Kalibratie en inspectie van meetmachines met …geleiding, bestaan dan uit drie translatie...

Kalibratie en inspectie van meetmachines met behulp vanreferentie objectenCitation for published version (APA):Hüser-Teuchert, D., Trapet, E., Wäldele, F., & Spaan, H. A. M. (1990). Kalibratie en inspectie van meetmachinesmet behulp van referentie objecten. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie :WPB; Vol. WPA0979). Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date:Gepubliceerd: 01/01/1990

Document Version:Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can beimportant differences between the submitted version and the official published version of record. Peopleinterested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit theDOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and pagenumbers.Link to publication

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, pleasefollow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us at:

[email protected]

providing details and we will investigate your claim.

Download date: 01. Feb. 2020

https://research.tue.nl/nl/publications/kalibratie-en-inspectie-van-meetmachines-met-behulp-van-referentie-objecten(dea5bc35-ed18-4806-bfc9-f158c2faec11).html

Kalibratie en inspectie van meetmachines met behulp van referentie objecten

Tekst van lezing voor: Symposium Geometrische Meettechniek d.d. 7 november 1990, Eindhoven

Rapport nr.: WPA 0979, november 1990.

Ir. H.AM. Spaan

KALIBRATIE EN INSPECTIEVAN MEETMACHINES

MET BEHULPVAN REFERENTIE OBJECTEN

Door D. Hüser-Teuchert, E. Trapet, F. Wäldele

Gruppe KoordinatenmeBtechnik

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Braunschweig.

Vertaald door Ir. H.A.M. Spaan

Lab. voor Geometrische Meettechniek

Technische Universiteit Eindhoven.

Datum 7 november 1990

Samenvattin~

Kalibratie en inspectie van meetmachines met behulp van referentie objecten

In 1987 is een kalibratie en inspectie methode voor coördinatenmeetmachines

ontwikkeld en met succes toegepast, waarbij gebruik wordt gemaakt van

2-dimensionale (2-D) referentie objecten in de vorm van kogel- en gatenplaten.

Hierbij werden verschillende doelen voor ogen gehouden. Ten eerste dient het

mogelijk te zijn om de parameters voor software correctie te bepalen, ten tweede

dient de kwaliteit van coördinatenmeetmachines, qua onnauwkeurigheid, beoordeeld

te worden. Tenslotte moet het mogelijk te zijn de onnauwkeurigheid te bepalen,

gerelateerd aan specifieke meetopdrachten, waarbij gebruik wordt gemaakt van

simulaties.

De belangrijkste voordelen van de methode zijn dat deze eenvoudig in gebruik is,

betrouwbare resultaten geeft, gebruik maakt van goedkope apparatuur en, omdat de

methode weinig tijd vraagt, vaker toe te passen is dan andere bekende methoden. Dit

alles vergroot het vertrouwen in het gebruik van coördinatenmeetmachines en draagt

tevens bij tot een meer economischer gebruik van coördinatenmeetmachines.

Dit artikel geeft een introductie van de methode en laat recente resultaten zien.

Daarbij wordt bijzondere aandacht geschonken aan correctie van geometrische

afwijkingen en aan de analyse van de potentiële mogelijkheden van kalibratie-en

inspectie methoden voor coördinatenmeetmachines, met behulp van referentie

objecten.

Kalibratie en inspectie van meebnachines D. Hüset-Teuchert, E. Trapet, F. Wäldele 1

---------Symposium Geometrische Meettechniek ---------

Introductie

Gedurende afgelopen 15 jaar zijn een grote variëteit aan kalibratie- en controle

methodes ten behoeve van coördinatenmeetmachines en gereedschapsmachines

voorgesteld en toegepast. Al deze methodes leveren ofwel uitgebreid informatie

omtrent de machine ten koste van veel tijd, inspanning, ervaring en van dure

apparatuur, of zijn eenvoudig te gebruiken, maar leveren slechts een globaal

overzicht van de nauwkeurigheid. Tot op heden was er geen methode met een breed

toepassingsgebied, welke eenvoudig en snel te gebruiken is, weinig kosten met zich

mee brengt en welke door zowel fabrikant als gebruiker zou kunnen worden

geaccepteerd.

