Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte transportable
Koordinatenmessmaschine zum Messen von dreidimensionalen Koordinaten
mit Gelenkarm.The
The present invention relates to an improved transportable
Coordinate measuring machine for measuring three-dimensional coordinates
with articulated arm.
Dreidimensionale
Objekte werden durch ihre Position und ihre Orientierung beschrieben;
das heißt,
es wird nicht nur angegeben, wo sich ein Objekt befindet, sondern
auch, in welche Richtung es ausgerichtet ist. Die Position eines
Punktes im Raum kann durch seine Koordinaten X, Y und Z festgelegt werden.
Die Orientierung eines Objektes kann durch die Ausrichtungswinkel
des Objekts oder durch die Angabe der Position von drei Punkten
des Objektes beschrieben werden.Three-dimensional
Objects are described by their position and their orientation;
this means,
not only where an object is located, but also
also in which direction it is aligned. The position of a
Point in space can be defined by its coordinates X, Y and Z.
The orientation of an object can be determined by the orientation angle
of the object or by specifying the position of three points
of the object.
Die
gegenwärtig
für industrielle
Anwendungen benutzten Koordinatenmeßmaschinen sind 3-Achsen-Koordinatenmeßmaschinen
welche die Koordinaten X, Y und Z mittels drei linearen Meßskalen
messen. Diese Meßmaschinen
sind gewöhnlich nicht
transportabel, teuer und begrenzt hinsichtlich Größe und bequeme
Ausnutzung des meßbaren
Volumens.The
currently
for industrial
Applications used coordinate measuring machines are 3-axis coordinate measuring machines
which the coordinates X, Y and Z by means of three linear measuring scales
measure up. These measuring machines
usually are not
transportable, expensive and limited in size and convenience
Exploitation of the measurable
Volume.
Die
FARO Technologies, Inc. in Lake Mary, Florida (USA) hat eine Reihe
von digitalisierenden Vorrichtungen vom Elektrogoniometertyp für medizinische
Anwendungen hergestellt. Insbesondere hat die FARO Technologies,
Inc. unter der Bezeichnung METRECOM® bekannte
Systeme für
die Skelettuntersuchung, und unter der Bezeichnung SURGICOM® bekannte
Systeme für
chirurgische Anwendungen hergestellt. Elektrogoniometer von der
in den Systemen METRECOM und SURGICOM verkörperten Art sind in dem US-Patent
4.670.851 und in der am 31. Juli 1990 eingereichten US-Patentanmeldung USSN
562.213 beschrieben.FARO Technologies, Inc. of Lake Mary, FL (USA) has manufactured a range of electrogoniometer-type digitizing devices for medical applications. In particular, the FARO Technologies, Inc. known under the name METRECOM ® systems for the skeletal system, and known under the name SURGICOM ® systems for surgical applications has made. Electron goniometers of the type embodied in the METRECOM and SURGICOM systems are described in US Patent 4,670,851 and US Patent Application USSN 562,213 filed July 31, 1990.
Die
digitalisierenden Systeme METRECOM und SURGICOM sind zwar für ihre bestimmungsgemäßen Anwendungen
gut geeignet, eignen sich jedoch schlecht für allgemeine industrielle Anwendungen.
Es besteht folglich weiterhin ein Bedurfnis für eine preiswerte, transportable
Koordinatenmeßmaschine,
die eine ausreichende Genauigkeit und eine einfache Benutzung für mannigfaltige
industrielle und ähnliche
Anwendungen bietet.The
digitizing systems METRECOM and SURGICOM are for their intended applications
well suited, but are poorly suited for general industrial applications.
There is therefore still a need for a low-cost, transportable
coordinate measuring machine,
the sufficient accuracy and ease of use for varied
industrial and similar
Offers applications.
Aus
der US-Patentschrift N° 4,477,973
ist ein sehr einfaches System zum Digitalisieren von dreidimensionalen
Körpern
bekannt. Ein beweglicher Arm ist mit einem Ende auf einer Grundplatte
montiert und trägt
an seinem freien Ende eine Sondenspitze. Dieser Ärm umfaßt drei oder vier Drehgelenke,
so daß die
Sondenspitze innerhalb eines ausgewählten Volumens beweglich ist.
Jedem dieser Drehgelenke ist ein Potentiometer zugeordnet. Die drei
oder vier Potentiometer werden an den "game-port" eines PCs angeschlossen, der die Widerstandswerte
in digitale Größen umgewandelt
und die Positionskoordinaten der Sondenspitze errechnet. Diese Positionskoordinaten
werden in dem PC für
einen späteren
Gebrauch abgespeichert. Eine ähnliche
Koordinatenmeßvorrichtung
mit Gelenkarm ist in der US-Patentschrift
N° 4,593,470
beschrieben.Out
U.S. Patent No. 4,477,973
is a very simple system for digitizing three-dimensional
bodies
known. A movable arm is with one end on a base plate
mounted and wearing
a probe tip at its free end. This arm includes three or four hinges,
So that the
Probe tip is movable within a selected volume.
Each of these hinges is assigned a potentiometer. The three
or four potentiometers are connected to the "game port" of a PC, the resistance values
converted to digital sizes
and calculates the position coordinates of the probe tip. These position coordinates
be in the PC for
a later one
Use saved. A similar
Coordinate measuring
with articulated arm is in the US patent
N ° 4,593,470
described.
Aus
der DE 41 40 294 A1 ist
ebenfalls eine Koordinatenmeßvorrichtung
mit Gelenkarm bekannt. Ein Ende des Armes ist über zwei Drehgelenke mit einem
Sockel verbunden. Das andere Ende des Arms trägt eine Abtastsonde. Der Gelenkarm
selbst umfaßt
vier, relativ einfach aufgebaute, Universalgelenke. Jedes Universalgelenk
weist zweisenkrechte Drehachsen auf und verbindet zwei benachbarte Armsegmente.
Jeder Drehachse ist jeweils ein Winkelmeßfühler zur Messung der Winkelposition
der zwei verbunden Armsegmente zugeordnet. Die Auslösung der
Messung erfolgt manuell sobald die Abtastspitze auf der Fläche aufsitzt.
Alternativ kann eine automatische Auslösung der Messung erfolgen.
Die einzelnen Winkelpositionssignale der Winkelmeßfühler werden
zur einer Auswerteinheit geleitet, welche aus den Winkelpositionssignalen
und den vorgegebenen Längen
der Armsegmente die Position der Abtastsonde errechnen. Die auf
diese Weise bestimmten Koordinaten werden einzeln in der Auswerteinheit
gespeichert und zu einer Gesamtinformation über die Kontur der abgetasteten
Fläche
zusammengeführt.
Die Vorrichtung ist folglich auf die Bestimmung einer Flächenkontur
begrenzt.From the DE 41 40 294 A1 also a coordinate measuring device with articulated arm is known. One end of the arm is connected to a pedestal via two hinges. The other end of the arm carries a scanning probe. The articulated arm itself comprises four relatively simple universal joints. Each universal joint has two angular axes of rotation and connects two adjacent arm segments. Each rotation axis is assigned an angle sensor for measuring the angular position of the two connected arm segments. The measurement is triggered manually as soon as the scanning tip is seated on the surface. Alternatively, an automatic triggering of the measurement can take place. The individual angular position signals of the angle sensors are routed to an evaluation unit which calculates the position of the scanning probe from the angular position signals and the predetermined lengths of the arm segments. The coordinates determined in this way are individually stored in the evaluation unit and combined to form an overall information about the contour of the scanned surface. The device is consequently limited to the determination of a surface contour.
Aus
der Druckschrift: "Einbindung
von Koordinatenmeßgeräten in die
Fertigung, Anwendungstechnische Informationen" der Firma Carl ZEISS (Oberkochen) (RE-ZS-1/91
Pos), ist bekannt, eine stationäre,
durch einen Rechner gesteuerte, 3-Achsen-Koordinatenmeßmaschine
mittels eines Rechnerkopplungsprogramms in einen komplexen Rechnerverbund
im Fertigungsbereich einzubinden, so daß das Koordinatenmeßgerät sowohl
Meßergebnisse
an Fremdrechner senden kann, als auch Solldaten aus CAD-Anlagen
und Kommandos von Fremdrechnern empfangen kann.Out
the publication: "Integration
of coordinate measuring machines in the
Production, Application Information "of the company Carl ZEISS (Oberkochen) (RE-ZS-1/91
Pos), is known to be a stationary,
computer-controlled 3-axis coordinate measuring machine
by means of a computer coupling program in a complex computer network
integrate in the manufacturing area, so that the coordinate measuring both
Measurement results
to send to third-party computer, as well as target data from CAD systems
and receive commands from external computers.
In
der US-Patentschrift N° US 4,888,877 wird ein Meßkopf mit
zwei Drehgelenken für
eine stationäre
3-Achsen-Koordinatenmeßmaschine
beschrieben.In US patent N ° US 4,888,877 For example, a two-pivot measuring head for a 3-axis stationary coordinate measuring machine will be described.
In
der US-Patentschrift N° US 5,031,331 wird eine Kompensation
der temperaturbedingten Ausdehnungen der Meßlatten an einer 3-Achsen-Koordinatenmeßmaschine
vorgeschlagen.In US patent N ° US 5,031,331 a compensation of the temperature-induced expansions of the Meßlatten on a 3-axis Koordinatenmeßmaschine is proposed.
In
der DE 26 03 376 A1 wird
ein Verfahren zum Berechnen der räumlichen Rechtwinkligkeit einer
3-Achsen-Koordinatenmeßmaschine
vorgeschlagen. Hierzu werden eine Kalibrierstange mit zwei Kugeln
und zwei Stützen
mit konischen Lagersitzen für
die Kugeln benutzt. Die Stützen
werden frei auf einen zu eichenden Koordinatenmeßtisch aufgestellt. Die Höhe einer
der Stützen
ist verstellbar.In the DE 26 03 376 A1 becomes a procedure for calculating the spatial perpendicularity of a 3-axis coordinate measuring machine. For this purpose a calibration rod with two balls and two supports with conical bearing seats for the balls are used. The supports are placed freely on a coordinate measuring table to be calibrated. The height of one of the supports is adjustable.
Aus US 3,944,798 ist eine Koordinatenmessvorrichtung
mit einem Arm, der mehrere Gelenke aufweist bekannt. In jedem Gelenk
des Arms ist ein Transducer vorgesehen, der den Winkel zwischen zwei
Armstücken
misst und als elektrisches Signal an eine Rechnereinheit überträgt, in der
die Position der Out US 3,944,798 For example, a coordinate measuring apparatus with an arm having a plurality of joints is known. In each joint of the arm, a transducer is provided, which measures the angle between two arm pieces and transmits as an electrical signal to a computer unit in which the position of the
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist die neuartige, transportable Koordinatenmeßmaschine
einen manuell positionierbaren, mehrgelenkigen Meßarm (mit vorzugsweise
sechs Gelenken) auf, um ein Volumen genau und bequem zu messen,
das beispielsweise eine Kugel umfaßt, die vorzugsweise einen
Durchmesser von 183 bis 244 cm (6 bis 8 feet) hat (aber auch einen
größeren oder
kleineren Durchmesser als dieser Bereich haben kann), wobei die
Meßgenauigkeit
vorzugsweise 2 Sigma +/– 127 μm (+/–0,005 inch)
[und optimal 2 Sigma +/– 25,4 μm (+/– 0,001 inch)]
beträgt.
