DE3688138T2

DE3688138T2 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE DRIVE FAILURE OF MACHINE TOOLS.

Info

Publication number: DE3688138T2
Application number: DE19863688138
Authority: DE
Inventors: Yukitoshi Ihara; Yoshiaki Dr Kakino; Aketoshi Kamei
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2006-09-02
Also published as: DE3688138D1; ATE87380T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Bewegungsfehlern von NC-Werkzeugmaschinen unter Verwendung einer Teleskopstange, die an ihren beiden Enden mit Drehgelenken gekoppelt ist und eine eingebaute Skala zur Messung ihrer Teleskopbewegungen aufweist, wobei ein Drehgelenk auf einer Spindel der NC-Werkzeugmaschine und ein Drehgelenk auf einem Tisch montiert ist, die NC-Werkmaschine numerisch so gesteuert ist, daß das eine Drehgelenk relativ zum Zentrum des anderen Drehgelenks eine kreisförmige Interpolationsbewegung ausführt, und wobei die Teleskopbewegungen der Teleskopstange zur Berechnung und Analyse von Bewegungsfehlern gespeichert und aufgezeichnet werden und die Form und der Betrag der Abweichung in Bezug auf einen gegebebenen Kreis geprüft werden.The present invention relates to a device for measuring movement errors of NC machine tools using a telescopic rod coupled to rotary joints at both ends and having a built-in scale for measuring its telescopic movements, wherein one rotary joint is mounted on a spindle of the NC machine tool and one rotary joint is mounted on a table, the NC machine tool is numerically controlled so that one rotary joint performs a circular interpolation movement relative to the center of the other rotary joint, and wherein the telescopic movements of the telescopic rod are stored and recorded for calculating and analyzing movement errors and the shape and amount of deviation with respect to a given circle are checked.

Die "Essays for 1985, Spring Scientific Lecture Meeting of Japan Society of Precision Engineering", 29. März 1985, von Y. Kakino, T. Ihara, M. Nawada, A. Kamei beschreiben eine Vorrichtung zur Messung von Bewegungsfehlern von NC Werkzeugmaschinen unter Verwendung einer axialen Teleskopstange mit Ansätzen, zwischen denen ein Teleskopmechanismus angeordnet ist, wobei die Stange an beiden Enden mit Drehgelenken gekoppelt ist und eine eingebaute Skala zur Messung ihrer Bewegungsfehler aufweist, wobei ein Drehgelenk auf einer Spindel der NC-Werkzeugmaschine und ein Drehgelenk auf einem Tisch montiert ist, die NC-Werkzeugmaschine numerisch so gesteuert ist, daß das Zentrum des einen Drehgelenks eine kreisförmige Interpolationsbewegung relativ zum Zentrum des anderen Drehgelenks ausführt und wobei die Teleskopbewegung der Teleskopstange während dieser Bewegung gespeichert und aufgezeichnet wird, um Bewegungsfehler zu berechnen und zu analysieren und die Form und der Betrag der Abweichung in Bezug auf eine gegebene Kreisbewegung geprüft wird. In einem gegebenen Rotationswinkelinkrement bzw. Zeitintervall kann periodisch eine Abtastung der Werte der Teleskopbewegungen durchgeführt werden.The "Essays for 1985, Spring Scientific Lecture Meeting of Japan Society of Precision Engineering", March 29, 1985, by Y. Kakino, T. Ihara, M. Nawada, A. Kamei describe a device for measuring motion errors of NC machine tools using an axial telescopic rod with lugs between which a telescopic mechanism is arranged, the rod being coupled at both ends with rotary joints and having a built-in scale for measuring their movement errors, wherein a rotary joint is mounted on a spindle of the NC machine tool and a rotary joint is mounted on a table, the NC machine tool is numerically controlled such that the center of one rotary joint executes a circular interpolation movement relative to the center of the other rotary joint, and wherein the telescopic movement of the telescopic rod is stored and recorded during this movement in order to calculate and analyze movement errors and to check the shape and amount of the deviation with respect to a given circular movement. In a given rotation angle increment or time interval, a sampling of the values of the telescopic movements can be carried out periodically.

In den Teleskopmechanismus ist eine Moir randskala eingebaut, welche Signale erzeugt, die zu einer auftretenden differentiellen Verschiebung proportional sind; diese Signale werden nachfolgend in weitere elektronische Anordnungen zur weiteren Verarbeitung/Anzeige/Berechnung eingespeist.A Moiré fringes scale is built into the telescope mechanism, which generates signals proportional to any differential displacement that occurs; these signals are subsequently fed into other electronic devices for further processing/display/calculation.