De vraag naar bovengenoemde methode wordt vergroot doordat de moderne

productie metrologie steeds meer uit handen van gespecialiseerde meettechnici wordt

genomen en geïntegreerd wordt in het productieproces. Deze integratie vraagt om

een groot vertrouwen in meetmiddelen, welke in ruime mate beschikbaar moeten zijn

en welke, om economische redenen, vaak op de grens van de specificaties worden

gebruikt. Een geheel andere reden ligt in het feit dat tot nu toe de machine operators

niet in staat waren kalibraties, noch afnames te verrichten. Alleen de fabrikant had de

mogelijkheid tot het verrichten van uitgebreide controles.

In dit artikel zal een methode worden gepresenteerd waarmee, met behulp van een

referentie object, de geometrie afwijkingen van een coördinatenmeetmachine of een

gereedschapmachine kan worden bepaald. Deze methode is eenvoudig in het gebruik,

brengt weinig kosten met zich mee ten aanzien van de benodigde apparatuur, de te

realiseren nauwkeurigheid is hoog en de methode is "traceable". Hierdoor is deze

methode geschikt voor controle van bovengenoemde machines en kan zelfs gebruikt

worden voor kalibratie. In het nu volgend gedeelte zal deze methode worden

uitgewerkt voor coördinatenmeetmachines. De uiteenzettingen omtrent

coördinatenmeetmachines gelden echter tevens voor gereedschapsmachines.

Kalibratie en inspectie van meetmachines D. Hüset-Teuchert, E. Trapet, F. Wäldele 2

---------Symposium Geometrische Meettechniek ----------

Randvoorwaarden voor kalibratie

De ideale methode, welke zowel voor kalibratie, afname controle als voor periodieke

inspectie van coördinatenmeetmachines gebruikt kan worden, zal het volgende

moeten bieden:

1 - De "traceability" naar nationale of internationale lengtestandaarden vraagt om

stabiele referentie objecten dan wel om meetinstrumenten, welke gekalibreerd

kunnen worden.

2- De nauwkeurigheid, waaraan het grootste deel van de wereldwijd geïnstalleerde

meetmachines voldoen, dient haalbaar te zijn. Op dit moment is deze

nauwkeurigheid 0.5 + 1.5 ·1 0-6 · L jlm, zodat voor de nauwkeurigste referentie

een nauwkeurigheid van 0.25 + 0. 75 ·1 0-6 · L llm noodzakelijk is.

3- De methode dient uniform te zijn, zodat kalibratie, afnamecontrole en

periodieke inspectie mogelijk zijn met behulp van dezelfde hardware en

software. De methode dient dan ook tegelijkertijd:

Een overzicht te genereren, waarmee het gedrag van de

coördinatenmeetmachine wordt aangegeven;

Parameters te geven, welke gebruikt kunnen worden voor correctie van de

geometrieafwijkingen;

Nauwkeurigheidsgrenzen te berekenen, welke van toepassing zijn op

individuele metingen.

4 - De resultaten van een kalibratie, afnamecontrole en periodieke inspectie dienen

compatible te zijn met elkaar; geven bijvoorbeeld dezelfde kwaliteitsparameters.

De gebruiker dient in staat te worden gesteld de meetonnauwkeurigheid

gedurende gebruik af te leiden uit deze parameters. In figuur 1 wordt een

overzicht gegeven, waarmee wordt aangegeven dat kalibratie op twee manieren

kan worden verricht:

Direct, door metingen te verrichten aan referenties, waarbij deze gemeten

worden als zijnde op de meetmachine te inspecteren objecten;

Indirect, door analyse van de afwijkingen van de

coördinatenmeetmachine, waarbij de afwijkingen worden bepaald, welke

optreden bij specifieke toepassingen.

5 - Het ontwikkelen en uitbrengen van standaarden en aanbevelingen kost geweldig

veel tijd, vooral internationaal. Daarom zal een nieuwe methode zo veel

mogelijk compatible dienen te zijn met bestaande standaarden.

Kalibratie en inspectie van meebnachines D. Hüset-Teuchert, E. Tra pet, F. Wäldele 3

--------- Symposium Geometrische Meettechniek ---------

6 - De inspanning, welke gerealiseerd dient te worden voor personeel, hardware en

software, dient voor gebruikers van coördinatenmeetmachines realiseerbaar te

zijn.

-- Notienol

Metrology WECC .. - Loberetory 1)P

::::::t:::{::::::::::.::~·~·~~ii:~~~~~~.:::::::::::::::::::\\:::::: :::::::::::·:·~~~~~.'··:::::\ ~~ / (-/ / (/ // ~/ /// ~ / "< ~ .:·.:recognltlon :·.:·

t// ~a_,~~~~~/ o / ~~o"n~~~~s/~ ·.:·.:::.:·?-:·.:~·-:·.~~·-:·.:~·~·-:-:·.:·.:-:·.:

·. {7' •. . . ..

