DE69532091T2

DE69532091T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Messungen

Info

Publication number: DE69532091T2
Application number: DE69532091T
Authority: DE
Inventors: David Roberts Wotton-under-Edge McMurtry
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2015-01-28
Also published as: EP0692088A1; US5681981A; US7174652B2; EP1400783A3; US6226884B1; EP1400783A2; US6918188B2; JPH08508579A; GB9401692D0; US20070151117A1; US20050241169A1; EP0939295B1; US20030024297A1; US20030209051A1; JP2006133235A; WO1995020747A1; US6662461B2; JP2005037373A; DE69532091D1; DE69513336D1

Description

Diese Erfindung betrifft Maschinen, bei denen ein Element relativ zu einem anderen positioniert wird. Beispielsweise betrifft sie Koordinatenmessmaschinen, Werkzeugmaschinen, Abtastmaschinen und Roboter, bei denen ein Werkzeug oder ein Taster relativ zu einem Werkstück positioniert wird.
Genauer betrifft die Erfindung die Ausführung von Messungen an solchen Maschinen.
Hinsichtlich einiger Aspekte ist die vorliegende Erfindung eine Weiterentwicklung der Vorrichtung und der Verfahren, die in unserer internationalen Patentanmeldung Nr. WO-A-95/14905 beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen wird. Bezug wird auch auf die Vorrichtung und die Verfahren genommen, die in den internationalen Patentanmeldungen Nr. WO 91/03145 (Kearney & Trecker) und WO 92/17313 (Geodetic Machines) und in der europäischen Patentanmeldung Nr. 534 585 (Ingersoll) beschrieben sind.
Alle obigen Anwendungen zeigen Maschinen, bei denen ein Werkzeug, ein Taster oder ein anderes Betriebselement an einer Anordnung zur Bewegung relativ zu einer anderen Anordnung befestigt ist, an der ein Werkstück befestigt sein kann. Das Werkzeug, der Taster oder das andere Betriebselement kann bewegbar sein und das Werkstück kann fixiert sein, oder umgekehrt. Die relative Bewegung wird durch sechs Kolben bewirkt, die zwischen den beiden Anordnungen wirken. Diese Kolben können so gesteuert werden, um eine beliebige gewünschte Relativbewegung zwi schen den Anordnungen mit sechs Freiheitsgraden (drei Translationsgrade und drei Rotationsgrade) zu erzeugen. Es ist notwendig, die Bewegungen der Kolben zu messen, und die vorliegende Erfindung kann für eine derartige Messung verwendet werden.
Ein Problem mit der Vorrichtung, die bei den verschiedenen oben dargestellten Patentanmeldungen beschrieben ist, besteht darin, die Bewegung der Maschine zu kalibrieren. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, die relative Position und Orientierung der Bewegungsanordnung relativ zu der fixierten Anordnung unabhängig von den Messungen der Verlängerung bzw. des Ausfahrens der Kolben zu messen, das diese Position und Orientierung erzeugt hat. Die vorliegende Erfindung erlaubt derartige Kalibrierungsmessungen sowohl an dem Typ von Maschinen, die in den obigen Patentanmeldungen beschrieben sind, als auch bei konventionelleren Maschinen.
