DE10050795C2 - Method and device for scanning on a coordinate measuring machine - Google Patents

Method and device for scanning on a coordinate measuring machine

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DE10050795C2 DE10050795A DE10050795A DE10050795C2 DE 10050795 C2 DE10050795 C2 DE 10050795C2 DE 10050795 A DE10050795 A DE 10050795A DE 10050795 A DE10050795 A DE 10050795A DE 10050795 C2 DE10050795 C2 DE 10050795C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scannen auf einem Koordinatenmeßgerät, das ei­ nen messenden Tastkopf und motorische Koordinatenachsen aufweist, zur Erfassung einer unbekannten Werkstückkontur in einer vorgebbaren Scan-Ebene durch folgende automa­ tisch ablaufende Schritte:
The invention relates to a method for scanning on a coordinate measuring machine, which has a measuring probe and motorized coordinate axes, for detecting an unknown workpiece contour in a predeterminable scan plane by the following automatic steps:

  • a) Führen eines am Tastkopf befindlichen auslenkbaren Tastelementes in der Scan- Ebene derart, daß das Tastelement in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt, durch Fahren des Tastkopfes in einer Parallelebene zur Scan-Ebene mittels einer Leitachse und einer Scan-Achse, die rechtwinklig zueinander sind und in die­ ser Funktion gegeneinander austauschbar sind, unda) Guide a deflectable probe element located on the probe in the scan Level such that the probe element is in constant contact with the workpiece contour remains, by moving the probe in a plane parallel to the scan plane a leading axis and a scanning axis that are perpendicular to each other and into which ser function are interchangeable, and
  • b) Aufnehmen von Meßwerten der unbekannten Werkstückkontur in einem Koordina­ tensystem des Koordingatenmeßgerätes,b) Recording measured values of the unknown workpiece contour in a coordinate system of the co-ordinate data measuring device,

und eine Vorrichtung zum Scannen auf einem Koordinatenmeßgerät, das einen messenden Tastkopf aufweist, der mit motorischen Koordinatenachsen verfahrbar ist und ein auslenkbares Tast­ element trägt, mitand a Device for scanning on a coordinate measuring machine, which has a measuring probe has that can be moved with motorized coordinate axes and a deflectable key element carries with

  • - einer Einrichtung zum Führen des auslenkbaren Tastelements so, daß es in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt, durch Fahren des Tastkopfes mittels einer Leitachse und einer Scan-Achse, die rechtwinklig zueinander sind, und- A device for guiding the deflectable probe element so that it is in constant Contact with the workpiece contour remains through Moving the probe by means of a leading axis and a scan axis that is at right angles to each other, and
  • - einer Einrichtung (40) zum Aufnehmen von Meßwerten der unbekannten Werkstückkon­ tur in einem Koordinatensystem des Koordinatenmeßgerätes.- A device ( 40 ) for taking measurements of the unknown workpiece structure in a coordinate system of the coordinate measuring machine.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 197 30 471 A1 bekannt, auf die weiter unten näher eingegangen wird. Such a method and such a device are known from DE 197 30 471 A1, which will be discussed in more detail below.  

Gemäß der EP 0 569 694 B1 versteht man unter Scannen ein Verfahren, bei dem der Tast­ stift oder, allgemeiner, das Tastelement eines Tastkopfes im Zuge seiner Abtastbewegung in permanentem Kontakt mit einer Werkstückoberfläche bleibt. Solche Scan-Verfahren erlau­ ben es, schnell eine Vielzahl von Meßpunkten aufzunehmen, die die Form des Werkstücks beschreiben. Hierfür wird ein sogenannter messender Tastkopf benötigt, d. h. ein Tastkopf, der Meßwertgeber besitzt, die ein dem Betrag der Tastelementauslenkung in den Koordina­ tenrichtungen proportionales Signal abgeben. Scan-Verfahren unter Verwendung von mes­ senden Tastköpfen sind auch aus der DE 29 21 166 C2 sowie aus der oben bereits er­ wähnten DE 197 30 471 A1 bekannt. Im Unterschied dazu gibt es die Einzelpunktantastung, bei der das Tastelement von Punkt zu Punkt mit einer Werkstückoberfläche in Kontakt ge­ bracht und jeweils die Abweichung gegenüber einem Sollwert bestimmt wird.According to EP 0 569 694 B1, scanning means a method in which the key pin or, more generally, the probe element of a probe in the course of its scanning movement in permanent contact with a workpiece surface remains. Such scanning procedures are possible It is necessary to quickly record a large number of measuring points that determine the shape of the workpiece describe. This requires a so-called measuring probe, i.e. H. a probe, the transducer has a the amount of the probe deflection in the coordinate emit proportional signal. Scanning method using mes Send probes are also from DE 29 21 166 C2 and from the above he already mentioned DE 197 30 471 A1 known. In contrast to this, there is single point probing, in which the probe element is in contact with a workpiece surface from point to point brings and the deviation from a target value is determined.

Weiter unterscheidet man das "geregelte Scannen" und das "gesteuerte Scannen". Gemäß der o. g. DE 197 30 471 A1 wird bei ersterem die Auslenkung des messenden Tastkopfes in einem Regelkreis auf einen Sollwert geregelt. Dazu wird lediglich eine Fläche vorgegeben, die die Werkstückoberfläche schneidet und in der die Kugel eines Tastelementes geführt wird. Bei dem gesteuerten Scannen wird der Tastkopf entlang einer durch Solldaten vorge­ gebenen Bahn geführt, und es wird ständig die Abweichung zwischen Ist- und Sollkontur gemessen. Das geregelte Scannen für unbekannte Konturen und das gesteuerte Scannen für bekannte Konturen sowie die Vor- und Nachteile dieser beiden Scan-Verfahren sind in der o. g. DE 197 30 471 A1 erläutert. Bei diesem Stand der Technik werden die Vorteile der beiden Scan-Verfahren miteinander verbunden, indem beginnend mit dem geregelten Scan­ nen nach einer gewissen Zeit, wenn Solldaten extrapoliert werden können, die Abtastung mit gesteuertem Scannen fortgesetzt wird. Richtigerweise wird das geregelte Scannen zwar als universell einsetzbar, aber als langsam und schwingungsanfällig beschrieben, weil der Tast­ kopf und das Koordinatenmeßgerät einen geschlossenen Regelkreis bilden.A further distinction is made between "regulated scanning" and "controlled scanning". According to the above DE 197 30 471 A1 describes the deflection of the measuring probe in the former a control loop regulated to a setpoint. All that is required is an area which cuts the workpiece surface and in which the ball of a probe element is guided becomes. In the case of controlled scanning, the probe is preceded by a target data given path, and there is always the deviation between the actual and target contour measured. Controlled scanning for unknown contours and controlled scanning for known contours and the advantages and disadvantages of these two scanning methods are in the above DE 197 30 471 A1 explains. With this prior art, the advantages of The two scanning methods are linked by starting with the regulated scan After a certain time, if target data can be extrapolated, the sampling with controlled scanning continues. Correctly, the controlled scanning is called universally applicable, but described as slow and susceptible to vibrations because of the touch head and the coordinate measuring machine form a closed control loop.

Bei dem in der o. g. DE 29 21 166 C2 beschriebenen bekannten Verfahren wird der Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes nach dem Antasten des Werkstückes mit konstanter Ge­ schwindigkeit entlang einer ersten, der sogenannten Primärkoordinate verfahren bzw. ge­ steuert. Gleichzeitig wird durch ein Signal der Meßwertgeber im Tastkopf entsprechend der Tasterauslenkung in einer zur Primärachse senkrechten, zweiten Richtung auf konstante Anlage mit dem Werkstück geregelt. Sobald die Geschwindigkeit der Nachregelbewegung größer wird als der gesteuerte Vorschub in der Primärkoordinate, werden die beiden Achsen miteinander vertauscht. Auf diese Weise folgt der Tastkopf selbsttätig Konturen am Werk­ stück, die nicht vorbekannt sein müssen. Bei dem bekannten Verfahren wird der Taster aus einer Grundstellung ausgelenkt, und der Auslenkung entsprechende, auf die Grundstellung des Tasters bezogene proportionale elektrische Signale werden erzeugt, und es wird mit der Auslenkung des Tasters ein Regelkreis geschlossen, der eine vorgegebene Antastkraft des Tasters aufrecht erhält. Es hat sich als nachteilig herausgestellt, daß in der Nähe der Um­ schaltstelle von einer Meßkoordinatenrichtung in die andere Meßungenauigkeiten auftreten, die durch den aus der Reibung zwischen Werkstück und Taster resultierenden Schleppfehler entstehen. Die DE 29 21 166 C2 befaßt sich deshalb damit, die bei der Profilabtastung mit den bekannten Meßmaschinen auftretenden Nachteile abzustellen und einen Umschaltvor­ gang von der einen Meßkoordinate in die andere ohne Stillstand der Relativbewegung zwi­ schen Werkstück und Tastkopf und ohne Unterbrechung der Datenermittlung zu realisieren. Dieses geregelte Scannen hat den in der DE 197 30 471 A1 beschriebenen Nachteil, daß es schwingungsanfällig ist, da hierbei über das gesamte Koordinatenmeßgerät ein Regelkreis geschlossen werden muß, in den aus der gescannten Kontur beliebige Frequenzen einge­ koppelt werden. Die erreichbare Geschwindigkeit ist bei gegebener Genauigkeit daher durch die Dynamik des Gesamtsystems begrenzt. Das gesteuerte Scannen ist regelungstechnisch zwar einfacher zu beherrschen und erlaubt in der Regel größere Geschwindigkeiten als das geregelte Scannen, jedoch müssen vorher die Sollkontur und die Lage des Werkstückes bekannt sein.In the case of the above Known methods described in DE 29 21 166 C2 is the probe a coordinate measuring machine after probing the workpiece with a constant Ge speed or move along a first, the so-called primary coordinate controls. At the same time, the signal in the probe is corresponding to the Stylus deflection in a second direction perpendicular to the primary axis to constant System controlled with the workpiece. As soon as the speed of the readjustment movement The two axes become larger than the controlled feed in the primary coordinate interchanged. In this way, the probe automatically follows contours at the factory pieces that need not be known. In the known method, the button is turned off deflected a basic position, and corresponding to the deflection, to the basic position Proportional electrical signals related to the push button are generated, and the  Deflection of the button closed a control loop, the a predetermined contact force of the Button is maintained. It has been found to be disadvantageous that in the vicinity of the Um switching point from one measuring coordinate direction to the other measuring inaccuracies occur, the following errors resulting from the friction between the workpiece and the probe arise. DE 29 21 166 C2 is therefore concerned with that when scanning the profile to overcome the disadvantages of known measuring machines and a switchover transition from one measuring coordinate to the other without stopping the relative movement between work piece and probe and without interrupting the data acquisition. This controlled scanning has the disadvantage described in DE 197 30 471 A1 that it is susceptible to vibrations, since a control loop extends over the entire coordinate measuring machine must be closed, in the frequencies from the scanned contour be coupled. The achievable speed is therefore given, given the accuracy limits the dynamics of the overall system. Controlled scanning is control-related easier to master and usually allows higher speeds than that controlled scanning, but first the target contour and the position of the workpiece be known.

