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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antasten eines Werkstücks mit
einem Koordinatenmessgerät.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Antasten einer
Oberfläche
eines Werkstücks
mit dem Koordinatenmessgerät,
wobei das Werkstück
einem Druck, den eine Tastspitze des Koordinatenmessgeräts auf die
Oberfläche
des Werkstücks
ausübt,
nachgibt.
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Ein
herkömmliches
Koordinatenmessgerät umfasst
eine Werkstückhalterung
zur Aufnahme eines anzutastenden Werkstücks und einen relativ zu den
Werkstückhalterung
räumlich
verlagerbaren Tastkopf. Eine Position des Tastkopfes relativ zu
der Werkstückhalterung
kann in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts gemessen
bzw. bestimmt werden. Der Tastkopf trägt einen Taststift, mit dessen
Tastspitze ein Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks durch
Verlagern des Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung hergestellt wird.
Wird der Kontakt zwischen der Tastspitze und der Oberfläche des
Werkstücks
registriert, kann aus der Position des Tastkopfes relativ zu der
Werkstückhalterung
eine Koordinate der Oberfläche
des Werkstücks
an der Position, wo die Tastspitze mit dem Werkstück in Kontakt
steht, in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bestimmt
werden. Durch weiteres Verlagern des Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung
ist es möglich,
Koordinaten einer Vielzahl von Oberflächenpositionen des Werkstücks zu bestimmen.
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Hierzu
ist es notwendig, den Kontakt zwischen der Oberfläche des
Werkstücks
und der Tastspitze präzise
nachzuweisen. Dies kann herkömmlicherweise
dadurch geschehen, dass die Tastspitze an dem Tastkopf in einer
Ruhelage gehaltert ist, und eine Auslenkung aus dieser Ruhelage
als ein In-Kontakt-Treten
mit der Werkstückoberfläche registriert wird.
Insbesondere kann hierbei die Tastspitze gegen eine Kraft aus der
Ruhelage auslenkbar sein, so dass ein Zusammenhang zwischen einer
gemessenen Auslenkung aus der Ruhelage und einer Kontaktkraft zwischen
Tastspitze und Werkstück
besteht. So ist es beispielsweise möglich, den Tastkopf relativ
zu der Werkstückhalterung
so zu verlagern, dass die Tastspitze entlang einer vorbestimmten
Kurvenbahn über die
Werkstückoberfläche geführt wird,
wobei diese kontinuierlich mit einer im Wesentlichen konstanten vorbestimmten
Kontaktkraft gegen die Werkstückoberfläche gedrückt wird.
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Es
hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren in der Praxis gelegentlich
nicht eine gewünschte
Genauigkeit bei der Bestimmung von Oberflächenkoordinaten erreicht.
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Dem
gemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Antasten
einer Oberfläche
eines Werkstücks
mit einem Koordinatenmessgerät
bereitzustellen, welches eine erhöhte Genauigkeit bei der Vermessung
von Werkstückoberflächen ermöglicht.
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Die
Erfindung schlägt
hierzu ein Verfahren zum Antasten einer Oberfläche eines Werkstücks mit einem
Koordinatenmessgerät
vor, wobei eine an einem Tastkopf des Koordinatenmessgeräts gehalterte Tastspitze
mit einer Oberfläche
des Werkstücks
an einer Kontaktposition in Kontakt gebracht wird und wobei unter
Beibehaltung des Kontakts zwischen Tastspitze und Werkstückoberfläche an der
Kontaktposition zeitlich nacheinander wenigstens drei Kontaktkräfte von
der Kontaktspitze auf die Werkstückoberfläche ausgeübt werden.
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So
werden beispielsweise nacheinander eine erste, eine zweite und eine
dritte Kontaktkraft ausgeübt,
wobei die zweite Kontaktkraft entweder größer oder kleiner ist als jeweils
die erste und die dritte Kontaktkraft. So kann die zweite Kontaktkraft größer als
die erste Kontaktkraft und die dritte Kontaktkraft kleiner als die
zweite Kontaktkraft sein, oder es kann die zweite Kontaktkraft kleiner
als die erste Kontaktkraft und die dritte Kontaktkraft größer als
die zweite Kontaktkraft sein.