Eine Vorrichtung zur Kalibrierung der Bewegung in einer Maschine ist in der deutschen Patentschrift Nr. 35 04 464 C1 beschrieben. Die Vorrichtung umfasst zwei Anordnungen, die zwischen relativ bewegbaren Teilen eines Industrieroboters verbunden und miteinander durch teleskopartig verfahrbare Messstäbe verbunden sind. Eine der Anordnungen ist mit dem Roboter anstelle eines Werkzeugs verbunden, so dass, wenn der Roboter über seine Betriebshüllkurve betrieben wird, die Messstäbe dazu verwendet werden können, die relativen Bewegungen der beiden relativ bewegbaren Teile zu kalibrieren. Da die Vorrichtung das Werkzeug ersetzt, das die Maschine normalerweise trägt, kann die Kalibrierung nicht erfolgen, während der Roboter seine normale Funktion ausführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen der Bewegungen relativ bewegbarer Teile einer Maschine vorgesehen, von denen eines ein Werkzeug oder einen Taster zur Ausführung eines Arbeitsganges an einem Werkstück trägt, und wobei mit jeweiligen von diesen erste und zweite Anordnungen starr verbunden sind, wobei jede der Anordnungen zumindest einen Träger daran aufweist, wobei zumindest eine der Anordnungen drei Träger daran aufweist, die in einem Dreiecksfeld beabstandet sind, wobei die Träger kugelförmige oder teilkugelförmige Trägerflächen aufweisen, die Kalibrierungspunkte an den Trägern definieren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass zumindest drei ausfahrbare Messstäbe zwischen den Anordnungen verbunden werden, wobei die Messstäbe geformte Flächen an ihren Enden aufweisen, die mit den Trägerflächen der Träger in bekannten Beziehungen zu den Kalibrierungspunkten in Eingriff stehen, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte, dass die relativen Positionen der Kalibrierungspunkte der Träger bestimmt werden, die Maschine betrieben wird, um einen Arbeitsgang an einem Werkstück auszuführen, während Ablesungen von den Messstäben genommen werden, und die Ablesungen von den Messstäben dazu verwendet werden, eine Information bezüglich den augenblicklichen Positionen der Kalibrierungspunkte von allen Trägern relativ zueinander vorzusehen.
Eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist in Anspruch 11 definiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besitzen sowohl die erste als auch die zweite Anordnung drei kugelförmige oder teilkugelförmige Träger daran, die in einem dreieckigen Muster angeordnet sind, wobei sechs Messstäbe vorgesehen sind und wobei gegenüberliegende Enden jedes Stabes mit einem einzelnen Träger an jeder Anordnung verbunden sind. Bei einer derartigen Ausführungsform sind die Enden von zwei Messstäben mit jedem Träger an beiden Anordnungen verbunden.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen von einem beliebigen der Aspekte der Erfindung können die Träger die Form von Kugeln oder Teilkugeln oder kugelförmigen oder teilkugelförmigen Sockeln annehmen. Die gelagerten Enden der Messstäbe können daher mit entsprechend geformten Kugeln oder Sockeln an jedem Ende je nach Eignung ausgebildet sein, die vollständig kugelförmig oder nur teilkugelförmig sein können, um in die Träger zu passen.
Die Messstäbe können sich zwischen den Trägern erstrecken und auf eine beliebige Art und Weise teleskopartig verfahrbar oder ausfahrbar sein oder können eine fixierte Länge besitzen und sich durch die Träger erstrecken oder Verlängerungen besitzen, die sich durch die Träger erstrecken, um so einen größeren Bereich an relativer Bewegung für die Anordnungen vorzusehen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung liegt das gelagerte Ende eines Messstabes unter einem Winkel zu der Längsachse des Stabes, wodurch, wenn er sich in Position an dem Träger befindet, die Achse des Stabes mit dem Zentrum des Trägers ausgerichtet ist.
Die Messstäbe können an den Trägern auf eine geeignete Art und Weise befestigt sein, jedoch ist eine bevorzugte Form der Befestigung die magnetische Anziehung.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine vereinfachte isometrische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Mess- oder Kalibrierungsvorrichtung ist,
2 eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung von 1 ist;
3 eine detailliertere Seitenansicht eines anderen Teils der Vorrichtung von 1 ist;
4 eine schematische perspektivische Ansicht einer Abwandlung eines Teils von 1 ist;
5 ein Teil einer alternativen Ausführungsform der Mess- oder Kalibrierungsvorrichtung der Erfindung ist;
6 ein Detail von einer der Kugel- und Sockelverbindungen ist, das einen modifizierten Sockel zeigt, und
7 eine Art und Weise zeigt, wie die Enden von vier Streben an einer einzelnen Kugel der Vorrichtung der Erfindung befestigt werden können.