Der Aufsatz "A simple method for testing measuring machines and maschine tools", von J.B. Bryan, Precision Engineering, April 1982, Vol. 4, Nr. 2, Seiten 61-69 beschreibt eine Teleskop-Magnetkugelstange, welche mit Verlängerungsstangen unterschiedlicher Länge bestückt ist, die von einem Hauptteleskopmechanismus lösbar sind.The paper "A simple method for testing measuring machines and machine tools", by J.B. Bryan, Precision Engineering, April 1982, Vol. 4, No. 2, pages 61-69 describes a telescoping magnetic ball rod which is equipped with extension rods of different lengths which can be detached from a main telescopic mechanism.

Die US-A-4 435 905 beschreibt die Verwendung von lösbaren Verlängerungsstäben unterschiedlicher Länge, welche in Verbindung mit einem Hauptteleskopmechanismus eine Teleskopvorrichtung bilden.US-A-4 435 905 describes the use of detachable extension rods of different lengths, which in connection with a main telescopic mechanism form a telescopic device.

Ein konventionelles Verfahren zur Messung von Bewegungsfehlern von NC-Werkzeugmaschinen erfordert die tatsächliche Bearbeitung einer Platte auf der Werkzeugmaschine mit einem Kreisinterpolationsprogramm, wobei die Rundheizfehler der bearbeiteten Platte mit einer zur Verfügung stehenden Vorrichtung, wie beispielsweise einer Meßmaschine gemessen werden, wie sie in JIS-B6336 beschrieben ist. Dieses Verfahren erfordert zwei gesonderte Operationen, nämlich die Bearbeitung und die Messung, und ist daher zeitaufwendig. Darüber hinaus sind die durch dieses Verfahren gewonnenen Daten zur Analyse der Testergebnisse zur Festlegung der Fehlerquellen der Werkzeugmaschine nicht genau genug, da seine Empfindlichkeit durch dem Durchmesser des Schneidwerkzeugs für die Bearbeitung einer Platte sowie die Möglichkeiten einer schnell ansprechenden Meßmaschine zur genauen Detektierung feiner tatsächlicher Bewegungen beeinflußt wird. Darüber hinaus ist der Meßbereich dieses Verfahrens durch den Meßbereich der Meßmaschine zur Messung von Rundheitsfehlern selbst beschränkt. Der maximale Durchmesser einer zu bearbeitenden kreisförmigen Platte beträgt selbst für eine große Werkzeugmaschine mit einem weiten Arbeitsbereich etwa 400 mm, da die Kapazität von gegenwärtig zur Verfügung stehenden Maschinen zur Messung von Rundheizfehlern bei Durchmessern von etwa 400 mm liegt.A conventional method for measuring motion errors of NC machine tools requires the actual machining of a plate on the machine tool with a circular interpolation program, whereby the circular heating errors of the machined plate with an available device such as a measuring machine as described in JIS-B6336. This method requires two separate operations, namely machining and measurement, and is therefore time consuming. In addition, the data obtained by this method are not accurate enough for analyzing the test results to determine the sources of errors in the machine tool because its sensitivity is affected by the diameter of the cutting tool used to machine a plate and the ability of a fast-response measuring machine to accurately detect fine actual movements. In addition, the measuring range of this method is limited by the measuring range of the measuring machine for measuring roundness errors itself. The maximum diameter of a circular plate to be machined is about 400 mm even for a large machine tool with a wide working range because the capacity of currently available machines for measuring roundness errors is about 400 mm in diameter.

Zur Vermeidung derartiger Nachteile schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung von Bewegungsfehlern von NC- Werkzeugmaschinen und zur Definition der Quellen der detektierten Fehler, wodurch NC-Werkzeugmaschinen in kürzerer Zeit zusammengebaut und eingestellt werden können und die Kosten für die Entwicklung einer neuen Werkzeugmaschine gesenkt werden, da geometrische Fehler leichter als früher auffindbar sind und bei der Entwicklung neuer Maschinen Abänderungen früher durchgeführt werden können.To avoid such disadvantages, the invention provides a device for measuring movement errors of NC machine tools and for defining the sources of the detected errors, whereby NC machine tools can be assembled and adjusted in a shorter time and the cost of developing a new machine tool is reduced since geometric errors can be found more easily than before and modifications can be made earlier when developing new machines.

Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dar Fehlerquellen unter Bezugnahme auf die aufgezeichneten Teleskopbewegungen zu vorgegebenen Spur formen typischer Fehlerquellen definiert werden, daß die Teleskopbewegungen periodisch in Intervallen einer bestimmten Zeitperiode abgetastet werden, dar ein eingebauter Wandler die abgetasteten Teleskopbewegungen detektiert und Signale zu einer Anordnung zwecks Speicherung dieser Signale und deren Ausdrucken in Polarkoordinaten in Form einer Kurve sendet und daß eine Anordnung detektiert, wie die Kurve vom gegebenen Kreis abweicht, um charakteristische Eigenschaften aus der Kurve zu entnehmen, diese mit in einer Datenbank enthaltenen Daten typischer Bewegungsfehlerquellen zu vergleichen und eine Anzeige der Bewegungsfehlerquellen zu definieren.This device is characterized in that error sources are defined with reference to the recorded telescope movements to predetermined trace forms of typical error sources, that the telescope movements are periodically measured at intervals of a certain time period are sampled, a built-in transducer detects the sampled telescope movements and sends signals to an arrangement for storing these signals and printing them in polar coordinates in the form of a curve, and an arrangement detects how the curve deviates from the given circle in order to extract characteristic properties from the curve, compare these with data contained in a database of typical sources of motion error and define an indication of the sources of motion error.

In den beigefügten Zeichnungen zeigt:In the attached drawings shows:

Fig. 1 einen Meßmechanismus gemäß der Erfindung;Fig. 1 shows a measuring mechanism according to the invention;

Fig. 2 Beschreibungen von Datenverarbeitungselementen;Fig. 2 Descriptions of data processing elements;

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Datenverarbeitungsverfahrens;Fig. 3 is a flow chart of a data processing method;

Fig. 4 bis 7 typische Muster von verschiedenen Fehlerquellen;Fig. 4 to 7 typical patterns of different error sources;

Fig. 8 bis 10 typische gemäß der Erfindung gewonnene Bewegungsfehlerverläufe;Fig. 8 to 10 typical motion error curves obtained according to the invention;

Fig. 11 eine Darstellung einer weiteren Drehgelenkausführungsform.Fig. 11 is a representation of another swivel joint embodiment.

Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels:Detailed description of a preferred embodiment:

Fig. 1 zeigt Meßelemente der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung. An den beiden Enden einer einen axialen Teleskopmechanismus (12) enthaltenden Stange (3) sind Stahlkugeln (6) und (7) montiert. Die Stahlkugel (6) bildet ein Drehgelenk (4), das mit einer Kugelpfanne (8) gekoppelt ist, die einen Permanentmagneten (10) enthält. Der magnetische Kreis des Permanentmagneten (10) bildet über die Kugelpfanne (8) und die Stahlkugel (6) einen geschlossenen Kreis. Weiterhin wird die Stahlkugel (6) bei einem geeigneten Spalt zwischen ihr und dem Permanentmagneten (10) drehend in der Kugelpfanne (8) gehalten. Die weitere Stahlkugel (7) bildet ebenfalls ein Drehgelenk (5). Der Teleskopmechanismus (12) ist so eingestellt, daß sich die Stange lediglich in Achsrichtung ausdehnen oder zusammenziehen kann, wobei in Querrichtung das kleinste mögliche Spiel verbleibt. Die axiale Teleskopbewegung wird durch einen Verschiebungsdetektor (13) detektiert, welcher ein Signal über ein Ausgangskabel (14) für Datenverarbeitungselemente liefert. In diesem Verschiebungsdetektor werden an sich bekannte Elemente, wie beispielsweise eine Moir skala und ein Differtialwandler verwendet.Fig. 1 shows measuring elements of the measuring device according to the invention. Steel balls (6) and (7) are mounted on the two ends of a rod (3) containing an axial telescopic mechanism (12). The steel ball (6) forms a swivel joint (4) which is coupled to a ball socket (8) which contains a permanent magnet (10). The magnetic circuit of the permanent magnet (10) forms a closed circuit via the ball socket (8) and the steel ball (6). Furthermore, the steel ball (6) is held rotating in the ball socket (8) with a suitable gap between it and the permanent magnet (10). The further steel ball (7) also forms a swivel joint (5). The telescopic mechanism (12) is adjusted so that the rod can only expand or contract in the axial direction, with the smallest possible play remaining in the transverse direction. The axial telescopic movement is detected by a displacement detector (13) which supplies a signal via an output cable (14) for data processing elements. In this displacement detector, known elements such as a Moiré scale and a differential converter are used.