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Wenigstens
in der Situation, in der die Tastspitze mit der ersten Kontaktkraft
gegen die Werkstückoberfläche drückt, und
in der Situation, in der die Tastspitze mit der dritten Kontaktkraft
gegen die Werkstückoberfläche drückt, wird
jeweils eine Position des Tastkopfes relativ zu der Werkstückoberfläche bestimmt,
indem beispielsweise die Koordinate des Tastkopfes in einem ersten
Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bestimmt wird. In Abhängigkeit
von den Positionen des Tastkopfes bei Ausübung der ersten und der dritten
Kontaktkraft auf die Werkstückoberfläche wird
dann eine Koordinate der Werkstückoberfläche in einem
geeigneten Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bestimmt.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung
zu Grunde, dass eine gewünschte
Kontaktkraft, die die Tastspitze auf das Werkstück ausüben soll, in manchen Messsituationen
nicht beliebig genau reproduzierbar eingestellt werden kann. Als
Grund hierfür
ist bei einem Tastkopf, dessen Tastspitze aus einer Ruhelage heraus
auslenkbar ist, eine Reibungskraft denkbar, welche einer Änderung
der Auslenkung entgegenwirkt. Ferner ist es bei einem Werkstück, dessen Oberfläche nicht
hart sondern vielmehr nachgiebig ist, denkbar, dass durch Ausüben der
Kontaktkraft sich eine Form des Werkstücks in einem Bereich um die
Kontaktposition ändert
und eine solche Änderung verschiedene
Charakteristiken aufweist, je nachdem ob die Kontaktkraft erhöht oder
erniedrigt wird.
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Durch
die oben beschriebenen Wahl der wenigstens drei aufeinander folgenden
eingestellten Kontaktkräfte
wird die Kontaktkraft zwischen aufeinanderfolgenden Einstellungen
entweder zuerst erhöht
und dann erniedrigt oder zuerst erniedrigt und dann erhöht. Aus
den derart gewonnenen Messungen ist es dann möglich, die Koordinate der Werkstückoberfläche an der
Kontaktposition mit einer erhöhten
Genauigkeit zu bestimmen.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
umfasst das Bestimmen der Koordinate der Werkstückoberfläche die Bildung eines Mittelwerts. Insbesondere
kann der Mittelwert aus der Koordinate des Tastkopfes bei Ausübung der
ersten Kontaktkraft und der Koordinate des Tastkopfes bei Ausübung der zweiten
Kontaktkraft bestimmt werden. Allerdings kann der Mittelwert auch
aus Werten bestimmt werden, welche von den jeweiligen Koordinaten
des Tastkopfes abgeleitet werden, beispielsweise indem diese einer
geeigneten Transformation unterworfen werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist vorgesehen, dass nicht nur bei der Ausübung der ersten und der dritten
Kontaktkraft die Koordinaten des Tastkopfes bestimmt werden, sondern
dass auch bei Ausübung
der zweiten Kontaktkraft oder noch weiteren anderen Kontaktkräften Koordinaten
des Tastkopfes in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgerätes bestimmt
werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist es dann möglich,
bei der Bestimmung der Koordinate der Werkstückoberfläche eine Extrapolationsfunktion
in Abhängigkeit
von den eingestellten Kontaktkräften
zu Grunde zu legen und eine Koordinate des Tastkopfes durch Extrapolation der
ge messenen Koordinaten auf eine vorbestimmte Kontaktkraft zu errechnen.