Aus der DE 195 29 547 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung von Koordinatenmeßgeräten be­ kannt, bei dem das gesteuerte Scannen angewandt wird. Zwar werden dabei auch ein Scan- Takt, eine maximale Geschwindigkeit und eine maximale Beschleunigung vorgegeben und es wird die absolute Tastelementposition im Koordinatenmeßsystem des Koordinatenmeß­ gerätes ermittelt und die Werkstückkontur anhand der gemessenen absoluten Tastelement­ position bestimmt, jedoch wird dabei von einer bekannten Werkstückkontur ausgegangen, was einen entscheidenden Unterschied zu dem eingangs genannten Verfahren darstellt und leicht ist im Vergleich zu einer unbekannten Werkstückkontur, für die kein Geschwindigkeits­ verlauf vorhersehbar ist.DE 195 29 547 A1 describes a method for controlling coordinate measuring machines knows, where the controlled scanning is applied. A scan Clock, a maximum speed and a maximum acceleration are given and it becomes the absolute probe position in the coordinate measuring system of the coordinate measuring device and the workpiece contour based on the measured absolute probe element position is determined, however, a known workpiece contour is assumed, which is a decisive difference to the method mentioned at the beginning and is light compared to an unknown workpiece contour, for which no speed is predictable.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß, ohne von einer bekannten Werkstückkontur auszugehen, eine hohe Verfahrgeschwindigkeit des Tastkopfes erreicht wird, wobei die Schwingungsanfälligkeit vermieden wird und ein Austauschen von Leit- und Scanachse ruckfrei und ohne nennens­ werte Geschwindigkeitseinbußen erfolgt. The object of the invention is a method and a device of the aforementioned Art to design so that, without starting from a known workpiece contour, a high Travel speed of the probe is reached, the susceptibility to vibration is avoided and an exchange of master and scan axis smoothly and without naming valued loss of speed.  

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 10 angegebe­ nen Schritte bzw. Merkmale gelöst.This object is according to the invention specified in claims 1 and 10 NEN steps or features solved.

Die Erfindung arbeitet nach einem Scan-Verfahren, das zwischen gesteuertem und geregel­ tem Scannen angesiedelt ist. Denn einerseits wird mit der Auslenkung des Tastelements nicht unmittelbar ein Regelkreis geschlossen, andererseits ist auch keine Sollkontur des Werkstückes bekannt, die sich gesteuert abfahren ließe. Vielmehr werden - vereinfacht ge­ sagt - in regelmäßigen kurzen Zeitabständen aus der Tastelementposition und anderen An­ fangsparametern Weg-Zeit-Kurven für Leit- und Scan-Achse berechnet, nach denen der Tastkopf wie auf einer Sollkontur verfährt, bis das nächste Paar Weg-Zeit-Kurven aus verän­ derten Anfangsparametern vorliegt.The invention works according to a scanning method that is between controlled and regulated scanning is located. Because on the one hand, the deflection of the probe element a control loop is not immediately closed, on the other hand there is also no target contour of the Known workpiece that could be controlled controlled. Rather, they are - simplified says - at regular short intervals from the probe position and other on trajectory-time curves for the leading and scan axes are calculated, according to which the The probe moves as on a target contour until the next pair of path-time curves change most initial parameters.

Wie im Stand der Technik verfährt dabei diejenige Achse des Meßgerätes, welche bedingt durch die Werkstückkontur in der vorgegebenen Scan-Ebene den größeren Weg zurückle­ gen muß, die Leitachse, mit konstanter Geschwindigkeit, und die dazu vorzugsweise recht­ winkelige Achse, die Scan-Achse, verfährt so, daß die Auslenkung des Tastelementes mög­ lichst wenig von einem Vorgabewert abweicht. Wenn sich das Verhältnis in den zurückge­ legten Wegen der beiden Achsen umkehrt, wird die Scan-Achse zur Leitachse und die Leit­ achse zur Scan-Achse gemacht, deren Funktionen also vertauscht.As in the prior art, that axis of the measuring device which causes conditional movement the larger path through the workpiece contour in the specified scan plane must, the leading axis, at a constant speed, and preferably right angular axis, the scan axis, moves so that the deflection of the probe is possible deviates as little as possible from a default value. If the relationship in the Because the two axes are reversed, the scan axis becomes the leading axis and the leading axis axis made the scan axis, so their functions are interchanged.

Erfindungsgemäß wird jede Weg-Zeit-Kurve nicht unmittelbar aus der Ist-Auslenkung des Tastelementes gegenüber seiner Sollauslenkung berechnet, sondern aus der momentanen absoluten Ist-Position des Tastelementes im Koordinatensystem des Meßgerätes, die sich aus der momentanen Ist-Position des Tastkopfes und der im selben Moment vorliegenden Tastelementauslenkung zusammensetzt. Außerdem werden die auf der Weg-Zeit-Kurve am Ende des vorangegangenen Scan-Taktes festgestellte Position des Taktkopfes und seine zugehörige Geschwindigkeit berücksichtigt. Die Einhaltung einer vorgebbaren Maximalbe­ schleunigung bei der Berechnung der Weg-Zeit-Kurven dämpft die Neigung zum Schwingen, und das Vertauschen von Scan-Achse und Leitachse erfolgt bei voller Verfahrgeschwindig­ keit. Dabei werden die zuletzt zurückgelegten Weganteile des Tastelementes im Koordina­ tensystem des Meßgerätes als Kriterium für die Umschaltung zwischen Scan-Achse und Leitachse herangezogen.According to the invention, each path-time curve is not directly derived from the actual deflection of the Probe element calculated against its target deflection, but from the current absolute actual position of the probe element in the coordinate system of the measuring device from the current actual position of the probe and the current position Component deflection composed. In addition, those on the path-time curve on End of the previous scan cycle determined position of the clock head and its associated speed is taken into account. Compliance with a predeterminable maximum amount acceleration when calculating the path-time curves dampens the tendency to vibrate, and the exchange of scan axis and master axis takes place at full travel speed ness. The distance traveled by the tactile element in the coordinate system is the last one system of the measuring device as a criterion for switching between the scan axis and Lead axis used.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention form the subject of the subclaims.

Wenn in einer Ausgestaltung der Erfindung, bei der die vorgegebene Scan-Ebene nicht mit zwei der motorischen Koordinatenachsen des Meßgerätes zusammenfällt, als Leitachse und als Scan-Achse virtuelle Achsen in der Scan-Ebene eingesetzt werden, die sich durch vekto­ rielle Addition der Bewegungen der vorhandenen motorischen Koordinatenachsen verwirkli­ chen lassen, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne Einschränkungen angewendet werden.If in an embodiment of the invention, in which the predetermined scan level is not included two of the motor coordinate axes of the measuring device coincide, as the leading axis and  virtual axes are used as scan axis in the scan plane, which are characterized by vekto rial addition of the movements of the existing motor coordinate axes Chen let, the inventive method can be used without restrictions become.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die motorischen Koordinatenachsen des Meßgerätes jeweils mit einem digitalen Lageregler, der in einem festgelegten Reglertakt ar­ beitet, positioniert werden, können die digitalen Ausgangsgrößen der Weg-Zeit- Kurvenberechnung vorteilhaft weiterverarbeitet werden.If in a further embodiment of the invention the motor coordinate axes of the Measuring device each with a digital position controller, which ar in a fixed controller cycle processed, positioned, the digital output variables of the path-time Curve calculation can be advantageously processed.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Dämpfung der Tastkopfbewegung, die sich aufgrund der berechneten Weg-Zeit-Kurven gegenüber der Werkstückkontur einstellt, durch das Verhältnis von Scan-Takt zu Reglertakt beeinflußt wird, läßt sich auf einfache Weise die optimale Dämpfung für das jeweilige Meßgerät einstellen.If, in a further embodiment of the invention, the damping of the probe movement adjusts itself to the workpiece contour based on the calculated path-time curves, is influenced by the ratio of scan clock to controller clock, can be easily Set the optimal damping for the respective measuring device.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung jede Weg-Zeit-Kurve durch zweimalige Inte­ gration einer als konstant vorgegebenen Maximalbeschleunigung berechnet wird, wobei die Maximalbeschleunigung einmal ihr Vorzeichen wechselt, damit die Geschwindigkeit der Scan-Achse gerade null wird, wenn der Tastkopf die am Anfang des Scan-Taktes gemesse­ ne Tastelementposition erreicht, die das Ende der jeweiligen Weg-Zeit-Kurve darstellt, folgt der Tastkopf der unbekannten Werkstückkontur auf einer geglätteten Kurve, wodurch Schwingungen vermieden werden.If in a further embodiment of the invention each path-time curve by two integers is calculated as a constant maximum acceleration, the Maximum acceleration changes its sign once, so that the speed of the The scan axis just becomes zero when the probe measures the one at the start of the scan cycle ne probe position reached, which represents the end of the respective path-time curve follows the probe of the unknown workpiece contour on a smooth curve, whereby Vibrations can be avoided.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auf jeder berechneten Weg-Zeit-Kurve der Scan-Achse in engen zeitlichen Abständen Kurvenpunkte bestimmt werden, steht die Weg- Zeit-Kurve wie eine Sollkontur in digitaler Form zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.If in a further embodiment of the invention on each calculated path-time curve Scan points are determined at narrow time intervals, the distance is Time curve like a target contour in digital form available for further processing.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Kurvenpunkte als Soll-Positionen dem Lageregler der betreffenden motorischen Koordinatenachse des Meßgerätes zugeführt wer­ den, erfolgt insgesamt das Regeln der Position des Tastkopfes unabhängig von der mo­ mentanen Auslenkung des Tastelements.If in a further embodiment of the invention the curve points as the target positions Position controller of the motor coordinate axis of the measuring device in question who supplied overall, the position of the probe is regulated independently of the mo mental deflection of the feeler element.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die engen zeitlichen Abstände der Kurven­ punkte so festgelegt werden, daß sie dem Reglertakt der Lageregler entsprechen, können die Kurvenpunkte ohne Interpolation direkt vom Lageregler übernommen werden.If in a further embodiment of the invention the narrow time intervals of the curves points can be set so that they correspond to the controller cycle of the position controller the curve points are adopted directly by the position controller without interpolation.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung beim Vertauschen von Scan-Achse und Leit­ achse die aktuelle Geschwindigkeit der bisherigen Scan-Achse mit der Maximalbeschleunigung auf die Sollgeschwindigkeit der Leitachse gebracht wird, kann das Vertauschen der Achsen erfolgen, ohne eine Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit des Tastkopfes vor­ nehmen zu müssen.If in a further embodiment of the invention when swapping the scan axis and guide axis the current speed of the previous scan axis with the maximum acceleration  is brought to the target speed of the leading axis, swapping the Axes are made without reducing the travel speed of the probe to have to take.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are described below with reference to the drawing described in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmeßgerätes, bei dem das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung einsetzbar sind, Fig. 1 is a schematic representation of a coordinate in which the method and apparatus can be used according to the invention,

