DE102005018919B4

DE102005018919B4 - Meßgerät zur Abtastung einer Oberflächenkontur eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102005018919B4
Application number: DE102005018919.9A
Authority: DE
Inventors: Raimund Volk
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2025-04-23
Also published as: DE102005018919A1

Abstract

Meßgerät zur Abtastung einer Oberflächenkontur eines Werkstücks, mit einem um eine Drehachse (2) schwenkbar gelagerten Tastarm (4), der an seinem freien Ende eine Tastspitze (6) zur Abtastung der Oberflächenkontur aufweist und mit einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Umwandlung der Auslenkung des Tastarmes (4) in ein entsprechendes elektrisches Meßsignal und mit einer elektromechanischen Belastungseinrichtung gekoppelt ist, die in Abhängigkeit von einem elektrischen Speisestrom ein Drehmoment auf den Tastarm (4) erzeugt, um die Tastspitze (6) an die Oberfläche des Werkstücks anzudrücken,wobei Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Änderung der Geschwindigkeit der Tastspitze (6) in Tastrichtung ein Steuersignal erzeugen undwobei Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von diesem Steuersignal den Speisestrom der elektromechanischen Belastungseinrichtung beeinflussen,dadurch gekennzeichnet,daß Mittel vorgesehen sind, die den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung verringern, wenn das Steuersignal einen von Hand oder durch ein Programm vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Abtastung einer Oberflächenkontur eines Werkstücks mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Durch DE 196 17 022 C1 ist ein Meßgerät bekannt, das einen um eine Drehachse schwenkbar gelagerten Tastarm aufweist, an dessen einem Ende ein Tastkörper befestigbar ist und der mit einem Meßwandler zur Umwandlung der Auslenkung des Tastarmes in ein elektrisches Signal gekoppelt ist. Bei diesem bekannten Meßgerät beaufschlagt die Belastungseinrichtung den Tastarm mit einem den Tastkörper an die Werkstückoberfläche andrückenden Drehmoment, wobei die Belastungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß die von ihr erzeugte Kraft steuer- oder regelbar ist, um die Kennlinie der Belastungseinrichtung in Abhängigkeit von einer Korrektureinrichtung zu korrigieren und so die Tastkraft anhand der von dem Meßwandler erfaßten Werkstückkontur wenigstens näherungweise konstant zu halten. Die Tastkraft soll also unabhängig von der Auslenkung des Tastarmes sein. Das hat den Nachteil, daß der Tastkörper beim Überfahren einer nicht die Oberflächenkontur des Werkstücks bestimmenden Vertiefung, beispielsweise eines Bohrloches, voll in dieses Bohrloch fällt und beim Erreichen der gegenüberliegenden Wandung des Bohrloches an diese anstößt und entweder beschädigt wird oder das bei diesem bekannten Gerät vorgesehene Kupplungsmittel zur Wirkung kommt und der Tastarm abgeworfen wird.
Durch US 2004 / 0 221 465 A1 , US 6 314 800 B1 und US 5 309 755 A sind jeweils Kontur-Meßgeräte bekannt.