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist die vorbestimmte Kontaktkraft, auf welche extrapoliert wird,
eine Kontaktkraft von Null. Durch diese Extrapolation ist es insbesondere
möglich,
Oberflächen
weicher Werkstücke
mit hoher Präzision
zu vermessen, welche bereits durch so geringe Kontaktkräfte deformiert
werden, welche notwendig sind, um einen Kontakt zwischen Tastspitze
und dem Werkstück überhaupt
reproduzierbar zu registrieren.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
umfasst das Bestimmen der Koordinate der Werkstückoberfläche eine Mittelung zwischen verschiedenen
Extrapolationen der gemessenen Koordinaten. So können beispielsweise zwei Extrapolationen
auf eine Kontaktkraft von Null gemittelt werden, wobei eine erste
Extrapolation aus Messungen ermittelt wird, bei denen die Kontaktkraft
nacheinander erhöht
wurde, und wobei eine zweite Extrapolation aus Messungen ermittelt
wird bei, denen die Kontaktkraft nacheinander erniedrigt wurde.
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Die
vorangehend erläutere
Ermittlung von Mittelwerten kann jegliche Art von Mittelung umfassen.
Beispiele hierfür
sind ein arithmetisches Mittel, ein geometrisches Mittel und ein
harmonisches Mittel.
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Die
vorangehend erläutere
Extrapolationsfunktion kann eine beliebige Extrapolationsfunktion, wie
etwa eine lineare Extrapolationsfunktion, sein, welche an die gemessenen
Koordinaten des Tastkopfes oder davon abgeleitete Werte auf geeignete Weise
angepasst wird. Als geeignete Anpassung kann beispielsweise die
Methode der kleinsten Quadrate oder eine andere Methode gewählt werden.
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Das
Koordinatensystem, in dem die Oberfläche des Werkstücks bestimmt
wird, kann das gleiche Koordinatensystem sein, in dem die Koordinaten
des Tastkopfes bestimmt werden, wenn die Tastspitze mit den jeweiligen
Kontaktkräften
an der Werkstückoberfläche anliegt.
Diese Koordinaten können
allerdings auch verschieden sein. So ist es beispielsweise möglich, dass
die Koordinaten des Tastkopfes jeweils in einem unkorrigiertem Koordinatensystem
des Koordinatenmessgerätes
bestimmt werden, bei welchem die Koordinatenwerte im wesentlichen
unkorrigierten Skalenablesungen von relativ zu einander verlagerbaren
Komponenten des Koordinatenmessgeräts entsprechen. Das Koordinatensystem,
in welchem die Koordinate der Werkstückoberfläche bestimmt wird, kann dann
insbesondere ein korrigiertes Koordinatensystem sein, welches hinsichtlich
Geometriefehlern und Deformationen von Komponenten des Koordinatensystem
rechnerisch korrigiert ist.
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Die
Erfindung umfasst ferner ein Koordinatenmessgerät, mit welchem das vorangehend
erläuterte
Verfahren zum Antasten der Werkstückoberfläche ausführbar ist, und die Erfindung
umfasst auch ein computerlesbares Medium, welches ein Programm speichert,
welches eine Steuerung eines Koordinatenmessgeräts ausführen kann, um das vorangehend
erläuterte
Verfahren zum Antasten der Werkstückoberfläche mit diesem Koordinatenmessgerät auszuführen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei
zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts zur Ausführung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
schematische Darstellung zur Funktion des mit dem Koordinatenmessgerät gemäß 1 ausführbaren
Verfahrens und
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3 eine
schematische Darstellung von Messwerten, welche bei der Ausführung des
mit dem Koordinatenmessgerät
gemäß 1 ausgeführten Verfahren
gemessen werden.
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Ein
Koordinatenmessgerät 1 zur
Ausführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Antasten eines Werkstücks
ist in 1 schematisch in perspektivische Darstellung gezeigt.
Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst
einen Sockel 3 mit Standfüßen 5 und einer Werkstückhalterung 7,
auf der ein zu vermessendes Werkstück 9 angebracht ist.
