VDI VDE 2617 Blatt 9-2009 Accuracy of coordinate measuring machines - Characteristics and their reverification - Acceptance and reverification tests for Articulated Arm Coordinate .pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONS-TECHNIK Genauigkeit von Koordinatenmessgerten Kenngren und deren Prfung Annahme- und Besttigungsprfung von Gelenkarm-Koordinatenmessgerten Accuracy of coordinate measuring machines Characteristics and their reverification A

2、cceptance and reverification tests for articulated arm coordinate measuring machinesVDI/VDE 2617Blatt 9 / Part 9Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Ausschuss Koordinatenmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik B

3、and 2: Fertigungstechnisches Messen VDI-Handbuch Betriebstechnik Teil 3: Betriebsmittel VDI/VDE-Handbuch Mikro- und Feinwerktechnik VDI/VDE-RICHTLINIENZubeziehendurch/ Available at Beuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechte vorbehalten/ Allrights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2009

4、Vervielfltigung auch frinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet/ Reproduction even forinternal use not permittedICS 17.040.30Juni 2009June 2009Frhere Ausgabe: 10.06 Entwurf, deutschFormeredition:10/06 Draft,inGermanonlyDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of thi

5、s guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 42 Begriffe. . . . . .

6、. . . . . . . . . . . . . . . 43 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Annahme- und Besttigungsprfung des Gelenkarm-KMGs . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Prfung der Antastabweichung . . . . . . 74.3 Prfung der Lngenmessabweichung . . . 1

7、15 bereinstimmung mit den Spezifikationen . . 176 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.1 Annahmeprfung . . . . . . . . . . . . . 186.2 Besttigungsprfung. . . . . . . . . . . . 186.3 Zwischenprfung . . . . . . . . . . . . . 18Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Content

8、s PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 43 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Acceptance and reverification t

9、esting of the articulated-arm CMM . . . . . . . . . . . . 64.1 Fundamentals. . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Testing of probing error . . . . . . . . . . 74.3 Testing of error of indication for size measurement . . . . . . . . . . . . . . . 115 Conformance with the specifications . . . . 176 Appl

10、ications . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.1 Acceptance test. . . . . . . . . . . . . . 186.2 Reverification test . . . . . . . . . . . . 186.3 Interim check. . . . . . . . . . . . . . . 18Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD -

11、 Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2617 Blatt 9 / Part 9 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFoto

12、kopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Alle

13、n, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungIn der Richtlinie VDI/VDE 2617 sind Kenngrenfr die Genauigkeit von Koordinatenmessgerten(KMG) festgelegt und Verfahren zu ihrer Prfung be-schrieben. Die Richtlinienreihe besteht zurzeit ausfolgenden B

14、lttern:Blatt 2.1 Leitfaden zur Anwendung von DIN ENISO 10360-2 zur Messung von Lngen-maen Blatt 2.2 FormmessungBlatt 2.3 Annahme- und Besttigungsprfung vonKoordinatenmessgerten groer Bauart Blatt 3 Komponenten der Messabweichung desGertsBlatt 4 Leitfaden zur Anwendung von DIN ENISO 10360-3 fr Koordi

15、natenmessgertemit zustzlichen DrehachsenBlatt 5 berwachung durch PrfkrperBlatt 5.1 berwachung mit KugelplattenBlatt 6 Koordinatenmessgerte mit optischer An-tastung; GrundlagenBlatt 6.1 Leitfaden zur Anwendung von DIN ENISO 10360 fr Koordinatenmessgertemit optischen Sensoren fr laterale Struk-turen B

16、latt 6.2 Leitfaden zur Anwendung von DIN ENISO 10360 fr Koordinatenmessgertemit optischen AbstandssensorenBlatt 6.3 Koordinatenmessgerte mit Multisensorik Preliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline

17、VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing cond

18、itionsspecified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe guideline VDI/VDE 2617 specifies characteris-tics serving to describe the accuracy of coordinatemeasuring machines (CMMs) and describes proce-

19、dures for checking these characteristics. The guide-line presently consists of the following parts:Part 2.1 Code of practice for the application of DINEN ISO 10360-2 for length measurement Part 2.2 Form measurementPart 2.3 Acceptance and reverification tests for co-ordinate measuring machines of lar

20、ge di-mensionsPart 3 Components of measurement deviation ofthe machinePart 4 Manual for the use of DIN EN ISO 10360-3to coordinate measuring machines with ad-ditional axes of rotationPart 5 Interim check with artefactsPart 5.1 Interim check with ball platesPart 6 Coordinate measuring machines with o

21、pti-cal probes; BasicsPart 6.1 Code of practice for the application of DINEN ISO 10360 to coordinate measuringmaschines with optical sensors for lateralstructuresPart 6.2 Guideline for the application of DIN ENISO 10360 to coordinate measuring ma-chines with optical distance sensorsPart 6.3 Coordina