Durch DE 40 13 742 A1 ist ein Meßgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, das einen um eine Drehachse schwenkbar gelagerten Tastarm aufweist, der an seinem freien Ende eine Tastspitze zur Abtastung der Oberflächenkontur aufweist und mit einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Umwandlung der Auslenkung des Tastarmes in ein entsprechendes elektrisches Meßsignal und mit einer elektromagnetischen Belastungseinrichtung gekoppelt ist, die in Abhängigkeit von einem elektrischen Speisestrom ein Drehmoment auf den Tastarm erzeugt, um die Tastspitze an die Oberfläche des Werkstücks anzudrücken. Das aus der Druckschrift bekannte Meßgerät weist ferner Mittel auf, die in Abhängigkeit von der Änderung der Geschwindigkeit der Tastspitze in Tastrichtung ein Steuersignal erzeugen, wobei Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von diesem Steuersignal den Speisestrom der elektromechanischen Belastungseinrichtung beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem die beim Überfahren beispielsweise einer Bohrung auftretenden Nachteile vermieden sind.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Die Erfindung sieht elektrische Mittel vor, die in Abhängigkeit von der Änderung der Geschwindigkeit der Tastspitze in Tastrichtung ein Steuersignal erzeugen, das die elektrische Belastungseinrichtung in einem Sinne beeinflußt, daß eine Beschädigung der Tastspitze oder des Tastarmes vermieden ist, beispielsweise wenn die Tastspitze in den Bereich eines Bohrloches gelangt. Ist das der Fall, so erhöht sich gleichzeitig die Geschwindigkeit der Tastspitze in Tastrichtung, wodurch die Belastungseinrichtung im Sinne einer Vermeidung einer Beschädigung der Tastspitze oder des Tastarmes beeinflußt wird. Unter Tastrichtung ist die Richtung zu verstehen, in die die Tastspitze weist, was von der Lage der abzutastenden Oberfläche abhängt, die sich bei horizontaler Lage der Drehachse also unterhalb des Tastarms oder oberhalb davon (über-Kopf-Messung) befinden kann. Die Drehachse des Tastarms kann sich auch vertikal erstrecken, so daß eine seitliche Abtastung möglich ist.
Die Erfindung sieht ferner Mittel vor, die den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung verringern, wenn das Steuersignal einen von Hand oder durch ein Programm vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die das Meßsignal differenzieren und so ein Steuersignal erzeugen, das den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung beeinflußt, beispielsweise verringert.
Vorteilhafterweise sind Mittel zur Dämpfung der Bewegung des Tastarmes vorgesehen. Dadurch kann das Absinken der Tastspitze beispielsweise in ein Bohrloch beeinflußt, vorzugsweise verlangsamt werden.
Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht auch eine Ausführungsform, die Mittel vorsieht, die bei fehlendem Steuersignal eine Beeinflussung des Speisestromes für die Belastungseinrichtung durch das Steuersignal verhindern. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß beispielsweise dann, wenn sich unter der Tastspitze überhaupt kein abzutastendes Werkstück befindet, überhaupt keine Beeinflussung des Speisestromes für die elektromechanische Belastungseinrichtung erfolgt. Dies schafft die Möglichkeit, einen bestimmten Speisestrom und damit einen bestimmten gewünschten Auflagedruck einzustellen oder den Tastarm in eine ausgewogene Schwebelage zu bringen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß Mittel vorgesehen sind, die den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung abschalten, wenn das Meßsignal einen von Hand oder durch ein Programm vorgegebenen Grenzwert erreicht, und wieder einschalten, wenn sich das Meßsignal wieder verringert. Dabei ist es möglich, daß mehrere Grenzwerte von Hand oder durch ein Programm in Abhängigkeit von der Oberflächenkontur vorgebbar sind. Das bedeutet, daß beim Überfahren mehrerer Bohrlöcher oder dergleichen ein Absinken der Meßspitze in das Bohrloch vermieden oder verringert wird.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