1 zeigt eine Vorrichtung, die für Kalibrierungsmessungen verwendet werden kann. Sie umfasst eine obere Anordnung in der Form eines offenen dreieckigen Rahmens 10 und eine untere Anordnung in der Form eines offenen dreieckigen Rahmens 12. Jeder Rahmen ist mit drei Präzisionsstahlkugeln 14 versehen, wobei an jeder Ecke des Dreiecks eine derselben vorgesehen ist. Im Gebrauch wird der obere Rahmen 10 an die Bewegungsanordnung einer Maschine geklemmt, während der untere Rahmen an die fixierte Anordnung geklemmt wird (oder umgekehrt). Die Vorrichtungen können mit herkömmlichen Werkzeugmaschinen oder mit Typen von Maschinen verwendet werden, die in den oben beschriebenen internationalen und europäischen Anmeldungen gezeigt sind.
Die Kugeln 14 sind im Gebrauch durch sechs Elemente verbunden, die bei dieser Ausführungsform passive Messstäbe 16 sind. Die Positionen derselben sind lediglich durch gestrichelte Linien in 1 gezeigt, sind jedoch detaillierter in 3 ersichtlich. Jeder Messstab 16 umfasst bei diesem Beispiel Teile 18, 20, die teleskopartig zwischen die Kugeln eingepasst sind und sich zwischen diesen erstrecken, können jedoch die Form von starren Verbindungselementen annehmen, die durch die Kugeln verlaufen, wie bei späteren Ausführungsformen beschrieben ist. An jedem Ende ist ein Magnetsockel 22 vorgesehen, der den Stab 16 in einer universell schwenkbaren Art und Weise an einer jeweiligen der Kugeln 14 hält. Die Länge des Stabes 16 stellt daher zu jedem beliebigen gegebenen Zeitpunkt ein genaues Maß der Distanz zwischen den Kugeln 14 dar. Diese Länge wird durch ein beliebiges geeignetes Wandlersystem gemessen, beispielsweise eine Skala 24 innerhalb des Elementes 18, über die ein Lesekopf 26 verläuft, der an dem Element 20 befestigt ist.
Die Magnetsockel 22 sind von einem Typ, der bekannt ist und in Kugelstäben allgemein verwendet wird, die zum Kalibrieren von Werkzeugmaschinen und anderen Positionierungsmaschinen verwendet werden. Sie enthalten einen dreiflächigen Träger, in den die Kugel 14 durch einen Magneten gezogen wird. Vorausgesetzt, dass die Kugel 14 genau kugelförmig ist, ist die Verbindung zwischen der Kugel und dem Stab 16 somit kinematisch mit großer Präzision definiert. Die Magnetsockel 22 sind beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 4,435,905 (Bryan) und in "A Simple Method For Testing Measuring Machines And Machine Tools" von J. B. Bryan, Precision Engineering, Band 4, Nr. 2, April 1982, Seiten 61–69 und Nr. 3, Juli 1982, Seiten 125–138 beschrieben. Die Magnetsockel sind nicht wesentlich, und es können andere Verbindungsformen verwendet werden.
Im Gebrauch werden die dreieckigen Rahmen 10, 12 an die fixierten und sich bewegenden Teile der Maschine durch ein beliebiges geeignetes Mittel geklemmt und die sechs Messstäbe 16 werden zwischen den jeweiligen Kugeln 14 angeordnet. Die Maschine ist nun dazu in der Lage, das sich bewegende Teil in eine Anzahl verschiedener Positionen und Orientierungen relativ zu dem fixierten Teil zu bewegen. Wenn dies stattfindet, nimmt ein Computer, wie bei 121 in 11 gezeigt ist, Daten von den Wandlern in jedem der Messstäbe 16 auf. Unter Verwendung bekannter Algorithmen werden diese Daten dazu verwendet, die genaue Position und Orientierung zu bestimmen, in die die Maschine bewegt worden ist, und um somit ihre Bewegung zu kalibrieren. Beispielsweise ist es möglich, eine Fehlerkarte aufzubauen, die die echte Position und Orientierung des sich bewegenden Teiles der Maschine für eine beliebige gegebene angeforderte Position zeigt, wie durch ihre eigenen Messvorrichtungen gezeigt ist.