22、te measuring machines with mul-tiple probing systems B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04VDI/VDE 2617 Blatt 9 / Part 9 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009Blatt 7 Ermittlung der Unsicherheit von Messun-gen auf Koordinatenmessgerten du

23、rch Si-mulationBlatt 8 Prfprozesseignung von Messungen mitKoordinatenmessgertenBlatt 9 Annahme und Besttigungsprfung vonGelenkarm-Koordinatenmessgerten Blatt 10 Annahme- und Besttigungsprfung vonLasertrackernBlatt 11 Messaufgabenbezogene Messunsicher-heit (in Vorbereitung)Blatt 12.1 Annahme- und Bes

24、ttigungsprfungen frKoordinatenmessgerte zum taktilen Mes-sen von MikrogeometrienAnmerkung 1: Aus der Richtlinienreihe VDI/VDE 2617 sind be-reits mehrere Bltter verfgbar, weitere sind in Arbeit. Die einzel-nen Bltter der Richtlinienreihe gliedern sich in eine Ordnungs-struktur ein. Eine Liste der akt

25、uell verfgbaren sowie geplantenBltter dieser Reihe sowie deren Strukturierung sind im Internet un-ter www.vdi-richtlinien.de/2617 abrufbar. Anmerkung 2: In den bis 1999 verffentlichten Blttern dieserRichtlinie wird vielfach der Begriff Messunsicherheit“ verwendet,wo nach der jetzt gltigen Definition

26、 im Internationalen Wrter-buch der Metrologie (VIM) 1 der Begriff Messabweichung“ zuverwenden ist. Bei der Anwendung dieser Bltter muss also der Be-griff Messunsicherheit“ in der Regel durch Messabweichung“ er-setzt werden. Die Norm DIN EN ISO 10360-1 enthlt Begriffe frdie Annahme- und die Besttigun

27、gsprfung von Ko-ordinatenmessgerten. Die Beurteilung der Leis-tungsfhigkeit von Koordinatenmessgerten ist inDIN EN ISO 10360-2 beschrieben. Diese Norm istvornehmlich fr Koordinatenmessgerte in kartesi-scher Bauart erarbeitet worden. Das Fehlerverhaltenvon Gelenkarm-Koordinatenmessgerten (KMG)untersc

28、heidet sich jedoch signifikant von dem karte-sischer KMG. Fr Gelenkarm-Koordinatenmessge-rte mssen deshalb besondere Prfverfahren festge-legt werden. Die Verfahren zur Beurteilung der Leistungsfhigkeitvon Gelenkarm-Koordinatenmessgerten sollen sichan den in der DIN EN ISO 10360-2 beschriebenenVerfah

29、ren orientieren und sich nicht wesentlich vonihnen unterscheiden. In dieser Richtlinie werden vorallem die fr Gelenkarm-KMG zutreffenden Beson-derheiten behandelt, die durch DIN EN ISO 10360-2nicht abgedeckt sind. Das bezieht sich hauptschlichauf zustzliche Prfkrper und die Durchfhrung derPrfungen.P

30、art 7 Estimation of measurement uncertainty ofcoordinate measuring machines by meansof simulationPart 8 Test suitability of measurements with coor-dinate measuring machinesPart 9 Acceptance and reverification tests for ar-ticulated arm coordinate measuring ma-chinesPart 10 Acceptance and reverificat

31、ion tests of la-sertrackersPart 11 Uncertainty of measurement related to themeasurement task (to be published)Part 12.1 Acceptance and reverification tests for tac-tile CMM measuring microgeometriesNote 1: The VDI/VDE 2617 series of guidelines comprises severalparts, and further parts are to be publ

32、ished. The numbering of theindividual parts follows a classification structure. A list of all cur-rently available, and planned, parts of this guideline as well as in-formation on the structure of the guidelines series can be down-loaded from www.vdi-richtlinien.de/2617. Note 2: In the parts of this

33、 guideline published until 1999, the term“uncertainty of measurement” is often used where, according to thecurrently valid definition of the International Vocabulary of Basicand General Terms in Metrology (VIM) 1, the term “error ofmeasurement” ought to be used. Therefore, when using these partsof t

34、he guideline, “uncertainty of measurement” must usually be re-placed by “error of measurement”. The standard DIN EN ISO 10360-1 contains termi-nology used in the context of acceptance and reveri-fication testing of coordinate measuring machines.The assessment of the performance of coordinatemeasurin

35、g machines is described in DIN ENISO 10360-2. This standard primarily applies to co-ordinate measuring machines that perform measure-ments in the Cartesian coordinate system. However,the error behaviour of articulated-arm coordinatemeasuring machines (CMMs) differs significantlyfrom that of Cartesia