Außer
dem Meßarm
wird bei der vorliegenden Erfindung eine Controllerbox (bzw. eine Serienbox)
verwendet, die als elektronische Schnittstelle zwischen dem Arm
und einem Zentralcomputer dient.According to one
preferred embodiment of
present invention, the novel, portable coordinate measuring machine
a manually positionable, multi-jointed measuring arm (preferably with
six joints) to accurately and conveniently measure a volume,
which comprises, for example, a ball, preferably a
Diameter of 183 to 244 cm (6 to 8 feet) has (but also a
larger or
smaller diameter than this range can have), wherein the
measurement accuracy
preferably 2 sigma +/- 127 μm (+/- 0.005 inch)
[and optimally 2 sigma +/- 25.4 μm (+/- 0.001 inch)]
is.
Except
the measuring arm
in the present invention, a controller box (or a series box)
used as an electronic interface between the arm
and a central computer.
Der
mechanische Meßarm,
der bei der Koordinatenmeßmaschine
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine Vielzahl von Übertragungsgehäusen (von
denen jedes ein Gelenk aufweist und einen Drehungs-Freiheitsgrad
festlegt) und Verlängerungselementen
auf, die aneinander befestigt sind, wobei aneinander angrenzende Übertragungsgehäuse unter
einem rechten Winkel angeordnet sind, um einen beweglichen Arm festzulegen,
der vorzugsweise fünf
oder sechs Freiheitsgrade hat. Jedes Übertragungsgehäuse umfaßt Meßtransducer und
neuartige Lageranordnungen. Diese neuartigen Lageranordnungen umfassen
vorgespannte Lager, die aus in Gegenposition angeordneten Kegelrollenlagern
gebildet sind, und versteifende Axialdrucklager von niedrigem Profil,
um eine hohe Biegesteifigkeit zu erhalten. Außerdem umfaßt jedes Übertragungsgehäuse optische
und akustische Endanschlag-Indikatoren zum Schutze vor mechanischer Überlastung
infolge Gewaltanwendung.Of the
mechanical measuring arm,
the at the coordinate measuring machine
is used in the present invention, has a plurality of transmission housings (of
each having a hinge and a degree of freedom of rotation
specifies) and extension elements
on which are attached to each other, with adjacent transmission housing under
are arranged at right angles to define a movable arm,
the preferably five
or six degrees of freedom. Each transmission housing comprises measuring transducer and
novel bearing arrangements. These novel bearing assemblies include
preloaded bearings consisting of counter-rotating tapered roller bearings
are formed, and stiffening low-pressure thrust bearings,
to get a high bending stiffness. In addition, each transmission housing includes optical
and acoustic limit stop indicators to protect against mechanical overload
as a result of use of force.
Der
bewegliche Arm ist an einem Untersatz oder Sockel befestigt, der
folgende Elemente umfaßt: (1)
eine Temperaturüberwachungs-Platine
zum Überwachen
der Temperaturstabilität;
(2) eine Encoder-Montageplatte zur Armspitze berechnet werden kann.
Die Koordinatenmessvorrichtung weist einen Schalter auf, bei dessen
Betätigung
eine Datenerfassung zur Berechnung der Position der Armspitze ausgelöst wird.Of the
movable arm is attached to a pedestal or pedestal, the
comprising the following elements: (1)
a temperature control board
to monitor
the temperature stability;
(2) An encoder mounting plate to the arm tip can be calculated.
The coordinate measuring device has a switch, in whose
activity
a data acquisition is triggered to calculate the position of the arm tip.
Der
in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Froblem zu Grunde,
die Zuverlässigkeit
einer transportablen Koordinatenmessvorrichtung mit einem Gelenkarm
ohne wesentliche Beeinträchtigung
der Transportierbarkeit zu verbessern. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
einer Koordinatenmessvorrichtung mit einem Gelenkarm sind in den Unteransprüchen angegeben.Of the
in claim 1 invention is based on the froblem,
the reliability
a portable coordinate measuring device with an articulated arm
without significant impairment
to improve transportability. Further advantageous embodiments
a coordinate measuring device with an articulated arm are specified in the subclaims.
Die
erfindungsgemäße transportable
Messvorrichtung zum Erfassen von dreidimensionalen Koordinaten umfasst
einen beweglichen Arm, der ein erstes und ein entgegengesetztes
zweites Ende aufweist. Der Arm umfasst eine Vielzahl von Gelenken, von
denen jedes einem Freiheitsgrad entspricht, so dass der Arm innerhalb
eines ausgewählten
Volumens beweglich ist. Jedes dieser Gelenke weist ein drehbares Übertragungsgehäuse mit
Positionstransducern zum Erzeugen eines Positionssignals auf. Ferner
umfasst die transportable Messvorrichtung einen Untersatz, der an
dem ersten Ende des beweglichen Armes befestigt ist, eine Sonde,
die an dem zweiten Ende des beweglichen Armes befestigt ist sowie
elektronische Schaltungsmittel, die den Positionstransducern derart
zugeordnet sind, dass sie die Positionssignale von den Postitionstransducern
empfangen und eine digitale Koordinate liefern, die der Position
der Sonde entspricht. Erfindungsgemäß sind direkt an der Sonde
ein erster Schalter und ein zweiter Schalter angeordnet, die derart
in die elektronischen Schaltungsmittel eingebunden sind, dass der
erste Schalter eine Datenerfassung und der zweite Schalter eine
Datenannahme bewirken.The
transportable according to the invention
Measuring device for detecting three-dimensional coordinates comprises
a movable arm, a first and an opposite
second end. The arm includes a variety of joints, from
each one corresponds to a degree of freedom, so that the arm within
a selected one
Volume is movable. Each of these joints has a rotatable transmission housing
Position transducers for generating a position signal. Further
The portable measuring device comprises a pedestal, the
attached to the first end of the movable arm, a probe,
which is attached to the second end of the movable arm and
electronic circuit means, the position transducers such
are assigned to receive the position signals from the postition transducers
receive and deliver a digital coordinate that matches the position
corresponds to the probe. According to the invention are directly on the probe
a first switch and a second switch arranged in such a way
are integrated into the electronic circuit means that the
first switch a data acquisition and the second switch a
Effect data acceptance.
Auswahl
eines universellen Encoders; (3) eine EEPROM-Platine mit Kalibrier- und Identifizierungsdaten,
um eine Vertauschung der Einheiten zu vermeiden; und (4) eine nahe
bei der Encoder-Montageplatte angebrachte Vorverstärker-Platine zur Übertragung
hochverstärkter
Signale nach einer Fernzähler-Platine
in dem Kontroller.selection
a universal encoder; (3) an EEPROM board with calibration and identification data,
to avoid a permutation of the units; and (4) a close
Preamplifier board attached to the encoder mounting plate for transmission
high gain
Signals after a remote meter board
in the controller.
Wie
bei dem Stand der Technik entsprechenden METRECOM-System sind die Übertragungsgehäuse in modularer
Bauweise verwirklicht, wodurch variable Zusammenbaukonfigurationen
möglich
sind, und ist der gesamte bewegliche Arm aus einem einzigen Material
verwirklicht, um einen gleichmäßigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
sicherzustellen. Ähnlich
wie bei dem METRECOM-System ermöglicht eine
interne Verkabelung mit Drehungs-Anschlägen und Kabelaufwickel-Hohlräumen die
vollständige Umhüllung einer
großen
Anzahl von Kabeln. Ebenso wie das dem Stand der Technik entsprechende
METRECOM-System umfaßt
das erfindungsgemäße System
einen federkompensierten und stoßgedämpften Tragmechanismus, um
den Benutzerkomfort zu erhöhen,
und eine Dateneingabevorrichtung mit zwei Schaltern (Erfassen/Annehmen),
um Messungen mit hoher Präzision
bei manueller Handhabung zu ermöglichen.
Außerdem
ist eine verallgemeinerte Zusatzeinrichtung von der Art wie in dem dem
Stand der Technik entsprechenden METRECOM-System vorgesehen zur
Messung von Variablen in drei Dimensionen (beispielsweise kann die Temperatur
in drei Dimensionen gemessen werden unter Verwendung eines an die
Zusatzeinrichtungs-Anschlußbuchse
angeschlossenen Thermoelements).As with the prior art METRECOM system, the transfer housings are realized in a modular design, allowing for variable assembly configurations, and the entire movable arm is realized from a single material to ensure a uniform coefficient of thermal expansion. Similar to the METRECOM system, internal cabling with twist stops and cable take-up cavities allows for the full enclosure of a large number of cables. As well as the state of the art ME TRECOM system, the system of the invention comprises a spring-compensated and shock-absorbing support mechanism to increase the user comfort, and a data input device with two switches (Acquisition / Acceptance) to enable measurements with high precision in manual handling. In addition, a generalized ancillary device of the type as in the prior art METRECOM system is provided for measuring variables in three dimensions (for example, the temperature may be measured in three dimensions using a thermocouple connected to the ancillary connector).
Die
Verwendung einer getrennten Controllerbox auf Mikroprozessor-Basis
ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, da diese Controllerbox
die Vorverarbeitung von spezifischen Berechnungen ermöglicht,
die kein Zentralcomputer-Niveau erfordern. Dazu ist in der Controllerbox
ein intelligenter Vorprozessor vorgesehen, der programmierbare Anpaßbarkeit
und Kompatibilität
mit einer Vielzahl von externen Zentralsystemen (beispielsweise externen
Computern) bietet. Die Serienbox bietet außerdem eine intelligente Multiprotokoll-Auswertung
und eine automatische Umschaltung durch Abtasten der Übertragungsanforderungen
von dem Zentralcomputer. Beispielsweise erzeugt eine auf dem Zentralcomputer
laufende Software von einem Hersteller Verbindungsanforderungen
von einer Form, die von der Controllerbox automatisch abgetastet
werden. Weitere Merkmale der Controllerbox umfassen Serienport-Verbindungen
für standardisierte
Fernverbindungen in einer Vielzahl von industriellen Umgebungen,
und neuartige Analog/Digital-Digitalzähler-Platinen
für die
gleichzeitige Erfassung aller (in den Übertragungsgehäusen untergebrachten
Encoder), wodurch hochpräzise
Messungen erhalten werden.The
Use of a separate microprocessor-based controller box
is an important feature of the present invention, as this controller box
allows preprocessing of specific calculations
that do not require a central computer level. This is in the controller box
an intelligent preprocessor provided, the programmable adaptability
and compatibility
with a variety of external central systems (for example, external
Computers). The series box also offers an intelligent multi-protocol evaluation
and an automatic switching by sampling the transmission requests
from the central computer. For example, one generates on the central computer
running software from a manufacturer connection requirements
from a shape automatically sampled by the controller box
become. Other features of the controller box include serial port connections
for standardized
Remote connections in a variety of industrial environments,
and novel analog / digital digital counter boards
for the
Simultaneous detection of all (housed in the transmission housings
Encoder), which makes high-precision
Measurements are obtained.
Die.
wirksame Kalibrierung der erfindungsgemäßen Koordinatenmeßmaschine
an Ort und Stelle wird durch die Verwendung einer Bezugskugel zur Bestimmung
der Genauigkeit des Systems verbessert, wobei diese Bezugskugel
bei dem Untersatz der Koordinatenmeßmaschine angeordnet ist, um
Montagekomplikationen zu vermeiden. Außerdem umfaßt die Koordinatenmeßmaschine
der vorliegenden Erfindung Mittel zum Erstellen eines Meßprotokolls über die
volumetrische Genauigkeit auf einer zwischenzeitlichen Basis, wobei
vorzugsweise eine neuartige Konus/Kugel-Stabvorrichtung verwendet
wird.The.
effective calibration of the coordinate measuring machine according to the invention
in place is determined by the use of a reference sphere for determination
the accuracy of the system improves, with this reference ball
at the subset of the coordinate measuring machine is arranged to
Avoid assembly complications. In addition, the coordinate measuring machine includes
the present invention means for establishing a measurement protocol on the
volumetric accuracy on an interim basis, where
preferably a novel cone / ball rod device used
becomes.
