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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Messung
eines Oberflächenprofils eines Werkstücks.
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Aus
der
DE 197 53 303
A1 ist ein so genanntes Koordinatenmessgerät bekannt.
Ein an einem Tastkopf in drei Raumrichtungen verschiebbarer Taststift
wird dabei über die Oberfläche des auszumessenden
Werkstücks bewegt. Der Tastkopf bewegt sich dabei entlang
einer Bahnkurve, die auf Basis der vom Taststift abzufahrenden Sollkontur
ermittelt wird. Die Sollkontur kann beispielsweise durch Punktfolgen
und zugeordnete Normalenvektoren vorgegeben werden. Durch die Bewegung
des Tastkopfes entlang der Bahnkurve wird auf den Taststift eine Zentrifugalkraft
ausgeübt, die das Messergebnis beim Erfassen der Taststiftauslenkungen
beeinflusst. Aus diesem Grund wird die Bahnbeschleunigung des Tastkopfes
ermittelt und die dadurch ausgeübte, den Taststift beschleunigende
Kraft berechnet. Diese Kraft kann zur Korrektur der zwischen Taststift
und Werkstückoberfläche gewünschten Sollmesskraft dienen.
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Bei
diesem Verfahren ist es notwendig den Profilverlauf der Werkstückoberfläche
zumindest ungefähr zu kennen, um die Bahnkurve des Tastkopfes einstellen
zu können.
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Es
kann als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden
eine verbesserte Messvorrichtung bzw. ein verbessertes Messverfahren
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung nach Patentanspruch 1 und
ein Messverfahren nach Patentanspruch 16 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist ein
Messschlitten vorgesehen, der mittels eines Schlittenantriebs während
der Messung geradlinig mit Abstand zur Werkstückoberfläche
in eine Bewegungsrichtung bewegt wird. Der Messschlitten kann ausschließlich
entlang einer Achse in die Bewegungsrichtung bewegt werden. Am Messschlitten
ist eine Tastspitze angeordnet, deren freies Tastende mit einer
Messkraft auf der Werkstückoberfläche aufliegt.
Eine Beschleunigung der Tastspitze in eine Messrichtung durch die
Bewegung des Messschlittens findet während der Messung
nicht statt. Während der Messung wird das Tastende in Bewegungsrichtung über
die Werkstückoberfläche bewegt und dabei quer
dazu in eine Messrichtung ausgelenkt. Ein Messwertaufnehmer erfasst
dabei die Auslenkung des Tastendes und generiert eine wegabhängige Auslenkungsgröße.
Die Auslenkungsgröße beschreibt das Oberflächenprofil
des Werkstücks. In einer Auswerteinheit wird anhand der
Auslenkungsgröße eine Messkraftänderungsgröße
ermittelt, die die Änderung der Messkraft zwischen Tastende
und Werkstückoberfläche angibt. Auf diese Weise
wird die oberflächenabhängige Messkraftänderung
ermittelt. Dadurch können Messfehler vermieden werden, die
durch die Beschleunigung des Tastendes aufgrund des Profilverlaufs
der Werkstückoberfläche entstehen können.
Bei einer zu geringen Messkraft kann das Testende von der Werkstückoberfläche
abheben, während bei einer zu großen Messkraft
elastische Verformungen an Teilen der Messvorrichtung, z. B. der
Tastspitze, auftreten können. In beiden Fällen
wird das Messergebnis beeinträchtigt. Durch diese Messvorrichtung
bzw. das damit durchgeführte Messverfahren ist eine große
Genauigkeit der Vermessung des Oberflächenprofils möglich.
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Vorteilhafte
Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Die
Messvorrichtung ist bei einer bevorzugten Ausführung für
einen Messbereich von etwa 10 mm in Messrichtung ausgelegt, so dass
Werkstücke mit einer maximalen Profilhöhendifferenz
der Werkstückoberfläche von etwa 10 mm vermessen
werden können. Profiländerungen der Werkstückoberfläche im
Nanometerbereich können erkannt werden, beispielsweise
ab etwa 6 nm.