Secundory Colibrotion Loberetory ·.

V collbrotion of stondards

Colibrotion

~ VI (specific tosks) aelective but accurate

Verificotion In formation

different occurocy levels limit~ lnformatlon

'VI sampling) l.length 2.ongle 3.clr-

culanly

Periodlc accarding to standerds: 1.1 arbltrary 2.1 arbitrary 3.1 arbilrary BS 6808 ONORM 1385 1.2.specific 2.2specific 3.2specific

Inspeetion \101 2617 BI 2.1 NKO Standerd 1.2.1 ..... 2.2.1 ..... 3.2.2. .... AFNOR E110 ISO

campony's 4.-- 5.- 6.-

occording to

I I o.c. hondbook

Figuur 1

"O.K." I "not O.K."

Kalibratie, verificatie en periodieke inspecties van

coördinatenmeetmachines.

" Colibrotion orbitrory tosks)

comprehensive end accurate In formation

different occurocy levels

controlled/ known environment

ö error-selectlve methods,

ortefocts. ••••

lr error components

{systemotlc and rondom)

ö errors reloted to speeltic

meesurement tosks {simulotion)

~ 1.1ength 2.ongle 3.clr-

culanty 1.1 arbilrary 2.1orbitrary 3.1 orbilrory 1.2.specific 2.2specffoc 3.2specific 1.2.1 ..••. 2.2.1 ..... 3.2.2. .•.. 4. ·--· 5 ........ 6. -·····

Bij PTB (Physikalische Technische Bundesanstalt) heerste de gedachte dat 2-D en

waarschijnlijk 3-D objecten voor bovengenoemde doeleinden zeer geschikt zouden

zijn. Gedurende een haalbaarheidstudie in 1987 bleek dat met het meten aan

kubussen alle afwijkingcomponenten kwantitatief bepaald kunnen worden. Deze

kubussen hebben kogels bevestigd aan de hoekpunten. De metingen werden verricht

met behulp van vier verschillende tasters (rechtheidsafwijkingen kunnen alleen

bepaald worden na het meten van een veelvoud van aan elkaar grenzende kubussen).

De evaluatie, op grond van deze metingen, maakte echter geen gebruik van de

volumetrische eigenschappen van een kubus; de zes vlakken werden geëvalueerd als

2-D objecten.

Kalibratie en inspectie van meetmachines D. Hüset-Teuchert, E. Tra pet, F. Wäldele 4

----------Symposium Geometrische Meettechniek -----------

.

I

Op grond van het feit dat met behulp van zes meetcycli aan een kogel- of gatenplaat

alle geometrie afwijkingen te bepalen zijn en gebruik makend van de ervaringen,

welke zijn opgedaan om met behulp van 1-D objecten alle geometrie afwijkingen te

bepalen [ZHA 88] [JOU 86] is een grondige vergelijking tussen alle potentiële

kalibratie en controle mogelijkheden voor coördinatenmeetmachines gemaakt

(figuur 2). Uit dit onderzoek blijkt dat 2-D referentie objecten het beste voldoen aan

bovengenoemde eisen. Hierop vormen grote coördinatenmeetmachines een

uitzondering, omdat referentie objecten voor dergelijke machines moeilijk te

realiseren zijn.

method d~act~ted equipment boll bar, step gauge, bo11 plate/ .3-D object to meosure circulor check loser step hole plote (solid or fifror parameters gouge composed of seporotely plates)

ad van- - occurote - eosy to do - easy to do - easy to do - easy to do

toges - proven - qulck - proven - quick - quick

- suited for - cheop - good - cheop - all error all sizes - good tree- treoceobility - good poremeters af CMM cecbûity - accurate treoceobility - good

- all error - suited for - cheop - alt error treoceability parameters large - sulted for parameters - accurate

7 full werking spoce machines large - accurate occessable {ball bar) machines

- high density of datum points

disad- - time consuming - limlted -time - limlted No. - volumineus

- expensive appo- in formation consuming of datum - limited No.

vanta- rotus - few datum points of datum

- no"over al!" check points points ges

- requires experts

- difficult trocea-bility

Figuur 2 V er gelijking tussen alle potentiële kalibratie en controle

mogelijkheden voor coördinatenmeetmachines.