Die
obenerwähnten
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für Fachleute
auf diesem Gebiet aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den
Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:The
mentioned above
and other features and advantages of the present invention
for professionals
in this field from the detailed description below and the
Drawings visible. Show it:
1, eine schematische Vorderansicht,
die das dreidimensionale Meßsystem
der vorliegenden Erfindung wiedergibt, das eine Koordinatenmeßmaschine,
eine Controllerbox und einen Zentralcomputer umfaßt. 1 Fig. 12 is a schematic front view showing the three-dimensional measuring system of the present invention including a coordinate measuring machine, a controller box and a central computer.
2, eine Seitenansicht, die
den auf der Serienbox angebrachten Zentralcomputer wiedergibt, wobei
diese Serienbox wiederum auf einem manövrierbaren Arm angebracht ist. 2 , A side view showing the mounted on the serial box central computer, this series box is in turn mounted on a maneuverable arm.
3, eine Seitenansicht des
dreidimensionalen Meßsystems
der vorliegenden Erfindung, das auf einem Theodolitenstativ angebracht
ist. 3 Figure 4 is a side view of the three-dimensional measurement system of the present invention mounted on a theodolite stand.
4, eine Rückansicht
der in der 1 wiedergegebenen
Koordinatenmeßmaschine. 4 , a back view of the in the 1 reproduced Koordinatenmeßmaschine.
5, eine Längsansicht,
teilweise im Schnitt, der Koordinatenmeßmaschine der 1. 5 , a longitudinal view, partly in section, of the coordinate measuring the 1 ,
6, eine explodierte Seitenansicht
eines bei der Koordinatenmeßmaschine
der 1 verwendeten Übertragungsgehäuses. 6 , an exploded side view of the coordinate measuring machine of the 1 used transmission housing.
6A und 6B, Schnittansichten gemäß der Schnittlinie
6A-6A bzw. 6B-6B der 6. 6A and 6B , Sectional views along the section line 6A-6A and 6B-6B of 6 ,
7, ein vertikaler Schnitt
von zwei zusammengebauten, senkrecht zueinander angeordneten Übertragungsgehäusen. 7 , A vertical section of two assembled, perpendicular to each other transmission housings.
8, ist eine vergrößerte Seitenansicht
einer kompensierten Federvorrichtung, die bei der Koordinatenmeßmaschine
der 1 verwendet wird. 8th FIG. 11 is an enlarged side view of a compensated spring device used in the coordinate measuring machine of FIG 1 is used.
9A und 9B; eine Draufsicht bzw. eine Druntersicht,
die die Griff/Sonden-Einheit der 1 wiedergeben. 9A and 9B ; a top view and a bottom view, the handle / probe unit of 1 play.
10A und 10B, Seitenansichten einer Kugelsonde
bzw. einer Spitzensonde. 10A and 10B Side views of a ball probe or a tip probe.
11, eine vergrößerte Vorderansicht
der Controllerbox der 1. 11 , an enlarged front view of the controller box 1 ,
12, eine vergrößerte Rückansicht
der Controllerbox der 1. 12 , an enlarged rear view of the controller box the 1 ,
13, eine schematische Ansicht
der elektronischen Komponenten für
das dreidimensionale Meßsystem
der 1. 13 , a schematic view of the electronic components for the three-dimensional measuring system of 1 ,
14, eine Seitenansicht der
Koordinatenmeßmaschine
der 1, wobei diese Seitenansicht ein
Sondenspitzen-Kalibriersystem wiedergibt. 14 , a side view of the coordinate measuring the 1 This side view reproduces a probe tip calibration system.
15, eine schematische Draufsicht,
die eine Methode zum Kalibrieren der Sondenspitze veranschaulicht. 15 , a schematic plan view, the illustrates a method for calibrating the probe tip.
16, eine Seitenansicht der
Koordinatenmeßmaschine
der 1, wobei die Koordinatenmeßmaschine
mit einem Kugelstab kalibriert wird. 16 , a side view of the coordinate measuring the 1 wherein the coordinate measuring machine is calibrated with a ball bar.
17 und 18, Seitenansichten der Koordinatenmeßmaschine
der 1, wobei die Koordinatenmeßmaschine
mit einer neuartigen Konus/Kugel-Stabvorrichtung kalibriert wird. 17 and 18 , Side views of the coordinate of the 1 wherein the coordinate measuring machine is calibrated with a novel cone / ball bar device.
19, eine Seitenansicht,
die eine Methode zur Optimierung der Koordinatenmeßmaschine der 1 veranschaulicht, wobei
eine Optimierungs-Aufspannvorrichtung
verwendet wird. 19 , a side view illustrating a method of optimizing the coordinate measuring machine of 1 illustrates using an optimization jig.
20A-E, eine Vorderansicht,
eine Rückansicht,
eine Draufsicht, eine rechte Seitenansicht bzw. eine linke Seitenansicht
der Präzisionsschrittlehre,
die bei der Aufspannvorrichtung der 19 verwendet
wird. 20A -E, a front view, a rear view, a plan view, a right side view and a left side view of the Präzisionsschretzehre, in the jig the 19 is used.
21, eine schematische Ansicht,
die eine Methode zur Optimierung der Koordinatenmeßmaschine
der 1 veranschaulicht,
wobei bei dieser Optimierung die Vorrichtung der 19 verwendet wird. 21 , a schematic view showing a method of optimizing the coordinate measuring machine of 1 illustrates, wherein in this optimization, the device of the 19 is used.
Zunächst wird
auf die 1 Bezug genommen.
Das dreidimensionale Meßsystem
der vorliegenden Erfindung weist im allgemeinen eine Koordinatenmeßmaschine
(KMM) 10 auf, die aus einem manuell betätigten, mehrgelenkigen Arm 12 und
einem Untersatz bzw. einem Sockel 14, einer Controllerbox
bzw. einer Serienbox 16, und einem Zentralcomputer 18 besteht.
Es ist ersichtlich, daß die
KMM 10 in elektronischer Verbindung mit der Serienbox 16 steht,
die wiederum in elektronischer Verbindung mit dem Zentralcomputer 18 steht.First, on the 1 Referenced. The three-dimensional measuring system of the present invention generally comprises a coordinate measuring machine (CMM). 10 on, which consists of a manually operated, multi-jointed arm 12 and a pedestal or pedestal 14 , a controller box or a serial box 16 , and a central computer 18 consists. It can be seen that the KMM 10 in electronic connection with the serial box 16 which, in turn, is in electronic communication with the central computer 18 stands.
Wie
nachstehend ausführlicher
erklärt
wird, umfaßt
die KMM 10 Transducer (beispielsweise einen Transducer
für jeden
Freiheitsgrad), die Drehungspositionsdaten sammeln und diese Daten
nach der Serienbox 16 weiterleiten. Die Serienbox 16 bewirkt
eine Verringerung der Gesamtanforderungen an den Zentralcomputer 18 hinsichtlich
der Ausführung
gewisser komplexer Berechnungen, und führt gewisse vorherige Datenverarbeitungen
aus. Wie in der 2 gezeigt
ist, ist vorgesehen, die Serienbox 16 unter dem Zentralcomputer 18 (wie
beispielsweise dem in der 2 wiedergegebenen
Notebook-Computer) anzuordnen. Die Serienbox 16 umfaßt EEPROMS,
die Datenverarbeitungs-Software enthalten,
einen Microcomputer-Prozessor, eine Signalverarbeitungs-Platine,
und eine Reihe von Anzeigelampen 20. Wie erwähnt wurde,
werden die grundlegenden Transducerdaten von der KMM 10 nach
der Serienbox 16 weitergeleitet. Die Serienbox 16 verarbeitet
dann die Transducer-Ursprungsdaten auf fortlaufender Basis und antwortet
auf die Abfragen des Zentralcomputers mit der gewünschten
dreidimensionalen Positions- und Orientierungsinformation.As will be explained in more detail below, the KMM 10 Transducers (for example, a transducer for each degree of freedom) that collect rotational position data and that data after the serial box 16 hand off. The series box 16 causes a reduction in the total requirements for the central computer 18 with regard to the execution of certain complex computations, and performs some previous data processing. Like in the 2 is shown, the serial box is provided 16 under the central computer 18 (such as in the 2 reproduced notebook computer). The series box 16 includes EEPROMs containing data processing software, a microcomputer processor, a signal processing board, and a series of indicator lights 20 , As mentioned, the basic transducer data is provided by the KMM 10 after the serial box 16 forwarded. The series box 16 then processes the transducer source data on an ongoing basis and responds to the central computer queries with the desired three-dimensional position and orientation information.
Vorzugsweise
sind alle drei Komponenten, die das dreidimensionale Meßsystem
festlegen (das heißt,
die KMM 10, die Serienbox 16, und der Zentralcomputer 18)
entweder mittels einer starren Platte auf einer festen Montageoberfläche angebracht,
oder auf einem Standardgewinde eines optischen Meßgerätes, und
danach auf einem bekannten, mobilen Theodoliten-Standardstativ angebracht,
wie dies bei 22 in der 3 gezeigt
ist. Vorzugsweise weist das Theodolitenstativ 22 ein von
Brunson (USA) hergestelltes Teil Nr. MWS750 auf. Ein solches mobiles Stativ
ist gekennzeichnet durch eine stabile, Rollplattform mit einem ausziehbaren
vertikalen Turm, sowie mit üblichen
Zusatzeinrichtungen und Feststellvorrichtungen. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist der Untersatz 14 der
KMM 10 mittels eines Gewindes oder auf andere Weise auf
einem vertikalen Tragelement 24 des Stativs 22 angebracht,
während die
Serienbox 16/der Zentralcomputer 18 von einem Tablett 26 getragen
wird, das bei einem ersten Gelenk 28 mit einem Arm 30 schwenkbar
verbunden ist, der mit einem zweiten Gelenk 32 schwenkbar
verbunden ist. Das Verbindungselement 34 verbindet das
Gelenk 32 mit einer Drehgelenkverbindung 36, die
an einer auf dem oberen Ende des Tragelements 24 angebrachten
Abdeckkappe 38 befestigt ist.Preferably, all three components that define the three-dimensional measuring system (that is, the KMM 10 , the serial box 16 , and the central computer 18 ) mounted either on a rigid mounting surface by means of a rigid plate, or on a standard thread of an optical measuring device, and then mounted on a known, mobile theodolite standard stand, as in 22 in the 3 is shown. Preferably, the theodolite stand 22 a part no. MWS750 manufactured by Brunson (USA). Such a mobile tripod is characterized by a stable, rolling platform with an extendable vertical tower, as well as with conventional ancillary equipment and locking devices. As in the 2 and 3 is shown is the pedestal 14 the KMM 10 by means of a thread or otherwise on a vertical support element 24 of the tripod 22 attached while the serial box 16 / the central computer 18 from a tray 26 is worn at a first joint 28 with one arm 30 pivotally connected to a second joint 32 pivotally connected. The connecting element 34 connects the joint 32 with a hinge connection 36 attached to one on the upper end of the support element 24 attached cap 38 is attached.
Unter
Bezugnahme auf die 1 und 4-9 wird nun die KMM 10 im einzelnen
beschrieben. Wie am besten in der 5 zu
sehen ist, weist die KMM 10 den Untersatz 14 auf,
der mit einem ersten Satz aus zwei Übertragungsgehäusen verbunden
ist, der ein erstes Übertragunggehäuse 40 und
ein damit verbundenes, zweites Übertragungsgehäuse 42 umfaßt (das
senkrecht zu dem Übertragungsgehäuse 40 angeordnet
ist). Ein erstes Verlängerungselement 44 ist an
einem zweiten Satz aus zwei Übertragungsgehäusen starr
befestigt, der ein drittes Übertragungsgehäuse 46 und
ein senkrecht dazu befestigtes, viertes Übertragungsgehäuse 48 umfaßt. Das
erste Verlängerungselement 44 ist
zwischen den Übertragungsgehäusen 42 und 46 senkrecht
zu diesen Übertragungsgehäusen angeordnet.