Im folgenden wird ein Beispiel von Meßvorgängen für den Fall von Bewegungsfehlermessungen eines XY-Achsentisches einer Vertikal-NC-Fräsmaschine beschrieben. Das Drehgelenk (4) ist mittels eines Spannfutters (16) auf der Maschinenspindel (2) montiert. Das andere Drehgelenk (5) ist mittels einer Befestigung (15) auf der gleichen Höhe wie das Drehgelenk (4) auf dem Maschinentisch (1) montiert, wobei R&sub0;ein normaler Abstand zwischen den Mittelpunkten der Stahlkugeln (5) und (6) ist, wobei eine angemessene Möglichkeit für die Bewegung des Teleskopmechanismus in zwei Achsen verbleibt. Sodann wird die Maschine durch ein vorgegebenes Programm so in Betrieb gesetzt, daß der XY-Tisch eine kreisförmige Interpolationsbewegung mit dem Radius R&sub0;um den Mittelpunkt der Stahlkugel (6) ausführt.An example of measuring procedures for the case of measuring the movement error of an XY-axis table of a vertical NC milling machine is described below. The rotary joint (4) is mounted on the machine spindle (2) by means of a chuck (16). The other rotary joint (5) is mounted on the machine table (1) by means of a fixture (15) at the same height as the rotary joint (4), where R₀ is a normal distance between the centers of the steel balls (5) and (6), leaving a reasonable possibility for the movement of the telescopic mechanism in two axes. Then, the machine is set in operation by a predetermined program so that the XY table performs a circular interpolation movement with the radius R₀ around the center of the steel ball (6).

Ist sowohl der Bewegungsfehler des Maschinentisches und der Interpolationsbewegung von NC = 0, so rotiert die Stange (3) mit dem Radius R&sub0;um die Stahlkugel (6). Ist die Bewegung Des XY-Tisches nicht genau und kann keine richtige Kreisbewegung ausgeführt werden, so ändert sich der Wert von R&sub0;um ΔR. Diese Verschiebung ΔR wird durch den Verschiebungsdetektor (13) detektiert und das Signal über das Ausgangskabel (14) in die Datenverarbeitungselemente eingespeist, in denen es analysiert wird.If both the movement error of the machine table and the interpolation movement of NC = 0, the rod (3) rotates with the radius R₀ around the steel ball (6). If the movement of the XY table is not accurate and cannot achieve a correct circular movement are carried out, the value of R₀ changes by ΔR. This displacement ΔR is detected by the displacement detector (13) and the signal is fed via the output cable (14) to the data processing elements in which it is analyzed.