Die oberen und unteren dreieckigen Rahmen 10, 12 können ggf. jeweils als eine einzelne Einheit aufgebaut sein. Jedoch ist es aus praktischen Gründen vorzuziehen, dass sie einen modularen Aufbau besitzen, der aus einem Satz von Teilen besteht, der aus Transportgründen auseinandergebaut werden kann. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, kann daher jeder Rahmen aus drei Stangen 28 bestehen, wobei eine Schraubverbindung 30 an jedem Ende zur Befestigung an der Kugel 14 vorgesehen ist. Ggf. kann der Satz aus Teilen zur Herstellung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Auswahl an Stangen 28 mit unterschiedlichen Längen zur Verwendung an Maschinen mit unterschiedlichen Größen umfassen. Selbstverständlich können die Rahmen 10, 12 auch verschiedene Klemmmerkmale bzw. -einrichtungen besitzen, um ein Klemmen an die Maschine zu erleichtern, solche sind jedoch nicht gezeigt.
Die Algorithmen, die dazu verwendet werden, die Position und Orientierung der Maschine aus den Längen der Messstäbe 16 zu bestimmen, erfordern, dass die Distanzen zwischen benachbarten Kugeln 14 an jedem der Rahmen 10, 12 bekannt sein müssen. Diese Distanzen können unter Verwendung von einem der Messstäbe 16, die in 2 in gestrichelten Linien gezeigt sind, selbst bestimmt werden. Es ist eine Gesamtzahl von sechs derartigen Messungen erforderlich, bevor der Kalibrierungsvorgang ausgeführt ist, nämlich drei zwischen benachbarten Paaren von Kugeln an dem Rahmen 10 und drei zwischen benachbarten Paaren von Kugeln an dem Rahmen 12.
Der Satz von Teilen kann auch einen Kalibrierungsblock umfassen, so dass die Messstäbe 16 vor der Verwendung kalibriert werden können. Ein derartiger Kalibrierungsblock besitzt zwei Präzisionsstahlkugeln, ähnlich den Kugeln 14, die unter einem bekannten Abstand miteinander verbunden sind. Dieser bekannte Abstand kann separat auf einen nachführbaren Standard kalibriert sein. Die Kugeln des Kalibrierungsblockes können miteinander durch einen Stab aus einem Material mit einem geringen oder bei Null liegenden Wärmeausdehnungskoeffizienten verbunden sein, wie beispielsweise INVAR^TM oder ZERODUR^TM. Dies stellt sicher, dass der bekannte Abstand zwischen den Kugeln sich nicht mit der Temperatur ändert.
Da jede Kugel 14 der Rahmen 10, 12 die Magnetsockel von zwei der Messstäbe 16 aufnehmen muss, ist es notwendig, sicherzustellen, dass sie während der Bewegung nicht miteinander zusammenstoßen. Mit einem Messstab, der in 3 gezeigt ist, kann es notwendig werden, Kugeln 14 zu verwenden, die einen etwas größeren Durchmesser als die Magnetsockel 22 besitzen, so dass zwei derartige Sockel gleichzeitig auf eine Kugel passen können.
Die Erfindung ist nicht auf Kalibrierungsmaschinen des Typs begrenzt, der in den oben erwähnten früheren Patentanmeldungen gezeigt ist. Sie kann gleichermaßen zur Kalibrierung einer herkömmlichen Werkzeugmaschine, Koordinatenmessmaschine, einem Roboter etc. verwendet werden. Derartige herkömmliche Maschinen betreffen allgemein eine Vielzahl von Achsen, die in Serie miteinander angeordnet sind. Beispielsweise kann eine fünfachsige Werkzeugmaschine oder Koordinatenmessmaschine drei Gleitachsen X, Y, Z plus zwei Rotationsachsen A und B umfassen. Die vorliegende Vorrichtung kann dazu verwendet werden, eine derartige Maschine zu kalibrieren, indem der obere Rahmen 10 mit der Spindel oder Hohlwelle der Maschine verbunden wird und der untere Rahmen 12 mit dem Tisch oder Werkstückhalter der Maschine verbunden wird.
