gegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Gegenüber dem -bekannten Verfahren unterscheidet sich das erfindungsgemäße dadurch, daß eine vom Werkstück unabhängige Antastfläche verwendet wird. Dieses kann insbesondere eine beim Arbeiten mit Mehrkoordinaten-Meßgeräten ohnehin vorhandene, für Kalibrierzwecke verwendete Kugelfläche sein, die entweder unmittelbar auf dem Rundtisch an beliebiger Stelle außerhalb der Drehachse angebracht wird oder mit dem auf dem Rundtisch eingespannten Werkstück verbunden wird. Durch die Verwendung der zusätzlichen Antastfläche kann die Drehachsenbestimmung jeder Meßaufgabe individuell angepaßt werden.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, daß hier primär keine Achsen sondern Punkte bestimmt werden. Zur Bestimmung eines Kugelmittelpunktes sind mindestens vier nicht in einer Ebene liegende Antastungen erforderlich. Zur sicheren Erkennung anderer Raumflä chen, wie z. B. Zylinder, Kegel oder Würfel, sind unter Umständen mehr Antastungen erforderlich, wie dem Fachmann bekannt ist. Das in der Meßmaschine regelmäßig vorhandene Ku-

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gelmittelpunktprogramm ermittelt aus den vier Einzelmessungen den Mittelpunkt Dabei werden Fehler einer Einzelmessung weitgehend herausgemittelt, so daß der Bestimmung einer durch die drei zugeordneten Punkte gelegten Ebene und eines die Punkte enthaltenden Krei- s ses sehr genaue Ausgangswerte zugrundeliegen. Die Genauigkeit der Drehachseobestimmung wird dadurch weiter erhöht, daß die von den drei Punkten aufgespannte Fläche sehr groß gewählt werden kann.

Für die Bestimmung einer mehrere Meßpunkte ent- ίο haltenden ebene und ihrer Normalen sowie für die Bestimmung eines durch drei MeSpunkte laufenden Kreises und seines Mittelpunktes stehen in jedem Mehrkoordinaten-Meßgerät routinemäßig geeignete Rechenprogramme zur Verfügung. Das neue Verfahren hat daher den besonderen Vorteil, daß die Ausrüstung des Meßgerätes nicht erweitert zu werden braucht

In der Zeichnung ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit einer dazu geeigneten Einrichtung schematisch dargestellt Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch ein Mehrkoordinaten-Meßgerät mit einem Taster, einem Rundtisch und einer Kugel als Antastfläche;

F i g. 2a—c einen Rundtisch mit Antastkugel in drei Winkelstellungen;

F i g. 3 die Auswertung der Antastergebnisse;

F i g. 4 eine spezielle Tasterausbildung und

F i g. 5 ein Kugeltripel als Antastfläche.

Das in F i g. 1 dargestellte Mehrkoordinaten-Meßgerät enthält einen Grundkörper 1 mit einem Portal 2. Auf dem Grundkörper 1 ist ein Schlitten 3 in ^-Richtung verschiebbar gelagert Ein weiterer Schlitten 4 ist auf dem Fortal 2 in y-Richtung verschiebbar. An dem letztgenannten Schlitten 4 ist der Meßtasterträger 5 in z-Richtung verschiebbar, so daß mit dem Taster 6 alle Koordinaten im Arbeitsraum des Meßgerätes angefahren werden können.

Auf dem x-Schlitten 3 ist in beliebiger Stellung ein Rundtisch angeordnet, der aus einem Grundgestell 7 mit den Antriebsvorrichtungen und dem Winkelmeßsystem, und der Drehplatte 8 mit den Aufspannvorrichtungen für ein nicht dargestelltes Werkstück besteht Obwohl die Auflagefläche des Grundgestells 7 und die Drehplattenfläche 8 zueinander parallel sein sollen, ist aufgrund von Fertigungstoleranzen, unsauberer Auflage des Grundgestells 7 u. ä. die aktuelle Drehachse des Rundtisches 7, 8 im allgemeinen zu keiner der Koordinatenachsen x, y, ζ des Meßgerätes parallel. Zur Bestimmung der Drehachse ist im Aus*ührungsbeispiel auf der Drehplatte 8 im Randbereich eine handelsübliche Kalibrierkugel 9 befestigt

F i g. 2a zeigt im Ausschnitt die Drehplatte 8 mit Antastkugel 9 in der Ausgangsstellung und in zwei weiteren Winkelstellungen 2b und 2c Die Stellung der Kugel 9 relativ zur Drehplattenfläche 8 wird dabei selbstverständlich nicht verändert In jeder dieser Stellungen wird die Kugel 9 mit dem Taster 6 in mindestens vier, nicht in einer Ebene liegenden Punkten angetastet Aus diesen gemessenen Koordinatenwerten werden die Koordinaten der in F i g. 3 dargestellten Kugelmittelpunkte eo Pi, fj und Pi in bekannter Weise errechnet

Nach ebenfalls bekannten mathematischen Gesetzen wird dann eine Ebene berechnet die die Punkte P\, Pi und P₃ enthält Die Normalenrichtung auf dieser Ebene, die in Fig.3 durch einen Pfeil dargestellt ist ist die Richtung der gesucht» Rundtischachse. Außerdem wird ein Kreis berechnet der durch die drei Punkte Der Mittelpunkt dieses Kreises, der in F i g. 3 durch ein Kreuz fcn Fußpunkt der Normale dargestellt ist gibt einen Punkt auf der Rijndtischachse an. Damit ist die Rundtischachse durch Richtung und Lage im Koordinatensystem des Meßgerätes bestimmt

Eine Vereinfachung des Antastens der Kugel 9 ist dann gegeben, wenn dem Taster die b F i g. 4 dargestellte trichterförmige Gestalt 6' gegeben wird, oder wenn die Antastfläche durch ein Kugeltripel Φ nach Fig.5 dargestellt wird. Automatisch arbeitende Mehrkoordinaten-Meßgeräte sind dann in der Lage, Taster und Antastfläche selbsttätig zueinander zu zentrieren und die dafür gefundenen Tasterkoordinaten auszugeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung dtr Drehachse eines Rundtisches im Arbeitsraum eines Mehrkoordinaten-Meßgerätes, das mit mindestens einem Taster zur Ermittlung der Koordinaten des Antastpunktes an einem im Arbeitsraum befindlichen Objekt ausgestattet ist, und das mit einem Rechner gekoppelt ist, der den ermittelten Koordinaten mathematisch zugeordnete Meßgrößen, wie z. B. Punkte, Flächen, Achsen, Richtungen usw., mit Hilfe bekannter Rechenprogramme bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß exzentrisch zur Drehachse des Rundtisches diesem eine zusätzliche räumliche Antastfläche zugeordnet wird und die Koordinaten eines ihr zugeordneten, mathematisch definierten Punktes im Koordinatensystem des Mehrkoordinaten-Meßgsrttes in mindestens drei Winkelstellungen des Rausches bestimmt werden-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten des zugeordneten Punktes durch selbstzentrierendes Eintasten des Tasters bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellungen des Rundtisches sich um angenähert 120° unterscheiden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Antastfläche eine Kupel gewählt wird und als der ihr zugeordnete Punkt der Kugelmittelpunkt bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anta&iflAche ein Kugeltripiel gewählt wird und als Koordinattt des zugeordneten Punktes die Koordinaten des Tasters verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antastfläche eine in den Rundtisch eingearbeitete Kegel- oder Prismenfläche vorgesehen wird und als Koordinaten des zugeordneten Punktes die Koordinaten des Tasters verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antastfläche am äußeren Rand des Rundtisches angebracht wird.