Die Schaltungstechnik dieser Datenverarbeitungselemente ist in Fig. 2 angegeben. Es wurde eine Folge von Tests unter Verwendung einer Moir skala als Detektor (13) ausgeführt, wobei die detektierten Signale detektiert und über eine Schnittstelleneinheit (18) in einen Mikrocomputer (19) eingespeist werden. Die gewonnenen Daten werden durch den Mikrocomputer (19) verarbeitet, dem eine Kathodenstrahlröhrenanzeige (20) ein Diskettenspeicher (21), eine Tastatur (22) und ein XY-Drucker (23) zugeordnet sind.The circuitry of these data processing elements is shown in Fig. 2. A series of tests was carried out using a Moiré scale as a detector (13), the detected signals being detected and fed to a microcomputer (19) via an interface unit (18). The data obtained are processed by the microcomputer (19) to which a CRT display (20), a disk memory (21), a keyboard (22) and an XY printer (23) are associated.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des Datenverarbeitungsprozesses. Die vom Detektor (13) gelieferten Signale werden durch einen Aufwärts/Abwärtszähler (17) digitalisiert. Dabei wird der am Beginn vorhandene normale Abstand R&sub0;zwischen den beiden Stahlkugeln gelöscht und es werden lediglich Verschiebungen von R&sub0;gezählt. Die Schnittstelle (18) ist so eingestellt, daß die Ausgangssignale vom Zähler (17) intermittierend mit einem bestimmten Drehwinkelmaß, beispielsweise alle 0,1º in den Computer eingespeist werden. Zwar sind genaue Signale des Drehwinkels vom Regler der Werkzeugmaschine abnehmbar; dies ist jedoch sehr aufwendig. Andererseits verwenden auf dem Markt erhältlich NC-Werkzeugmaschinen eine genaue Bewegung mit gleicher Winkelgeschwindigkeit für eine kreisförmige Interpolationsbewegung. Eine Abtastrate von 0,1º ist praktisch genau genug, um eine Abtastung in Intervallen mit einer bestimmten Zeitperiode entsprechend dem Drehwinkel durchzuführen. Die gelesenen Daten werden im Datenspeicher (19) gespeichert und in ein Polarkoordinatensystem überführt, um Ausdrucke in Polarkoordinaten herzustellen. Die übertragenen Daten werden auf der Kathodenstrahlröhrenanzeige (20) angezeigt. Alle durch eine volle Umdrehung im Test gewonnenen Daten werden im Speicher gespeichert und Fehler in Bezug auf den gegebenen Kreis angezeigt. Derartige Tests werden zur Herstellung von Ausdrucken in Polarkoordinaten in zwei Richtungen im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn durchgeführt, wobei die Bewegungsfehler der Werkzeugmaschine insgesamt in Bezug auf die folgenden Größen in XY-, YZ- und ZX-Ebene berechnet werden.Fig. 3 shows a flow chart of the data processing process. The signals supplied by the detector (13) are digitized by an up/down counter (17). In this process, the normal initial distance R₀ between the two steel balls is deleted and only displacements of R₀ are counted. The interface (18) is set up so that the output signals from the counter (17) are fed into the computer intermittently at a certain angle of rotation, for example every 0.1º. Although accurate signals of the angle of rotation can be obtained from the controller of the machine tool, this is very laborious. On the other hand, NC machine tools available on the market use an accurate movement with a constant angular velocity for a circular interpolation movement. A sampling rate of 0.1º is practically accurate enough to perform sampling at intervals of a certain period of time corresponding to the angle of rotation. The read data are stored in the data memory (19) and converted into a polar coordinate system to produce printouts in polar coordinates. The transmitted data is displayed on the cathode ray tube display (20). All data obtained by one full revolution in the test are stored in memory and errors with respect to the given circle are displayed. Such tests are carried out to produce printouts in polar coordinates in two directions, clockwise and counterclockwise, calculating the total motion errors of the machine tool with respect to the following quantities in the XY, YZ and ZX planes.

1. Rundheitsfehler bei kreisförmigen Bewegungen im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn.1. Roundness errors in circular movements in clockwise and counterclockwise directions.

2. Wiederholungsfehler in einer Richtung.2. Repeated errors in one direction.

3. Wiederholungsfehler in zwei Richtungen.3. Repeat errors in two directions.

4. Höhere Harmonischenkomponenten.4. Higher harmonic components.

Nach einer derartigen Gesamtberechnung werden unter Berücksichtigung der folgenden Größen die Eigenschaften der gemessenen Fehler entnommen:After such an overall calculation, the properties of the measured errors are taken into account, taking into account the following quantities:

1. Ist der Verlauf um aufeinander senkrecht stehende Achsen symmetrisch.1. Is the course symmetrical around mutually perpendicular axes?

2. Neigung der Achsen.2. Inclination of the axes.

3. Elliptizität.3. Ellipticity.

4. Höhendifferenz und Ungenauigkeit4. Height difference and inaccuracy

5. Einfluß der Drehrichtung.5. Influence of the direction of rotation.

Typische Verlaufsformen sind in den Fig. 4, 5, 6 und 7 dargestellt. Diese typischen charakteristischen Muster von Fehlerquellen werden in der Datenbank (24) gespeichert. Fig. 4 zeigt das charakteristische Muster für die verlängerte X- Achsenskala, Fig. 5 das charakteristische Muster für den Führungsmechanismus der X-Achse, Fig. 6 das charakteristische Muster für den Rechteckigkeitsfehler zwischen X- und Y-Achse und Fig. 7 das charakteristische Muster für den an beiden Enden in Z-Achsenrichtung gebogenen X-Achsen-Führungsweg.Typical curves are shown in Fig. 4, 5, 6 and 7. These typical characteristic patterns of error sources are stored in the database (24). Fig. 4 shows the characteristic pattern for the extended X-axis scale, Fig. 5 the characteristic pattern for the X-axis guide mechanism, Fig. 6 the characteristic pattern for the squareness error between X and Y axes, and Fig. 7 the characteristic pattern for the X-axis guide path bent at both ends in the Z-axis direction.

