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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Raumkoordinaten eines Messpunktes an einem Messobjekt, wobei der Messpunkt mit einem an einem verfahrbaren Tastkopf angeordneten Taststift angetastet wird, und wobei die Raumkoordinaten anhand der Position des Tastkopfes bei Antasten bestimmt werden, wobei Verfahrbewegungen des Tastkopfes mit Hilfe eines Eingabegerätes manuell gesteuert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Raumkoordinaten eines Messpunktes an einem Messobjekt, mit einem verfahrbaren Tastkopf, an dem ein Taststift zum Antasten des Messpunktes angeordnet ist, und mit einem Eingabegerät zum manuellen Steuern von Verfahrbewegungen des Tastkopfes.
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Ein solches Verfahren und ein solches Koordinatenmessgerät sind bspw. aus
DE 102 61 336 A1 bekannt.
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Gattungsgemäße Koordinatenmessgeräte werden unter anderem dazu verwendet, die Objektform eines Messobjekts mit großer Genauigkeit zu vermessen. Bspw. wird damit die Objektform von maschinell hergestellten Werkstücken zur Qualitätskontrolle überprüft. Für den Messvorgang wird der Tastkopf des Koordinatenmessgerätes mit einem Verschiebegestell so weit an das Messobjekt herangefahren, bis der beweglich gelagerte Taststift einen gewünschten Messpunkt am Messobjekt berührt. Anschließend kann aus der Stellung des Tastkopfes die Raumkoordinate des angetasteten Messpunktes bestimmt werden. Bei sogenannten messenden Tastköpfen fließt darüber hinaus auch die relative Lage des Taststiftes zum Tastkopf, d. h. die Auslenkung des Taststiftes beim Antasten, in die Bestimmung der Raumkoordinaten des angetasteten Messpunktes ein. Demgegenüber werden bei sogenannten schaltenden Tastköpfen durch die Auslenkung des Taststiftes ein oder mehrere Kontakte geöffnet, was die Bestimmung der Raumkoordinaten auslöst. Die relative Lage des Taststiftes zum Tastkopf wird hierbei in der Regel nicht berücksichtigt. Die jeweilige Auslenkung des Taststiftes kann auf vielfältige Weise detektiert werden, beispielsweise induktiv, kapazitiv, magnetisch mit Hallsensor o. ä., optisch oder mit Hilfe von Piezoelementen oder anderen Dehnungsmesselementen.
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Die Verfahrbewegungen des Tastkopfes können bei gattungsgemäßen Koordinatenmessgeräten automatisch und/oder manuell gesteuert werden. Im letztgenannten Fall bedient ein Bediener ein geeignetes Eingabegerät, bspw. in Form eines Bedienpultes mit Steuerhebeln zum Verfahren des Tastkopfes in verschiedene Raumrichtungen. Eine manuelle Messung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nur wenige gleiche Messvorgänge durchgeführt werden müssen, bspw. wenn ein einzelner Prototyp vermessen wird. In diesem Fall ist die Programmierung eines automatisierten Messablaufs in aller Regel mit einem zu hohen Aufwand verbunden.
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Es ist bekannt, dass die Messwerte an ein und demselben Messobjekt in Abhängigkeit davon variieren können, ob der Tastkopf manuell oder automatisiert verfahren wird. So beschreibt
DE 102 29 824 A1 bspw. ein Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgerätes mit mehreren Betriebsarten, wobei eine Betriebsart eine manuell gesteuerte Messung und eine zweite Betriebsart eine automatisierte Messung sein kann. Um Messabweichungen auf Grund der unterschiedlichen Betriebsarten zu minimieren, wird ein Verfahren vorgeschlagen, wonach der Taststift beim Antasten mit einer definierten Vorauslenkung an den Messpunkt herangeführt wird, und wobei der Richtungssinn der Vorauslenkung in beiden Betriebsarten gleich sein soll. Hintergrund dieses Verfahrens ist die Vermeidung von Hystereseeffekten, die bei unterschiedlichen Betriebsarten, insbesondere bei manueller bzw. automatisierter Steuerung, auftreten können und die zu voneinander abweichenden Messergebnissen führen können. Aus dem Gesagten ergibt sich, dass das aus
DE 102 29 824 A1 bekannte Verfahren auf messende Tastköpfe bezogen ist, da nur diese mit einer Vorauslenkung betrieben werden.
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Aus
DE 198 09 690 A1 ist ein Koordinatenmessgerät mit einem Bedienpult bekannt, mit dessen Hilfe der Tastkopf manuell verfahren werden kann. Da es mit Hilfe des Bedienpultes für den Bediener mühelos möglich ist, hohe Anfahr- oder Bremsbeschleunigungen zu erzeugen, kann es zu einer schnellen Abnutzung der Mechanik oder sogar zur Zerstörung der Mechanik kommen. Um dies zu verhindern, schlägt die genannte Druckschrift vor, dass auf das Bedienelement eine Kraft aufgeschaltet wird, die abhängig ist von den spezifischen Gegebenheiten im Messablauf. Der Bediener erhält somit eine Kraftrückkopplung, die eine sensiblere Steuerung des Tastkopfes ermöglicht. In einer Ausführung wird bspw. die Kraft näherungsweise proportional zu der bei einer Beschleunigung des Tastkopfes auftretenden Massenträgheitskraft gewählt. Probleme oder Nachteile im Hinblick auf die erreichbare Messgenauigkeit bei einem manuell gesteuerten Koordinatenmessgerät werden hier nicht untersucht.