1 zeigt schematisch den mechanischen Teil des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Meßgerätes in Seitenansicht,
2 zeigt eine Draufsicht der Darstellung in 1 und 3 zeigt ein Blockschaltbild des elektrischen Teils des Ausführungsbeispiels.

1 zeigt schematisch einen bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät verwendeten Meßtaster. Er weist einen um eine Drehachse 2 schwenkbar gelagerten Tastarm 4 auf, an dessen freiem Ende sich eine Tastspitze 6 befindet. Der Tastarm 4 bildet zusammen mit einem Meßarm 8 einen doppelarmigen Hebel. Am freien Ende des Meßarmes 8 befindet sich ein Wandler 10 mit einem Strichmaßstab 12, der sich bei Bewegung des Meßarmes 8 berührungslos an einem optischen Lesekopf 14 vorbeibewegt. Der Abstand der Striche auf dem Strichmaßstab 12 ist bekannt. Bei Bewegung der Tastspitze 6 und somit des Meßarmes 8 zählt der optische Lesekopf 14 die Striche des Meßstabs 12 sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung. Die gezählten Striche entsprechen also der Bewegung der Tastspitze 6. Der Lesekopf 14 erzeugt somit ein inkrementales Winkelsignal.
An dem Meßarm 8 befindet sich eine Spule 16, die sich frei in einem Spalt 18 eines Permanentmagnetsystems 20 bewegen kann. Spule 16, Spalt 18 und Permanentmagnetsystem 20 bilden eine elektromagnetische Belastungseinrichtung. Durch Speisung der Spule 16 mit einem Speisestrom wird eine Kraft auf den Meßarm 8 und damit über den Tastarm 4 auf die Tastspitze 6 ausgeübt, die auf der Oberfläche eines nicht dargestellten Werkstücks aufliegt, um deren Oberflächenkontur abzutasten. Durch Änderung oder Beeinflussung des Speisestroms für die Spule 16 läßt sich somit die Auflagekraft der Tastspitze 6 beeinflussen und/oder vorgeben oder gewünschtenfalls der Tastarm in eine ausgewogene Schwebelage bringen.
2 stellt eine Seitenansicht der 1 in Richtung der Drehachse 2 dar. Es ist ersichtlich, daß der Strichmaßstab 12 mit Abstand dicht gegenüber der Oberfläche des optischen Lesekopfs 14 angeordnet ist.
3 zeigt ein Blockschaltbild, in dem der optische Lesekopf 14 durch einen Block dargestellt ist, der über eine Leitung 22 mit einer Vergleichseinheit 24 verbunden ist, die über eine Leitung 26 mit einer Ablaufsteuerung 28 verbunden ist, die aufeinanderfolgend über eine Leitung 30 Positionierungsbefehle aus einem Programmspeicher 32 entnimmt. Diese werden in der Vergleichseinheit 24 mit den von dem optischen Lesekopf 14 kommenden Signalen verglichen und so eine Differenz aus dem Signal des optischen Lesekopfs 14, also aus dem der augenblicklichen Höhe der Tastspitze 6 entsprechenden Signal, und dem von der Ablaufsteuerung 8 gelieferten Sollwert gebildet. Dieses Differenzsignal wird in eine Speiseeinheit 34 eingespeist, die den Speisestrom für die Spule 16 der Belastungseinrichtung 16, 18, 20 liefert. Ist die Differenz negativ, so befindet sich die Tastspitze 6 unterhalb der von dem Programmspeicher 32 vorgegebenen Sollposition. Dies hat zur Folge, daß die Vergleichseinheit 24 den von der Speiseeinheit 34 gelieferten Speisestrom an die Spule 16 so weit erhöht, bis die Differenz null wird. Das bedeutet, daß ein Regelkreis gebildet ist.
Dem Programmspeicher 32 kann zusätzlich zur vorgegebenen Zielposition für die Tastspitze 6 ein Wert für die maximal zulässige Bewegungsgeschwindigkeit entnommen werden. Der Positioniervorgang erfolgt dabei wieder in der gleichen Weise, wobei die in dem genannten Regelkreis erzeugten Speiseströme für die Spule 16 entsprechend begrenzt werden.

Claims

Meßgerät zur Abtastung einer Oberflächenkontur eines Werkstücks, mit einem um eine Drehachse (2) schwenkbar gelagerten Tastarm (4), der an seinem freien Ende eine Tastspitze (6) zur Abtastung der Oberflächenkontur aufweist und mit einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Umwandlung der Auslenkung des Tastarmes (4) in ein entsprechendes elektrisches Meßsignal und mit einer elektromechanischen Belastungseinrichtung gekoppelt ist, die in Abhängigkeit von einem elektrischen Speisestrom ein Drehmoment auf den Tastarm (4) erzeugt, um die Tastspitze (6) an die Oberfläche des Werkstücks anzudrücken, wobei Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Änderung der Geschwindigkeit der Tastspitze (6) in Tastrichtung ein Steuersignal erzeugen und wobei Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von diesem Steuersignal den Speisestrom der elektromechanischen Belastungseinrichtung beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung verringern, wenn das Steuersignal einen von Hand oder durch ein Programm vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Steuersignal erzeugenden Mittel das Meßsignal differenzieren.
Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Dämpfung der Bewegung des Tastarmes vorgesehen sind.
Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die dann, wenn das Steuersignal Null ist, eine Beeinflussung des Speisestroms durch das Steuersignal verhindern.
Meßsignal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen der Speisestrom bei fehlendem Steuersignal auf einen festen Wert einstellbar ist, insbesondere um den Tastarm in einer Schwebelage zu halten.
Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung so regeln, daß ein von Hand oder durch ein Programm vorgegebener Grenzwert nicht überschritten wird.
Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Speisestrom für die elektromechanische Belastungseinrichtung abschalten, wenn das Meßsignal einen von Hand oder durch ein Programm vorgegebenen Maximalwert erreicht, und wieder einschalten, wenn sich das Meßsignal wieder verringert.
Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bei Überschreiten des Maximalwertes kurzzeitig einen Speisestrom in entgegengesetzter Richtung bewirken, um die Geschwindigkeit des Tastarms zu verringern, insbesondere auf Null zu bringen.
Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Maximalwerte von Hand oder durch das Programm in Abhängigkeit von der Oberflächenkontur vorgebbar sind.