Beidseits der Werkstückhalterung 7 erstrecken
sich an dem Sockel 3 Streben 11, 12 nach
oben, welche zwei beidseits der Werkstückhalterung 7 angeordnete
und in einer horizontalen y-Richtung eines Koordinatensystem 10 des
Koordinatenmessgeräts 1 sich
erstreckende Längsführungen 13, 14 tragen.
In einer x-Richtung
eines Koordinatensystems 10 und senkrecht zu den Längsführungen 13, 14 erstreckt
sich eine Querführung 15,
welche an den Längsführungen 13, 14 in
y-Richtung verschiebbar gelagert ist. Hierzu ist an einem Ende der
Querführung 15 ein Führungsprofil 17 vorgesehen,
welches die Längsführung 14 von
oben U-förmig
umgreift und an welchen mehrere Luftkissen 19 vorgesehen
sind, mit denen die Querführung 15 an
der Längsführung 14 abgestützt ist.
Mit ihrem anderen Ende ist di Querführung 15 mit einem
weiteren Luftkissen 20 auf der Oberseite der Längsführung 13 abgestützt. Durch
einen in 1 nicht gezeigten motorischen
Antrieb kann die Querführung 15 in
y-Richtung verschoben werden, wobei eine entsprechende Verschiebestellung über einen
an dem Sockel 3 festgelegten Maßstab 23 und einen
zugehörigen
an dem Führungsprofil 17 festgelegten
Sensor 21 abgelesen wird.
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An
der Querführung 15 ist über ein
Führungsprofil 25 eine
Vertikalführung 30 in
x-Richtung verschiebbar gelagert, wo bei eine Verschiebestellung
wiederum über
einen an der Querführung 15 angebrachten
Maßstab 29 und
einen an dem Führungsprofil 25 festgemachten
Sensor 31 abgelesen wird. An der Vertikalführung 30 ist
eine in eine z-Richtung des Koordinatensystems 10 sich
erstreckende Stange 32 in z-Richtung verlagerbar gehaltert. Ein
Motor 33 ist vorgesehen, um die Position der Stange 33 in z-Richtung
zu ändern,
und ein Sensor 34 erfasst die Position der Stange 32 in
z-Richtung relativ
zu einem Maßstab 35.
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An
einem unteren Ende der Stange
32 ist ein Tastkopf
36 fest
angebracht, welcher einen Taststift
37 mit einer Tastspitze
39 trägt. Der
Taststift
37 ist hierbei an dem Tastkopf in einer Ruhelage
gehaltert und aus dieser gegen eine Kraft auslenkbar. Eine Auslenkung
des Taststifts
37 aus dessen Ruhelage wird durch in dem
Tastkopf
36 enthaltene Sensoren erfasst. Der Tastkopf
36 kann
hierzu einen herkömmlichen
Aufbau haben, wie er beispielsweise in
GB 1 429 973 oder WO 02/090877 A2
beschrieben ist.
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Das
Koordinatenmessgerät 1 umfasst
ferner einen Steuercomputer 41 zur Ansteuerung der Motoren
zur Verlagerung der Querführung 15 in
y-Richtung, des Führungsprofils 25 in
x-Richtung und der Stange 32 in
z-Richtung, zum Auslesen der Sensoren 21, 31 und 34 und
zum Auslesen der die Auslenkung des Taststifts 37 aus seiner
Ruhelage erfassenden Sensoren. Somit kann die Steuerung 41 den Tastkopf 36 derart
verlagern, dass die Tastspitze 39 mit einer Oberfläche des
zu vermessenden Werkstücks 9 in
Kontakt kommt. Der Kontakt zwischen der Tastspitze 39 und
der Werkstückoberfläche kann hierbei
dadurch erfasst werden, dass die Auslenkung des Taststifts 37 aus
seiner Ruhelage einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Eine Koordinate eines Punktes bzw. einer Position der Werkstückoberfläche, an
der die Tastspitze 39 mit dieser in Kontakt steht, kann
dann aus den von dem Steuercomputer 41 erfassten Sensorsignalen
in dem Koordinatensystem 10 errechnet werden.