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Aus der
DE 199 60 191 A1 ist es bekannt, die Geschwindigkeit des Tastkopfes und seine Beschleunigung beim Verfahren in Abhängigkeit von der Länge des eingesetzten Taststiftes zu begrenzen. Hintergrund ist die Erkenntnis, dass die mit einem langen Taststift verbundenen, hohen Trägheitsmomente dazu führen können, dass der Taststift bei einer „normalen” Verfahrbewegung so weit ausgelenkt wird, dass das Koordinatenmessgerät fälschlicherweise eine Kollision annimmt. Eine solche Situation wird in der Fachterminologie teilweise auch als Luftantastung bezeichnet. Abgesehen davon, dass die Vermeidung bzw. Erkennung von Luftantastungen der Vermeidung von falschen Messwerten dient, werden Probleme oder Nachteile im Hinblick auf Messgenauigkeiten nicht weiter diskutiert.
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Aus
DE 102 29 821 A1 ist es bekannt, die Beschleunigung des Tastkopf bei Bewegungen, die ohne Werkstückkontakt erfolgen, zu begrenzen, um ein unerwünschtes Auslösen von Sicherheitsfunktionen zu verhindert. Die Frage der Messgenauigkeit spielt auch in diesem Fall keine Rolle.
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Aus der
DE 38 01 893 C2 ist ein Koordinatenmessgerät mit einem Beschleunigungssensor bekannt, der eine Schwingungsdetektion für jede der drei Raumrichtungen ermöglicht. Der Beschleunigungssensor bildet ein Ausgangssignal, das zur Vermeidung von Fehlmessungen dient. Das Ausgangssignal ist einer für den Geräteablauf zuständigen Programmiersteuerung zugeführt, die bei Auftreten von unzulässig starken Störschwingungen das Koordinatenmessgerät vorübergehend stillsetzt. Derartige Störschwingungen äußern sich in einer stochastischen Schwingungsanregung des Beschleunigungssensors, die von einer stoßartigen, exponentiell abklingenden Schwingung zu unterscheiden ist, die infolge der Antastung des Messobjekts auftritt. Ursache dieser Störschwingungen können Bodenerschütterungen oder Fremdschwingungen sein, die über ein mangelndes Fundament des Koordinatenmessgeräts auf dieses übertragen werden können.
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US 6,568,242 B2 offenbart ein Koordinatenmessgerät mit Beschleunigungssensoren, deren Ausgangssignale integriert werden, um Geschwindigkeitssignale zu erhalten, die für vibrationsbedingte Auslenkungen des Taststiftes repräsentativ sind. Diese Geschwindigkeitssignale werden in den Geschwindigkeitsregelkreis des Koordinatenmessgerätes eingespeist, um die Auswirkungen von beschleunigungsinduzierten Auslenkungen des Taststiftes zu reduzieren.
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Aus
DE 195 25 592 A1 ist schließlich ein Verfahren zum Bestimmen von Raumkoordinaten eines Messpunktes mit einem schaltenden Tastkopf bekannt, bei dem der zeitliche Verlauf eines Antastsignals ausgewertet wird, um den exakten Antastzeitpunkt zu bestimmen. Das Antastsignal wird mit Hilfe eines Piezoelements aufgenommen, das in Ergänzung zu Schaltkontakten im Tastkopf angeordnet ist. Das Antastsignal wird mehrfach differenziert, um ein Geschwindigkeitssignal, ein Beschleunigungssignal und ein Rucksignal zu erhalten. Der genaue Antastzeitpunkt wird anhand der vier Signalverläufe ermittelt.
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DE 42 36 042 betrifft eine Anordnung zur automatisierten Kompensation von elastischen Antastdeformationen bei Längenmesstastern. Sie ermöglicht eine Kompensation elastischer Antastdeformationen des Tasters, welche dann entstehen, wenn der Taster auf ein Messobjekt trifft. Hierzu wird das Messobjekt an jeder Messstelle mit zwei unterschiedlichen Messkräften nacheinander angetastet. Zunächst wird der Taster mittels einer automatisierten Ansteuerung an eine Messtischbezugsfläche gefahren. Bei Berührung des Taststifts mit der Messtischbezugsfläche wird ein Messwert erfasst, der mit nichtlinearer Hertzscher Abplattungsdeformation und linearer Tasterdeformation behaftet ist. Anschließend wird der Taststift mit der zweiten Messkraft belastet und ein zweiter Messwert erfasst, der mit den messkraftabhängig veränderten Antastdeformationen behaftet ist. In entsprechender Weise wird auch der zu vermessende Messpunkt mit den zwei unterschiedlichen Messkräften angetastet. Somit ergeben sich insgesamt vier Messwerte, welche, unter zusätzlicher Verwendung eines Messkraftverhältnisses, in einem Korrekturprozess mathematisch korrigiert werden.
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DE 102 61 336 A1 beschreibt ein Koordinatenmessgerät, das ein Bedienpult zum manuellen und/oder programmierten Messen von Werkstücken aufweist. Das Bedienpult ist als Gamepad ausgebildet und weist eine Reihe programmierbarer Tasten auf. Es wird unter anderem vorgeschlagen, eine der Tasten zum Auslösen eines Geschwindigkeits-Overrides zu verwenden.