Methode

.3-D object (rod structure)

- very easy to do

- very quick

- all error parameters

- good treoceabüity

- cheop

- suited for large machines

- tew datum points

Op grond van bovengenoemd onderzoek is besloten een kalibratie methode

gebaseerd op 2-D referentie objecten uit te werken. In het onderstaande wordt

beschreven hoe alle geometrie afwijkingen van een 3-D coördinatenmeetmachine

afgeleid worden van metingen aan 2-D objecten.


----------Symposium Geometrische Meettechniek----------

Afwijkingen bij een coördinatenmeetmachine

Verondersteld wordt dat de elementen waaruit een coördinatenmeetmachine bestaat,

oneindig stijf zijn. De afwijkingen, welke optreden gedurende de beweging van een

geleiding, bestaan dan uit drie translatie afwijkingen, parallel aan de

bewegingsrichtingen van de machine, en drie rotatie afwijkingen om deze drie

bewegingsrichtingen. Een 3-assige machine heeft dan 18 positie-afhankelijke

afwijkingen en drie haaksheidsafwijkingen.

Meetopstelling

In figuur 3 worden twee van de vier noodzakelijke posities van het referentie object

getoond, waarbij gebruik wordt gemaakt van een gatenplaat met een raster van 9 x 9

gaten. De metingen zijn uitgevoerd op twee posities met dezelfde taster, welke

parallel georiënteerd is aan de pinole. Op de twee andere posities wordt de gatenplaat

vanuit beide zijden gemeten met een lange taster. Het midden van de vier horizontale

tasters representeert de referentie taster, waarvoor de resultaten (geometrie

afwijkingen) berekend zijn. Uiteraard zijn andere tasterconfiguraties mogelijk,

hiervoor dienen echter de parameters aangepast te worden.

De hierboven beschreven methode kan gebruikt worden voor een machine met een

kinematische keten X--+ Y--+ Z, waarbij de pinole de Z-as is. De U-, V- en W-as

vormen het assenstelsel van het object, waarbij U altijd parallel georiënteerd is aan

de eerste as van de kinematische keten (bijvoorbeeld: U = X, V = Y of U = Y, V = Z

of U = X, V = Z).


---------Symposium Geometrische Meettechniek ---------

Fi'"ur 3 Twee van de vier noodzakelijke posities van het referentie object.

Evaluatie van lineariteitsafwijkingen (xpx, ypy, zpz)

Teneinde de invloeden van de rotatieafwijkingen te elimineren, worden vanuit twee

zijden metingen verricht aan het referentie object. Deze ongewenste invloeden

kunnen tevens geëlimineerd worden door twee metingen te verrichten, waarbij het

referentie object verplaatst wordt van een bovenste naar een onderste positie. De

meetdata wordt bepaald uit het gemiddelde van corresponderende punten. Door deze

meetdata worden regressielijnen bepaald. De afwijking wordt bepaald in het snijpunt

van de regressielijn met een referentielijn (figuur 4). De afwijking van deze

snijpunten met de nominale coördinaten van het snijpunt representeren de

lineariteitsafwijking.


---------Symposium Geomelrische Meettechniek---------

Wanneer bovengenoemde referentielijn samenvalt met de middenlijn van de

gatenplaat is het mogelijk de lineariteitsarwijking te bepalen uit het gemiddelde van

metingen in twee vlakken. Tevens is het dan mogelijk deze data te transformeren

naar elke gewenste referentielijn, bijvoorbeeld naar een as uit het assenstelsel van de

coördinatenmeetmachine.

1

Fîguur4

range of measured point coordinates

best fit line

Anclysis of the Errors of Positlon (Example: xpx)

xpx~----~ _..~ x I

first vafue · 0

Analyse van de lineariteitsafwijking (xpx).

x

De betreffende lineariteitsarwijking is positief wanneer de werkelijk verplaatsing van

de taster minus de nominale verplaatsing positief is. Dit geldt overigens ook voor

alle andere afwijkingen.