Fig. 2 und 3 Erläuterungsbilder für die Bewegung des Tastelementes eines Tastkopfes an einer Kante bzw. in einer Ecke, Fig. 2 and 3 illustrate images for the movement of the probe element of a probe head at an edge or in a corner,

Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung und Fig. 4 is a block diagram for explaining the method according to the invention and

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der vorzugsweise angewendeten Berech­ nung von Weg-Zeit-Kurven. Fig. 5 is a diagram for explaining the preferably used calculation of path-time curves.

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Koordinatenmeßgerät mit einem Meßtisch 12 und einem Tastkopf 14. Ein Werkstück, dessen unbekannte Kontur erfaßt werden soll, ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen zu Erläuterungszwecken jeweils ein Werk­ stück 16, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Der Tastkopf 14 ist in den drei Koordinatenrichtungen X, Y, Z durch eine insgesamt mit 18 bezeichnete Mechanik beweg­ lich. Die Mechanik besteht aus einer bekannten Kreuzschlittenanordnung, die in Fig. 1 hinter Faltenbalgen 20, 21, 22 verborgen ist. Der Mechanik 18 ist ein Ständer 24 mit einem Gegen­ halter 26 zugeordnet. Der Meßtisch 12 trägt einen Drehtisch 28. Zwischen einer an dem Ge­ genhalter drehbar gelagerten Spitze (nicht sichtbar) und einer Spitze 30 des Drehtisches 28 kann ein Werkstück aufgenommen werden. Das Werkstück könnte aber auch nur auf dem Drehtisch 28 befestigt werden. Außerdem kann der Drehtisch auch dazu benutzt werden, die Bewegung des Tastkopfes in der Koordinatenrichtung X oder Y zu simulieren, so daß der Tastkopf lediglich in den Koordinatenrichtungen Z und Y bzw. X zu bewegen wäre. An dem Tastkopf 14 ist ein Tastelement 34 beweglich befestigt. Das Tastelement kann ein Taststift sein, der am vorderen Ende eine Tastkugel 36 trägt, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Der Tastkopf 14 ist ein messender Tastkopf, der über nicht gezeigte Sensoren die Auslen­ kung des Tastelements 34 mißt, im Gegensatz zu einem schaltenden Tastkopf, der bei Be­ rührung mit einem Werkstück einen Schaltvorgang auslöst, durch den beispielsweise der Tastkopf zurückgefahren wird. Dem Koordinatenmeßgerät 10 sind zwei symbolisch ange­ deutete Rechner 38 und 40 zugeordnet. Der Rechner 38 dient zur Steuerung der Mechanik 18 und des Drehtisches 28. Der Rechner 40 wird zur Dateneingabe, Meßwertermittlung und -auswertung eingesetzt. Den Rechnern 38, 40 sind eine übliche Tastatur und ein Anzeige­ bildschirm zugeordnet, worauf hier nicht näher eingegangen zu werden braucht. Fig. 1 shows an overall designated 10 Coordinate measuring with a measuring table 12, and a probe fourteenth A workpiece, the unknown contour of which is to be detected, is not shown in FIG. 1. Figs. 2 and 3 show for illustrative purposes each a work piece 16, which will be discussed in more detail below. The probe 14 is movable in the three coordinate directions X, Y, Z by a mechanism designated 18 overall. The mechanism consists of a known cross slide arrangement which is hidden behind bellows 20 , 21 , 22 in FIG. 1. The mechanism 18 is assigned a stand 24 with a counter holder 26 . The measuring table 12 carries a turntable 28 . A workpiece can be accommodated between a tip (not visible) rotatably mounted on the counter holder and a tip 30 of the turntable 28 . However, the workpiece could also only be attached to the turntable 28 . In addition, the turntable can also be used to simulate the movement of the probe in the coordinate direction X or Y, so that the probe would only have to be moved in the coordinate directions Z and Y or X. A probe element 34 is movably attached to the probe head 14 . The feeler element can be a feeler pin that carries a feeler ball 36 at the front end, as shown in FIGS. 2 and 3. The probe 14 is a measuring probe, which measures the deflection of the sensing element 34 via sensors, not shown, in contrast to a switching probe, which triggers a switching process when it comes into contact with a workpiece, for example, by which the probe is retracted. The coordinate measuring machine 10 two symbolically indicated computers 38 and 40 are assigned. The computer 38 is used to control the mechanics 18 and the turntable 28 . The computer 40 is used for data entry, measured value determination and evaluation. The computers 38 , 40 are assigned a conventional keyboard and a display screen, which need not be discussed in more detail here.

Mit dem messenden Tastkopf 14 wird auf dem Koordinatenmeßgerät 10 eine unbekannte Werkstückkontur durch Scannen in einer beliebig vorgebbaren Scan-Ebene erfaßt. Zu die­ sem Zweck wird das an dem Tastkopf befindliche auslenkbare Tastelement 34 in der Scan- Ebene durch entsprechende Steuerung der Mechanik 18 so geführt, daß das Tastelement 34 in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt. Dazu wird der Tastkopf 14 in einer Pa­ rallelebene zur Scan-Ebene mittels einer Leitachse und einer Scan-Achse verfahren, die vorzugsweise rechtwinkelig zueinander sind und je nach aktuellem Verlauf der Werkstück­ kontur in dieser Funktion vertauschbar sind. Im folgenden ist das noch näher beschrieben. Während des Verfahrens des Tastkopfes 14 werden Meßwerte der unbekannten Werkstück­ kontur aufgenommen. Der Meßablauf wird hierbei durch den Rechner 38 gesteuert. Die Me­ chanik weist nicht dargestellte Antriebe auf, die den Tastkopf 14 in den genannten Richtun­ gen verfahren. Jeder Antriebsachse oder motorischen Koordinatenachse X, Y, Z sind Weg­ aufnehmer (z. B. in Form von Glasmaßstäben der Firma Heidenhain) zugeordnet, an denen die genaue Position des Tastkopfes 14 abgelesen wird. Die Auslenkungen des Tastelements 34 gegenüber dem Tastkopf 14 sowie die an den Maßstäben erfaßten Positionen des Tast­ kopfes werden an den Rechner 40 zur Meßwertermittlung und -auswertung übertragen. Der Rechner 40 ist mit dem Rechner 38 verbunden, der den Meßablauf steuert.With the measuring probe 14 , an unknown workpiece contour is detected on the coordinate measuring machine 10 by scanning in a scan plane which can be predetermined as desired. For this purpose, the deflectable probe element 34 located on the probe head is guided in the scan plane by appropriate control of the mechanism 18 so that the probe element 34 remains in constant contact with the workpiece contour. For this purpose, the probe 14 is moved in a parallel plane to the scan plane by means of a guide axis and a scan axis, which are preferably at right angles to one another and, depending on the current course of the workpiece contour, can be interchanged in this function. This is described in more detail below. During the movement of the probe 14 , measured values of the unknown workpiece contour are recorded. The measurement sequence is controlled by the computer 38 . The me mechanics has drives, not shown, which move the probe 14 in the above-mentioned directions. Each drive axis or motorized coordinate axis X, Y, Z are position transducers (e.g. in the form of glass scales from the Heidenhain company), at which the exact position of the probe 14 is read. The deflections of the probe element 34 with respect to the probe head 14 and the positions of the probe head detected on the scales are transmitted to the computer 40 for the determination and evaluation of measured values. The computer 40 is connected to the computer 38 which controls the measurement sequence.

Statt des Koordinatenmeßgerätes 10 kann auch ein Digitalisiergerät oder eine Kopiervor­ richtung nach dem erfindungsgemäßen Scan-Verfahren arbeiten.Instead of the coordinate measuring machine 10 , a digitizer or a Kopiervor direction can work according to the scan method according to the invention.