Die Vorrichtung der Erfindung kann dauerhaft an einer Maschine installiert sein, wobei sie das Mittel bildet, durch das die Position und Orientierung des sich bewegenden Teils der Maschine gemessen wird, um Positionsrückkopplungsdaten für die Servoregelung der Bewegung der Maschine zu liefern. Beispielsweise kann sie die ausfahrbaren Instrumentenarme ersetzen, die in der WO 91/03145 beschrieben sind. Die sechs Messstäbe 16 der vorliegenden Erfindung können auch parallel zu den sechs Kolben 18 (an Kugeln 14) befestigt werden, wie in unserer internationalen Patentanmeldung WO-A-95/14905 beschrieben ist. Sie ersetzen dann die Interferometer oder anderen Vorrichtungen, die in dieser Anmeldung zur Messung der Bewegung der Maschine beschrieben sind.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der obere Rahmen 10 einen Teil eines speziellen Metrologierahmens bildet oder an einen solchen geklemmt wird, der von dem sich bewegenden Teil der Maschine getrennt ist, aber mit dieser verbunden ist, so dass er denselben Bewegungen wie das Werkzeug oder die Sonde ausgesetzt ist. Ein Beispiel eines derartigen separaten Metrologierahmens ist in 6 unserer früheren internationalen Patentanmeldung Nr. WO-A-95/14905 gezeigt. Anstelle des oberen Rahmens 10 von 1 der vorliegenden Erfindung sind die drei Kugeln 14 einfach an drei beabstandeten Orten mit dem Metrologierahmen 68 verbunden, wie in 6 der früheren Anmeldung gezeigt ist, was somit die Anordnung bildet. Wenn die Messstäbe 16 der vorliegenden Anmeldung dazu bestimmt sind, die Permanentmessvorrichtungen für die Maschine zu bilden, dann werden die Kugeln 14 der vorliegenden Anmeldung ein fach anstelle der Retroreflektoren 66 der Interferometer verbunden, die in 6 dieser früheren Anmeldung gezeigt sind.
Als eine Alternative zu den dreieckigen Rahmen 10 und 12, die in 1 gezeigt sind, ist in 5 ein Rahmen gezeigt, der aus drei starren Stangen 40 besteht, von denen jede eine Kugel 42, die dauerhaft an einem Ende befestigt ist, und einen Magnetsockel 44 an dem anderen Ende aufweist.
Es sind auch andere Anordnungen in dem Aufbau der dreieckigen Rahmen 10 und 12 möglich. Beispielsweise kann der Satz aus Teilen, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind, aus sechs Kugeln, sechs starren Stangen und sechs Messstäben bestehen. Die Stangen und Messstäbe enden in Magnetsockeln, wie beschrieben ist, so dass sie auf die Kugeln schnappen. Die sechs starren Stangen sind so angeordnet, dass zwei starre dreieckige Rahmen für den oberen Bereich und unteren Bereich der Vorrichtung gebildet werden, und die Messstäbe sind zwischen den dreieckigen Rahmen verbunden.
Es wird deutlich, dass die Kugeln und Sockel in anderen Ausführungsformen ausgewechselt werden können, während immer die starren dreieckigen Rahmen vorgesehen werden, die durch Messstäbe miteinander verbunden sind.
In 5 ist der dreieckige Rahmen an der Stelle in einer Kalibrierungsspanneinrichtung 46 zur Bestimmung des Abstandes der Kugeln gezeigt. Die Spanneinrichtung, die aus ZERODUR^TM oder INVAR^TM bestehen kann, umfasst einen einzelnen fixierten Sockel 48 an einem Ende und einen bewegbaren Sockel 50 an dem anderen Ende. Die Distanz zwischen den Mittelpunkten der Sockel ergibt ein Maß für die Distanz zwischen den Mittelpunkten der Kugeln 42. Diese Distanz kann durch eine teleskopartige Erfassungsvorrichtung, beispielsweise ein LVDT, wie bei 50 gezeigt ist, gemessen werden, oder ein Retroreflektor kann an dem bewegbaren Sockel befestigt sein, um einen Lichtstrahl von einem Laserinterferometersystem (nicht gezeigt) zu reflektieren, das an dem fixierten Sockel befestigt ist, um die Distanz zwischen den Kugeln interferometrisch zu messen.