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Das
durch den Steuercomputer 41 ausgeführte Verfahren zum Antasten
des Werkstücks 9 wird
nachfolgend anhand der 2 beispielhaft näher erläutert. Das
Werkstück 9 besteht
aus einem Sockel 43, welcher eine flexible Kunststoffplatte 45 haltert,
die sich in einer yz-Ebene des Koordinatensystems 10 erstreckt.
Die Platte 45 weist eine Dicke d auf, und eine in 2 rechte
Oberfläche 44 derselben
ist an einer Koordinate x0 des Koordinatensystems 10 angeordnet.
Eine Messaufgabe soll nun darin bestehen, festzustellen, ob sämtliche
Orte auf dieser Oberfläche
der Platte 45 an der Koordinate x0 angeordnet
sind. Hierzu wird die Tastspitze 39 zunächst an einer Kontaktposition 47 mit
der Oberfläche 44 in Kontakt
gebracht, wobei eine von Null verschiedene Kontaktkraft durch die
Tastspitze 39 auf die Platte 45 ausgeübt wird.
Diese Kontaktkraft führt
dazu, dass die Platte 45 verbogen wird, wie dies in 2 mit durchgezogener
Linie dargestellt ist. Hierbei ist ein Ausmaß der Durchbiegung in 2 zur
Verdeutlichung übertrieben
dargestellt. Allerdings führt
auch eine geringe Durchbiegung der Platte 45 dazu, dass aus
einer Bestimmung der Position der Tastspitze 39 in dem
Koordinatensystem 10 die Oberflächenkoordinate x0 der
Oberfläche 44 an
der Kontaktposition 47 nicht unmittelbar bestimmt werden
kann.
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Mit
gestrichelten Linien ist in 2 eine Situation
dargestellt, in der die Tastspitze 39 mit der Oberfläche 44 gerade
in Kontakt steht, hierbei allerdings auf diese keine Kontaktkraft
ausübt.
In dieser Situation erstreckt sich der Taststift 37 entlang
der z-Achse des Koordinatensystems 10 und befindet sich
damit in seiner Ruhelage. In 2 ist die
Funktion des Tastkopfes 36 schematisch dargestellt, indem
der Taststift 37 an dem Tastkopf 36 über ein
Gelenk 51 schwenkbar gehaltert und durch Federn 49 in seiner
Ruhelage gehalten ist. Eine Auslenkung des Taststifts 37 aus
der Ruhelage wird über
einen von dem Steuercomputer 41 ausgelesenen Sensor 53 erfasst.
In 2 ist die Auslenkung der Tastspitze 39 in x-Richtung
aus der Ruhelage um δx
schematisch dargestellt. Allerdings ist in der Realität auch eine Auslenkung
in die y- und z-Richtung möglich
und über
entsprechende Sensoren erfassbar.
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Aufgrund
der Wirkung der Federn 49 führt die Auslenkung δx der Tastspitze 39 aus
der Ruhelage dazu, dass die Tastspitze 39 mit der der Auslenkung δx entsprechenden
Kontaktkraft gegen die Oberfläche 44 drückt. Sofern
der Zusammenhang zwischen Ausdehnung δx und erzeugter Kontaktkraft in
etwa bekannt ist, kann der Steuercomputer 41 den Tastkopf 36 relativ
zu der Werkstückhalterung 7 derart
verlagern, dass die Tastspitze 39 an der Kontaktposition 47 mit
einer gewünschten
Kontaktkraft gegen die Fläche 44 der
Platte 45 drückt,
wie dies in 2 mit durchgezogenen Linien
dargestellt ist. In dieser Situation können die Koordinate x des Tastkopfes 36 in
dem Koordinatensystem 10 und die Auslenkung δx der Tastspitze 39 durch
Auslesen der entsprechenden Sensoren des Koordinatenmessgerätes 1 gemessen
werden. Es ist allerdings nicht möglich, daraus unmittelbar die
Koordinate x0 der Oberfläche 44 mit hoher Genauigkeit
zu errechnen.