An dem Scan-Vorgang, wie er bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung ausgeführt wird, sind minimal zwei Achsen beteiligt, die sogenannte Leitachse und die soge­ nannte Scan-Achse. Dabei kann es sich beispielsweise um die beiden motorischen Koordi­ natenachsen X und Y handeln. Die Leitachse verfährt vorzugsweise mit konstanter Ge­ schwindigkeit. Das ist die Achse, welche abhängig von der Kontur den größeren Weg zu­ rücklegen muß. Die Scan-Achse wird währenddessen so verfahren, daß die Tasterauslen­ kung in Scan-Richtung jederzeit einer gewünschten Sollauslenkung möglichst nahe kommt. Die Zuordnung, welche Achse Leit- und welche Scan-Achse ist, wird in jedem Scan-Takt neu bestimmt, was im folgenden noch ausführlicher beschrieben ist. Beispielsweise ist es erfor­ derlich, an Kanten (Fig. 2) oder Innenecken (Fig. 3) oder allgemein bei Richtungsänderungen (Ecken, Rundungen), die einen bestimmten Grenzwert übersteigen, zwischen Leitachse und Scan-Achse umzuschalten.At least two axes are involved in the scanning process, as is carried out in the method and the device according to the invention, the so-called leading axis and the so-called scan axis. For example, these can be the two motor coordinate axes X and Y. The leading axis preferably moves at a constant speed. This is the axis which, depending on the contour, has to travel the larger distance. In the meantime, the scan axis is moved in such a way that the button deflection in the scan direction comes as close as possible to a desired target deflection. The assignment of which axis is the leading and which scan axis is redetermined in each scan cycle, which is described in more detail below. For example, it is necessary to switch between leading axis and scan axis at edges ( Fig. 2) or inside corners ( Fig. 3) or in general when there are changes in direction (corners, curves) that exceed a certain limit.

Anhand von Fig. 5 sei das erfindungsgemäße Verfahren kurz vorgestellt, welches dann an­ schließend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 ausführlich beschrieben wird. Beim Scannen folgt das Tastelement 34 der zu erfassenden unbekannten Werkstückkontur un­ mittelbar, d. h. der in Fig. 5 mit M bezeichneten Kurve. Der Tastkopf 14 folgt nicht dem ge­ nauen Konturverlauf M, sondern aneinander gereihten Weg-Zeit-Kurven s(t), die gemeinsam eine in Fig. 5 dargestellte Kurve S = s(t) bilden. Erfindungsgemäß ergibt sich aus der Aus­ lenkung des Tastelements plus der Position der Scan-Achse des Tastkopfes 14 die absolute Tastelementposition in dem Koordinatensystem des Meßgerätes 10, auf die anschließend der Tastkopf gefahren werden soll, um die Auslenkung des Tastelements 34 in einem vorbe­ stimmten Bereich zu halten. Die Kurve M ist die unbekannte Kontur, welcher der Tastkopf 14 in möglichst engem Abstand folgen soll. Das Tastelement 34 folgt der Werkstückkontur und seine gemessene absolute Position entspricht somit der unbekannten Kontur.Referring to Fig. 5, the inventive method is briefly described, which is then closing on with reference to FIGS. 4 and 5 described in detail. When scanning, the sensing element 34 follows the unknown workpiece contour to be detected directly, ie the curve labeled M in FIG. 5. The probe 14 does not follow the precise contour course M, but series-path-time curves s (t) which form a curve S = s (t) shown in FIG. 5. According to the invention results from the deflection of the probe plus the position of the scan axis of the probe 14, the absolute probe position in the coordinate system of the measuring device 10 , to which the probe is then to be moved in order to deflect the probe 34 in a predetermined area hold. The curve M is the unknown contour which the probe 14 should follow at the closest possible distance. The feeler element 34 follows the workpiece contour and its measured absolute position thus corresponds to the unknown contour.

Allgemein bezeichnet in Fig. 5 "A" die Kurve für die Beschleunigung a(t), V die Kurve für die Geschwindigkeit v(t) und S die Kurve s(t) für den Weg oder die Position in Abhängigkeit von der Zeit für die motorischen Koordinatenachsen, wogegen die mit "M" bezeichnete Kurve, wie gesagt, die unbekannte Kontur wiedergibt. Dargestellt sind in Fig. 5 die letzten vier Scan- Takte der Bewegung einer Scan-Achse vor der Umschaltung zur Leitachse. Dabei sind die Positionen s0 bis s3 die von einem im folgenden noch näher erläuterten Scan-Algorithmus berechneten Sollwerte. Die Punkte auf der Kurve S = s(t) zeigen den Weg der Scan-Achse in Abhängigkeit von der Zeit t. Jeder Punkt auf der Kurve S = s(t) kann als ein berechneter Sollwert für den Lageregler der Scan-Achse betrachtet werden.Generally, in Fig. 5 "A" denotes the curve for the acceleration a (t), V the curve for the speed v (t) and S the curve s (t) for the path or the position as a function of time for the motor coordinate axes, whereas the curve marked "M", as I said, represents the unknown contour. Are shown in Fig. 5, the last four scanning cycles of the movement of a scan axis before switching to the master axis. Positions s0 to s3 are the target values calculated by a scanning algorithm which will be explained in more detail below. The points on the curve S = s (t) show the path of the scan axis as a function of time t. Each point on the curve S = s (t) can be regarded as a calculated setpoint for the position controller of the scan axis.

Fig. 4 zeigt den Tastkopf 14, der mit dem Tastelement 34 die unbekannte Kontur eines Werkstückes 16 abtastet. Die Auslenkung des Tastelements wird auf oben kurz beschriebe­ ne Weise bestimmt und in einen als Block 42 dargestellten Scan-Algorithmus übertragen, der mit einem Taktgeber 43 einen Scan-Takt als ein sich wiederholendes Zeitintervall festlegt und zusammen mit einem Block 44 die Berechnung der Weg-Zeit-Kurven für die Leit- und die Scan-Achse vornimmt. Der Scan-Algorithmus und das Programm zur Berechnung der Weg-Zeit-Kurven befinden sich in dem Steuerungsrechner 38 des Meßgerätes 10. Fig. 5 zeigt vier Scan-Takte oder -Intervalle t0-t1, t1-t2, t2-t3 und t3-t4. Die Kurve S = s(t) setzt sich aus einzelnen Weg-Zeit-Kurven zusammen, die sich jeweils über einen der vorgenannten Scan-Takte oder -Intervalle erstrecken. Der niederfrequente Scan-Takt kann beispielsweise aus sich wiederholenden Scan- oder Zeitintervallen von jeweils 50 ms bestehen. FIG. 4 shows the probe head 14 which scans the unknown contour of a workpiece 16 with the probe element 34 . The deflection of the probe element is determined in a manner briefly described above and transferred to a scan algorithm shown as block 42 , which uses a clock generator 43 to determine a scan clock as a repeating time interval and, together with a block 44, to calculate the path Time curves for the master and the scan axis. The scan algorithm and the program for calculating the path-time curves are located in the control computer 38 of the measuring device 10 . Figure 5 shows four scan cycles or intervals t0-t1, t1-t2, t2-t3 and t3-t4. The curve S = s (t) is composed of individual path-time curves, each of which extends over one of the aforementioned scan cycles or intervals. The low-frequency scan clock can consist, for example, of repetitive scan or time intervals of 50 ms each.

Aus Fig. 4 geht weiter hervor, daß für jede Antriebsachse oder motorische Koordinatenachse X, Y, Z des Meßgerätes 10 und somit für die Scan- und die Leitachse ein hochfrequent ar­ beitender Lageregler 46 vorgesehen ist. Mit "hochfrequent" ist gemeint, daß dieser Regler in Zeitintervallen regelt, die wesentlich kürzer sind als der Scan-Takt und beispielsweise 1 ms betragen können. Für die Festlegung der Zeitintervalle, in denen der Regler regelt, dient ein Taktgeber 47. Die einzelnen Stützpunkte, auf die der Lageregler 46 regelt, sind auf der Kur­ ve S = s(t) in Fig. 5 als helle Punkte angedeutet. Die Ist-Position des Tastkopfes 14 wird durch einen Meßwertgeber 48 erfaßt und dem Lageregler 46 sowie dem Scan-Algorithmus 42 übermittelt. Der Lageregler 46 ermittelt auf übliche Weise aus einem vorgegebenen Soll­ wert und dem Ist-Wert ein Stellsignal 50, mit dem der Antrieb der betreffenden motorischen Koordinatenachse 52 angesteuert wird, um den Tastkopf 14 in die Sollposition zu bringen. Jeder motorischen Koordinatenachse 52 ist einer der Meßwertgeber 48 zugeordnet, bei de­ nen es sich um Glasmaßstäbe der oben genannten Art handeln kann. Mit den Meßwertge­ bern 48 werden die Positionen der motorischen Koordinatenachsen 52, d. h. die Position des Tastkopfes 14 bestimmt. Entsprechende Meßwertgeber 53 sind in dem Tastkopf 14 zur Er­ fassung der Auslenkung des Tastelements 34 vorgesehen. Die ermittelte Tastelementaus­ lenkung 54 wird von dem Tastkopf 14 in den Scan-Algorithmus 42 übertragen, um sie dort mit der gemessenen Ist-Position 49 des Tastkopfes 14 zur absoluten Tastelementposition im Koordinatensystem des Meßgerätes 10 zu addieren.From Fig. 4 it further shows that for each drive axis or motor coordinate axis X, Y, Z of the measuring device 10 and thus for the scan and the leading axis a high-frequency ar processing position controller 46 is provided. By "high frequency" it is meant that this controller regulates in time intervals that are significantly shorter than the scan cycle and can be, for example, 1 ms. A clock generator 47 is used to determine the time intervals in which the controller regulates. The individual support points to which the position controller 46 regulates are indicated on the curve ve S = s (t) in FIG. 5 as bright points. The actual position of the probe 14 is detected by a transducer 48 and transmitted to the position controller 46 and the scan algorithm 42 . The position controller 46 determines in the usual way from a predetermined target value and the actual value, an actuating signal 50 with which the drive of the motor coordinate axis 52 in question is controlled in order to bring the probe 14 into the desired position. Each motorized coordinate axis 52 is assigned to one of the sensors 48 , which can be glass scales of the type mentioned above. With the Meßwertge bern 48 , the positions of the motor coordinate axes 52 , ie the position of the probe 14 are determined. Corresponding sensors 53 are provided in the probe 14 for detecting the deflection of the probe 34 . The determined probe element deflection 54 is transferred from the probe 14 into the scan algorithm 42 in order to add it there with the measured actual position 49 of the probe 14 to the absolute probe element position in the coordinate system of the measuring device 10 .