Bei dem zusammengebauten Metrologierahmen sind die Magnetsockel der Messstäbe 16 an den Kugeln 42 befestigt.
Es ist vorzuziehen, dass die Achsen der Stangen und Messstäbe durch die Mittelpunkte der Kugeln 42 verlaufen sollten. Um dieses Merkmal zu erzielen, können, wo drei oder mehr Befestigungen an einer Kugel ausgeführt werden sollen, einer oder mehrere der Sockel an einem beliebigen Arm oder an den Stangen unter einem Winkel zu der Achse der Stange oder des Armes angeordnet werden, wie in 6 gezeigt ist.
Eine der Stangen 40 ist in 6 an einer Kugel 42 befestigt gezeigt. Jeder Sockel besitzt drei Polster 52, die einen Kontakt mit der Oberfläche der Kugel 42 herstellen. Eines der Polster liegt auf der Achse der Stange und kontaktiert somit die Kugel auf der Linie der Achse durch den Mittelpunkt der Kugel 42. Die anderen beiden Kontaktpunkte liegen von dem ersten bevorzugt gerade über den orthogonalen Zentrallinien der Kugel. Ein Magnet 54 ist in den Sockel eingesetzt, um den Sockel an der Kugel in Position zu halten.
Die Verwendung von magnetisch gehaltenen Sockeln in den beiden dreieckigen Rahmen 10, 12 macht es leicht, dass diese zum Transport des Rahmens auseinander gebaut werden können. Es können an beiden Enden der Stangen Sockel vorgesehen werden, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist.
Es ist jedoch nicht wichtig, dass die Anordnungen als Zusammenbauten von Stangen und Kugeln gebildet sind. Es könnte eine feste oder hohle Dreiecksanordnung mit Kugeln oder teilkugelförmigen Sockeln an ihren Spitzen vorgesehen werden.
7 zeigt eine Anordnung von Stangen 28, (40) und Messstäben 16 der oben beschriebenen Ausführungsformen, die ermöglicht, dass zwei Stangen und zwei Messstäbe an einer einzelnen der Kugeln 14, (42) enden können.
Es ist zu sehen, dass jede der Stangen 28, (40) bei diesem Beispiel gerade ist und in magnetischen Sockeln 22 endet, die konzentrisch zu den Achsen der Stangen sind. Die Stangen sind an der Kugel 14, (42) so befestigt, dass ihre Achsen mit dem Mittelpunkt der Kugel ausgerichtet sind.
Jeder der Messstäbe 16 besitzt angewinkelte Sockel 60 ähnlich denjenigen, die in 6 gezeigt sind, die ermöglichen, dass die Messstäbe an der Kugel 14, (42) so befestigt werden können, dass die Achsen der Stäbe durch den Mittelpunkt der Kugel verlaufen. Magnete 62 sind in den Sockeln vorgesehen, um die Stäbe an der Stelle zu halten. Die Sockel sind an der Kugel positioniert, um die maximale Freiheit für die Schwenkbewegung der Messstäbe ohne Überlagerung zu ermöglichen, wenn die beiden dreieckigen Rahmen relativ zueinander an der zu kalibrierenden Maschine bewegt werden.
Es können auch andere Typen von Messwandlern verwendet werden, die entweder innerhalb oder außerhalb der Streben angeordnet sein können.
Es sei auch zu verstehen, dass die unterschiedlichen Typen von Verbindungen zwischen Streben und Sockeln oder Messstäben und Kugeln für die Ausführungsformen nicht wesentlich oder einmalig sind, mit denen sie beschrieben sind, sondern in geeigneten Fällen zwischen unterschiedlichen Ausführungsformen ausgewechselt werden können.