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DE 195 29 547 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zur Steuerung von Koordinatenmessgeraten. Bei dem vorgestellten Verfahren wird der Tastkopf des Koordinatenmessgeräts nach Solldaten gesteuert verfahren, wobei ein Rechner ein Geschwindigkeitsprofil bestimmt, das einen stoß- und ruckfreien Bewegungsvorgang ermöglicht und eine möglichst kurze Messzeit einstellen soll.
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DE 101 24 493 A1 offenbart ein Korrekturverfahren für Koordinatenmessgeräte bei dem das dynamische Biegeverhalten des Tasters als ein- oder mehrdimensionales Parameterfeld bestimmt wird und zur Berechnung von Korrekturwerten die Beschleunigung des Tasters berücksichtigt wird. Das Besondere des Verfahrens ist darin zu sehen, dass das Parameterfeld, das die dynamische Steiffigkeit des Tasters beschreibt, das Produkt des statischen Biegetensors des Tasters mit dem Massentensor des Tasters ist und die Abweichung bei Beschleunigung des Tasters normal zur Werkstückoberfläche beschreibt.
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Im praktischen Einsatz von gattungsgemäßen Koordinatenmessgeräten hat sich nun gezeigt, dass bei manuell gesteuerten Messungen teilweise Messfehler auftreten, die auch mit dem aus
DE 102 29 824 A1 bekannten Verfahren nicht gänzlich beseitigt sind. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass dieses bekannte Verfahren nur bei Tastköpfen Anwendung finden kann, bei denen eine Antastung mit einer Vorauslenkung des Taststiftes erfolgt. Dieses ist bei (einfacheren) schaltenden Tastköpfen in der Regel nicht der Fall. Andererseits werden schaltende Tastköpfe häufig bei Koordinatenmessgeräten eingesetzt, die manuell gesteuert werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art anzugeben, die beim manuellen Messen eine höhere Messgenauigkeit ermöglichen, und zwar insbesondere beim manuell gesteuerten Messen mit einem schaltenden Tastkopf.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Koordinatenmesswert in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob die Beschleunigung des Tastkopfes beim Antasten des Messpunktes einen definierten Maximalwert nicht übersteigt und wobei der Koordinatenmesswert ferner in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob die Beschleunigung des Tastkopfes in einem definierten Zeitraum vor der Antastung innerhalb eines definierten Größenbereichs liegt und wobei der Koordinatenmesswert verworfen wird, wenn zumindest eines der genannten Prüfkriterien nicht erfüllt ist.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art gelöst, das eine Steuereinheit mit einem Überwachungsteil aufweist, der dazu ausgebildet ist, einen Koordinatenmesswert in Abhängigkeit davon zu bestimmen, ob die Beschleunigung des Tastkopfes beim Antasten des Messpunktes einen definierten Maximalwert nicht übersteigt, und ferner dazu ausgebildet ist, den Koordinatenmesswert in Abhängigkeit davon zu bestimmen, ob die Beschleunigung des Tastkopfes in einem definierten Zeitraum vor der Antastung innerhalb eines definierten Größenbereichs liegt, wobei der Überwachungsteil dazu ausgebildet ist, einen Koordinatenmesswert zu verwerfen, wenn zumindest eines der genannten Prüfkriterien nicht erfüllt ist.
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Die Bestimmung eines Koordinatenmesswertes davon abhängig gemacht, ob die Beschleunigung des Tastkopfes beim Antasten des Messpunktes (also im Zeitpunkt des Antastens) unterhalb eines festgelegten Schwellenwertes bleibt. Liegt die Beschleunigung in dem Moment, zu dem der Messpunkt angetastet wird, oberhalb des definierten Wertes findet keine Messwertbestimmung statt, d. h. die Antastung wird als ungültig verworfen.
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Durch das neue Verfahren wird gewährleistet, dass ein Koordinatenmesswert – zumindest im Normalfall – nur dann bestimmt wird, wenn die Antastung mit einer hinreichend gleichmäßigen Annäherungsbewegung des Tastkopfes erfolgte. Anders ausgedruckt wird eine Antastung, die mit abrupten Bewegungsänderungen des Tastkopfes einhergeht verworfen. Durch diese Vorgehensweise wird erreicht, dass eine „normale” Messwertbestimmung nur dann erfolgt, wenn die Antastung tatsächlich eine aussagekräftige Auslöseposition für die Messwertbestimmung signalisiert. Bei allzu abrupten Bewegungsänderungen im Antastvorgang ist es demgegenüber möglich, dass zum Zeitpunkt der Messwertbestimmung bereits wieder andere Verhältnisse vorliegen als zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem die Antastung detektiert und damit die Messwertbestimmung ausgelöst wurde.
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Die vorliegende Erfindung beruht damit auf der Erkenntnis, dass eine Erhöhung der Messgenauigkeit dadurch erreicht werden kann, dass nur solche Antastungen zur Messwertbestimmung herangezogen werden, die mit einer gewissen „Ruhe” durchgeführt wurden, um auf diese Weise stabile und reproduzierbare Verhältnisse für die Messwertbestimmung zu gewährleisten. Praktische Versuche haben gezeigt, dass sich mit dieser Vorgehensweise die Messgenauigkeit vor allem bei manuell durchgeführten Messungen erhöhen lässt, da Messabweichungen in Folge von zu abrupten Steuervorgängen beim Antasten eliminiert werden oder zumindest einer gesonderten Betrachtung unterzogen werden können.