Evaluatie van baaksheidsafwijkingen (ywx, zwx, zwy)

Voor de evaluatie van haaksheidsafwijkingen wordt gebruik gemaakt van dezelfde

methode als voor lineariteitsafwijkingen om de invloed van rotatieafwijkingen te

elimineren. De hieruit voortkomende meetdata wordt verminderd met de nominale

waarde u van de gekalibreerde gatenplaat, waarna een regressielijn wordt berekend

(welke ongeveer parallel aan de V -as georiënteerd is). Ter bepaling van de andere

regressielijn (welke ongeveer parallel aan de U-as georiënteerd is) wordt dezelfde

meetdata verminderd met de nominale waarde v. De som van beide hoeken, waarvan

het teken wordt omgekeerd, is dan gelijk aan de gemiddelde haaksheidsafwijking

tussen de respectievelijke assen van de coördinatenmeetmachine (figuur 5). Hierbij

betekent een positief teken een hoek tussen beide assen, welke groter is dan 900.



range of measured point coordinates

I fZl ll!!'.l ~

m ~

-lfl ~ -x

Analysis of Squareness Errors (Example: xwy)

~best fit line

Fi&Yur 5 Analyse van haaksbeidafwijkingen (xwy).

Evaluatie van rechtheidsafwijkingen (xty, xtz, ytx, ytz, ztx, zty)

Rechtheidsafwijkingen itj (met i: bewegingsrichting; j :richting van de afwijking)

worden bepaald uit het verschil van de meetdata met de regressielijnen. Deze

regressielijnen worden op dezelfde wijze berekend als bij de bepaling van

haaksheidsafwijkingen (figuur 6). Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van de

gekalibreerde u en v waardes.

r. .,

1"-2 - B1

- ~ -

y

f§l -x

Analysis of Straigh tness Errors (Example: ytx)

best fit line

Fi&WJC 6 Analyse van rechtheidsafwijkingen (ytx).

Kalibratie en inspectie van meeUnachines D. Hüset-Teuchert, E. Trapet, F. Wäldele 9

--------Symposium Geometrische Meettechniek --------

Evaluatie van rotatieafwijkingen (xry, xrz, yrx, yrz, zrx, zry)

In tegenstelling tot voorgaande evaluaties wordt bij de evaluatie van

rotatieafwijkingen irj (met i : bewegingsrichting; j : richting waarom de rotatie plaats

vindt) gebruik gemaakt van het verschil tussen twee, bij elkaar horende, metingen.

De betreffende metingen worden gedaan op corresponderende punten, met tegenover

elkaar staande tasters, waarbij de gatenplaat verplaatst wordt in het XY-vlak.

Soortgelijke metingen worden gedaan in het XZ- en YZ-vlak (figuur 7). Op deze

wijze kunnen alle rotatieafwijkingen, met betrekking tot stampen en gieren, bepaald

worden, behalve xrz.

y

Fi~ur 7 Analyse van rotatieafwijkingen (yrz).

raferenee

b;tt ~

yrz

Teneinde xrz te bepalen wordt gebruik gemaakt van de hoeken behorende bij

regressielijnen, welke reeds berekend zijn ter bepaling van de lineariteitsafwijkingen

(figuur 8). Aangezien de te bepalen afwijking een modulatie is van de berekende

(gemiddelde) haaksheidsafwijking, dient het gemiddelde van deze afwijking gelijk

aan nul gesteld worden.


---------Symposium Geometrische Meettechniek---------

y

f m

m. ""'

... ""

·-·- xrz In units of angle

.... ...

- .. - "' -x

Fi~ur 8 Analyse van rotatieafwijking xrz.

Evaluatie van rotatieafwijkingen (rollen : xrx, yry, zrz)

Alle bovengenoemde afwijkingen kunnen afzonderlijk bepaald worden met behulp

van een enkele locatie van de gatenplaat Dit in tegenstelling tot de rol-afwijkingen,

waarbij minimaal twee rol-afwijkingen aanwezig zijn in elke meting van de

gatenplaat (figuur 9).

Rol-afwijkingen leiden tot een wijziging in de haaksheid, hier "Shear" genoemd.

Rekening houdend met deze "Shear" is het mogelijk de rol-afwijking te bepalen met

behulp van een stelsel van lineaire vergelijkingen, wanneer de zes locaties van de

gatenplaat de zes zijden van een kubus vormen (figuur 10). Teneinde dit stelsel van

vergelijkingen op te lossen dienen de volgende twee stappen te worden ondernomen:

1 - De Y -as wordt geëvalueerd voor slechts de eerste en laatste positie. De

rol-afwijkingen xrx en zrz kunnen dan over alle meetpunten worden

geëvalueerd (9 per as, bij gebruik van een gatenplaat met een raster van

9 x 9);

2- Aangezien xrx en zrz bekend zijn over het gehele bereik, is het mogelijk

yry te berekenen voor alle tussen liggende posities.