Das erfindungsgemäße Scan-Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 mehr ins ein­ zelne gehend beschrieben. Bevor das auslenkbare Tastelement 34 in der Scan-Ebene so geführt wird, daß es in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt, wird nicht nur der Scan-Takt als ein sich wiederholendes Zeitintervall t0-t1, t1-t2, usw. für den Taktgeber 43 festgelegt, sondern es werden auch eine meßgerätbedingte Maximalbeschleunigung amax und eine meßgerätbedingte Maximalgeschwindigkeit vmax für die Leitachse und die Scan- Achse bestimmt, die in den Rechner 40 eingegeben und abrufbar gespeichert werden. Beide Maximalwerte sind in Fig. 5 eingetragen.The scanning method according to the invention will now be described in more detail with reference to FIG. 5. Before the deflectable probe element 34 is guided in the scan plane so that it remains in constant contact with the workpiece contour, not only the scan cycle is used as a repeating time interval t0-t1, t1-t2, etc. for the clock generator 43 fixed, but a measuring device-related maximum acceleration a max and a measuring device-related maximum speed v max for the leading axis and the scanning axis are determined, which are entered into the computer 40 and stored so that they can be called up. Both maximum values are entered in FIG. 5.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Scannen, das in dem hier beschriebenen Beispiel auf dem Koordinatenmeßgerät 10 ausgeführt wird, indem das am Tastkopf 14 befindliche, aus­ lenkbare Tastelement 34 in der Scanebene so geführt wird, daß das Tastelement in ständi­ gem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt, und indem der Tastkopf 14 in einer Parallelebe­ ne zur Scan-Ebene auf oben beschriebene Weise gefahren wird und damit Meßwerte der unbekannten Werkstückkontur aufgenommen werden, beinhaltet erfindungsgemäß folgende Detailschritte:
Vor dem Führen des am Tastkopf 14 befindlichen Tastelements 34 in der Scan-Ebene wird einmalig vorgegeben
The inventive method for scanning, which is carried out in the example described here on the coordinate measuring machine 10 by the guiding element 34 located on the probe head 14 being guided in the scanning plane in such a way that the probe element remains in constant contact with the workpiece contour, and by moving the probe head 14 in a plane parallel to the scan plane in the manner described above and thus recording measured values of the unknown workpiece contour, the invention includes the following detailed steps:
Before guiding the probe element 34 located on the probe head 14 in the scan plane, a one-time specification is made

  • - ein Scan-Takt, den der Taktgeber 43 als ein sich wiederholendes Zeitintervall erzeugt, unda scan clock generated by the clock 43 as a repeating time interval, and
  • - eine meßgerätbedingte Maximalbeschleunigung amax und eine meßgerätbedingte Maxi­ malgeschwindigkeit vmax für die Leitachse und die Scan-Achse; danach werden in jedem Scan-Takt folgende Schritte ausgeführt:
    • 1. Messen der absoluten Tastelementposition mittels s0, s1, s2 usw. im Koordinatensystem des Meßgerätes 10, die sich aus der jeweiligen momentanen Ist-Position 49 des Tast­ kopfes 14 am Anfang des Scan-Taktes und der im selben Moment vorliegenden Tast­ elementauslenkung 54 zusammensetzt,
    • 2. Berechnen einer Weg-Zeit-Kurve für die Scan-Achse, deren Verlauf eine mathemati­ sche Funktion von folgenden, in dem Scan-Algorithmus 42 gesammelten Parametern ist:
      der gemessenen absoluten Tastelementposition s0, s1, s2 usw.,
      einer auf der Weg-Zeit-Kurve am Ende des vorangegangenen Scan-Taktes festgestell­ ten Position des Tastkopfes 14 sowie seiner zugehörigen Geschwindigkeit,
      der vorgegebenen Maximalbeschleunigung amax sowie
      der vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit vmax,
    • 3. Fahren des Tastkopfes 14 mittels der Leitachse mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Maximalgeschwindigkeit vmax, und mittels der Scan-Achse entlang der für den vorliegenden Scan-Takt mit Hilfe des Rechners 38 neu berechneten Weg-Zeit-Kurve; und
    • 4. Erfassen der gesuchten Werkstückkontur anhand der gemessenen absoluten Tastele­ mentpositionen mit Hilfe des Rechners 40.
    - A measuring device-related maximum acceleration a max and a measuring device-related maximum speed v max for the leading axis and the scan axis; the following steps are then carried out in each scan cycle:
    • 1. Measuring the absolute probe element position by means of s0, s1, s2 etc. in the coordinate system of the measuring device 10 , which is composed of the respective current actual position 49 of the probe head 14 at the start of the scan cycle and the element deflection 54 present at the same moment .
    • 2. Calculate a path-time curve for the scan axis, the course of which is a mathematical function of the following parameters collected in the scan algorithm 42 :
      the measured absolute probe position s0, s1, s2 etc.,
      one on the path-time curve at the end of the previous scan cycle ascertained position of the probe 14 and its associated speed,
      the predetermined maximum acceleration a max as well
      the specified maximum speed v max ,
    • 3. Driving the probe 14 by means of the leading axis at a speed which is lower than the maximum speed v max and by means of the scan axis along the path-time curve recalculated for the present scan cycle with the aid of the computer 38 ; and
    • 4. Detecting the workpiece contour sought on the basis of the measured absolute touch element positions with the aid of the computer 40 .

Die praktische Realisierung des vorstehend allgemein dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 4 und 5 im einzelnen beschrieben.The practical implementation of the method according to the invention, which is generally shown above, will now be described in detail using the exemplary embodiment according to FIGS .

Fig. 5 zeigt am Beispiel von vier Zeitintervallen die Bewegung der Scan-Achse in Abhängig­ keit von der Zeit t. Zur einfacheren Darstellung beginnt das erste Zeitintervall t0-t1 im Zeit­ punkt t0 mit s = 0 und v = 0, und der Sollwert für die Tastelementauslenkung soll über den ge­ samten Scan-Verlauf null betragen. Der Scan-Algorithmus 42 addiert im Zeitpunkt t0 die ge­ messene Tastkopfposition 49 und die gemessene Tastelementauslenkung 54 zur absoluten Tastelementposition s0, die sich auf der Kurve M befindet. Fig. 5 shows the example of four time intervals the movement of the scan axis in dependence on the time t. For the sake of simplicity, the first time interval t0-t1 begins at time t0 with s = 0 and v = 0, and the target value for the probe element deflection should be zero over the entire scan. The scan algorithm 42 adds the measured probe position 49 and the measured probe element deflection 54 to the absolute probe element position s0, which is located on the curve M, at the time t0.

Generell ist es das Ziel, den Tastkopf 14 mittels der Scan-Achse auf die gemessene abso­ lute Tastelementposition zu verfahren, dann würde die Tastelementauslenkung 54 auch gerade dem gewünschten Sollwert 0 entsprechen. Also ist diese gemessene absolute Tast­ elementposition s0 die im Zeitintervall t0-t1 anzustrebende Sollposition für den Tastkopf 14. Sie wird, vom Scan-Algorithmus 42 ermittelt und als Eingangsgröße an die Einrichtung 44 zur Berechnung von Weg-Zeit-Kurven übertragen.In general, the aim is to move the probe head 14 to the measured absolute probe element position by means of the scan axis, in which case the probe element deflection 54 would also correspond to the desired target value 0. So this measured absolute probe element position s0 is the desired position to be sought for the probe 14 in the time interval t0-t1. It is determined by the scan algorithm 42 and transmitted as an input variable to the device 44 for calculating path-time curves.

Diese Einrichtung 44 berechnet für das Zeitintervall t0-t1 eine Weg-Zeit-Kurve, in diesem Beispiel durch zweimalige Integration der als konstant vorgegebenen Maximalbeschleuni­ gung amax. Wie die Kurve A = f(t) in Fig. 5 zeigt, wird der Tastkopf 14 von der Scan-Achse zu­ nächst mit amax beschleunigt und anschließend mit amax gebremst, was bedeutet, daß die darunter dargestellte Geschwindigkeitskurve V = f(t) zunächst linear ansteigt und anschlie­ ßend linear abfällt und die zugehörige Weg-Zeit-Kurve S = f(t) immer S-förmig verläuft, weil der Tastkopf 14 seine Sollposition s0 möglichst schnell erreichen, aber seine Bewegung mit der Geschwindigkeit v = 0 beenden soll.This device 44 calculates a path-time curve for the time interval t0-t1, in this example by twice integrating the maximum acceleration a max . As the curve A = f (t) in FIG. 5 shows, the scanning head 14 is first accelerated by the scan axis with a max and then braked with a max , which means that the speed curve V = f (t ) first increases linearly and then decreases linearly and the associated path-time curve S = f (t) always runs S-shaped because the probe 14 reaches its target position s0 as quickly as possible, but ends its movement at the speed v = 0 should.

Aufgrund der berechneten ersten Weg-Zeit-Kurve würde die Scan-Achse die Sollposition s0 im Zeitpunkt t11 erreichen, wie Fig. 5 jedoch zeigt, endet das aktuelle Zeitintervall t0-t1 be­ reits im Zeitpunkt t1. In diesem Moment werden automatisch eine neue Tastkopf- Sollposition und eine neue Weg-Zeit-Kurve für das zweite Zeitintervall t1-t2 bestimmt. Dazu ermittelt der Scan-Algorithmus 42, in gleicher Weise wie zuvor, die gemessene absolute Tastelementposition s1, und die Einrichtung 44 berechnet erneut eine Weg-Zeit-Kurve durch zweimalige Integration von amax. Neben amax fließt als Parameter auch diejenige momentane Position und momentane Geschwindigkeit mit ein, die die Scan-Achse auf der Kurve S bzw. V am Ende des ersten Zeitintervalls erreicht hat. Dadurch schließt die zweite Weg-Zeit- Kurve im Zeitpunkt t1 tangential an die erste Weg-Zeit-Kurve an, die Bewegung der Scan- Achse ist also ruckfrei und würde im Zeitpunkt t21 in Position s1 mit der Geschwindigkeit v = 0 enden.On the basis of the calculated first path-time curve, the scan axis would reach the target position s0 at time t11, however, as FIG. 5 shows, the current time interval t0-t1 already ends at time t1. At this moment, a new probe target position and a new path-time curve are determined for the second time interval t1-t2. For this purpose, the scan algorithm 42 determines , in the same way as before, the measured absolute probe element position s1, and the device 44 again calculates a path-time curve by integrating a max twice. In addition to a max , the parameter also includes the instantaneous position and instantaneous speed that the scan axis on curve S or V reached at the end of the first time interval. As a result, the second path-time curve connects tangentially to the first path-time curve at time t1, the movement of the scan axis is therefore jerk-free and would end in position s1 at the speed s = 0 at time t21.