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Weiter erfolgt auch im Zeitraum vor der Antastung eine relativ gleichmäßige und nicht zu abrupte Bewegung. Da auf diese Weise negative Einflüsse von Trägheitsmomenten eliminiert werden, ist die Messgenauigkeit noch weiter erhöht. Bevorzugt beinhaltet die Überprüfung des definierten Größenbereichs, dass die Beschleunigung des Tastkopfes nicht nur auf das Einhalten eines oberen Grenzwertes, sondern auch auf das Einhalten eines unteren Grenzwertes überwacht wird. Mit anderen Worten wird in dieser bevorzugten Ausgestaltung überprüft, ob die Beschleunigung des Tastkopfes in dem definierten Zeitraum vor der Antastung in einem durch einen unteren und einen obere Grenzwert festgelegten Größenbereich liegt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird ein verworfener Koordinatenmesswert signalisiert, und zwar vorzugsweise mit Hilfe einer im Bereich des Tastkopfes angeordneten optischen Anzeige und/oder akustisch.
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Diese Ausgestaltung gibt dem Bediener des Koordinatenmessgerätes eine Information über die „mangelhafte” Antastung. Der Bediener kann den Messvorgang dadurch besser bewerten und sein Steuerverhalten ggf. darauf einstellen. Der Vorteil einer im Bereich des Tastkopfes angeordneten optischen Anzeige liegt darin, dass der Bediener diese bei normalem Messablauf stets im Blickfeld hat und somit sehr schnell auf „mangelhafte” Antastungen reagieren kann. Gleiches lässt sich mit einer akustischen Anzeige realisieren, die es dem Bediener ebenfalls ermöglicht, den Tastkopf beim Ansteuern des Messpunktes im Blickfeld zu behalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden der definierte Maximalwert und/oder der definierte Größenbereich für zumindest eine Bewegungsachse des Tastkopfes ermittelt und als Parametersatz bereitgestellt. Bei Koordinatenmessgeräten, bei denen sich der Tastkopf in mehreren Richtungen verfahren lässt, erfolgt die Ermittlung der genannten Größen bevorzugt für diejenige Bewegungsachse, die am empfindlichsten auf abrupte Bewegungsänderungen reagiert. Bei einem Koordinatenmessgerät in Portalbauweise ist dies bspw. eine Bewegung des Portals in y-Richtung, während sich der Tastkopf auf der vom y-Antrieb abgewandten Seite und in einer in z-Richtung abgesenkten Position befindet (Tastkopf unten links in der in Fig. gezeigten Darstellung). Die für diese Bewegung ermittelten Größen werden dann für die übrigen Bewegungsrichtungen übernommen, was den Vorteil besitzt, dass nur wenig Speicherplatz benötigt wird. Dies wirkt sich vor allem bei kostengünstigen, einfacheren Koordinatenmessgeräten vorteilhaft aus. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die entsprechenden Größen für alle Bewegungsachsen gesondert zu ermitteln und als Parametersatz bereitzustellen, was eine noch optimiertere Messung ermöglicht.
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Die Ermittlung der genannten Größen erfolgt individuell, und zwar vorzugsweise beim Hersteller des Koordinatenmessgerätes, und weiter bevorzugt empirisch oder zumindest teilweise empirisch. Die bereitgestellten Parametersätze sind dann auf das individuelle Koordinatenmessgerät abgestimmt. Zudem ist die Bereitstellung der Parameterdaten für den Bediener des Koordinatenmessgerätes sehr einfach und bequem.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der definierte Zeitraum für zumindest eine Bewegungsachse des Tastkopfes individuell ermittelt und als Parametersatz bereitgestellt.
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Für die Ermittlung des definierten Zeitraums gelten die gleichen Vorteile wie zuvor in Bezug auf die Ermittlung der genannten Vergleichsgrößen erwähnt. Durch eine auf das jeweilige Koordinatenmessgerät bezogene empirische Ermittlung lässt sich eine optimale Verbesserung der Messgenauigkeit mit hohem Komfort für den Bediener erreichen.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Koordinatenmesswert ferner in Abhängigkeit davon bestimmt. ob die Geschwindigkeit des Tastkopfes bei der Antastung unterhalb einer definierten Maximalgeschwindigkeit liegt.
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Durch eine solche Überwachung der Tastkopfbewegung beim Antasten lässt sich die Häufigkeit, mit der bislang Messwertausreißer auftreten konnten, reduzieren. Insgesamt trägt diese Ausgestaltung damit ebenfalls zur Erhöhung der Messgenauigkeit bei, und zwar vor allem bei manuell gesteuerten Messvorgängen.
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In einer weiteren Ausgestaltung erzeugt das Eingabegerät erste Beschleunigungsvorgabewerte für die Verfahrbewegungen des Tastkopfes, die in Abhängigkeit von einer Bedienereingabe einen ersten Vorgabemaximalwert annehmen können, wobei die ersten Beschleunigungsvorgabewerte beim Verfahren des Tastkopfes auf zweite Beschleunigungsvorgabewerte begrenzt werden, die niedriger sind als der erste Vorgabemaximalwert.