Ein zweites Verlängerungselement 50 ist
entsprechend dem Übertragungsgehäuse 48 ausgerichtet
und – daran
starr befestigt. Das starre Verlängerungselement 50 ist starr
befestigt an einem dritten Satz aus zwei Übertragungsgehäusen, der
ein fünftes Übertragungsgehäuse 52 und
ein senkrecht dazu befestigtes, sechstes Übertragungsgehäuse 54 umfaßt. An dem
sechsten Übertragungsgehäuse 54 ist
eine Griff/Sonden-Einheit 56 befestigt.With reference to the 1 and 4 - 9 is now the KMM 10 described in detail. How best in the 5 can be seen, points out the KMM 10 the pedestal 14 which is connected to a first set of two transmission housings, which is a first transmission housing 40 and a second transmission housing connected thereto 42 includes (perpendicular to the transmission housing 40 is arranged). A first extension element 44 is rigidly attached to a second set of two transmission housings, which is a third transmission housing 46 and a vertically mounted fourth transfer housing 48 includes. The first extension element 44 is between the transmission housings 42 and 46 arranged perpendicular to these transmission housings. A second extension element 50 is according to the transmission housing 48 aligned and - rigidly attached. The rigid extension element 50 is rigidly attached to a third set of two transmission housings, which is a fifth transmission housing 52 and a vertically attached thereto, sixth transmission housing 54 includes. On the sixth transmission housing 54 is a handle / probe unit 56 attached.
Im
allgemeinen (und wie nachstehend ausführlicher erklärt wird)
ist in jedem der sechs Übertragungsgehäuse 40, 42, 46, 48, 52, 54 ein
Positionsfühler-Transducer
angebracht. Jedes Übertragungsgehäuse weist
ein Lagergehäuse
und eine Transducerkammer auf, die so ausgelegt sind, daß sie mittels unter
45° angeordneter
Befestigungsschrauben zylindrisch miteinander verbunden werden (6). Bei dem Untersatz 14 ist
eine kompensierte Federvorrichtung 60 angeordnet, um den
Arm 12 in seiner vertikalen Standardkonfiguration zu halten
(8).In general (and as will be explained in more detail below) in each of the six transmissions supply housing 40 . 42 . 46 . 48 . 52 . 54 a position sensor transducer mounted. Each transmission housing has a bearing housing and a transducer chamber, which are designed so that they are connected by means of 45 ° arranged fastening screws cylindrically with each other ( 6 ). At the pedestal 14 is a compensated spring device 60 arranged to the arm 12 in its standard vertical configuration ( 8th ).
Nun
wird zu den 6 und 7 übergegangen, um das Übertragungsgehäuse und
seine inneren Komponenten ausführlich
zu beschreiben. Die 6 ist
eine explodierte Darstellung eines Übertragungsgehäuses, während die 7 eine vergrößerte Ansicht
der senkrecht zueinander angeordneten und miteinander verbundenen Übertragungsgehäuse (das
heißt,
der Gehäuse 46 und 48)
ist. Jedes Gehäuse
umfaßt
einen inneren Träger 62 und
eine äußere Hülse 64.
Die mechanische Stabilität
zwischen dem inneren Träger 62 und
der äußeren Hülse 64 wird
durch zwei in Gegenposition angeordnete (das heißt, entgegengesetzt angeordnete),
Kegelrollenlager 66, 68 sichergestellt, die so
angeordnet sind, daß sie
gegen ihre konischen Laufring-Sitze 70, 72 gepreßt werden.
Die konischen Laufring-Sitze 70 und 72 sind in
die Hülse 64 dauerhaft
eingepreßt.
Der innere Träger 62 umfaßt eine
Welle 122, die sich bis zu dem Gewinde 74 erstreckt.
Die Kegelrollenlager 66, 68 bestehen vorzugsweise
aus gehärtetem
Stahl, während
die Laufring-Sitze 70, 72 ebenfalls
aus gehärtetem
Stahl bestehen.Now become the 6 and 7 In order to describe the transmission housing and its inner components in detail. The 6 is an exploded view of a transfer case while the 7 an enlarged view of the mutually perpendicular and interconnected transmission housing (that is, the housing 46 and 48 ). Each housing comprises an inner support 62 and an outer sleeve 64 , The mechanical stability between the inner support 62 and the outer sleeve 64 is provided by two tapered roller bearings arranged in opposite positions (that is, oppositely arranged) 66 . 68 ensured, which are arranged so that they are against their conical raceway seats 70 . 72 be pressed. The conical raceway seats 70 and 72 are in the sleeve 64 permanently pressed. The inner carrier 62 includes a shaft 122 extending to the thread 74 extends. The tapered roller bearings 66 . 68 are preferably made of hardened steel while the raceway seats 70 . 72 also made of hardened steel.
Während des
Zusammenbaus des Übertragungsgehäuses 48 wird
eine Druckkraft mittels einer Mutter 73 ausgeübt, die
auf dem Gewinde 74 bis zu einem spezifischen Drehmoment 74 festgezogen wird,
wodurch ein vorgespanntes Lager erhalten wird, das unter üblichen
Belastungen keine andere Bewegung als eine axiale Drehung ausführt. Da
ein niedriges Profil für
einen solchen Arm während
der manuellen Handhabung erforderlich ist, und mit diesem niedrigen
Profil eine Verminderung der Gesamtsteifigkeit verbunden ist, ist
es besser, und bei gewissen Anwendungen in der Tat erforderlich,
außerdem ein
Axialdrucklager 76 an der Grenzfläche zwischen dem inneren Träger 62 und
der Hülse 64 einzubauen. Das
Axialdrucklager 76 bewirkt eine zusätzliche mechanische Steifigkeit
zwischen dem Träger 62 und der
Hülse 64 des Übertragungsgehäuses. Das
Axialdrucklager 76 weist fünf Elemente auf, die einen
Axialdruck-Einstellring 300, einen ersten, flachen, ringförmigen Laufring 302,
Rollelemente mit Käfig 304, einen
zweiten, ringförmigen
Laufring 306, und eine entgegenwirkende Axialdruckkappe 308 umfassen. Das
Axialdrucklager 76 wird durch eine Reihe von Einstellschrauben 78 eingestellt
und bewirkt eine hohe Biegesteifigkeit. Der Transducer (vorzugsweise ein
Encoder 80, wie er bei Heidenhain unter der Bezeichnung "Mini-Rod", Teile-Nr. 450M-03600,
erhältlich
ist) wird an einer universellen Montageplatte 82 befestigt,
um ihn in das Übertragungsgehäuse einzubauen.
Die universelle Montageplatte 82 ist wichtig, um eventuelle
Probleme mit Komponenten, wie beispielsweise eine Änderung
bei der Fertigung des Transducers 80, zu vermeiden, wobei
eine Änderung der
Konfiguration der Montageschrauben durch Änderungen bei der Montageplatte 82 ausgeglichen werden
kann. Die Montageplatte 82 ist in der 6A als Platte von dreieckiger Form mit
verrundeten Ecken wiedergegeben. In der 6A sind außerdem Gewindeelemente 88 und 90,
eine Welle oder ein Stift 86, und ein Kuppler 84 wiedergegeben
(die alle nachstehend erklärt
werden).During assembly of the transmission housing 48 becomes a pressing force by means of a nut 73 exercised on the thread 74 up to a specific torque 74 is tightened, whereby a preloaded bearing is obtained, which performs under normal loads no movement other than an axial rotation. Since a low profile is required for such an arm during manual handling, and with this low profile associated with a reduction in overall stiffness, it is better, and indeed required in some applications, to have an axial thrust bearing 76 at the interface between the inner support 62 and the sleeve 64 install. The thrust bearing 76 causes additional mechanical rigidity between the carrier 62 and the sleeve 64 of the transmission housing. The thrust bearing 76 has five elements that provide an axial pressure adjustment ring 300 , a first, flat, annular race 302 , Rolling elements with cage 304 , a second annular race 306 , and a counteracting thrust cap 308 include. The thrust bearing 76 is through a series of adjusting screws 78 set and causes a high bending stiffness. The transducer (preferably an encoder 80 , as Heidenhain under the name "Mini Rod", part no. 450M-03600, available) is attached to a universal mounting plate 82 attached to install in the transmission housing. The universal mounting plate 82 is important to any component issues, such as a change in transducer manufacturing 80 , avoiding a change in the configuration of the mounting screws due to changes in the mounting plate 82 can be compensated. The mounting plate 82 is in the 6A reproduced as a plate of triangular shape with rounded corners. In the 6A are also threaded elements 88 and 90 , a wave or a pen 86 , and a coupler 84 (which are all explained below).
Drehungsmessungen
von hoher Genauigkeit unter Verwendung von Encodern 80 erfordern,
daß keine
Lasten auf die Encoder einwirken, und daß die Bewegung des Übertragungsgehäuses trotz
kleiner Falschausrichtungen der Achse des Übertragungsgehäuses und
der Achse des Encoders auf den Encoder genau übertragen wird. Die Winkelübertragungsfehler
sind Fachleuten auf diesem Gebiet aus den Veröffentlichungen über Encoder
gut bekannt. Ein Kuppler 84, wie er bei Rembrandt (USA)
unter der Bezeichnung B1004R51R erhältlich ist, steht mit dem Encoder 80 in
Verbindung. Eine Verlängerungswelle 86 wird
verwendet, um den Encoder 80 schließlich mit dem Träger 62 zu
verbinden. Die Welle 86 wird sowohl über das Gewinde 74 mit
dem Träger 62, als
auch mittels der Einstellschrauben 88, 90 mit
dem Kuppler 84 verbunden (siehe 7). Gemäß einem wichtigen Merkmal der
vorliegenden Erfindung wird eine Vorverstärker-Platine 92 nahe
bei dem Encoder 80 angeordnet und (mittels Schrauben 94)
auf der inneren Seite einer Abdeckkappe 96 befestigt. Die
Abdeckkappe ist mit der Schraube 97 an der Hülse 64 befestigt.
Ein Übergangsgehäuse 98 verbindet
die Abdeckkappe 96 mittels der Schraube 97 und
der Schrauben 100 mit der Hülse 64. Die Abdichtung
des Übertragungsgehäuses gegenüber der
Umgebung erfolgt an der Verbindungsstelle mit Hilfe einer O-Ring-Nut 102,
in der ein Standard-Gummi-O-Ring 104 angebracht wird. Eine
Drehungs-Endanschlag 106 (wird weiter unten erklärt), der
in der 6B am besten
sichtbar ist, weist ein Metallgehäuse von quadratischer Form
mit einer durchgehende Öffnung
auf, das mit der Schraube 108 über diese Öffnung auf der Hülse 64 befestigt
ist. Kabel-Durchführungstüllen zur Verhinderung
von Abrieb bei längerer
Verwendung sind bei 110 bzw. 112 auf dem Träger 62 und
der Hülse 64 angebracht.