Wenn die Messstäbe allein verwendet werden, können relativ geringe Magnetkräfte dazu verwendet werden, die Stäbe in Position an den Kugeln beizubehalten. Wenn jedoch eine Magnetkugel- und Sockelanordnung dazu verwendet wird, eine angetriebene Strebe mit einer Platte oder Anordnung zu verbinden, müssen die Magnete ausreichend leistungsstark sein, um ein Ablösen der Strebe von ihrem Träger zu verhindern. In solchen Fällen oder angesichts dieser Tatsache kann bei einer beliebigen der Kugel- und Sockel-Ausführungsformen die Kugel- und Sockelverbindung mit Luft gespeist werden, um einen Luftlagereffekt zu erzeugen und damit eine Reibung zu minimieren.
Es sei auch zu verstehen, dass ein Computer verwendet werden könnte, um die Daten, die von den Wandlern in den passiven Messstäben stammen, zu verarbeiten, obwohl bei diesen Ausführungsformen keiner speziell beschrieben worden ist.
Um die Größe der relativen Bewegung zwischen den Rahmen der Kalibrierungsvorrichtung zu verbessern, können die teleskopartigen Messstäbe 16 durch Messstäbe mit fixierter Länge ersetzt werden, die sich durch die Kugeln 14 auf eine ähnliche Art und Weise erstrecken, wie diejenigen, die für die angetriebenen Streben in den 11 und 12 der zugrunde liegenden Anmeldung WO 95/20,747 gezeigt sind.

Claims

Verfahren zum Messen der Bewegungen relativ bewegbarer Teile einer Maschine, von denen eines ein Werkzeug oder einen Taster zur Ausführung eines Arbeitsganges an einem Werkstück trägt, und wobei mit jeweiligen von diesen erste und zweite Anordnungen (10, 12) starr verbunden sind, wobei jede der Anordnungen zumindest einen Träger (14) daran aufweist, wobei zumindest eine der Anordnungen drei Träger daran aufweist, die in einem Dreiecksfeld beabstandet sind, wobei die Träger kugelförmige oder teilkugelförmige Trägerflächen aufweisen, die Kalibrierungspunkte an den Trägern definieren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: zumindest drei ausfahrbare Messstäbe (16) zwischen den Anordnungen verbunden werden, wobei die Messstäbe geformte Flächen an ihren Enden aufweisen, die mit den Trägerflächen der Träger in bekannten Beziehungen zu den Kalibrierungspunkten in Eingriff stehen, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte, dass: die relativen Positionen der Kalibrierungspunkte der Träger bestimmt werden; die Maschine betrieben wird, um einen Arbeitsgang an einem Werkstück auszuführen, während Ablesungen von den Messstäben genommen werden, die Ablesungen von den Messstäben dazu verwendet werden, eine Information bezüglich den augenblicklichen Positionen der Kalibrierungspunkte von allen Trägern relativ zueinander vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Anordnung (10, 12) drei Träger (14) daran besitzen, die in einem Dreiecksfeld beabstandet sind, und wobei jeder der Träger an den beiden Anordnungen zumindest zwei der ausfahrbaren Messstäbe (16) aufweist, die damit verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Anordnungen (12) drei Träger aufweist, die daran in einem Dreiecksfeld beabstandet sind, und die andere einen einzelnen Träger (70) daran aufweist, wobei nur drei ausfahrbare Messstäbe (16) zwischen den drei Trägern an der einen Anordnung und dem einzelnen Träger an der anderen verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstäbe vor Befestigung an dem Träger an den Anordnungen vorkalibriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Anordnungen (12) drei trennbar miteinander verbundene Stangen (28) umfasst, mit denen drei Träger (14) mit kugelförmigen Trägerflächen trennbar verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maschine Messvorrichtungen zur Messung der relativen Bewegungen der Maschinenteile umfasst, wobei das Verfahren durch die weiteren Schritte gekennzeichnet ist, dass die Information bezüglich der augenblicklichen Positionen der Kalibrierungspunkte dazu verwendet wird, die Messungen zu kalibrieren, die durch die Messvorrichtungen der Maschine ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maschine eine Steuerung zum Steuern der relativen Bewegungen der Maschinenteile umfasst, wobei das Verfahren durch den weiteren Schritt gekennzeichnet ist, dass die Information bezüglich der augenblicklichen Positionen der Kalibrierungspunkte an die Steuerung als Rückkopplungssignale für das Steuern der relativen Bewegungen der Maschinenteile geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anteil von jeder der Trägerflächen teilkugelförmig ist, und für jeden Träger der Kalibrierungspunkt der Mittelpunkt der Kugel ist, von der die teilkugelförmige Fläche einen Teil bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorkalibrierte Vorrichtung zur Bildung einer Bestimmung der relativen Positionen der Kalibrierungspunkte einer der ausfahrbaren Messstäbe (16) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, dass die Vorrichtung und die Messstäbe unter Verwendung eines Kalibrierungsblockes (46) vorkalibriert werden, der zwei Flächen (48, 50) umfasst, die unter einem bekannten Abstand durch ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von im Wesentlichen Null miteinander verbunden sind, wobei die Oberflächen des Kalibrierungsblockes so geformt sind, um sowohl mit den Flächen an der Vorrichtung als auch den Flächen des Messstabes zusammenzuwirken.