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Die vom Eingabegerät erzeugten (ersten) Beschleunigungsvorgabewerte, das sind die vom Eingabegerät erzeugten Signale oder Daten für die Verfahrbewegungen des Tastkopfes, werden einer „Filterfunktion” unterworfen. Die mit dem Eingabegerät erzeugten Beschleunigungsvorgabewerte werden hiernach also nicht direkt für die Steuerung der Bewegungen des Tastkopfes verwendet, sondern bei Bedarf auf „moderate” Beschleunigungsvorgabewerte abgemildert. Dies ist besonders von Vorteil, um hektische, zu starke oder anderweitig unkontrollierte Bedienereingaben abzufangen bzw. daraus resultierende Messfehler zu vermeiden. Damit ist diese Ausgestaltung ein Beitrag zur erhöhten Messgenauigkeit und führt darüber hinaus zu einer Vereinfachung des Messvorgangs, da die Wahrscheinlichkeit, dass fehlerhafte Messungen verworfen oder anderweitig einer Sonderbehandlung unterzogen werden müssen, reduziert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden die zweiten Beschleunigungsvorgabewerte mit zunehmender Zeitdauer einer kontinuierlichen Steuerbetätigung des Eingabegerätes an die ersten Beschleunigungswerte angepasst.
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Diese Ausgestaltung hebt die zuvor genannte „Filterung” oder Übersteuerung mit zunehmender Zeitdauer einer kontinuierlichen Steuerbetätigung, also nach anfänglicher Begrenzung, schrittweise oder kontinuierlich auf. Bei einer länger andauernden, kontinuierlichen Steuerbetätigung verliert die zuvor genannte Filterfunktion also allmählich ihre Wirkung. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der Bediener bei einer länger andauernden Steuerbetätigung den vollen Dynamikbereich des Eingabegerätes ausnutzen kann. Bspw. kann beim Verfahren des Tastkopfes über eine längere Strecke eine große Beschleunigung erreicht werden, wohingegen kurze Steuerbefehle und damit verbundene kurze Wegstrecken, die vor allem beim Antasten auftreten, nur mit einer geringen Beschleunigung durchführbar sind. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass sie die Verbesserung der Messgenauigkeit ermöglicht, ohne die Bedienungsgeschwindigkeit des Koordinatenmessgerätes bei großen Verfahrbewegungen zu beeinflussen.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die zweiten Beschleunigungsvorgabewerte beim Abbremsen des Tastkopfes betragsmäßig kleiner als beim Anfahren des Tastkopfes.
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Diese Ausgestaltung hat zur Folge, dass ein Anfahren des Tastkopfes abrupter und mit größeren Beschleunigungswerten möglich ist als beim Abbremsen des Tastkopfes, und zwar selbst dann, wenn der Bediener das Eingabegerät mit gleicher Kraft bzw. Auslenkung bedient. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der Bedienungskomfort bei Verfahrbewegungen, die nicht unmittelbar zu einer Antastung führen sollen, weitgehend unbeeinflusst ist von der für den Antastvorgang bevorzugten Übersteuerung der Bedienerbefehle. Der Bedienkomfort des Koordinatenmessgerätes wird dadurch erhöht, Messungen an voneinander entfernt liegenden Messpunkten können bei gleichbleibender Messgenauigkeit schneller durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Koordinatenmesswert ferner verworfen, wenn der Tastkopf beim Antasten des Messpunktes eine Verfahrgeschwindigkeit aufweist, die betragsmäßig größer Null ist, obwohl das Eingabegerät keine ersten Beschleunigungsvorgabewerte erzeugt.
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Auch diese Ausgestaltung trägt zu einer verbesserten Messgenauigkeit bei, da fehlerhafte Messwerte in Folge von Restgeschwindigkeiten beim Antasten vermieden werden. Die Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um Messfehler zu eliminieren, die bei herkömmlichen, manuell gesteuerten Koordinatenmessgeräten durch Prellen der Steuertasten oder Steuerhebel des Eingabegerätes entstehen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Messpunkt mit einem messenden Tastkopf angetastet, wobei die ersten Beschleunigungsvorgabewerte unterdrückt werden, sobald der Taststift beim Antasten eine definierte Auslenkung erreicht hat.
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In dieser Ausgestaltung „verliert” der Bediener die Kontrolle über das Koordinatenmessgerät in dem Moment, in dem der Taststift eine definierte Auslenkung beim Antasten des Messpunktes erfahren hat. Dadurch ist gewährleistet, dass der Bediener keine Steuerbefehle mehr erzeugen kann, die den Messablauf ungünstig beeinflussen. Die Messgenauigkeit einer manuell gesteuerten Messwertbestimmung wird weiter erhöht.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Messpunkt mit einem schaltenden Tastkopf angetastet.
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Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, weil schaltende Tastköpfe in aller Regel bei einfacheren Koordinatenmessgeräten und häufig in Verbindung mit manuell gesteuerten Messvorgängen eingesetzt werden. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung lässt sich gerade in diesen Anwendungsfällen eine spürbare Verbesserung der Messgenauigkeit erreichen. Dabei ist der Aufwand vergleichsweise gering, so dass einfachere Koordinatenmessgeräte mit schaltenden Tastköpfen von der vorliegenden Erfindung besonders profitieren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines neuen Koordinatenmessgerätes in einer vereinfachten Darstellung,
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2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des neuen Verfahrens,
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3 einen beispielhaften Verlauf von Beschleunigungswerten beim Antasten eines Messpunktes gemäß dem neuen Verfahren,
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4 den Verlauf einer Filterfunktion zum Übersteuern von manuellen Steuerbefehlen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 eine vereinfachte Darstellung eines schaltenden Tastkopfes, und
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6 eine vereinfachte Darstellung eines messenden Tastkopfes.