Ein Positionierungsstift 114 wird in eine komplementär geformte
Aussparung 116 in dem Träger 62 eingeschoben,
um die relative Orientierung von zwei aneinandergrenzenden Übertragungsgehäusen aufrechtzuerhalten.High accuracy rotation measurements using encoders 80 require that no loads act on the encoders, and that the movement of the transfer housing is accurately transmitted to the encoder despite minor misalignments of the axis of the transfer housing and the axis of the encoder. The angular transmission errors are well known to those skilled in the art from the publications on encoders. A coupler 84 , as available from Rembrandt (USA) under the designation B1004R51R, stands with the encoder 80 in connection. An extension shaft 86 is used to the encoder 80 finally with the carrier 62 connect to. The wave 86 is both about the thread 74 with the carrier 62 , as well as by means of adjusting screws 88 . 90 with the coupler 84 connected (see 7 ). In accordance with an important feature of the present invention, a preamplifier board is provided 92 next to the encoder 80 arranged and (by means of screws 94 ) on the inner side of a cap 96 attached. The cap is with the screw 97 on the sleeve 64 attached. A transition housing 98 connects the cap 96 by means of the screw 97 and the screws 100 with the sleeve 64 , The sealing of the transmission housing with respect to the environment is carried out at the junction by means of an O-ring groove 102 in which a standard rubber O-ring 104 is attached. A turn-stop 106 (will be explained later), which in the 6B is best seen, has a metal housing of square shape with a through opening, which with the screw 108 over this opening on the sleeve 64 is attached. Cable grommets to prevent abrasion during prolonged use are included 110 respectively. 112 on the carrier 62 and the sleeve 64 appropriate. A positioning pin 114 becomes a complementarily shaped recess 116 in the carrier 62 inserted to maintain the relative orientation of two adjacent transmission housings.
Nun
wird auf die 7 Bezug
genommen. Zum Schutze vor der Umgebung und aus anderen Gründen ist
es wichtig, daß alle
Kabel vollständig
verborgen sind und folglich innerhalb des Armes 12 untergebracht
sind. In der 7 sind
zwei zusammengebaute Übertragungsgehäuse 46, 48 wiedergegeben,
die senkrecht zueinander miteinander verbunden sind, und bei denen
die Verlegung von Kabeln veranschaulicht ist. Es ist ersichtlich,
daß während der
Verwendung der KMM 10 die Encoderinformation von dem Encoder 80 nach
der Prozessor-Platine 92 weitergeleitet wird über das
Kabel 118, das danach über
maschinell angebrachte Durchgänge
durch den Arm hindurchgeführt
wird.Now on the 7 Referenced. To protect against the environment and for other reasons, it is important that all cables ver fully are borrowed and therefore within the arm 12 are housed. In the 7 are two assembled transmission housings 46 . 48 reproduced, which are connected to each other perpendicular to each other, and in which the laying of cables is illustrated. It can be seen that during use of the KMM 10 the encoder information from the encoder 80 after the processor board 92 is forwarded via the cable 118 , which is then passed through machine-mounted passages through the arm.
Das
Kabel 118 wird dann durch einen Kanal in der Welle 122 des
inneren Trägers 62 des Übertragungsgehäuses 46 und
durch eine mit einer Kabeldurchführungstülle versehene
Bohrung 124 geführt, wonach
es in einen großen
Hohlraum 126 gelangt, der in der äußeren Hülse 64 des Übertragungsgehäuses 46 maschinell
angebracht ist. Der Hohlraum 126 ermöglicht die Aufwicklung der
Kabel während der
Drehung der Hülse
und ist so ausgelegt, daß kein Kabelabrieb
und nur eine minimale Kabelbiegung hervorgerufen wird. Da das Kabel
die Drehbarkeit begrenzt, ist eine sich nicht über den vollen Umfang erstreckende,
kreisförmige
Nut 128 vorgesehen, in der eine Endanschlagschraube 130 angeordnet
ist, die die Drehung begrenzt, und zwar in diesem Fall auf 330°. Es ist
ersichtlich, daß der
Durchgangskanal 120 und die Kabelaufwickel-Hohlräume 122 in
jedem Übertragungsgehäuse vorgesehen
sind, wodurch. die Kabel bis hinunter zu dem bei dem Untersatz 14 angebrachten
Steckverbinder geführt
werden können,
so daß kein
Kabel offen verlegt ist.The cable 118 is then through a channel in the shaft 122 of the inner wearer 62 of the transmission housing 46 and through a bore provided with a grommet 124 led, after which it enters a large cavity 126 that gets in the outer sleeve 64 of the transmission housing 46 is mechanically attached. The cavity 126 Allows winding of the cables during rotation of the sleeve and is designed so that no cable abrasion and minimal cable bending is caused. Because the cable limits rotation, there is a circular groove that does not extend over the full circumference 128 provided in which an end stop screw 130 is arranged, which limits the rotation, in this case to 330 °. It can be seen that the passageway 120 and the cable take-up cavities 122 are provided in each transmission housing, whereby. the cables down to the one at the pedestal 14 mounted connector can be performed so that no cable is laid open.
Nun
wird zu der 8 übergegangen.
Die Bauweise des Aluminiumarms, sowie der verschiedenen Lager und
Transducer ergibt ein Gesamtgewicht von ungefähr 4,5 bis 6,8 kg (10 bis 15
pounds) bei der Sonden/Griff-Einheit 56 der KMM 10.
Unter normalen Umständen
würde dieses
Gewicht eine beträchtliche
Ermüdung
des Benutzers hervorrufen, und daher muß es kompensiert werden. Eine
Kompensation durch Gewichte ist im Hinblick auf die Transportierbarkeit
nicht zu empfehlen, da dadurch das Gesamtgewicht der Vorrichtung
wesentlich erhöht
würde.
Daher ist die Kompensation bei einer bevorzugten Ausführungsform
mittels der Kompensationsvorrichtung 60 verwirklicht, die
eine in einem Kunststoffgehäuse 134 untergebrachte
Torsionsfeder 132 aufweist und um das Übertragungsgehäuse 42 herum
bei dem Untersatz 14 angebracht ist, um den Arm 12 aufzurichten.
Die spiralförmige
Torsionsfeder 132 kann in vielen verschiedenen Positionen angebracht
werden, die die Gesamtvorspannung beeinflussen, und kann daher bei
vielen verschiedenen Längen
und Gewichten des Armes 12 verwendet werden. Infolge des
Gewichts des Armes 12 und der Wirkung der aufgewickelten
Feder können
in ähnlicher
Weise erhebliche Stoßbelastungen
auftreten, wenn der Arm in die Aufbewahrungsposition zurückbewegt
wird. Um eine große
Stoßwirkung
beim Einfahren des Armes zu verhindern, ist in dem Kunststoffgehäuse 134 der
Kompensationsfedervorrichtung 60 außerdem ein Luftkolben-Stoßdämpfer 136 vorgesehen.
Dieser Stoßdämpfer 136 bewirkt
eine Absorption der Stoßbelastung
und eine langsame Rückführung in
die Ruheposition. Es ist ersichtlich, daß der Stoßdämpfer in der 8 in einer eingefahrenen Position wiedergegeben
ist, während
er in den 16-18 in der voll ausgefahrenen
Position wiedergegeben ist.Now it becomes the 8th passed. The design of the aluminum arm, as well as the various bearings and transducers, gives a total weight of approximately 4.5 to 6.8 kg (10 to 15 pounds) at the probe / handle unit 56 the KMM 10 , Under normal circumstances, this weight would cause considerable fatigue of the user, and therefore it must be compensated. A compensation by weights is not recommended in terms of portability, as this would significantly increase the overall weight of the device. Therefore, in a preferred embodiment, the compensation is by means of the compensation device 60 realized, the one in a plastic housing 134 accommodated torsion spring 132 and around the transmission housing 42 around at the pedestal 14 is attached to the arm 12 raise. The spiral torsion spring 132 can be mounted in many different positions that affect the overall prestressing, and therefore can with many different lengths and weights of the arm 12 be used. As a result of the weight of the arm 12 and the action of the coiled spring can similarly cause significant shock loads when the arm is returned to the storage position. To prevent a large impact when retracting the arm is in the plastic housing 134 the compensation spring device 60 also an air piston shock absorber 136 intended. This shock absorber 136 causes absorption of the shock load and a slow return to the rest position. It can be seen that the shock absorber in the 8th is shown in a retracted position while in the 16 - 18 is shown in the fully extended position.
In
den 9A und 9B ist eine Draufsicht bzw.
eine Druntersicht der Sonden/Griff-Einheit 56 wiedergegeben.
Die Sonden/Griff-Einheit 56 kann wie ein Bleistift oder
ein Pistolengriff gehalten werden und weist zwei Schalter (Kennziffer 150 und 152 in der 9A) zur Datenerfassung,
einen Steckverbinder (Kennziffer 154 in der 9B) zum Anschluß von wahlfreier
Elektronik, und einen Gewindeansatz 156 zur Aufnahme einer
Vielzahl von Sonden auf. Da die KMM 10 eine manuelle Meßvorrichtung
ist, muß der Benutzer
die Möglichkeit
haben, zunächst
einen Meßwert
zu erfassen, und dann zu bestätigen,
ob die Messung annehmbar oder nicht annehmbar ist. Dies erfolgt
mit Hilfe von zwei Schaltern 150, 152. Der vordere
Schalter 150 wird verwendet, um die dreidimensionale Dateninformation
festzuhalten, und mit dem hinteren Schalter 152 wird die
Dateninformation bestätigt
und nach dem Zentralcomputer 18 weitergeleitet. Auf der
Rückseite
des Schaltergehäuses 58 (Schalter 150, 152)
ist ein Steckverbinder 154 angebracht, der eine Reihe von
Spannungsleitungen- und Analog/Digital-Konverter-Leitungen für den Anschluß verschiedener
Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise ein Laserscanner oder eine
Berührungssonde aufweist.
Auf die Griffeinheit 56 kann eine Vielzahl von Sonden aufgeschraubt
werden. In der 10A ist
eine Sonde 158 mit einer harten Kugel von 6,35 mm (1/4
inch) Durchmesser wiedergegeben, während in der 10B eine Spitzensonde 160 wiedergegeben
ist. Beide Sonden 158, 160 sind, beispielsweise
mittels eines Außengewindes,
auf dem Ansatz 156 angebracht, während der Ansatz 156 mittels
eines Gewindes auf dem Sondengehäuse 58 angebracht
ist. Der Ansatz umfaßt
außerdem
eine Vielzahl von Abflachungen 159, um die Sonden mit Hilfe
eines Schraubenschlüssels
leichter ein- und ausbauen zu können.In the 9A and 9B is a top view and a bottom view of the probe / handle unit 56 played. The probes / handle unit 56 Can be held like a pencil or a pistol grip and has two switches (code number 150 and 152 in the 9A ) for data acquisition, a connector (code 154 in the 9B ) for connection of optional electronics, and a threaded approach 156 for receiving a plurality of probes. Because the KMM 10 is a manual measuring device, the user must be able to first acquire a reading and then confirm whether the reading is acceptable or unacceptable. This is done by means of two switches 150 . 152 , The front switch 150 is used to capture the three-dimensional data information and the back switch 152 the data information is confirmed and sent to the central computer 18 forwarded. On the back of the switch housing 58 (Switch 150 . 152 ) is a connector 154 attached, which has a number of voltage line and analog / digital converter lines for the connection of various accessories, such as a laser scanner or a touch probe. On the handle unit 56 a variety of probes can be screwed on. In the 10A is a probe 158 reproduced with a hard bullet of 1/4 inch diameter, while in the 10B a tip probe 160 is reproduced. Both probes 158 . 160 are, for example by means of an external thread, on the approach 156 attached during the approach 156 by means of a thread on the probe housing 58 is appropriate. The approach also includes a variety of flats 159 to be able to easily install and remove the probes with the aid of a wrench.
Nun
wird zu den 11 und 12 übergegangen. Nachstehend wird
die Controllerbox bzw. die Serienbox 16 beschrieben. In
der 11 ist die Vorderseite
der Frontplatte 162 des Kontrollers bzw. der Serienbox
wiedergegeben. Die Frontplatte 162 weist 8 Anzeigelampen
auf, und zwar eine Netzkontrollampe 164, eine Fehlerzustandslampe 166,
und sechs Anzeigelampen 20, nämlich eine für jeden
der sechs Transducer (bezeichnet mit den Ziffern 1–6), die
in den einzelnen Übertragungsgehäusen untergebracht sind.