Unter Bezugnahme auf die Charakteristiken des gewonnenen kreisförmigen Verlaufs für derartige Daten werden die Bewegungsfehlerquellen der gemessenen Werkzeugmaschine definiert. Folgende Fehlerquellen sind für die NC-Werkzeugmaschine typisch:With reference to the characteristics of the circular curve obtained for such data, the motion error sources of the measured machine tool are defined. The following error sources are typical for the NC machine tool:

Geometriefehler:Geometry error:

1. Geradheitsfehlers des Führungsweges.1. Straightness error of the guide path.

2. Rechteckigkeitsfehler zwischen den beiden Achsen.2. Squareness error between the two axes.

3. Winkelbewegung des Gleitelementes.3. Angular movement of the sliding element.

Potentieller Fehler des Führungsmechanismus:Potential failure of the guidance mechanism:

4. Gleichförmigkeitsfehler der Einstellungsskala.4. Uniformity error of the setting scale.

5. Rückstoß des Führungsantriebsmechanismus5. Recoil of the guide drive mechanism

6. Steigungsfehler der Kugelschraube.6. Ball screw pitch error.

7. Indexfehler der Einstellungsskala.7. Setting scale index error.

Kinetischer Fehler des Führungsmechanismus:Kinetic error of the guide mechanism:

8. Einstellungsfehler aufgrund von Überlaufen.8. Setting error due to overflow.

9. Haftbewegung und Haftschlupf.9. Adhesive movement and adhesive slip.

10. Vibrationsfehler.10. Vibration error.

11. Totgang11. Backlash

12. Fehlanpassung der Stellungsschleifenverstärkung.12. Position loop gain mismatch.

In den meisten tatsächlichen Fällen treten diese Fehlerquellen gemischt und nicht einzeln auf. Auch die erfindungsgemäß realisierten kreisförmigen Verläufe zeigen gewöhnlich Mischungen mehrerer Fehlerquellen.In most actual cases, these sources of error occur in a mixed form and not individually. The circular curves realized according to the invention also usually show mixtures of several sources of error.

Im folgenden werden durch tatsächliche Messungen realisierte Verläufe beschrieben. Gemäß Fig. 8 ändert sich der Wert ΔR plötzlich in Punkten X&sub1;, X&sub2;, Y&sub1;und Y&sub2;. In diesen Punkten kehrt sich die Richtung der Bewegung des XY-Tisches um. Die Fehler gehen offensichtlich von einem durch den Tischantriebsmechanismus der Maschine ausgehenden Totgang auf. Der Verlauf nach Fig. 1 weicht elliptisch ab und ist gegen zwei Achsen geneigt, was den Rechteckigkeitsfehler zwischen der X- und der Y-Achse wiedergibt. Sind die Fehlerkomponente des Totgangs und der Vibration durch höhere Harmonische eliminiert, so beträgt die Elliptizität des Verlaufs 8 um. Der Rechteckigkeitsfehler zwischen den beiden Achsen beträgt 8 um pro 200 mm, da die Länge R&sub0;der in diesem Test verwendeten Stange 200 mm betrug.The following describes traces realized by actual measurements. According to Fig. 8, the value of ΔR changes suddenly at points X₁, X₂, Y₁ and Y₂. At these points, the direction of movement of the XY table is reversed. The errors are evidently caused by a backlash caused by the table drive mechanism of the machine. The trace shown in Fig. 1 deviates elliptically and is inclined to two axes, which reflects the squareness error between the X and Y axes. When the error component of the backlash and vibration due to higher harmonics are eliminated, the ellipticity of the trace is 8 µm. The squareness error between the two axes is 8 µm per 200 mm, since the length R�0 of the rod used in this test was 200 mm.

Fig. 10 zeigt, daß die Y-Achse einen Geradheitsfehler in X- Achsenrichtung aufweist.Fig. 10 shows that the Y-axis has a straightness error in the X-axis direction.