Aber auch im Zeitintervall t1-t2 erreicht die Scan-Achse die Sollposition s1 nicht, weil sich im Zeitpunkt t2 die dritte Weg-Zeit-Kurve anschließt. Im Zeitpunkt t2 ermittelt der Scan- Algorithmus 42 wiederum die gemessene absolute Tastelementposition s2, die in diesem Zeitpunkt zufällig gleich der gemessenen Tastkopfposition 49 ist, die Tastelementauslenkung 54 ist also idealerweise 0, aber die momentane Geschwindigkeit ist ungleich 0. Deshalb wird eine Weg-Zeit-Kurve berechnet, welche durch zweimalige Integration von amax den Tastkopf 14 zunächst abbremst, um dann im Zeitpunkt t31 weich in diesen Punkt zurückzukehren.But even in the time interval t1-t2, the scan axis does not reach the target position s1 because the third path-time curve follows at time t2. At time t2, the scanning algorithm 42 again determines the measured absolute probe element position s2, which at this time happens to be equal to the measured probe head position 49 , so the probe element deflection 54 is ideally 0, but the instantaneous speed is not equal to 0. Therefore, a path-time becomes Curve, which first brakes probe 14 by integrating a max twice and then softly returns to this point at time t31.

Auch die Sollposition s2 ist im Zeitpunkt t3 nicht erreicht und nach gleichem Schema schließt sich die vierte Weg-Zeit-Kurve an, welche im Zeitpunkt t41 enden würde. The target position s2 is also not reached at time t3 and closes according to the same scheme the fourth path-time curve appears, which would end at time t41.  

Im Zeitpunkt t4 stellt der Scan-Algorithmus 42 anhand des Verhältnisses der zuletzt zurück gelegten Teilstücke von Scan- und Leitachse fest, daß diese beiden Achsen vertauscht wer­ den müssen. Die bisher ausführlich beschriebene Scan-Achse wird nun zur Leitachse, was die zwei auseinanderstrebenden Äste der Weg-Zeit-Kurven in Fig. 5 deutlich zeigen. Der untere Kurvenast zeigt den in t4 verworfenen Verlauf der vorangegangenen Weg-Zeit-Kurve, der nach oben verlaufende Kurvenast zeigt die neue Weg-Zeit-Kurve hin zu einer konstanten Geschwindigkeit für die Funktion als Leitachse, beispielsweise vmax. Die bisherige Leitachse hingegen verfährt seit dem Zeitpunkt t4 bereits als Scan-Achse auf einer in Fig. 5 nicht dar­ gestellten Weg-Zeit-Kurve, die mit ihrer bisherigen Geschwindigkeit als Anfangsparameter berechnet wurde. Daraus ergibt sich, daß das Vertauschen von Leitachse und Scan-Achse ruckfrei und ohne Geschwindigkeitseinbußen erfolgt.At time t4, the scan algorithm 42 determines, based on the ratio of the last parts of the scan and leading axis, that these two axes have to be interchanged. The scan axis described so far in detail now becomes the leading axis, which is clearly shown by the two diverging branches of the path-time curves in FIG. 5. The lower curve branch shows the course of the previous path-time curve rejected in t4, the curve branch running upwards shows the new path-time curve towards a constant speed for the function as a leading axis, for example v max . The previous leading axis, on the other hand, has been moving since the time t4 as a scan axis on a path-time curve, not shown in FIG. 5, which was calculated with its previous speed as the initial parameter. The result of this is that the swapping of the leading axis and the scan axis takes place smoothly and without loss of speed.

Wie Fig. 5 weiter zeigt, folgt die Kurve S, die sich aus den einzelnen Weg-Zeit-Kurven s(t) der Scan-Achse zusammensetzt, der rauhen Werkstückkontur mit einer gewissen Dämp­ fung, wodurch die im Stand der Technik vorhandene Schwingungsanfälligkeit des geregelten Scannens beseitigt wird, was sich folgendermaßen erklären läßt:
Die absoluten Tastelementpositionen s0, s1, s2, s3 usw. werden nur einmal pro Scan-Takt erfaßt, also z. B. alle 50 ms. Hingegen werden die einzelnen Stützpunkte auf der Kurve S wesentlich häufiger bestimmt und von der Scan-Achse ausgeregelt, beispielsweise alle 1 ms. Das heißt, der Tastkopf 14 fährt aufgrund des hochfrequenten Reglertaktes zwar nicht ab­ solut genau, aber immer sehr nahe entlang einer glatten, durch Integration berechneten Kur­ ve. Deren Verlauf wird in vergleichsweise großen Zeitintervallen an die tatsächliche Werk­ stückkontur angepaßt, ohne dadurch Sprünge oder andere Störungen in die Kurve zu be­ kommen. Würde man den Scan-Takt bis nahe an den Reglertakt erhöhen, wären die zum Fahren des Tastkopfes verwendeten Abschnitte der Weg-Zeit-Kurven sehr kurz, mit nur we­ nigen Stützpunkten belegt und würden ständig an die reale Werkstückkontur angepaßt. In diesem Fall träte keine Dämpfung ein, und das System wäre schwingungsanfällig. Würde man umgekehrt die Zeitintervalle des Scan-Taktes viel länger machen, ließe sich das Tast­ element nicht innerhalb seines Auslenkbereiches mit dem Werkstück in Kontakt halten, son­ dern würde abheben oder aufsetzen. Dieses Beispiel zeigt, daß es zwischen den beiden Extremen einen Bereich gibt, in dem sich das Dämpfungsverhalten durch das Verhältnis von Scan-Takt zu Reglertakt beeinflussen läßt. Dabei haben natürlich die vorgegebenen Werte für die Maximalbeschleunigung und Maximalgeschwindigkeit auch noch einen wesentlichen Einfluß.As Figure 5 also shows., Follows the curve S, the curves path-time s (t) of the scan axis is composed of the individual, the rough workpiece contour evaporation with a certain Dämp, whereby the existing in the prior art vibration susceptibility of controlled scanning, which can be explained as follows:
The absolute probe element positions s0, s1, s2, s3 etc. are only recorded once per scan cycle, i.e. z. B. every 50 ms. On the other hand, the individual support points on curve S are determined much more frequently and corrected by the scan axis, for example every 1 ms. That is, because of the high-frequency controller clock, the probe 14 does not move from precisely, but always very close along a smooth curve calculated by integration. The course of which is adjusted in comparatively large time intervals to the actual workpiece contour, without this causing jumps or other disturbances in the curve. If one were to increase the scan cycle close to the controller cycle, the sections of the path-time curves used to move the probe would be very short, occupied with only a few points and would be constantly adapted to the real workpiece contour. In this case there would be no damping and the system would be susceptible to vibration. Conversely, if you made the time intervals of the scan cycle much longer, the probe element would not be able to be held in contact with the workpiece within its deflection range, but would lift off or touch down. This example shows that there is a range between the two extremes in which the damping behavior can be influenced by the ratio of the scan cycle to the controller cycle. The specified values for maximum acceleration and maximum speed naturally also have a significant influence.

Ein weiterer Aspekt, um die Schwingungsanfälligkeit zu vermeiden, besteht darin, daß statt der relativen Auslenkung des Tastelementes 34 gegenüber dem Tastkopf 14 erfindungsgemäß die absolute Tastelementposition s0, s1, s2 usw. im Koordinatensystem des Meßgerä­ tes 10 für die Berechnung der Weg-Zeit-Kurven vorgesehen ist. Während des Regelvor­ gangs der Scan-Achse auf einen Stützpunkt der Kurve S kann sich nämlich die Auslenkung ändern, beispielsweise beim Überschwingen des Tastkopfes 14, ohne daß sich das Tast­ element 34 gegenüber der Werkstückkontur verschiebt. Das heißt, die Summe aus gemes­ sener Tastkopfposition und gemessener Tastelementauslenkung bleibt gleich, auch wenn sich der Tastkopf 14 etwas bewegt. Da somit die momentane Auslenkung des Tastelements 34 nicht in den Regelvorgang eingeht, den der Lageregler 46 beim Fahren des Tastkopfes 14 ausführt, ist die direkte Auswirkung der Auslenkung auf die Position des Tastkopfes und damit dessen Schwingungsanfälligkeit beseitigt. Voraussetzung dafür ist, daß auf den im Scan-Takt berechneten Weg-Zeit-Kurven s(t) in engen zeitlichen Abständen Kurvenpunkte bestimmt werden, also in zeitlichen Abständen, die wesentlich kleiner sind als jedes Zeitin­ tervall des Scan-Taktes. Diese Kurvenpunkte werden dem Lageregler 46 der betreffenden motorischen Koordinatenachse (Scan- bzw. Leitachse) des Meßgerätes 10 zugeführt. Die engen zeitlichen Abstände der Kurvenpunkte werden dabei so festgelegt, daß sie dem Reg­ lertakt der Lageregler 46 entsprechen. Es wird dabei zwar stillschweigend von der Verwen­ dung eines taktweise arbeitenden digitalen Reglers ausgegangen, es ist jedoch ohne weite­ res vorstellbar, analoge Lageregler einzusetzen, die nicht taktweise arbeiten.Another aspect in order to avoid the susceptibility to vibration is that instead of the relative deflection of the probe element 34 with respect to the probe head 14, the absolute probe element position s0, s1, s2 etc. in the coordinate system of the measuring device 10 for calculating the travel-time Curves is provided. During the rule before the scan axis to a base of the curve S, the deflection can change, for example when the probe 14 overshoots, without the probe element 34 shifting relative to the workpiece contour. This means that the sum of the measured probe head position and the measured probe element deflection remains the same, even if the probe head 14 moves somewhat. Since the momentary deflection of the probe element 34 thus does not enter into the control process which the position controller 46 executes when the probe head 14 is moving, the direct effect of the deflection on the position of the probe head and thus its susceptibility to vibration is eliminated. The prerequisite for this is that curve points s (t) calculated on the path-time curves s (t) calculated in the scan cycle are determined at narrow time intervals, that is to say at time intervals which are substantially smaller than each time interval of the scan cycle. These curve points are fed to the position controller 46 of the relevant motor coordinate axis (scan or master axis) of the measuring device 10 . The narrow time intervals of the curve points are determined so that they correspond to the control cycle of the position controller 46 . Although it is tacitly assumed that a digital controller that works in cycles is used, it is easily conceivable to use analog position controllers that do not work in cycles.