Hierbij dient opgemerkt te worden dat het voor de analyse van rol-afwijkingen niet

noodzakelijk is een gekalibreerd referentie object te hebben. Twee bij elkaar horende

metingen vinden namelijk plaats op dezelfde positie op het referentie object, waarbij

het verschil tussen deze twee metingen bepalend is voor de rol-afwijking. Dit geldt

overigens ook voor de andere rotatieafwijkingen, zoals beschreven in de voorgaande

paragraaf.



+xrx

The In fluence of Roll in the y-Axis

..-:==---==;.<;l dlstorsions of sides 1,2,3,6 as deplcted; · 4 end 5 have zero distorsion I

The In fluence of Roll the x-Axis

The In fluence of Roll in the z-Axis

z

y_}{ +xrx

Fi&Uur 9 Invloeden van de rol-afwijkingen (xrx, yry, zrz).



stylus contribu ti on of all three roll componen ts resp.

sur- to apparent squareness (shear S) face No. xrx yry zrz

1 Oz Oz xwy+-- ·xrx xwy--- · yry xwy X·2 y·2

2 xwz-~ ·Xrx xwz- yry Lr2 xwz+-- .zrz X•2 2 z

3 xwz + ..!!..L · xrx xwz + yry Lr3 xwz+-- .zrz X·2 2 z

4 LT4 Lr4 ywz ywz +-- · yry ywz--- .zrz y z

5 ywz Lrs Lrs ywz + --- · yry ywz-- .zrz y z

6 xwy-~ ·xrx Oz xwy xwy+--·yry X·2 y·2 .

r-- -~rx (x~ +~ Oz

0 ---x y R= yry (y)

Lr2 Lr3 rz (z)

az -1 -A= ---x z

Lr4 - Lrs Lrs ~,-sU 0 - Lr4 S= s2-s3 y z s4-ss

"--- -

11 11

Si= shear of 20-R=A-1. S object measured - = -

w~h st)s No. i (1-1 ... 6

Figuur 10 Evaluatie van rol-afwijkingen (xrx, yry, zrz).

Kalibratie en inspectie van meetmachines D. Hüset-Teuchert, E. Trapet, F. Wäldele

I

13 --------Symposium Geometrische Meettechniek ---------

Resultaten en meetonnauwkeurigheid

De resultaten, welke zijn verkregen met de hierboven beschreven methode, zijn

vergeleken met de resultaten, verkregen met de conventionele methode, waarbij

gebruik gemaakt wordt van laserinterferometer en electconische waterpassen. Hierbij

bleek de correlatie tussen beide methoden goed te zijn.

Op grond van de gemeten, cq berekende, geometrie afwijkingen is het mogelijk een

softwarematige correctie van de betreffende afwijkingen te realiseren. In de figuren

11 en 12 wordt het resultaat van een dergelijke correctie getoond, waarbij

onderscheid wordt gemaakt naar een machine zonder correctie, met een correctie van

de fabrikant en met de PTB-correctie.

12.0 }'•

8.0

•. 0

0.0

-.c.o

-8.0

-12.0

-16.0

-20.0

-24.0

Nie;and

t (0) - -2. 065E-Q2 t (1) • 1.453E-o• c (21 - 1. 3B5E-oe t (3) • -7. B48E-10 t (4) • 1. 214E-12 t (5) • -!1.155E-16 t (6) • -2.872E-19 t [7) • -3. 599E-22 t(B) • 5.62BE-25

N1n1.u.: -2.073E-o2

•xi.u-=: 1.398E-o2

~-Stellungsmessun; (el. Fehler kol""r.; nur Randbohrungen)

12.04.90 zty; Geradhe1tsabwe1chung der z:-Achse in y-R1ctftung 5. 32

Fi&Uur 11 A: Rechtheidsafwijking Z-as, zonder correctie.