Wenn die Netzspannung eingeschaltet wird, leuchtet die Netzkontrollampe
auf, um anzuzeigen, daß der
Arm 12 Spannung erhält.
Dann zeigen die sechs Transducer-Anzeigelampen den Zustand der einzelnen
Transducer an. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die Transducer inkrementale digitale optische Encoder 80,
die die Festlegung einer Bezugsposition erfordern. (Bei einer weniger
bevorzugten Ausführungsform
können
die Transducer analoge Vorrichtungen sein.) Zu Beginn der Messungen
muß daher
jedes der sechs Gelenke (das heißt, die Übertragungsgehäuse) gedreht
werden, bis die Bezugsposition erreicht wird, bei der alle sechs
Anzeigelampen erlöschen.Now become the 11 and 12 passed. The following is the controller box or the serial box 16 described. In the 11 is the front of the front panel 162 reproduced by the controller or the series box. The front panel 162 has 8 indicator lights, one power indicator light 164 , a fault condition lamp 166 , and six indicator lights 20 namely one for each of the six transducers (denoted by the numbers 1-6) housed in the individual transmission housings are. When the mains voltage is switched on, the power indicator light comes on to indicate that the arm 12 Receives tension. Then the six transducer indicator lights indicate the state of the individual transducers. In a preferred embodiment of the present invention, the transducers are incremental digital optical encoders 80 that require the definition of a reference position. (In a less preferred embodiment, the transducers may be analogous devices.) Therefore, at the beginning of the measurements, each of the six joints (i.e., the transfer housings) must be rotated until the reference position is reached at which all six indicator lights go out.
Gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird, wenn sich während der
Benutzung der KMM 10 einer der Transducer bis auf 2 Grad
dem Drehungs- Endanschlag 106 nähert, der Benutzer
durch eine Anzeigelampe und einen Piepton für den betreffenden Transducer
darauf aufmerksam gemacht, daß der
Transducer zu nahe bei dem Endanschlag ist, und daß die Orientierung
des Armes für
die laufende Messung neu eingestellt werden sollte. Die Serienbox 16 mißt weiterhin,
aber die Erfassung von Daten ist erst dann wieder möglich, wenn dieser
Endanschlag-Zustand aufgehoben ist. Eine typische Situation, in
der dieses Endanschlag-Merkmal erforderlich ist, ist der Verlust
eines Freiheitsgrades infolge Drehung eines bestimmten Transducers
bis zu seiner Endanschlag-Grenze,
und folglich die Ausübung
von Kräften
auf den Arm, die nicht erfaßte
Abweichungen und Ungenauigkeiten bei der Messung verursachen.According to an important feature of the present invention, when during use of the KMM 10 one of the transducers to within 2 degrees of the rotation limit stop 106 The user is alerted by an indicator light and a beep to the transducer in question that the transducer is too close to the end stop and that the orientation of the arm should be readjusted for the current measurement. The series box 16 continues to measure, but the acquisition of data is only possible again when this limit stop state is canceled. A typical situation in which this end stop feature is required is the loss of a degree of freedom due to rotation of a particular transducer to its limit stop limit, and consequently the exertion of forces on the arm causing unrecognized deviations and measurement inaccuracies ,
Während des
Meßvorgangs
können
jederzeit viele verschiedene Übertragungs-
und Berechnungsfehler vorkommen, auf die der Benutzer durch Blinken
der Fehler-Anzeigelampe aufmerksam gemacht wird, wobei durch eine
Kombination der Anzeigelampen der sechs Transducer gemäß einem
Code der betreffende Fehlerzustand angezeigt wird. Es ist ersichtlich,
daß anstelle
der Frontplatte 162 wahlweise eine alphanumerische Flüssigkristallanzeige
verwendet werden kann, auf der alphanumerische Fehler- und Endanschlag-Warnungen
wiedergegeben werden.During the measurement process many different transmission and calculation errors can occur at any given time, to which the user is made aware by flashing of the error indication lamp, whereby a combination of the indicator lamps of the six transducers according to a code indicates the relevant error condition. It can be seen that instead of the front panel 162 Optionally, an alphanumeric liquid crystal display can be used to display alphanumeric error and end-of-turn warnings.
Nun
wird zu der 12 übergegangen.
Eine Rückseitenplatte 168 der
Serienbox 16 umfaßt
eine Vielzahl von PC Standard-Steckverbindern und Schaltern, einschließlich: einer
Rückstelltaste 170, die
den Mikroprozessor zurückstellt;
eines Netzteil-Ventilators 172 für die Luftumwälzung; eines Steckverbinders 174 für eine PC
AT-Standardtastatur; eines Steckverbinders 176 für eine wahlfreie VGA-Platine
zur Überwachung
der inneren Vorgänge der
Serienbox 16; eines Steckverbinders 178 für den Anschluß der vielen
verschiedenen Signalleitungen zur Übertragung der Meßdaten;
und eines Steckverbinders 180 als Standard-RS232-Anschluß für den Zentralcomputer 18.Now it becomes the 12 passed. A back panel 168 the serial box 16 includes a variety of standard PC connectors and switches, including: a reset button 170 which resets the microprocessor; a power supply fan 172 for air circulation; a connector 174 for a PC AT standard keyboard; a connector 176 for an optional VGA board to monitor the internal operations of the serial box 16 ; a connector 178 for the connection of the many different signal lines for the transmission of the measured data; and a connector 180 as standard RS232 connection for the central computer 18 ,
Die
Serienbox 16 überwacht
die Temperatur der KMM 10 und modifiziert in Echtzeit die
Kinematik oder Mathematik, die die Bewegung der KMM gemäß Formeln
berechnet, die die Ausdehnung und die Zusammenziehung der verschiedenen
Komponenten infolge von Temperaturänderungen beschreiben. Zu diesem
Zweck ist gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung eine Temperaturüberwachungs-Platine 182 (die
einen Temperatur Transducer umfaßt) bei dem zweiten Gelenk 42 innerhalb
einer Abdeckkappe 184 angeordnet (siehe die 4 und 5). Die KMM 10 wird vorzugsweise
aus Flugzeug-Aluminium gebaut und außen eloxiert. Vorzugsweise
wird der gesamte Arm 12 aus dem gleichen Material verwirklicht,
mit Ausnahme der Montageschrauben, die aus rostfreiem Stahl bestehen.
Das gleiche Material wird verwendet, um gleichmäßige Ausdehnungs- und Zusammenziehungsmerkmale bei
dem Arm 12 zu erhalten, und ihn geeigneter für eine elektronische
Kompensation zu machen. Noch wichtiger ist, daß wegen der äußerst großen Stabilität, die zwischen
allen Teilen über
den weiten Temperaturbereich erforderlich ist, keine differentielle
Wärmeausdehnung
zwischen den Teilen erfolgen darf. Wie erwähnt wurde, wird der Temperatur-Transducer 182 vorzugsweise
in dem Übertragungsgehäuse 42 angeordnet;
es wird nämlich
angenommen, daß an dieser
Stelle die größte Masse
gelegen ist, und diese Stelle sich daher nach einer großen Temperaturschwankung
zuletzt stabilisiert.The series box 16 monitors the temperature of the KMM 10 and modifies, in real time, the kinematics or math that computes the motion of the CMM according to formulas describing the expansion and contraction of the various components due to temperature changes. For this purpose, according to an important feature of the present invention, a temperature control board 182 (which includes a temperature transducer) at the second joint 42 within a cap 184 arranged (see the 4 and 5 ). The KMM 10 is preferably made of aircraft aluminum and anodized outside. Preferably, the entire arm 12 made of the same material, with the exception of the mounting screws, which are made of stainless steel. The same material is used to provide even expansion and contraction features on the arm 12 and to make it more suitable for electronic compensation. More importantly, because of the extremely high stability required between all parts over the wide temperature range, no differential thermal expansion must occur between the parts. As mentioned, the temperature transducer becomes 182 preferably in the transmission housing 42 arranged; namely, it is assumed that the largest mass is located at this point, and this point therefore stabilizes last after a large temperature fluctuation.
Nun
wird auf die 13 Bezug
genommen, in der die gesamte elektronische Schaltungsanordnung für die KMM 10 und
die Serienbox 16 wiedergegeben ist. Es sind sechs Encoder 80 wiedergegeben, wobei
jeder Encoder mit einer Verstärker-Platine 92 versehen
ist, die nahe bei ihm angeordnet ist, um ein möglichst geringes Rauschen bei
der Signalübertragung
zu erhalten. Außerdem
ist eine Zusatzeinrichtungs-Anschlußbuchse 154 wiedergegeben,
die ein sechspoliger Steckverbinder ist und auf der Griffeinheit 56 angebracht
ist, um zahlreiche verschiedene Zusatzeinrichtungen anschließen zu können. Weiterhin
sind zwei Steuertasten 150 und 152 wiedergegeben, über die
der Serienbox 16 der Meßvorgang angezeigt wird.Now on the 13 Reference is made in which the entire electronic circuitry for the KMM 10 and the serial box 16 is reproduced. There are six encoders 80 reproduced, each encoder with an amplifier board 92 arranged close to it, in order to obtain the lowest possible noise in the signal transmission. There is also an option socket 154 reproduced, which is a six-pin connector and on the handle unit 56 is attached to connect many different options. Furthermore, there are two control buttons 150 and 152 reproduced over the serial box 16 the measuring process is displayed.
Der
Temperatur-Transducer ist mit einer Temperatur-Platine 182 versehen, die ebenfalls
in dem Arm 12 untergebracht ist, wie in der 5 gezeigt ist. Gemäß noch einem
weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die
Temperatur-Platine 182 eine EEPROM-Platine auf. Ein EEPROM (electrically
erasable programmable read-only memory) ist eine kleine Computer-Speichereinheit,
die hier benutzt wird, um eine Vielzahl von spezifischen Kalibrier-
und Seriennummer-Daten über
den Arm zu speichern (siehe die Erklärung bezüglich der 19-21).
Dies ist ein sehr wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung,
das eine sehr gute Steuerung der KMM 10 ermöglicht,
und was wichtig ist, die versehentliche Vertauschung von Software
und Armen verhindert. Dies bedeutet auch, daß der Arm 12 der KMM
eine unabhängige
Vorrichtung ist, für
die keine spezifischen Kalibrierdaten in der Controllerbox 16 gespeichert
werden müssen,
die daher getrennt gewartet werden kann und/oder bei anderen Maschinen
verwendet werden kann.The temperature transducer is equipped with a temperature board 182 provided, which also in the arm 12 is housed, as in the 5 is shown. According to yet another important feature of the present invention, the temperature board 182 an EEPROM board. An EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) is a small computer memory unit that is used here for a variety of purposes of specific calibration and serial number data about the arm (see the explanation regarding the 19 - 21 ). This is a very important feature of the present invention, which is a very good control of the KMM 10 allows, and importantly, prevents the inadvertent swapping of software and poor. This also means that the arm 12 the KMM is an independent device for which there is no specific calibration data in the controller box 16 must be stored, which can therefore be maintained separately and / or used on other machines.
Die
Elektronik- und Impulsdaten von der Arm-Elektronik werden dann nach
einer kombinierten Analog/Digital-Konverter-Digitalzähler-Platine 186 übertragen,
die eine kombinierte Einheit mit einem 12 Bit-Analog/Digital-Konverter und einem
Multikanal-16 Bit-Digitalzähler
ist. Die Platine 186 ist an den Standard-Bus der Controllerbox
angeschlossen. Die Zählinformation
wird von dem Kernmodul 188 (der einen im Handel bei Ampro
erhältlichen
Intel 286-Mikroprozessor,
beispielsweise mit der Teile-Nr. CMX-281-Q51 aufweist) und Programmen, die in
einem ebenfalls in der Controllerbox enthaltenen EEPROM gespeichert
sind, verarbeitet. Die sich ergebenden Daten werden dann über den
Serienübertragungs-Port 189 übertragen.