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In 1 ist ein Koordinatenmessgerät in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt eine Grundplatte 12, auf der ein Portal 14 in Längsrichtung verschieblich angeordnet ist. Diese Längsrichtung wird üblicherweise als y-Achse bezeichnet. Am oberen Querträger des Portals 14 ist ein in x-Richtung verfahrbarer Schlitten 16 angeordnet, der wiederum eine in z-Richtung verstellbare Pinole 18 trägt. Mit den Bezugsziffern 20, 22, 24 sind Skalen bezeichnet, an denen sich die jeweilige Verstellposition des Portals 14, des Schlittens 16 und der Pinole 18 in den drei Raumrichtungen x, y, z ablesen lässt. Die Skalen 20, 22, 24 können typische Messskalen sein, die von einem Bediener des Koordinatenmessgerätes 10 abgelesen werden. Alternativ und/oder ergänzend handelt es sich hier jedoch um Wegmessgeber, die maschinell ausgelesen werden.
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Am unteren freien Ende der Pinole 18 ist ein Tastkopf 26 angeordnet, der einen hier nicht maßstabgetreu dargestellten Taststift 28 trägt. Mit dem Taststift 28, der auch eine andere Form als hier dargestellt besitzen kann, werden definierte Messpunkte eines Messobjekts 30 angetastet. Das Messobjekt 30 wird dazu auf der Grundplatte 12 des Koordinatenmessgerätes 10 angeordnet. Aus der Stellung des Tastkopfes 26 im Messvolumen des Koordinatenmessgerätes 10 sowie ggf. der Auslenkung des Taststiftes 28 relativ zum Tastkopf (bei messenden Tastköpfen) kann die Raumkoordinate des angetasteten Messpunktes in an sich bekannter Weise bestimmt werden.
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Mit der Bezugsziffer 32 ist eine Auswerte- und Steuereinheit für das Koordinatenmessgerät 10 bezeichnet. Die Auswerte- und Steuereinheit wertet die jeweilige Position von Tastkopf 26 und Taststift 28 aus und steuert dessen Bewegungen, indem sie geeignete Antriebe mit Stellsignalen versorgt. Außerdem stellt sie die Messergebnisse zur Dokumentation und/oder weiteren Verarbeitung bereit. Mit der Bezugsziffer 34 ist ein Bedienpult bezeichnet, das an die Auswerte- und Steuereinheit 32 angeschlossen ist und über das der Tastkopf 26 manuell bewegt werden kann. Das Bedienpult besitzt Eingabeelemente, die hier als Steuerhebel 36, 38 dargestellt sind. Beim Betätigen der Steuerhebel 36, 38 werden erste Beschleunigungsvorgabewerte erzeugt, die über eine Verbindung 40 an die Auswerte- und Steuereinheit 32 übertragen werden. Die Auswerte- und Steuereinheit 32 generiert daraus Steuersignale und/oder Steuerwerte, die über eine zweite Verbindung 42 an die Antriebe des Koordinatenmessgerätes 10 übertragen werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die über die Verbindung 42 übertragenen Steuersignale gegenüber den ersten Beschleunigungsvorgabewerten des Bedienpultes 34 insoweit modifiziert, als dass Steuerbefehle, die zu abrupten Beschleunigungen des Tastkopfes 26 führen würden, zumindest anfänglich abgemildert werden.
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Mit der Bezugsziffer 44 ist ein hier nur schematisch dargestelltes Steuerprogramm bezeichnet, das in einem Speicher der Auswerte- und Steuereinheit 32 abgelegt ist. Das Steuerprogramm 44 übernimmt abhängig vom Leistungsumfang des Koordinatenmessgerätes die Bestimmung und Anzeige der Koordinatenmesswerte. Darüber hinaus ist das Steuerprogramm 44 in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass das Koordinatenmessgerät 10 das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, d. h. das Steuerprogramm beinhaltet einen entsprechenden Überwachungsteil, der die Bestimmung eines Koordinatenmesswertes von der Einhaltung der vorgegebenen Prüfkriterien abhängig macht.
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Mit der Bezugsziffer 48 ist eine Leuchtdiode bezeichnet, die hier am Tastkopf 26 angeordnet ist und die über eine entsprechende Leuchtanzeige signalisiert, ob eine Antastung im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu einem gültigen Koordinatenmesswert geführt hat. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel leuchtet die Leuchtdiode 48 bei einem gültigen Koordinatenmesswert grün, während eine ungültige Antastung mit Rot signalisiert wird. Darüber hinaus kann das Koordinatenmessgerät 10 auch eine Ausgabe für ein akustisches Signal (hier nicht dargestellt) aufweisen, mit dem ein gültiger und/oder ungültiger Koordinatenmesswert signalisiert wird.
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Das Koordinatenmessgerät 10 ist hier in sogenannter Portalbauweise dargestellt. Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt und kann gleichermaßen bei Koordinatenmessgeräten mit anderen Bauformen angewendet werden, bspw. bei Koordinatenmessgeräten in Horizontalarmbauweise.
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2 zeigt an Hand eines vereinfachten Flussdiagramms ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens, bei dem ein Koordinatenmesswert unter manueller Steuerung des Koordinatenmessgerätes 10 bestimmt wird. Grundsätzlich kann das Verfahren jedoch auch bei automatisiert gesteuerten Messvorgängen Anwendung finden.