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Deshalb
werden nacheinander verschiedene Werte der Kontaktkraft eingestellt,
indem der Messkopf 36 in x-Richtung verlagert wird, so
dass sich die in 2 gezeigte Größe Δx ändert. Bei
einer jeden eingestellten Kontaktkraft wird die Position des Messkopfes 36 in
dem Koordinatensystem 10 erfasst. Diese Abfolge ist in 3 schematisch
dargestellt.
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Es
werden nacheinander 7 Positionen des Messkopfes 36 in x-Richtung angefahren:
sobald ein Kontakt zwischen der Tast spitze 39 und der Fläche 44 erfasst
wird, wird die Strecke Δx
erhöht,
bis eine Kontaktkraft F1 erreicht ist. In
dieser Position I werden die Koordinate des Messkopfes 36 und
die Auslenkung δx
der Tastspitze 39 in dem Koordinatensystem 10 gemessen
und daraus die Koordinate x1 der Tastspitze 39 errechnet.
Danach wird die Kontaktkraft auf einen Wert F2 erhöht, in dieser
Position II werden die Koordinate des Tastkopfes und die Auslenkung δx der Tastspitze 39 gemessen
und daraus die Koordinate x2 der Tastspitze 39 errechnet.
Daraufhin wird die Kraft nacheinander auf die Werte F3 und
F4 erhöht,
und jeweils die Koordinate des Tastkopfes 36 und die Auslenkung δx der Tastspitze 39 gemessen. Daraus
werden Koordinaten x3 bzw. x4 der
Tastspitze errechnet. Daraufhin wird die Kraft nacheinander durch
Verringern des Wertes Δx
auf die Werte F3, F2 und
schließlich
F1 verringert, und in entsprechenden Positionen
V, VI, bzw. VII werden jeweils Koordinaten des Tastkopfes 36 und
Auslenkungen δx
der Tastspitze gemessen. Hieraus werden Koordinaten x5,
x6 bzw. x7 der Tastspitze
bei den Kräften
F3, F2 und F1 errechnet.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass die Koordinaten x1 und
x7 voneinander verschieden sind, obwohl diese
bei der gleichen Kontaktkraft F1 gemessen
wurden. Ebenso sind die Koordinaten x2 und
x6 und die Koordinaten x3 und
x5 voneinander verschieden, obwohl sie bei
den gleichen Kontaktkräften
F2 bzw. F3 gemessen
wurden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
die Platte 45 nicht perfekt elastisch ist und damit deren
Auslenkung einer gewissen Hysterese unterliegt, und darauf dass
die Änderung
der Auslenkung des Taststifts 37 aus seiner Ruhlage einer
gewissen Reibung unterworfen ist, so dass die Einstellung einer
gewünschten
Kontaktkraft ebenfalls einer gewissen Hysterese unterworfen ist.
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Um
nun die gesuchte Koordinate x0 der Oberfläche 44 der
Platte 45 zu errechnen, wird zunächst eine Gerade 57 derart
errechnet, dass die Summe der Quadrate der Abstände der Punkte I, II und III
von dieser Geraden minimal ist. Sodann wird eine Gerade 59 derart
errechnet, dass eine Summe der Quadrate der Abstände der Punkte V, VI, VII von dieser
Geraden minimal ist. Die Gerade 57 wird extrapoliert zu
dem Wert der Kontaktkraft F = 0. Dort ergibt sich für die Koordinate
des Messkopfes 36 ein Wert x'. Die Gerade 59 wird ebenfalls
extrapoliert zu F = 0. Dort ergibt sich die Koordinate x'' des Messkopfes 36. Die Koordinatenwerte
x' und x'' werden arithmetisch gemittelt, und
das Ergebnis der Mittelung wird als Wert x0 für die gemessene
Koordinate x0 der Oberfläche 44 der Platte 45 an
der Kontaktposition 47 verwendet und von dem Steuercomputer 41 ausgegeben.