---------- Symposium Geometrische Meettechniek -----------

1.0

i'· 0.8

0.6

0.~

0.2

0.0

-o.2

-o.~

-o.6

-o.a

-1.0

U. W1agand

95.0 190.0 285.0 380.0 ~75.0 570.0 665.0 760.0 -~-Ste llun;s~aessung

<101 • -~.818E-D4 e 111 • I. oose-o5 e 121 • -2. 950E-DB e 131 • -3.~81E-IO el41 • 2.736E-12 e 151 • -8.104E-15 e 161 • 1.21BE-17 e C7l • -9. 273E-21 el81 • 2.B39E-24

M1n11RlK -7 .087E-o~

MilXiiallE 3.307E-D~

30.04.1990 zty: Geredheitsabweichung der z-Achse in y-Richtung 5.32

Figuur 11 B: Rechtheidsafwijking Z-as, met correctie van fabrikant.

1.0 Jl"

0 .B

0.6 e lOl • -I. 650E-04 e (1! . 2. OBBE-06 < (21 • -6.01SE-09

0.4 < (3) • -6. 903E-11 < (4) . 6. 49BE-13

0.2 . < (5) • -2. !11E-15 < (6) . 3.262E-1B

~ ~· <C71 • -2.433E-2! 0.0 < (81 . 7 .056E-25

-o.2 V ~ -o.~

-o.6 M1n111Uar -1. ~26E-o~

-o.e MBX111Ua:t: 2.1~7E-D~

-1.0 0.0 95.0 190.0 285.0 380.0 475.0 570.0 665.0 760.0 -

-u. Wiegend PTB

•-stellungema•eung •1t voller PTB-Karf"'ektur 31.05.1990 zty: 6eredheitsebwe1chung der z-Achse in y-RicMtung 5.32

C: Rechtheidsafwijking Z-as, met PTB-correctie.


-----------Symposium Geometrische Meettechniek -----------

90.0 Jlf'Bd

72.0

s..o

36.0

18.0

0.0

-18.0

-36.0

-54.0

-72.0

-90.0

Wiegend

12.04.90

0.0 95.0190.0 2BS.O 380.0 475.0 570.0 665.0 760.0 -

c lOl • -7 .623E-o5 c 111 • 1.9UE-D7 c 12) • ·2.311E-10 c 13) - -1. 3e2E-12 c I~) • I.B~OE-1~ c 151 • -6.~20E-17 c 161 • 1.031E-19 c [7) • -7. 92~E-23 ciBl • 2.360E-26

Mini IliUm:

-7 .255E-D5

Maxt•um: e.~65E-o5

..a-Stellungsmeseung {el. Fehler korr. ~ nur Rendbohrungen)

zrx: ~o~etion der Pinale um x

A: Rotatieafwijking Z-as, zonder correctie.

5.0 }JrBd

~.0

3.0

2.0

1.0

0.0

-1.0

-2.0

-3.0

-4.0

--5.0

U. Wiegend

o.o95.orn.o~.o-.o~.o~.o~.o-.o

""'

<1111-Ste llungemesaung

c lOl • -4.651E-D6 c 11) • 2.90BE-oB c 121 • ·7 .144E-11 c 131 • -6. 739E-13 tl4l • B.B72E-15 c 151 • ·3.093E-17 c 16) • ~.103E-20 c [7) • -4.043E-23 c IBl • 1. 240E-26

JHn1mum: -<4 .163E.--D6

M8xiltUa: 3. 707E-o6

5.32

30.0~.1930 zrx: ~ot~tion der Pinale um x 5.32

B: Rotatieafwijking Z-as, met correctie van fabrikant.

Kalibratie en inspectie van meebnachines D. Hüset-Teuchert, E. Trapet, F. Wäldele 16

----------Symposium Geometrische Meettechniek -----------

2.0 )Jr•a

1.6

1.2

0.8

0.4

0.0

-o.4

-o.s

-1.2

-1.6

-2.0

U. Wiegend

o.o~.o~.o~.o~.o~.o-.o~.o-.o -1----i ~-Stellungaussung •1t vcllll"" PTB-Korrektur

31.0~.1990 zrx: Rctat1on der Pinale um x

c (OI • -6.2!7E-07 c (11 • 4. 403E-09 c(21 •-3.2~4E-11 c (31 • -3.974E-14 c (41 • I. 712E-!5 c (51 • -8.024E-18 c (61 • 1.620E-20 c (71 • -1.517E-23 c (SJ • 5. 377E-27

Jo11M1111Uftt: -e. 47SE-o7

MaXiiiUE 1. 587E-o6

Figuur 12 C: Rotatieafwijking Z-as, met PTB-correctie.