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Im Schritt 56 werden erste Beschleunigungsvorgabewerte, die ein Bediener mit Hilfe der Steuerhebel 36, 38 erzeugt, eingelesen. Gemäß Schritt 58 werden die eingelesenen Beschleunigungsvorgabewerte in einer nachfolgend an Hand 4 näher erläuterten Weise einer „Filterfunktion” unterworfen, d. h. die ersten Beschleunigungsvorgabewerte werden zu Beginn jeder neuen Betätigung eines Steuerhebels 36 auf einen Maximalwert begrenzt und erst mit zunehmender Zeitdauer der kontinuierlichen Steuerbetätigung auf den maximal möglichen Wert der ersten Beschleunigungsvorgabewerte angepasst.
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Im Schritt 60 werden Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte, mit denen der Tastkopf 26 in Folge der Steuerbetätigungen bewegt wird, protokolliert. Die Protokollierung der Beschleunigungswerte dient später zur überprüfung, ob eine nachfolgende Antastung zu einem gültigen Koordinatenmesswert führt, wie weiter unten an Hand 3 noch ausführlicher dargestellt ist. Im Schritt 62 erfolgt eine Abfrage, ob eine Antastung vorliegt, d. h. ob der Taststift 28 einen Messpunkt an dem Messobjekt 30 berührt hat. Wenn dies nicht der Fall ist (Bezugsziffer 63), werden weitere Beschleunigungsvorgabewerte von dem Bedienpult 34 eingelesen und die mögliche Begrenzung, Protokollierung und Abfrage aus den Schritten 58, 60, 62 wird erneut durchlaufen.
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Wird im Schritt 62 eine Antastung detektiert, kann gemäß Schritt 64 optional eine Sperrung weiterer Steuerbefehle erfolgen. Mit anderen Worten wurden Beschleunigungsvorgabewerte des Bedienpultes 34 im Schritt 64 unterdrückt und die Steuerung des Tastkopfes würde dem Zugriff des Bedieners entzogen, um für die Bestimmung des Koordinatenmesswertes nach der erfolgten Antastung stabile und vom Bediener unbeeinflusste Umgebungsbedingungen zu schaffen. Die Option gemäß Schritt 64 ist besonders bevorzugt bei Verwendung von messenden Tastköpfen, kann jedoch grundsätzlich auch bei schaltenden Tastköpfen eingesetzt werden. Umgekehrt ist es bei Verwendung eines schaltenden Tastkopfes (siehe 5) bevorzugt, Schritt 64 auszulassen, da dies einen zusätzlichen Aufwand gegenüber herkömmlichen schaltenden Tastköpfen zur Folge hätte.
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Nachdem in Schritt 62 eine Antastung detektiert wurde, wird im Schritt 66 überprüft, ob die Geschwindigkeit des Tastkopfes 26 beim Antasten unterhalb einer definierten Maximalgeschwindigkeit lag (vantasten < vmax). Die zur Überprüfung herangezogene, definierte Maximalgeschwindigkeit vmax ist als Parameter in einem Speicher 68 hinterlegt. Übersteigt die Geschwindigkeit die definierte Maximalgeschwindigkeit vmax, so wird gemäß Schritt 70 ein Fehlersignal erzeugt, was bspw. die Leuchtdiode 48 von Grün auf Rot umschaltet.
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Lag die Geschwindigkeit vantasten beim Antasten des Messpunktes 30 unterhalb der Maximalgeschwindigkeit vmax, wird im Schritt 62 als nächstes überprüft, ob der Tastkopf 26 im Zeitpunkt des Antastens eine Restgeschwindigkeit VRest aufwies, obwohl keine weiteren Beschleunigungsvorgabewerte von dem Bedienpult 34 vorlagen. Wenn dies der Fall war, wird gemäß Schritt 74 wiederum ein Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal kann mit dem in Schritt 70 erzeugten Fehlersignal identisch sein und/oder von diesem verschieden. Bspw. kann die Leuchtdiode 48 gleichermaßen von Grün auf Rot geschaltet werden. Darüber hinaus kann die Fehlerursache auf einem Monitor (hier nicht dargestellt) des Koordinatenmessgerätes 10 angezeigt werden und/oder an einen gesonderten Auswerterechner weitergeleitet werden.
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Wurde auch das Prüfkriterium in Bezug auf die Restgeschwindigkeit VRest eingehalten, wird gemäß Schritt 76 überprüft, ob die Beschleunigung des Tastkopfes 26 im Zeitpunkt des Antastens unterhalb einer definierten Maximalbeschleunigung aT max gelegen hat (aantasten < aT max). Dabei wird die zulässige Maximalbeschleunigung im Zeitpunkt des Antastens wiederum als Parameter aus einem Speicher 78 bereitgestellt. War die Beschleunigung beim Antasten zu hoch, wird gemäß Schritt 80 ebenfalls ein Fehlersignal erzeugt. Lag die Beschleunigung hingegen unterhalb der definierten Maximalbeschleunigung, wird gemäß Schritt 82 als nächstes geprüft, ob die Beschleunigung avor des Tastkopfes 26 in einem definierten Zeitraum vor dem Antasten innerhalb eines definierten Größenbereiches gelegen hat (vgl. nachfolgende Erläuterung zu 3). Der definierte Größenbereich wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch einen unteren Beschleunigungswert au und einen oberen Beschleunigungswert ao festgelegt, die wiederum als Parameter in einem Speicher 84 hinterlegt sind. Wenn die Bedingung au < avor < ao nicht erfüllt ist, wird gemäß Schritt 86 wiederum ein Fehlersignal ausgegeben. Ist die genannte Bedingung hingegen erfüllt, wird gemäß Schritt 88 der Koordinatenmesswert bestimmt und ausgegeben. Anschließend beginnt das Verfahren mit dem erneuten Einlesen von Beschleunigungsvorgabewerten zum Ansteuern eines nächsten Messpunktes (Bezugsziffer 90).