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In
dem vorangehend erläuterten
Beispiel wurde an die Punkte I, II und III bzw. V, VI, VII jeweils eine
Gerade angepasst. Es ist auch möglich,
an die Messpunkte andere Funktionen anzupassen, wie beispielsweise
eine Parabel oder andere Polynome. Ferner wurden in dem vorangehend
erläuterten
Beispiel sieben verschiedene Kontaktkräfte eingestellt, wobei Paare
von Kontaktkräften
auf einem Hinweg und einem Rückweg
gleich waren. Es ist jedoch auch möglich, eine andere Anzahl von
Kontaktkräften
anzufahren, wobei diese auf dem Hin- und Rückweg nicht gleich sein müssen. Das
Einstellen der Kontaktkraft kann hierbei gezielt erfolgen, indem
der Messkopf so lange in eine Richtung bewegt wird, bis eine gewünschte Kraft
erreicht ist. Es ist jedoch auch möglich, den Messkopf schrittweise
oder kontinuierlich in eine Richtung zu bewegen, ohne hierbei die Bewegung
von einer gemessenen Kontaktkraft abhängig zu machen. Eine zusätzliche
Verlagerung des Messkopfs in die Richtung führt dann automatisch, je nach
Orientierung der angetasteten Oberfläche, zu einer Erhöhung bzw.
Erniedrigung der Kontaktkraft. Die Bewegung kann dabei auch kontinuierlich
erfolgen, und die Erfassung der Koordinate des Tastkopfes und/oder
der Auslenkung der Tastspitze erfolgt während der fortschreitenden
Bewegung an Positionen der Verlagerung, welche vorbestimmt sein
können
oder sich aufgrund anderer Parameter, wie etwa einer limitierten
Ausleserate der Sensoren, ergeben.
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In
dem vorangehend erläuterten
Beispiel wurde an Punkte des Hinwegs eine Funktion angepasst und
an Punkte des Rückwegs
eine zweite Funktion angepasst, und die Extrapolationen der Funktionen
wurden gemittelt. Es ist jedoch auch möglich, zuerst eine Mittelung
und dann eine Extrapolation durchzuführen, in dem beispielsweise
die Punkte I und VII gemittelt werden, die Punkte II und VI gemittelt
werden und die Punkte III und V gemittelt werden und durch dieses
gemittelten Punkte eine Funktion, wie beispielsweise eine Gerade
gelegt wird, welche dann zur Kraft F = 0 extrapoliert wird, um den
Wert x0 zu erhalten.
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In
dem vorangehend erläuterten
Beispiel ist das Werkstück
ein weiches Werkstück,
welches beim Antasten mit einer Kontaktkraft nachgibt. Es ist jedoch
auch möglich,
harte Werkstücke
mit dem angegebenen Verfahren anzutasten, da es das Verfahren erlaubt,
bei einer verbleibenden Hysterese des Tastkopfes die Genauigkeit
zu erhöhen.
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In
dem vorangehend erläuterten
Verfahren wird die Kontaktkraft zunächst erhöht und dann wieder verringert.
Es ist jedoch auch möglich,
ausgehend von einer bereits eingestellten großen Kontaktkraft diese zu verringern
und nachfolgend wieder zu erhöhen
und auf die jeweils gewonnenen Messwerte die Prinzipien der Erfindung
anzuwenden.
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Zusammenfassend
werden bei einem Verfahren zum Antasten einer Werkstückoberfläche nacheinander
verschiedene Kontaktkräfte
zwischen einer Tastspitze eines Koordinatenmeßgeräts und der Werkstückoberfläche eingestellt.
Hierbei wird die Kontaktkraft zunächst erhöht und dann wieder verringert
oder zunächst
verringert und dann wieder erhöht.
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Aus
jeweils gemessenen Koordinatenwerten wird ein Koordinatenwert der
Oberfläche
des Werkstücks
errechnet.