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Vorteilhafter
Weise ermittelt die Auswerteeinheit die Änderung des Messkraftgröße
abhängig von der Gradientenänderung der Auslenkungsgröße. Beispielsweise
kann die zweite zeitliche Ableitung der Auslenkungsgröße
zur Bestimmung der Änderung der Messkraftgröße
dienen. Die zweite zeitliche Ableitung der Auslenkungsgröße
ist direkt proportional zur Messkraftänderungsgröße,
die dadurch sehr einfach bestimmt werden kann. Der Proportionalitätsfaktor
wird dabei durch die Masse oder das Massenträgheitsmoment
der beim Auslenken der Tastspitze bewegten Teile der Messvorrichtung
gebildet.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Auswerteeinheit ein Messkraftsollbereich
für die Messkraftgröße vorgegeben ist,
innerhalb dem eine exakte Messung erfolgen kann. Insbesondere kann
der Messkraftsollbereich eine Messkraftobergrenze angeben, deren Überschreiten
zum einen zu Messfehlern durch elastische Verformung der Tastspitze
und der anderen mit der Tastspitze bewegten Teile führt und
zum anderen eventuell auch eine Beschädigung der Werkstückoberfläche
hervorruft. Es kann auch eine Messkraftuntergrenze angegeben werden,
deren Unterschreiten zu Messfehlern führt, da das Tastende
der Tastspitze keinen ausreichenden Kontakt mehr mit der Werkstückoberfläche
hat. Eine Sollmesskraft gibt die gewünschte Messkraft zwischen Tastende
und Werkstückoberfläche an und liegt innerhalb
des Messkraftsollbereichs.
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Dabei
ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine mit der Auswerteeinheit
verbundene Bedienerschnittstelle vorhanden ist, mittels der der
Messkraftsollbereich durch eine Bedienperson vorgegeben und/oder
variiert werden kann. Über eine solche Bedienerschnittstelle
können Messparameter der Messvorrichtung sehr einfach geändert
werden. Insbesondere kann der Messkraftsollbereich und/oder die Sollmesskraft
an die Eigenschaften der zu vermessenden Werkstückoberfläche,
insbesondere deren Härte oder Elastizität, an
die elastischen Eigenschaften der Messvorrichtung, insbesondere
der Tastspitze, an die Geometrie der Tastspitze angepasst werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Auswerteeinheit
ein Messfehlersignal, wenn die Messkraftgröße
außerhalb des Messkraftsollbereichs liegt. Bei Auftreten
eines Messfehlersignals kann damit manuell durch eine Bedienperson oder
automatisch eine Maßnahme eingeleitet werden.
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Das
Messfehlersignal kann beispielsweise ein Abheben des Tastendes von
der Werkstückoberfläche und/oder eine zu hohe
Messkraft zwischen Tastende und Werkstückoberfläche
angeben, je nachdem, ob ein oberer Grenzwert des Messkraftsollbereichs überschritten
oder unterer Grenzwert des Messkraftsollbereichs unterschritten
wurde. Daraufhin kann automatisch oder manuell eine erneute Messung
mit entsprechend geänderten Messparametern, insbesondere
einer angepassten Schlittengeschwindigkeit, durchgeführt
werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann als Maßnahme
beim Auftreten eines Messfehlersignals eine Messfehlerinformation
an die Bedienperson ausgegeben werden. Dies kann beispielsweise
durch eine von der Auswerteeinheit angesteuerte Bedienerschnittstelle
erfolgen. Die Messfehlerinformation kann optisch oder akustisch
ausgegeben werden. Es ist besonders zweckmäßig,
wenn die Messfehlerinformation einen Text enthält, der
der Bedienperson Anweisung für die Behebung des Fehlers
und für die weitere Messung zur Verfügung stellt.
Vorzugsweise enthält die Messfehlerinformation eine Angabe über
eine angepasste Schlittengeschwindigkeit für die weitere
Messung.
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Es
ist auch möglich, dass die Auswerteeinheit beim Vorliegen
eines Messfehlersignals eine erneute Messung des fehlerhaft gemessenen
Oberflächenprofilabschnitts veranlasst. Hierfür
kann die Auswerteeinheit den Schlittenantrieb ansteuern, so dass
der Messschlitten zumindest bis zu der Schlittenposition zurück
gefahren wird, an der der letzte fehlerfreie Messwert der Auslenkungsgröße
vorlag.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn eine durch die Auswerteeinheit ansteuerbare
Kraftstelleinrichtung vorgesehen ist, die eine vorgebbare statische
Andrückkraft zwischen Tastende und Werkstückoberfläche
erzeugt. Mit Hilfe dieser Kraftstelleinrichtung kann die statische
Andrückkraft variiert werden, insbesondere abhängig
von der ermittelten oberflächenabhängigen Messkraftänderung.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit eine Anpassung der statischen Andrückkraft
veranlassen, wenn ein Messfehlersignal vorliegt. Die statische Andrückkraft
kann zur Anpassung der aktuellen Messkraft an die Sollmesskraft
verändert werden. Als Kraftstelleinrichtung kann beispielsweise
ein Linearantrieb dienen.