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3 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf 92 der Beschleunigungswerte a, mit denen der Tastkopf 26 beim Antasten eines Messpunktes beschleunigt wird. Die Antastung des Messpunktes erfolgt hier zum Zeitpunkt tantasten. Ein Zeitraum zwischen den Zeitpunkten to vor dem Antasten und tantasten ist mit T bezeichnet.
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Des weiteren sind in 3 eine maximal zulässige Beschleunigung aT max für einen gültigen Antastvorgang sowie ein oberer und ein unterer Grenzwert ao und au angegeben. Damit eine Antastung als gültig betrachtet wird und dementsprechend zur gültigen Bestimmung eines Koordinatenmesswertes herangezogen wird, muss gemäß Schritt 82 (2) der Verlauf 92 der Beschleunigungswerte im Zeitraum T vor dem Antasten in dem durch au und ao definierten Größenbereich gelegen haben, was bei der Darstellung gemäß 3 angenommen ist. Des Weiteren muss die Beschleunigung im Zeitpunkt des Antastens tantasten unterhalb der maximal zulässigen Beschleunigung aT max liegen (vgl. Schritt 76 gemäß 2). Nur wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ein gültiger Messwert bestimmt. Darüber hinaus ist es jedoch bevorzugt, wie an Hand von 2 erläutert, wenn auch die weiteren Prüfkriterien gemäß den Schritten 66 und 72 zur Bestimmung eines gültigen Koordinatenmesswertes herangezogen werden. Abhängig von den Fehlerwahrscheinlichkeiten und der Art der Messfehler bei einzelnen Koordinatenmessgeräten kann es jedoch auch bevorzugt sein, einzelne der genannten Prüfkriterien auszulassen.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bevorzugten „Filterfunktion”, der die vom Bedienpult 34 erzeugten Beschleunigungsvorgabewerte beim Ansteuern des Tastkopfes 26 unterzogen werden. Mit aE max ist die maximal mögliche Beschleunigung des Tastkopfes 26 bezeichnet, die bei maximaler Betätigung der Steuerhebel 36, 38 erreicht wird. Der Verlauf 94 zeigt demgegenüber die maximale Beschleunigung aT max des Tastkopfes 26 über der Zeit bei einer kontinuierlichen maximalen Steuerbetätigung der Steuerhebel 36, 38. Wie dargestellt ist, wird die bei voller Betätigung der Steuerhebel 36, 38 maximal mögliche Beschleunigung aE max erst zum Zeitpunkt t1 erreicht, d. h. mit einer Verzögerung von Tv. Vorher wird die maximale Beschleunigung auf den niedrigeren Wert aT max begrenzt, wobei die Begrenzung allmählich zurückgenommen wird. Mit anderen Worten wird die maximale Beschleunigung des Tastkopfes 26 mit zunehmender Zeitdauer einer andauernden Steuerbetätigung an die maximal mögliche Beschleunigung angepasst. Durch diese Filter- oder Glättungsfunktion werden abrupte und kurzzeitige Bewegungen der Steuerhebel 36, 38 eliminiert bzw. so weit abgemildert, dass sie nicht zu entsprechend abrupten Bewegungen des Tastkopfes 26 führen. Dabei ist der in 4 dargestellte, hyperbelartige Verlauf zum Erreichen des maximal möglichen Beschleunigungswertes aE max nur ein Ausführungsbeispiel. Die Anpassung der Beschleunigungswerte kann abweichend hiervon auch linear oder mit anderen Annäherungskurven erfolgen.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines schaltenden Tastkopfes 96. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft bei Verwendung von derartigen Tastköpfen einsetzen.
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Der Tastkopf 96 besitzt eine feststehende Basis 98 und einen relativ dazu beweglichen Teil 100, an dem der Taststift 28 gelagert ist. Beim Antasten eines Messpunktes 102 wird der bewegliche Teil 100 ausgelenkt. Dies kann mit Hilfe von Kontakten 104 detektiert werden, die durch die Auslenkung des beweglichen Teils 100 geöffnet werden. Die Bestimmung der relativen Lage des Taststiftes 28 bzw. die Bestimmung der Größe der Auslenkung ist bei schaltenden Tastköpfen üblicherweise nicht vorgesehen. Andererseits sind diese daher deutlich einfacher und kostengünstiger zu realisieren als messende Tastköpfe (6).
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6 zeigt einen messenden Tastkopf 106 in vereinfachter Darstellung. Gleiche Bezugszeigen bezeichnen dieselben Elemente wie zuvor.
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Bei einem messenden Tastkopf ist der bewegliche Teil 100 häufig über Blattfedern 108 oder andere Elemente verbunden, die eine relative Bewegung zwischen Basis 98 und beweglichem Teil 100 ermöglichen. Die jeweilige Auslenkung des beweglichen Teils 100 (und damit des Taststiftes 28) wird bei messenden Tastköpfen 106 mit geeigneten Sensoren bestimmt, wie z. B. Tauchspulen oder Hallelementen. Ein entsprechender Sensor ist schematisch bei der Bezugsziffer 110 angedeutet. Wenngleich die vorliegende Erfindung bei schaltenden Tastköpfen bevorzugt ist, kann sie auch bei messenden Tastköpfen zu einer Erhöhung der Messgenauigkeit und/oder zur Vereinfachung und damit zu Kosteneinsparungen dienen.