Die Serienbox 16 auf Mikroprozessor-Basis ermöglicht eine
Vorverarbeitung von für
die KMM 10 spezifischen Berechnungen, die keine Verarbeitung
auf Zentralcomputer-Niveau erfordern. Typische Beispiele für solche
Vorprozessor-Berechnungen sind Koordinatensystem-Transformationen;
Umwandlung von Einheiten; Bocksprungtest von einem Koordinatensystem
nach einem anderen unter Verwendung einer Zwischenvorrichtung; Ausführung gewisser
Bestätigungsprozeduren,
einschließlich
Berechnung des Abstandes zwischen zwei Kugeln (wie beispielsweise
bei dem ANSI B89-Kugelstab); und Ausgeben der Daten in spezifischen
Formaten, die für
die Übertragung
nach vielen verschiedenen Zentralcomputern und Anwenderprogrammen
erforderlich sind.The electronics and pulse data from the arm electronics will then go to a combined analog to digital converter digital counter board 186 which is a combined unit with a 12-bit analog-to-digital converter and a multi-channel 16-bit digital counter. The board 186 is connected to the standard bus of the controller box. The count information is from the core module 188 (which has an Intel 286 microprocessor commercially available from Ampro, for example, part number CMX-281-Q51) and programs stored in an EEPROM also contained in the controller box. The resulting data is then transmitted via the serial transmission port 189 transfer. The series box 16 on a microprocessor basis allows pre-processing of for the KMM 10 specific calculations that do not require processing at the central computer level. Typical examples of such preprocessor calculations are coordinate system transformations; Conversion of units; Skip test from one coordinate system to another using an intermediate device; Performing certain confirmation procedures, including calculating the distance between two balls (such as the ANSI B89 ball bar); and outputting the data in specific formats required for transmission to many different central computers and user programs.
Die
Serienbox ist für
die Kommunikation mit einer Vielzahl von Zentralcomputer-Formaten,
einschließlich
PC, MSDOS, Windows, Unix, Apple, VME und andere ausgelegt. Die Serienbox
verarbeitet dabei die Transducer-Ursprungsdaten auf fortlaufender Basis
und antwortet auf die Informationsanforderungen oder die Abfragung
des Zentralcomputers mit der gewünschten
dreidimensionalen Positions- oder Orientierungsinformation. Die
Sprache der Serienbox hat eine solche Form, daß Treiber von Computer-Kommunikations-Subroutinen
in dem Mikroprozessor 188, beispielsweise für die Steuerung
des Serienports oder die Kommunikation mit dem KMM 10, in
der Sprache des Zentralcomputers geschrieben werden. Diese Funktion
wird als die "intelligente
Multiprotokoll-Emulation und automatische Umschaltung" bezeichnet und funktioniert
folgendermaßen:
In dem Zentralcomputer kann eine Vielzahl von Zentralcomputer-Programmen
installiert werden. Diese Zentralcomputer-Programme rufen bei dem
Serienport eine Vielzahl von Anforderungen ab, auf die die Serienbox
antworten muß.
In der Serienbox wurde für eine
Vielzahl von weit verbreiteten Softwares eine Reihe von Protokollen
vorprogrammiert, um auf Abrufungen oder Abfragungen bei dem Serienport
zu antworten. Eine Abrufanforderung durch eine Software erfordert
eine bestimmte Antwort. Die Serienbox empfängt die Abrufanforderung, stellt
fest, zu welchem Protokoll sie gehört, und antwortet auf die entsprechende
Weise. Dies ermöglicht
eine transparente Kommunikation zwischen der KMM 10 und
einer großen
Vielfalt von Anwendungssoftware, wie Computer Aided Design und Qualitätskontrolle-Softwares,
wie beispielsweise die CAD-Programme
AutoCadR von der Autodesk, Inc., CADKEYR von der Cadkey, Inc., und
andere, sowie die Qualitätskontrolle-Programme GEOMETR
von der Geomet Systems, Inc., und Micromeasure III von der Brown
und Sharpe, Inc.The serial box is designed to communicate with a variety of central computer formats including PC, MSDOS, Windows, Unix, Apple, VME and others. The serial box processes the transducer original data on an ongoing basis and responds to the information requirements or the query of the central computer with the desired three-dimensional position or orientation information. The language of the serial box has such a form that drivers of computer communication subroutines in the microprocessor 188 For example, to control the serial port or communicate with the KMM 10 , written in the language of the central computer. This feature is referred to as the "intelligent multi-protocol emulation and automatic switching" and works as follows: A variety of central computer programs can be installed in the central computer. These central computer programs retrieve a variety of requests in serial port, to which the mailbox must respond. In the serial box, a number of protocols have been preprogrammed for a variety of widely used software to respond to polls or polls in serial port. A retrieval request by software requires a specific response. The mailbox receives the polling request, determines which protocol it belongs to, and responds in the appropriate manner. This allows transparent communication between the KMM 10 and a wide variety of application software such as computer aided design and quality control software such as the CAD programs AutoCadR from Autodesk, Inc., CADKEYR from Cadkey, Inc., and others, as well as GEOMETR quality control programs from Geomet Systems, Inc., and Micromeasure III from Brown and Sharpe, Inc.
Die
dreidimensionale KMM der vorliegenden Erfindung funktioniert folgendermaßen: Beim
Einschalten der Netzspannung führt
der Mikroprozessor 188 in der Serienbox 16 Einschalt-Selbstkontrollprozeduren
aus und gibt über
den Meßgerät-Port Spannung
auf den Arm 12 der KMM 10. Der Mikroprozessor
und die in dem EEPROM 182 gespeicherte Software stellen
fest, daß beim
Einschalten der Netzspannung keiner der Encoder initialisiert war.
Daher sendet der Mikroprozessor 188 ein Signal nach der Anzeige-Platine, wodurch
alle Anzeigelampen 20 aufleuchten, was bedeutet, daß die Bezugsposition festgelegt
werden muß.
Der Benutzer bewegt dann den Arm mechanisch, wodurch die Transducer
einzeln ihren Bereich abtasten, wobei eine Bezugsmarke überstrichen
wird. Wenn die Bezugsmarke überstrichen
wird, antwortet die Platine 186 des digitalen Zählers durch
Erfassen der Position dieser Bezugsmarke und Meldung der Festlegung
der Bezugsposition des Transducers an die Frontplatten-Anzeige 20, und
dann erlischt die betreffende Anzeigelampe. Wenn die Bezugsposition
bei allen Transducern festgelegt wurde, stellt das System die seriell
Verbindung mit dem Zentralcomputer her und wartet auf weitere Befehle.
Wenn die vordere oder hintere Taste der Griffeinheit 56 gedrückt wird,
wird ein Meßvorgang eingeleitet.
Wenn die vordere Taste 150 gedrückt wird, werden die gegenwärtigen Transducer-Meßwerte erfaßt. Wenn
die hintere Taste 152 gedrückt wird, wird dem Mikroprozessor
gemeldet, daß diese Werte
in dimensionelle Koordinaten übersetzt
werden sollen und über
den Serienport nach dem Zentralcomputer 18 ausgegeben werden
sollen. Der Zentralcomputer 18 und die Serienbox 16 werden dann
entsprechend den gegenseitigen Serienleitungs-Anforderungen reagieren.The three-dimensional CMM of the present invention operates as follows: When power is turned on, the microprocessor performs 188 in the serial box 16 Power-on self-control procedures and provides tension on the arm via the meter port 12 the KMM 10 , The microprocessor and the in the EEPROM 182 Stored software detects that when the power was turned on, none of the encoders were initialized. Therefore, the microprocessor sends 188 a signal after the display board, causing all indicator lights 20 light up, which means that the reference position must be set. The user then mechanically moves the arm, causing the transducers to scan their area one at a time, tracing a fiducial mark. If the fiducial is crossed, the board responds 186 of the digital counter by detecting the position of this fiducial and indicating the determination of the reference position of the transducer to the front panel display 20 , and then the corresponding indicator lamp goes out. If the reference position has been set on all transducers, the system establishes a serial connection with the central computer and waits for further commands. When the front or rear button of the handle unit 56 is pressed, a measuring operation is initiated. When the front button 150 is pressed, the current transducer readings are detected. When the back button 152 is pressed, the microprocessor is reported that these values should be translated into dimensional coordinates and the serial port to the central computer 18 to be issued. The central computer 18 and the serial box 16 will then respond according to the mutual serial line requirements.
Nun
wird zu den 19, 20 und 21 übergegangen.
Nach dem Zusammenbau der KMM 10 wird die Vorrichtung optimiert
oder kalibriert, wozu die Programm-Software so verändert wird,
daß eventuelle
gemessene Unvollkommenheiten beim Zusammenbau oder der maschinellen
Bearbeitung berücksichtigt
werden. Diese anfängliche
Kalibrierung ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung und
wird in zwei Stufen durchgeführt.
Zunächst
wird eine Vielzahl von dimensionalen Messungen ausgeführt, die
Positionen, Orientierungen und Abmessungen über das gesamte Volumen der
Vorrichtung umfassen. Danach wird ein Optimierungs-Softwareprogramm
verwendet, um die tatsächliche
Falschausrichtung zu bestimmen, die bei jeder der Gelenkachsen vorhanden
ist, und die kinematischen Formeln anzupassen, die die Bewegung
des Armes beschreiben. Das allgemeine Ergebnis ist, daß eine unvollkommene
maschinelle Bearbeitung und ein unvollkommener Zusammenbau vollkommen
gemacht werden durch Identifizierung der Unvollkommenheiten und
Einbeziehung dieser Unvollkommenheiten in die Kinematik der Vorrichtung.Now become the 19 . 20 and 21 passed. After assembling the KMM 10 the device is optimized or calibrated by changing the program software to take into account any measured assembly or machining imperfections measured. This initial calibration is an important feature of the present invention and is performed in two stages. First, a variety of dimensional measurements are made including positions, orientations, and dimensions throughout the entire volume of the device. Thereafter, an optimization software program is used to determine the actual misalignment present on each of the hinge axes and to adjust the kinematic formulas describing the movement of the arm. The general result is that imperfect machining and assembly are made perfect by identifying the imperfections and incorporating these imperfections in the kinematics of the device.
Nachstehend
wird auf die 19 und 20A-E Bezug genommen. Um
die riesige Menge von Daten genau und bequem zu erfassen, wird eine
Kalibrier- und Test-Aufspannvorrichtung
verwendet, die in der 19 bei 320 wiedergegeben
ist. Die Aufspannvorrichtung 320 weist eine große Granitplatte 322 auf, auf
der in einem gewissen Abstand zwei Türme 324, 326 befestigt
sind, die sich in der horizontalen Ebene um 360 Grad drehen können. Die
KMM 10 ist auf dem Turm 326 angebracht, und die
einstellbare, dimensionale Test-Aufspannvorrichtung 320 ist
auf dem anderen Turm 324 angebracht. Die Aufspannvorrichtung 320 ist
auf einem ausfahrbaren, vertikalen Arm 328 befestigt, der
in einer Öffnung 330 des Turms 324 vertikal
verschiebbar ist. Der Arm ist in der voll ausgefahrenen Position
dargestellt.Below is on the 19 and 20A -E reference. To accurately and conveniently capture the vast amount of data, a calibration and test fixture used in the 19 at 320 is reproduced. The jig 320 has a large granite slab 322 on, at a certain distance two towers 324 . 326 are attached, which can rotate in the horizontal plane by 360 degrees. The KMM 10 is on the tower 326 attached, and the adjustable, dimensional test jig 320 is on the other tower 324 appropriate. The jig 320 is on an extendable, vertical arm 328 fastened in an opening 330 of the tower 324 is vertically displaceable. The arm is shown in the fully extended position.