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Somit
kann bei der Erfindung bei einem Abheben des Tastendes manuell oder
automatisch die Schlittengeschwindigkeit reduziert und/oder die
statische Andruckkraft er höht werden. Bei einer zu großen
Messkraft werden manuell oder automatisch die Schlittengeschwindigkeit
und/oder die statische Andruckkraft reduziert.
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Die
Schlittengeschwindigkeit des Messschlittens während der
Messung kann konstant vorgegeben werden. Dadurch wirken auch in
Bewegungsrichtung keine Beschleunigungen auf die Tastspitze. Die
Schlittengeschwindigkeit des Messschlittens während der
Messung kann alternativ auch parameterabhängig vorgegeben
werden. Insbesondere kann die Schlittengeschwindigkeit dabei von
der Auslenkungsgröße abhängen. Bei dieser
Ausführungsvariante ist es möglich, die Geschwindigkeit
der Tastspitze relativ zur Werkstückoberfläche
konstant zu halten.
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Weitere
Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung, der Zeichnung oder den Ansprüchen.
Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Einzelheiten
von Ausführungsformen der Erfindung und sonstigen Gegebenheiten.
Die Zeichnung offenbart weitere Einzelheiten und ist ergänzend
heran zu ziehen. Es zeigen:
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1 eine
schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung und
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2 einen
schematisch dargestellten, beispielhaften Verlauf einer Messkraft
während einer Messung.
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform einer Messvorrichtung 10 in
schematischer, blockschaltbildähnlicher Darstellung. Die
Messvorrichtung 10 dient zur Messung eines Oberflächenprofils 11 eines
Werkstücks. Bei der in 1 dargestellten
Messvorrichtung 10 handelt es sich um ein so genanntes
Tastschnittgerät. Auch andere Realisierungsformen der Messvorrichtung 10 sind
möglich.
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Die
Messvorrichtung 10 weist einen Messschlitten 15 auf,
der über einen Schlittenantrieb 16 in eine Bewegungsrichtung
x geführt, bewegbar ist. Der Schlittenantrieb 16 weist
einen elektrischen Antriebsmotor 17 auf, der eine sich
in Bewegungsrichtung x erstreckende Spindel 18 rotatorisch
in beide Drehrichtungen antreiben kann. Die Spindel 18 weist
ein nicht näher dargestelltes Spindelgewinde auf, auf dem
eine Spindelmutter 19 sitzt. Die Spindelmutter 19 ist
fest mit dem Messschlitten 15 verbunden. Bei der Rotation
der Spindel 18 bewegt sich die Spindelmutter 19 und
der daran befestigte Messschlitten 15 entlang der Spindel 18 in
Bewegungsrichtung x. Ein Drehwinkelsensor 20 erfasst die
Rotation der Spindel 18 und übermittelt den Drehwinkelwert
D an eine Auswerteeinheit 21. Die Auswerteeinheit 21 steuert den
Antriebsmotor 17 an und kann dessen Drehrichtung, sowie
dessen Drehgeschwindigkeit vorgeben. Über den Drehwinkelwert
D kann die Position des Messschlittens 15 der Auswerteeinheit 21 bestimmt werden.
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Am
Messschlitten 15 ist eine Tastspitze 25 beweglich
gelagert. Die Lagerung der Tastspitze 25 am Messschlitten 15 erfolgt
mittelbar über einen Tastarm 26. Der Tastarm 26 erstreckt
sich in seiner nicht ausgelenkten Ruhelage im Wesentlichen in Bewegungsrichtung
x vom Tastschlitten 15 weg und ist am Tastschlitten 15 um
eine Schwenkachse 27 schwenkbar auf einer Wippe 28 gelagert.
Die Tastspitze 25 ragt an dem dem Messschlitten 15 entgegen
gesetzten Ende 29 des Tastarms 26 quer und insbesondere rechtwinklig
von diesem zum Messbereich 30 hin, in dem das Werkstück
angeordnet ist. Die Tastspitze 25 streckt sich quer zur
Bewegungsrichtung x, wobei sich die Ausrichtung der Tastspitze 25 abhängig
von der Schwenkposition des Tastarms 26 um die Schwenkachse 27 verändert.
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Der
Tastarm 26 ist mit der Wippe 28 auf der einen
Seite der Schwenkachse 27 verbunden, während die
Wippe 28 auf der anderen Seite mit einer Kraftstelleinrichtung 35 verbunden
ist. Diese ist auf dem Messschlitten 15 angeordnet. Die
Kraftstelleinrichtung 35 ist beispielsgemäß als
Linearantrieb ausgeführt und weist eine fest mit der Wippe 28 verbundene
Spule 37 auf, die einen Magneten 38 ringförmig umschließt.