In den vorgenannten Beispielen sind die Tests hauptsächlich in der XY-Ebene bei fester Z-Achse durchgeführt worden. Bei tat-sächlichen Messungen werden jedoch die Kreisbewegungsfehler in der ZX-Ebene bei fester Y-Achse und in der YZ- Ebene bei fester X-Achse gemessen, wobei drei dimensionale Bewegungsfehler unter Verwendung derartiger aus unterschiedlichen Ebenen gewonnenen Daten diagnostiziert werden, um die Fehlerquellen zu definieren.In the above examples, the tests have been mainly carried out in the XY plane with the Z axis fixed. However, in actual measurements, the circular motion errors are measured in the ZX plane with the Y axis fixed and in the YZ plane with the X axis fixed, and three-dimensional motion errors are diagnosed using such data obtained from different planes to define the error sources.

Die Länge R&sub0;der Stange kann nach Bedarf durch Änderung der Verlängerung (25) nach Fig. 1 eingestellt werden. Der gesamte Arbeitsbereich einer großen NC-Werkzeugmaschine kann genauso genau wie der einer kleinen Werkzeugmaschine gemessen werden. Dieses Verfahren ist auch für horizontale Werkzeugmaschinen anwendbar. Bei den vorgenannten Testbeispielen wurden in allen Richtungen rotierende Drehgelenke verwendet. Erfindungsgemäß können an den beiden Enden der Stange (3) an Stelle der Drehgelenke auch rotierende Lager (26) gemäß Fig. 11 verwendet werden.The length R0 of the rod can be adjusted as required by changing the extension (25) as shown in Fig. 1. The entire working range of a large NC machine tool can be measured as accurately as that of a small machine tool. This method is also applicable to horizontal machine tools. In the above test examples, rotating hinges rotating in all directions were used. According to the invention, rotating bearings (26) as shown in Fig. 11 can also be used at the two ends of the rod (3) instead of the hinges.

Erfindungsgemäße Funktionen:Functions according to the invention:

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können Bewegungsfehler von NC-Werkzeugmaschinen genau, bequem und in kurzen Zeitperioden diagnostiziert werden, wobei aus den erfindungsgemäßen realisierten Bewegungsfehlerverläufen ggf. mittels eines Berechnungsprozesses charakteristische Muster ermittelt werden. Darüber hinaus werden die Fehlerquellen zahlenmäßig angezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dieser Hinsicht dem Stande der Technik überlegen. Die Erfindung gewährleistet nicht nur eine Realisierung der Einstellung und der Untersuchung bei der Herstellung von NC- Werkzeugmaschinen sondern auch eine Verbesserung der Genauigkeit von neu hergestellten Werkzeugmaschinen.According to the embodiments described above, motion errors of NC machine tools can be diagnosed precisely, conveniently and in short periods of time, with characteristic patterns being determined from the motion error curves realized according to the invention, if necessary by means of a calculation process. In addition, the error sources are displayed numerically. The method according to the invention is superior to the state of the art in this respect. The invention not only ensures the implementation of the adjustment and examination in the manufacture of NC machine tools but also an improvement in the accuracy of newly manufactured machine tools.

Claims

1. Device for measuring movement errors of NC machine tools using a telescopic rod (3) which is coupled at both ends to rotary joints (4, 5; 26) and has a built-in scale (13) for measuring its telescopic movements (ΔR), wherein one rotary joint (4; 26) is mounted on a spindle (2) of the NC machine tool, the other rotary joint (5; 26) is mounted on a table (1), the NC machine tool is numerically controlled so that one rotary joint (4; 26 or 5; 26) carries out a circular interpolation movement relative to the center of the other rotary joint (5; 26 or 4; 26), and wherein the telescopic movements (ΔR) of the telescopic rod (3) are stored and recorded for calculating and analyzing movement errors and the shape and amount of the deviation be tested in relation to a given circle, characterized in that

Error sources are defined with reference to the recorded telescope movements (AR) to predetermined trace forms of typical error sources, that the telescope movements (ΔR) are periodically sampled at intervals of a certain time period, that a built-in transducer detects the sampled telescope movements (ΔR) and sends signals to an arrangement (19, 23) for the purpose of storing these signals and printing them in polar coordinates in the form of a curve, and that an arrangement detects how the curve deviates from the given circle in order to extract characteristic properties from the curve which are stored in a database (24) to compare the data of typical motion error sources and to define an indication of the motion error sources.

2. Device according to claim 1, characterized in that the swivel joints (4, 5) each comprise a steel ball (6, 7) attached to the rod (3) and a magnet (10, 11) in the ball socket (8, 9) which attracts the steel ball (6, 7).

3. Device according to claim 1, characterized in that the rotary joints (26) each comprise a rotary bearing.