5.32

Wanneer de afwijkingcomponenten bekend zijn is het mogelijk een afschatting te

genereren van de te realiseren nauwkeurigheid van een coördinatenmeetmachine,

voor een specifieke meetopdracht Hiertoe wordt, met behulp van simulaties, de

afwijking bepaald. In figuur 13 worden de resultaten getoond van een dergelijke

simulatie voor een 3-D lengtemeting. Hierbij wordt onderscheid gemaakt naar een

machine met een correctie van de fabrikant en de PTB-correctie.


----------Symposium Geometrische Meettechniek-----------

Alle LAngen 1-----1 Aeum

U • 5.3 + L I 190 • 10.3

L in 111111

5.32

Fiittur 13 A: Afschatting van de nauwkeurigheid voor een 3-D lengtemeting

(machine met correctie van fabrikant).

Alle !..ln;an 1-----1 Rau111

U • 2.3 + L I 266 • 5.3 !5.32

Fiittur 13 B: Afschatting van de nauwkeurigheid voor een 3-D lengtemeting

(machine met PTB-correctie).


----------Symposium Geometrische Meettechniek ----------

Ten behoeve van een afschatting van de meetonnauwkeurigheid van lx)Vengenoemde

methode, is aangenomen dat de onnauwkeurigheid bij het bepalen van de

middelpunten van de gaten ± 0.3 1m1 bedraagt (voor een gatenplaat ter grootte van

400 X 400 mm, met 36 gaten). Tevens is aangenomen dat er geen drift optreedt in de

coördinatenmeetmachine. Gebruik makend van deze aannames is de

onnauwkeurigheid voor het bepalen van lineariteitsafwijkingen ± 0.2 lJ.m,

rotatieafwijkingen ± 0.5 lJ.m/m en van rechtheidsafwijkingen ± 0.25 lJ.m. De grootste

bijdrage in deze onnauwkeurigheid wordt hierbij niet meer geleverd door de

kalibra tie, referentie object of de methode zelf, maar wordt beïnvloed door de

stabiliteit van de coördinatenmeetmachine.

Op het moment wordt de hierboven beschreven methode getest in hoeverre deze kan

functioneren als officiele kalibratie methode voor coördinatenmeetmachines binnen

de 'Deutsche Kalibrations Dienst' (DKD). De hiervoor noodzakelijke "traceability"

wordt door de methode gewaardborgd (figuur 14).

Internationaal wordt momentaan door experts uit europese landen gediscussieerd in

WECC-verband (West European Calibration Cooperation) over de mogelijkheid tot

het voorspellen van afwijkingen, welke optreden bij een specifieke meting. Deze

voorspellingen zijn hierbij gebaseerd op simulaties, waa~bij gebruik wordt gemaakt

van de geometrie afwijkingen van coördinatenmeetmachines.


--------- SyntJ.X>Sium Geometrische Meettechniek---------

unit "Meter"

10-10

calibration of loser PTB warelength lob. 4.31

10-7

;(:.. 1 D- colibrotion of "". raferenee objects

~ (ideol comporotor set-up) I 0.5x1o-6

PTB lab. 5.32

DKD, others

20-calibration of PTB raferenee objects lob. 5.32, (swing round method) DKD

I 0.7x1o-6 ~-------- DKD,

others

.-----..1.----ïDKD, colibrotlon of CMM suppliers

6 users of

10- CMM

users meosurements on CMM of CMM

(1-3)x1o-6

Fi~ 14 "Traceability" van de methode voor controle van

coördinatenmeetmachines.

Literatuur

[JOU 86]

[TRA 89]

[ZHA 88]

Standards, VDI/VDE 2617; BS 6808; CMMA

F. Jouy, Theoretica! modelisation and experimental identification of

the geometrical parameters of coordinate-machines by measuring a

multi-directed bar, Annals of the CIRP Vol. 35/1/1986, p 393-396

E. Trapet, F Wäldele, KoordinatenmeBgeräte in der Fertigung -

Temperatureindflüsse und erreichbare MeBunsicherheit,

VDI-Bericht 751, 1989, p 209-227

G. Zhang et al., A displacement metbod for machine geometry

calibration, Annals of the CIRP Vol. 37/1/1988, p 515-518

Kalibratie en inspectie van meetmachines D. Hüset-Teuchert, E. Tra pet, F. Wäldele 20


Kalibratie en inspectie van meetmachines met …geleiding, bestaan dan uit drie translatie...

Documents

Transcript of Kalibratie en inspectie van meetmachines met …geleiding, bestaan dan uit drie translatie...