Es
wird weiterhin auf die 19 und 20 Bezug genommen. Die einstellbare,
dimensionale Test-Aufspannvorrichtung 320 weist
drei Grundkomponenten auf: einen 610 mm (24 inch) langen Stab 332,
auf dem ein Satz Präzisionskugeln 334 angebracht
ist, eine Reihe von über
seine Länge
angeordneten Löchern 336,
und eine Präzisionsschritt-Lehre 338 von
610 mm (24 inch) Länge.
Der Arm 332 wird verwendet, um die Positionen der Löcher, Stufen
und Kugeln bei einer Vielzahl von Positionen der Test-Aufspannvorrichtung
und in allen Gebieten des Volumens des Armes zu messen, wie dies
in der 21 gezeigt ist.
Diese Daten werden dann optimiert. Die wichtige Optimierungsprozedur
kann kurzgefaßt
folgendermaßen
beschrieben werden: Die Standard-Test-Aufspannvorrichtung 320 mit
vorgegebenen Positionen und Orientierungen von Objekten wird von
dem Arm 10 gemessen. Die Daten werden dann durch ein Multivariablen-Optimierungsprogramm
verarbeitet, das entwickelt wurde, um die relative Falschausrichtung
und die Abmessungen aller großen
Komponenten des Armes zu bestimmen. Danach wird die Optimierung
ausgeführt,
und anschließend
eine Kalibrierdatei erstellt, die die Gesamtmerkmale des Armes enthält. Diese
Gesamtmerkmale und die späteren
Transducer-Meßwerte werden
in einer Vielzahl von kinematischen Formeln miteinander kombiniert,
wobei die Werte X, Y und Z in einem absoluten Koordinatensystem
erhalten werden.It will continue on the 19 and 20 Referenced. The adjustable, dimensional test fixture 320 has three basic components: a 610 mm (24-inch) rod 332 on which a set of precision balls 334 attached, a series of holes arranged over its length 336 , and a precision step-lesson 338 of 610 mm (24 inches) in length. The arm 332 is used to measure the positions of the holes, steps and balls at a variety of positions of the test fixture and in all areas of the arm's volume, as shown in FIG 21 is shown. These data are then optimized. The important optimization procedure can be briefly described as follows: The standard test fixture 320 with predetermined positions and orientations of objects is from the arm 10 measured. The data is then processed by a multi-variable optimizer developed to determine the relative misalignment and dimensions of all the major components of the arm. Thereafter, the optimization is performed, and then a calibration file is created containing the overall characteristics of the arm. These overall features and the later transducer measurements are combined in a variety of kinematic formulas, with the values X, Y and Z obtained in an absolute coordinate system.
Um
die Leistungsfähigkeit
noch weiter zu optimieren, ist eine neuartige Bezugskugel 192 vorgesehen,
die seitlich von einem abnehmbaren Ansatz 194 angeordnet
ist, der an dem Untersatz 14 der KMM 10 befestigt
ist (siehe die 14 und 15). Wenn die Bezugskugel 192 bei
dem Untersatz 14 angeordnet wird, repräsentiert sie den absoluten
Ursprung (0, 0, 0) der Vorrichtung für die X-, Y- und Z-Achse. Infolge
der bekannten Position der Bezugskugel 192 ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Positionierung der Spitzen entsprechend der 15 möglich, die Koordinaten der
Digitizer-Spitze 158 bezüglich des letzten Gelenks der KMM 10 zu
bestimmen. Wenn diese Position bekannt ist, kann die KMM 10 die
Position des Mittelpunktes dieser Kugel bestimmen, wenn die späteren Messungen
gemacht werden. Allgemein ausgedrückt bedeutet dies, daß dann entsprechend
der betreffenden Anwendung viele verschiedene Sonden befestigt werden
können,
und jede Sonde bezüglich
der Bezugskugel kalibriert werden kann.To optimize the performance even further, is a novel reference ball 192 provided, the side of a removable approach 194 is arranged on the pedestal 14 the KMM 10 is attached (see the 14 and 15 ). If the reference ball 192 at the pedestal 14 is arranged, it represents the absolute origin (0, 0, 0) of the device for the X, Y and Z axes. Due to the known position of the reference ball 192 It is according to the present invention by the positioning of the tips according to the 15 possible, the coordinates of the digitizer tip 158 concerning the last joint of the KMM 10 to determine. If this position is known, the KMM 10 determine the position of the center of this sphere when the later measurements are taken. Generally speaking, this means that many different probes can then be attached according to the particular application, and each probe can be calibrated with respect to the reference sphere.
Da
die erfindungsgemäße Koordinatenmeßmaschine
transportabel ist, wird sie einer rauhen Behandlung und einer Positionierung
in vielen verschiedenen Umgebungen unterworfen werden. Daher ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Protokoll vorgesehen, mit dem der Benutzer entsprechend
einem bequemen Wartungsplan den Grad der volumetrischen Genauigkeit
bestimmen kann, bevor er eine Vorrichtung verwendet. Die volumetrische
Genauigkeit ist gemäß dem ASME-Standard
ANSI B89.1.12 (1989) definiert als die Fähigkeit einer Vorrichtung, eine
feste Länge
zu messen, die in ihrem Arbeitsvolumen in einer Vielzahl von Orientierungen
angeordnet ist. Die 16 veranschaulicht
die Fähigkeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
dies zu tun unter Verwendung einer ersten Kugelstabanordnung, während die 17 und 18 eine zweite Kugelstabanordnung wiedergeben.Since the coordinate measuring machine according to the invention is transportable, it will be subjected to rough handling and positioning in many different environments. Therefore, in accordance with the present invention, a protocol is provided that allows the user to determine the degree of volumetric accuracy, according to a convenient maintenance schedule, before using a device. Volumetric accuracy is defined according to the ASME standard ANSI B89.1.12 (1989) as the ability of a device to measure a fixed length that is arranged in its working volume in a variety of orientations. The 16 illustrates the ability of the device of the invention to do so using a first ball bar assembly while the 17 and 18 reproduce a second ball bar assembly.
Die 16 gibt ein Standard-Kugelstab 196 wieder,
bei dem an jedem Ende eine Präzisionskugel 198, 200 angeordnet
ist, wobei diese Kugeln in zwei magnetische Kugelpfannen 202 und 204 eingesetzt sind.
Die Kugelpfanne 202 ist bei dem Untersatz 14 der
KMM 10 angeordnet, und die Kugelpfanne 204 ist bei
dem Sondengriff 56 angeordnet. Wenn der Arm 12 umherbewegt
wird, erfolgt eine Drehung zwischen den Kugelpfannen 202, 204 und
den Kugeln 198, 200, um die Bewegung aufzunehmen,
wobei die KMM 10 den festen Abstand zwischen dem Mittelpunkt
der Kugel 200 bzw. der Kugelpfanne 204 bei dem
Griff 56, und den Mittelpunkt der Kugel 198 bzw. der
Kugelpfanne 202 bei dem Untersatz 14 messen soll.
Dabei muß natürlich daran
erinnert werden, daß die
Kugelpfanne 202 bei dem Untersatz 14 den Ursprung
(0, 0, 0) der KMM 10 repräsentiert. Die Kalibrierungs-Software
in der Steuerbox 16 berechnet dann die Vektorlänge von
dem Ursprung (0, 0, 0) bis zu dem Mittelpunkt der Kugel bei der
Sande, und diese Länge,
die während
des Tests natürlich
unveränderlich
ist, muß innerhalb
des gesamten Volumens bei vielen Konfigurationen und Drehungen des
Griffs und anderer Gelenke einen konstanten Wert ergeben.The 16 gives a standard ball bar 196 again, with a precision ball at each end 198 . 200 is arranged, these balls in two magnetic ball pans 202 and 204 are used. The ball socket 202 is at the pedestal 14 the KMM 10 arranged, and the ball socket 204 is at the probe handle 56 arranged. If the arm 12 is moved around, there is a rotation between the ball pans 202 . 204 and the balls 198 . 200 to record the movement, using the KMM 10 the fixed distance between the center of the sphere 200 or the ball socket 204 at the handle 56 , and the center of the sphere 198 or the ball socket 202 at the pedestal 14 to measure. Of course, it must be remembered that the ball socket 202 at the pedestal 14 the origin (0, 0, 0) of the KMM 10 represents. The calibration software in the control box 16 then calculates the vector length from the origin (0, 0, 0) to the center of the sphere at the sands, and this length, which is invariably invariable during the test, must be within the entire volume in many configurations and rotations of the handle and others Joints give a constant value.
Es
ist ersichtlich, daß die
Kugelpfanne 204 bei dem Griff unbequem und ungeeignet sein
kann, wenn gewünscht
wird, die Genauigkeit einer bestimmten Sonde des Griffs zu überprüfen. Daher
wird gemäß einem
wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung ein neuartiger Kegelpfannen-Kugelstab verwendet,
wie er bei 206 in der 17 wiedergegeben
ist. Der Kegelpfannen-Kugelstab 206 umfaßt an einem
Ende einen Kegel 208, und an dem anderen Ende zwei Kugeln 210, 212.
Der Kegel und die Kugeln sind durch einen Stab 207 miteinander
verbunden, der einen abgewinkelten Bereich 207 aufweist, wobei
der Winkel Ó vorzugsweise 160 Grad
beträgt. Die
Kugel 212 ist an einem Ansatz 209 befestigt, der sich
seitlich von dem Stab 206 erstreckt. Eine Kugelsonde 158 oder
Spitzensonde 160 ist in der Kegelpfanne 208 positioniert,
und die Kugel 210 kann in der magnetischen Standardpfanne 202 des
Untersatzes 14 der KMM 10 angebracht werden. Wie
bei der Kalibriermethode der 16 werden
verschiedene Positionen der Kugel und des Stabes, sowie Gelenkpositionen
gemessen, wobei der Abstand zwischen der Kegelpfanne 208 und
der Kugel 210 konstant bleiben muß. Aufgrund der Anordnung der
Kugelpfanne 202 ist es natürlich nicht möglich, die
abgelegene Seite der Maschine (die mit der Kennziffer 214 bezeichnete
Position) zu erreichen. Zu diesem Zweck wird die Kugel 212 verwendet,
wie dies in der 18 gezeigt
ist. Der Benutzer kann dabei den Kegelpfannen-Kugelstab 206 so
positionieren, daß die abgelegene
Seite der KMM 10 erreicht wird, um den Abstand zwischen
dem Mittelpunkt der Kugel 212 und dem Mittelpunkt der Kegelpfanne 208 zu
messen.It can be seen that the ball socket 204 where the handle may be uncomfortable and inappropriate if it is desired to check the accuracy of a particular probe of the handle. Therefore, according to an important feature of the present invention, a novel conical ball rod is used, as in 206 in the 17 is reproduced. The cone cup ball bar 206 includes a cone at one end 208 , and at the other end two balls 210 . 212 , The cone and the balls are by a rod 207 connected to each other, which is an angled area 207 , wherein the angle Ó preferably 160 Degree is. The ball 212 is at an approach 209 attached to the side of the rod 206 extends. A ball probe 158 or tip probe 160 is in the conical pan 208 positioned, and the ball 210 can in the standard magnetic pan 202 of the pedestal 14 the KMM 10 be attached. As with the calibration method of 16 different positions of the ball and the rod, as well as joint positions are measured, whereby the distance between the cone socket 208 and the ball 210 must remain constant. Due to the arrangement of the ball socket 202 It is not possible, of course, the remote side of the machine (with the code number 214 to reach the designated position). For this purpose, the ball 212 used as in the 18 is shown. The user can do the cone ladle ball bar 206 position it so that the remote side of the KMM 10 is achieved by the distance between the center of the sphere 212 and the center of the conical pan 208 to eat.