Vorrichtung zur Ausführung von Messungen an einer Maschine mit relativ bewegbaren Teilen, von denen eines dazu in der Lage ist, ein Werkzeug oder einen Taster zu tragen, um einen Arbeitsgang an einem Werkstück auszuführen, wobei relative Bewegungen der Teile gesteuert durch eine Maschinensteuerung ausgeführt werden, wobei die Vorrichtung umfasst: erste und zweite Anordnungen (10, 12), die mit jeweiligen der bewegbaren Teile der Maschine verbunden sind, und von denen jede zumindest einen Träger daran aufweist, wobei eine der Anordnungen drei Träger (14) besitzt, die in einem Dreiecksfeld beabstandet sind, wobei jeder der Träger an den ersten und zweiten Anordnungen eine teilkugelförmige Trägerfläche daran aufweist, die an einem Punkt zentriert ist, wodurch eine Vielzahl von Kalibrierungspunkten an den Anordnungen definiert wird, wobei die relativen Positionen der Kalibrierungspunkte an der zumindest einen Anordnung genau bekannt sind, zumindest drei ausfahrbare Messstäbe (16) mit teilkugelförmigen Flächen an ihren Enden, die so geformt sind, um in die Trägerflächen an den Anordnungen zu passen, wobei die Messstäbe zwischen den beiden Anordnungen so verbunden sind, dass die geformten Flächen an ihren Enden in vorbestimmten Beziehungen mit den Kalibrierungspunkten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstäbe während relativer Bewegungen der bewegbaren Teile der Maschine betreibbar sind, wenn die Maschine den Arbeitsgang an einem Werkstück ausführt, um Information bezüglich der relativen Positionen der Kalibrierungspunkte von allen Trägern zu jedem Zeitpunkt während der relativen Bewegung zu liefern, wobei die Positionsinformation an die Maschinensteuerung als Rückkopplungsdaten für die Steuerung der relativen Bewegung der Maschinenteile geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten Anordnungen (10, 12) drei Träger (14) daran aufweist, die in einem Dreiecksfeld beabstandet sind, und sechs ausfahrbare Messstäbe (16) vorgesehen sind, wobei jeder der Träger an den beiden Anordnungen zwei der ausfahrbaren Messstäbe aufweist, die damit verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Anordnungen drei Stangen (28) umfasst, die derart angeordnet sind, um ein Dreieck zu definieren, wobei sich an jedem Scheitel von diesem einer der Träger (14) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der teilkugelförmigen Flächen (42) an den Trägern konvex ist und je de der teilkugelförmigen Flächen an den Enden der Messstäbe (16, 40) konkav ist, wobei jeder Messstab eine Achse aufweist, die durch die Mittelpunkte der universell schwenkbaren Verbindungen an jedem ihrer Enden verläuft, und einen angewinkelten Sockel zumindest an einem seiner Enden aufweist, an dem die konkave Fläche ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass magnetische Vorrichtungen (54) an jeder der universell schwenkbaren Verbindungen vorgesehen sind, um die teilkugelförmigen Flächen an den jeweiligen Messstäben und Trägern zusammen zu halten.