Als Leit- und Scan-Achse können zwei der drei motorischen Koordinatenachsen X, Y, Z oder die Drehachse des Drehtisches 28 (wenn eine der rechtwinkeligen Koordinatenachsen simu­ liert werden soll) gewählt werden. Wenn die Scan-Ebene nicht parallel zu einer Ebene der motorischen Koordinatenachsen X-Y, X-Z oder Y-Z liegt, dann sind Scan-Achse oder Leit­ achse oder beide virtuell, wobei die Bewegung jeder virtuellen Achse durch vektorielle Addi­ tion der Bewegungen von zwei oder drei motorischen Koordinatenachsen realisiert wird.Two of the three motorized coordinate axes X, Y, Z or the axis of rotation of the rotary table 28 (if one of the right-angled coordinate axes is to be simulated) can be selected as the guiding and scanning axis. If the scan plane is not parallel to a plane of the motor coordinate axes XY, XZ or YZ, then the scan axis or master axis or both are virtual, with the movement of each virtual axis by vectorial addition of the movements of two or three motor coordinate axes is realized.

Fig. 5 zeigt auch, daß die Maximalgeschwindigkeit vmax nur dort erreicht wird, wo die Scan- Achse zur Leitachse wird. Ansonsten ist die Geschwindigkeit v der Scan-Achse, die durch den Einsatz der maximalen Beschleunigung amax erreicht wird, immer kleiner als die maxi­ male Geschwindigkeit vmax. Der weiche Übergang von der Scan-Achsenbewegung in die Leitachsenbewegung im Zeitpunkt t4 macht es möglich, daß erfindungsgemäß mit voller Scan-Geschwindigkeit das Tastelement um eine Ecke gefahren werden kann. Die Übergän­ ge zwischen den einzelnen Scan-Takten (bei t1, t2, t3, t4) von einer Weg-Zeit-Kurve auf die nächste Weg-Zeit-Kurve machen deutlich, daß es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unnötig ist, den Scan-Vorgang anzuhalten oder abzubremsen, wie es im eingangs geschil­ derten Stand der Technik der Fall ist. Es brauchen keine Solldaten extrapoliert zu werden, und es brauchen auch keine Meßdaten gefiltert zu werden, wie es die DE 197 30 471 A1 für die Phase des Übergangs von geregeltem Scannen auf gesteuertes Scannen vorschlägt (vgl. Sp. 3, Z. 9-19). Erreicht wird das erfindungsgemäß auf einfache Weise durch das Vor­ geben einer maximalen Beschleunigung, die so eingesetzt wird, daß sich ein weicher Verlauf für die aneinander anschließenden Weg-Zeit-Kurven s(t) des Tastkopfes 14 ergibt, wofür ein Beispiel in Fig. 5 gezeigt ist. Weiter wird das hier dadurch erreicht, daß die Position des Tastelements 34 nicht in einem geschlossenen Regelkreis über den Tastkopf 14 geregelt wird. Die Ist-Position des Tastelements 34 wird erfindungsgemäß einfach über den Scan- Algorithmus 42 mit berücksichtigt, neben der Ist-Position des Tastkopfes 14, das aber nur jeweils nach einem Scan-Takt. Die geglättete Kurve S = s(t), mit der somit die Tastkopfbe­ wegung der Tastelementbewegung folgt, macht die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren aus und bringt die oben geschilderten Vorteile mit sich, insbesondere den Glättungseffekt, durch den die Schwingungsanfälligkeit beseitigt wird, weil der Tastkopf 14 nach der geglätteten Kurve S = s(t) verfahren wird, mit sanften Übergängen zwischen den Scan-Takten oder -Zeitintervallen, und daher ruckfrei und ohne Schwingungen. Fig. 5 also shows that the maximum speed v max is only reached where the scan axis becomes the leading axis. Otherwise, the speed v of the scan axis, which is achieved by using the maximum acceleration a max , is always lower than the maximum speed v max . The smooth transition from the scan axis movement to the leading axis movement at time t4 makes it possible for the probe element to be moved around a corner at full scan speed. The transitions between the individual scan cycles (at t1, t2, t3, t4) from one path-time curve to the next path-time curve make it clear that it is unnecessary in the method according to the invention, the scanning process to stop or slow down, as is the case in the above-described prior art. No target data need to be extrapolated, and no measurement data need to be filtered, as proposed by DE 197 30 471 A1 for the phase of the transition from controlled scanning to controlled scanning (cf. Col. 3, lines 9-19 ). This is achieved according to the invention in a simple manner by giving a maximum acceleration before, which is used in such a way that there is a smooth course for the adjoining path-time curves s (t) of the probe 14 , an example of which is shown in FIG. 5 is shown. This is further achieved here in that the position of the probe element 34 is not regulated in a closed control loop via the probe head 14 . According to the invention, the actual position of the probe element 34 is simply taken into account via the scan algorithm 42 , in addition to the actual position of the probe head 14 , but only after one scan cycle. The smoothed curve S = s (t), with which the movement of the probe head follows the movement of the probe element, makes the method according to the invention superior to the methods known in the prior art and brings with it the advantages described above, in particular the smoothing effect the susceptibility to vibrations is eliminated because the probe 14 is moved according to the smoothed curve S = s (t), with smooth transitions between the scan clocks or time intervals, and therefore smoothly and without vibrations.

Claims (12)