36、n CMMs. It is, therefore, re-quired to specify specific testing procedures for artic-ulated-arm coordinate measuring machines.If possible, the procedures for assessing the perform-ance of articulated-arm coordinate measuring ma-chines shall be based on the procedures described inDIN EN ISO 10360-2 a

37、nd shall not essentially differfrom them. This guideline primarily deals with thespecifics of articulated-arm CMMs which are notcovered by DIN EN ISO 10360-2. These specificsmainly concern additional artefacts and the perform-ance of the tests. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD -

38、Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2617 Blatt 9 / Part 9 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20091 AnwendungsbereichDiese Richtlinie beschreibt Verfahren zur Prfungder Leistungsfhigkeit von Gelenkarm-KMG mittaktiler Antastung. Sie gilt fr: Annahmeprfungen zur Prfung des KMGs und

39、des zugehrigen Sensors entsprechend den Anga-ben des Herstellers Besttigungsprfungen zur turnusmigen Pr-fung des Gelenkarm-KMGs und des zugehrigenSensors durch den Betreiber Zwischenprfungen zur berwachung des Gelenk-arm-KMGs und des zugehrigen Sensors durchden Betreiber zwischen den Besttigungsprfu

40、ngen Die Prfungen gelten fr Gelenkarm-KMG mit min-destens vier Achsen, ohne Bercksichtigung von re-dundanten Achsen (siehe auch Abschnitt 2).2BegriffeArt der GelenkeGelenke sind die drehbaren Verbindungen zwischenden Gliedern des Gelenkarm-KMGs. Ein Gelenkkann aus mehreren mit Winkelmesssystemen (Dr

41、eh-gebern) versehenen Drehachsen bestehen. Dement-sprechend unterscheidet man Gelenke mit ein, zweiund drei Freiheitsgraden.Die drei Hauptgelenke werden in Analogie zummenschlichen Arm Schultergelenk, Ellenbogenge-lenk und Handgelenk genannt. Heute bliche Gertehaben in der Schulter und im Ellenbogen

42、 zwei Frei-heitsgrade, im Handgelenk zwei oder drei Freiheits-grade (Bild 2).Gelenkarm-KoordinatenmessgertEin Gelenkarm-Koordinatenmessgert (Gelenkarm-KMG) ist ein Messsystem, geeignet zur Messungrumlicher Koordinaten, das aus einer offenen Kettevon Gliedern fester Lnge besteht, welche durchDrehachs

43、en untereinander und mit der festen Umge-bung verbunden sind, sowie einem Messkopfsystem,z.B. einem starren Taster, am freien Ende dieserKette. Die Drehachsen sind mit Winkelgebern verse-hen; aus den Winkeln und den festen Lngen derGlieder werden die kartesischen Koordinaten des je-weiligen Messpunk

44、ts errechnet.Messbereich/MessvolumenDer Messbereich (auch Messvolumen) ist der Durch-messer des kugelfrmigen Volumens, innerhalb des-sen mit dem Gelenkarm-KMG Koordinaten gemes-sen werden knnen (Bild 1). Er wird vom Herstellerspezifiziert. Das Messvolumen wird auerdem be-1 ScopeThis guideline descri

45、bes procedures for testing theperformance of articulated-arm CMMs for tactileprobing. It applies to: acceptance tests serving to verify conformance ofthe CMM and its probe with the manufacturersspecifications reverification tests performed by the user for peri-odical checking of the articulated-arm

46、CMM andits probe interim checks performed by the user for monitor-ing the articulated-arm CMM and its probe in-be-tween reverification tests The tests are applicable to articulated-arm CMMshaving at least four axes, not counting any redundantaxes (see also Section 2).2 Terms and definitionsNumber of

47、 jointsJoints are the rotatable connections between the seg-ments of the articulated-arm CMM. A joint can con-sist of several rotary axles provided with angle-meas-uring systems (rotary encoders). Accordingly, adistinction is made between joints with one, two andthree degrees of freedom.In analogy t

48、o the human arm, the three main joints aredesignated shoulder joint, elbow joint and wrist. Cur-rent machines have two degrees of freedom each forshoulder and elbow and two or three degrees of free-dom for the wrist (Figure 2). Articulated-arm coordinate measuring machineAn articulated-arm coordinat

49、e measuring machine(articulated-arm CMM) is a measuring system allow-ing to determine spatial coordinates and consisting ofan open chain of fixed-length segments, rotary axlesinterconnecting the segments as well as connectingthem to the stationary environment, and a probingsystem such as a rigid probe provided at the free endof the chain. The rotary axles are equipped with an-gular encoders; the Cartesian coord