1. Verfahren zum Scannen auf einem Koordinatenmeßgerät, das einen messenden Tast­ kopf und motorische Koordinatenachsen aufweist, zur Erfassung einer unbekannten Werkstückkontur in einer vorgebbaren Scan-Ebene durch folgende automatisch ablau­ fende Schritte:
  • a) Führen eines am Tastkopf befindlichen auslenkbaren Tastelementes in der Scan- Ebene derart, daß das Tastelement in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt, durch Fahren des Tastkopfes in einer Parallelebene zur Scan-Ebene mittels einer Leitachse und einer Scan-Achse, die rechtwinklig zueinander sind und in die­ ser Funktion gegeneinander austauschbar sind,
  • b) Aufnehmen von Meßwerten der unbekannten Werkstückkontur in einem Koordina­ tensystem des Meßgerätes,
und durch folgende Detailschritte:
Einmalige Vorgabe
  • - eines Scan-Taktes als ein sich wiederholendes Zeitintervall,
  • - einer meßgerätbedingten Maximalbeschleunigung für die Leitachse und die Scan- Achse,
  • - einer meßgerätbedingten Maximalgeschwindigkeit für die Leitachse und die Scan- Achse,
Ausführung in jedem Scan-Takt:
  • 1. Messen einer absoluten Tastelementposition im Koordinatensystem des Meßgerä­ tes, die sich aus einer momentanen Ist-Position des Tastkopfes am Anfang des Scan-Taktes und der im selben Moment vorliegenden Tastelement-Auslenkung zu­ sammensetzt,
  • 2. Berechnen einer Weg-Zeit-Kurve für die Scan-Achse, deren Verlauf eine mathema­ tische Funktion von folgenden Parametern ist:
    der gemessenen absoluten Tastelementposition,
    einer auf der Weg-Zeit-Kurve am Ende des vorangegangenen Scan-Taktes festge­ stellten Position des Tastkopfes (14) sowie seiner zugehörigen Geschwindigkeit,
    der vorgegebenen Maximalbeschleunigung sowie
    der vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit,
  • 3. Verfahren des Tastkopfes mittels der Leitachse in einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Maximalgeschwindigkeit, und mittels der Scan-Achse entlang der in dem vorliegenden Scan-Takt neu berechneten Weg-Zeit-Kurve, und
  • 4. Erfassen der gesuchten Werkstückkontur anhand der gemessenen absoluten Tastelementpositionen.
1. Method for scanning on a coordinate measuring machine, which has a measuring probe head and motorized coordinate axes, for detecting an unknown workpiece contour in a predefinable scan plane by the following automatically running steps:
  • a) Guide a deflectable probe element located on the probe head in the scan plane such that the probe element remains in constant contact with the workpiece contour, by moving the probe head in a plane parallel to the scan plane by means of a guide axis and a scan axis that are perpendicular to one another are and are interchangeable in this function,
  • b) recording measured values of the unknown workpiece contour in a coordinate system of the measuring device,
and through the following detailed steps:
One-off requirement
  • a scan clock as a repeating time interval,
  • a maximum acceleration for the leading axis and the scanning axis,
  • a maximum speed for the leading axis and the scanning axis,
Execution in every scan cycle:
  • 1. Measuring an absolute probe element position in the coordinate system of the measuring device, which is composed of a current actual position of the probe at the beginning of the scan cycle and the probe element deflection present at the same moment,
  • 2. Calculate a path-time curve for the scan axis, the course of which is a mathematical function of the following parameters:
    the measured absolute probe position,
    one on the path-time curve at the end of the previous scan cycle, the position of the probe ( 14 ) determined and its associated speed,
    the predetermined maximum acceleration as well
    the specified maximum speed,
  • 3. moving the probe by means of the leading axis at a speed which is lower than the maximum speed and by means of the scan axis along the path-time curve recalculated in the present scan cycle, and
  • 4. Detect the workpiece contour sought based on the measured absolute probe element positions.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht in die Scan-Ebene fallenden Koordinatenachsen als Leitachse und als Scan-Achse virtuelle Achsen in der Scan-Ebene eingesetzt werden, die sich durch vektorielle Addition der Bewegungen der vorhandenen motorischen Koordinatenachsen des Koordinatenmeßgerätes verwirkli­ chen lassen.2. The method according to claim 1, characterized in that at not in the scan plane falling coordinate axes as the leading axis and as the scan axis virtual axes in the Scanning plane can be used, which is characterized by vectorial addition of the movements of the entwirkli existing motorized coordinate axes of the coordinate measuring machine let it 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Koordina­ tenachsen des Koordinatenmeßgerätes jeweils mit einem digitalen Lageregler, der in ei­ nem festgelegten Reglertakt arbeitet, positioniert werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the motor coordina ten axes of the coordinate measuring machine each with a digital position controller, which in egg works in a defined controller cycle. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfung der Bewe­ gung des Tastkopfes, die sich aufgrund der berechneten Weg-Zeit-Kurven gegenüber der Werkstückkontur einstellt, durch das Verhältnis von Scan-Takt zu Reglertakt beeinflußt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that a damping of the movement tion of the probe, which is due to the calculated path-time curves sets the workpiece contour by the ratio of scan cycle to controller cycle being affected. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Weg- Zeit-Kurve durch zweimalige Integration einer als konstant vorgegebenen Maximalbe­ schleunigung berechnet wird, wobei die Maximalbeschleunigung einmal ihr Vorzeichen wechselt, damit die Geschwindigkeit der Scan-Achse gerade null wird, wenn der Tast­ kopf die am Anfang des Scan-Taktes gemessene Tastelementposition erreicht, die das Ende der jeweiligen Weg-Zeit-Kurve darstellt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each way Time curve by twice integrating a maximum value that is specified as constant acceleration is calculated, with the maximum acceleration once its sign changes so that the speed of the scan axis is just zero when the button head reaches the probe position measured at the start of the scan cycle Represents the end of the respective path-time curve. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der berechneten Weg-Zeit-Kurve der Scan-Achse in engen zeitlichen Abständen Kurvenpunkte bestimmt werden.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that on the calculated Path-time curve of the scan axis at narrow intervals, curve points determined become. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenpunkte als Soll- Positionen dem Lageregler der motorischen Koordinatenachse des Koordinatenmeßge­ rätes zugeführt werden. 7. The method according to claim 6, characterized in that the curve points as target Positions the position controller of the motor coordinate axis of the coordinate measurement advised.   8. Verfahren nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die engen zeitlichen Abstände der Kurvenpunkte so festgelegt werden, daß sie dem Reglertakt der Lagereg­ ler entsprechen.8. The method according to claim 3 and 7, characterized in that the narrow temporal The distances between the curve points are set so that they correspond to the controller cycle of the position control correspond. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Austauschen von Scan-Achse und Leitachse die aktuelle Geschwindigkeit der bisheri­ gen Scan-Achse mit der Maximalbeschleunigung auf die Sollgeschwindigkeit der Leit­ achse gebracht wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the Exchanging the scan axis and leading axis the current speed of the previous i scan axis with the maximum acceleration to the target speed of the guide axis is brought. 10. Vorrichtung zum Scannen auf einem Koordinatenmeßgerät (10), das einen messenden Tastkopf (14) aufweist, der mit motorischen Koordinatenachsen (X, Y, Z) verfahrbar ist und ein auslenkbares Tastelement (34) trägt, mit
einer Einrichtung (38) zum Führen des auslenkbaren Tastelements (34) so, daß es in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt, durch
Fahren des Tastkopfes (14) mittels einer Leitachse und einer Scan-Achse, die rechtwink­ lig zueinander sind,
einer Einrichtung (40) zum Aufnehmen von Meßwerten der unbekannten Werkstückkon­ tur in einem Koordinatensystem des Koordinatenmeßgerätes,
einer Einrichtung (43) zum Festlegen eines Scan-Taktes als eines sich wiederholenden Zeitintervalls,
einer Einrichtung (40) zum Vorgeben einer meßgerätbedingten Maximalbeschleunigung (amax) und einer meßgerätbedingten Maximalgeschwindigkeit (vmax) für die Leitachse und die Scan-Achse,
einer Einrichtung (42) zum Messen einer absoluten Tastelementposition (s0, s1, s2, s3) im Koordinatensystem des Meßgerätes (10), die sich aus einer momentanen Ist-Position (49) des Tastkopfes (14) am Anfang des Scan-Taktes und der im selben Moment vorlie­ genden Tastelementauslenkung (54) zusammensetzt,
einer Einrichtung (44) zum Berechnen von Weg-Zeit-Kurven (s(t)) für die Scan-Achse, deren jeweiliger Verlauf eine mathematische Funktion von folgenden, in einer vorge­ schalteten Einrichtung (42) gesammelten Parametern ist:
der gemessenen absoluten Tastelementposition (s0, s1, s2, s3),
einer auf der Weg-Zeit-Kurve am Ende des vorangegangenen Scan-Taktes fest­ gestellten Position des Tastkopfes (14) sowie seiner zugehörigen Geschwindigkeit,
der vorgegebenen Maximalbeschleunigung (amax) sowie
der vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit (vmax),
einer Einrichtung (38) zum Fahren des Tastkopfes (14) mittels der Leitachse mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Maximalgeschwindigkeit (vmax), und mittels der Scan-Achse entlang der für den vorliegenden Scan-Takt neu berechneten Weg-Zeit- Kurve, und
einer Einrichtung (40) zum Erfassen der gesuchten Werkstückkontur anhand der gemes­ senen absoluten Tastelementpositionen (s0, s1, s2, s3).10. Device for scanning on a coordinate measuring machine ( 10 ), which has a measuring probe ( 14 ) which can be moved with motorized coordinate axes (X, Y, Z) and carries a deflectable probe element ( 34 ) with
a device ( 38 ) for guiding the deflectable sensing element ( 34 ) so that it remains in constant contact with the workpiece contour
Moving the probe ( 14 ) by means of a leading axis and a scan axis which are perpendicular to one another,
a device ( 40 ) for recording measured values of the unknown workpiece contour in a coordinate system of the coordinate measuring machine,
means ( 43 ) for defining a scan clock as a repeating time interval,
a device ( 40 ) for specifying a maximum acceleration (a max ) and a maximum speed (v max ) for the leading axis and the scanning axis,
a device ( 42 ) for measuring an absolute probe element position (s0, s1, s2, s3) in the coordinate system of the measuring device ( 10 ), which results from a current actual position ( 49 ) of the probe ( 14 ) at the start of the scan cycle and the sensing element deflection ( 54 ) present at the same moment,
a device ( 44 ) for calculating path-time curves (s (t)) for the scan axis, the respective course of which is a mathematical function of the following parameters collected in an upstream device ( 42 ):
the measured absolute probe position (s0, s1, s2, s3),
a position of the probe ( 14 ) ascertained on the path-time curve at the end of the previous scan cycle and its associated speed,
the specified maximum acceleration (a max ) and
the specified maximum speed (v max ),
a device ( 38 ) for moving the probe ( 14 ) by means of the guide axis at a speed which is lower than the maximum speed (v max ) and by means of the scan axis along the path-time recalculated for the present scan cycle. Curve, and
a device ( 40 ) for detecting the desired workpiece contour on the basis of the measured absolute probe element positions (s0, s1, s2, s3). 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschaltete Ein­ richtung (42) als Eingangssignale die Tastelementauslenkung (54) und die momentane Ist-Position (49) des Tastkopfes (14) empfängt und ausgangsseitig mit der Einrichtung (44) zum Berechnen von Weg-Zeit Kurven (s(t)) für die Scan-Achse verbunden ist, wel­ che mit Einrichtungen versehen ist, die bewirken, daß jede Weg-Zeit-Kurve durch zwei­ malige Integration der als konstant vorgegebenen Maximalbeschleunigung (amax) be­ rechnet wird, wobei die Maximalbeschleunigung (amax) einmal ihr Vorzeichen wechselt, damit die Geschwindigkeit der Scan-Achse gerade null wird, wenn der Tastkopf (14) die am Anfang des Scan-Taktes gemessene absolute Tastelementposition (s0, s1, s2, s3), die das Ende der jeweiligen Weg-Zeit-Kurve darstellt, erreicht.11. The device according to claim 10, characterized in that the upstream A direction ( 42 ) receives the sensing element deflection ( 54 ) and the current actual position ( 49 ) of the probe ( 14 ) as input signals and on the output side with the device ( 44 ) for calculating of path-time curves (s (t)) for the scan axis is connected, which che is provided with means that cause each path-time curve by two times integrating the maximum acceleration (a max ) given as constant is calculated, the maximum acceleration (a max ) changes its sign once, so that the speed of the scan axis becomes just zero when the probe ( 14 ) detects the absolute probe element position (s0, s1, s2, s3) measured at the start of the scan cycle ), which represents the end of the respective path-time curve. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der Einrichtung (44) zum Berechnen von Weg-Zeit-Kurven (s(t)), über den Sollpositionsvor­ gaben für die Leit- und die Scan-Achse abgegeben werden, mit einem Lageregler (46) jeder motorischen Koordinatenachse (X, Y, Z) verbunden ist, deren Ist-Positionen (49) mit einer Einrichtung (48) erfaßbar sind und dem Lageregler (46) und der vorgeschalte­ ten Einrichtung (42) übermittelbar sind.12. The apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that an output of the device ( 44 ) for calculating path-time curves (s (t)), on the target position are given for the master and the scan axis , With a position controller ( 46 ) each motor coordinate axis (X, Y, Z) is connected, the actual positions ( 49 ) can be detected with a device ( 48 ) and the position controller ( 46 ) and the upstream device ( 42 ) can be transmitted are.
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