Die Spule 37 kann durch die Auswerteeinheit 21 angesteuert
werden. Fließt ein Strom durch die Spule 37 entsteht
eine Lorentzkraft, die ein Drehmoment um die Schwenkachse 27 hervorruft. Die
Kraftstelleinrichtung 35 kann mithin eine statische Andruckkraft
Fstat hervorrufen, mit der ein der Werkstückoberfläche 11 zugeordnetes
Tastende 40 der Tastspitze 25 auf die Werkstückoberfläche 11 gedrückt
wird. Die statische Andruckkraft Fstat kann über die
Auswerteeinheit 21 variiert werden.
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Am
Messschlitten 15 ist ein Messwertaufnehmer 45 vorgesehen,
der eine Auslenkungsgröße s erzeugt, die die Auslenkung
des Tastendes 40 in eine Messrichtung z quer zur Bewegungsrichtung
x und quer zur Schwenkachse 27 beschreibt. Beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel besteht die Auslenkungsgröße
s aus zwei separaten Messgrößen s1,
s2, die unabhängig voneinander
erfasst werden. Die beiden Messgrößen s1, s2 werden der
Auswerteeinheit 21 zugeführt. Diese ermittelt
die Auslenkung des Tastendes 40 in Messrichtung z auf Basis
der vom Messwertaufnehmer 45 übermittelten Auslenkungsgröße s.
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Der
Messwertaufnehmer 45 weist beispielsgemäß zwei
unabhängige Messeinheiten 46 auf, die bei dem
hier beschriebenen Ausführungsbeispiel als induktive Messeinheiten 46 ausgeführt
sind. Sie verfügen jeweils über eine Spule 47 und
einen relativ dazu bewegbaren Kern 48. Beim Ausführungsbeispiel
sind die Kerne 48 fest mit der Wippe 28 verbunden.
Bei einer Schwenkbewegung der Wippe 28 um die Schwenkachse 27 bewegen
sich die Kerne 48 relativ zu jeweils zugeordneten Messspule 47 und
liefern die entsprechende Messgröße s1,
s2 an die Auswerteeinheit 21. Alternativ
können auch die Spulen 47 mit der Wippe 28 verbunden
sein.
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Die
Messvorrichtung 10 weist beispielsgemäß weiterhin
eine Bedienerschnittstelle 50 auf, die mit der Auswerteeinheit 21 elektrisch
verbunden ist. Diese Verbindung ist bidirektional, so dass die Auswerteeinheit 21 über
die Bedienerschnittstelle 50 Informationen an die Bedienperson
ausgeben kann und umgekehrt die Bedienperson Eingaben oder Vorgaben
mittels der Bedienerschnittstelle 50 an die Auswerteeinheit 21 übermitteln
kann.
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Zur
Messung des Oberflächenprofils einer Werkstückoberfläche 11 wird
der Schlittenantrieb 16 angesteuert, so dass sich der Messschlitten 15 mit beispielsgemäß konstanter
Schlittengeschwindigkeit in Bewegungsrichtung x mit Abstand zur
Werkstückoberfläche 11 bewegt. Das Tastende 40 der
Tastspitze 25 liegt auf der Werkstückoberfläche
auf und wird vom Tastschlitten 15 über die Werkstückoberfläche 11 geschleppt.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Schlittengeschwindigkeit
parameterabhängig zu variieren. Als Parameter kann beispielsweise
die Auslenkung bzw. der Betrag der Schwenkbewegung des Tastarms 26 dienen.
Dadurch kann zum Beispiel die Geschwindigkeit des Tastendes 40 re lativ
zur Werkstückoberfläche konstant gehalten werden.
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Abhängig
vom Oberflächenprofilverlauf bewegt sich beim Schleppen
des Tastendes 40 über die Werkstückoberfläche
das Tastende 40 in Messrichtung z auf oder ab, wodurch
der Tastarm 26 bzw. die Wippe 28 um die Schwenkachse 27 geschwenkt
werden. Die Schwenkbewegung wird mittels des Messwertaufnehmers 45 erfasst
und eine entsprechende Auslenkungsgröße s an die
Auswerteeinheit 21 übertragen. Aus der Auslenkungsgröße
s kann in der Auswerteeinheit 21 der Verlauf des Oberflächenprofils berechnet
werden. Die Auswerteeinheit 21 steuert dabei die Kraftstelleinrichtung 35 an,
um zwischen dem Tastende 40 und der Werkstückoberfläche 11 eine
statische Andrückkraft Fstat hervorzurufen.
Solange die Werkstückoberfläche 11 eben
ist und parallel zur Bewegungsrichtung x verläuft, entspricht
die tatsächlich zwischen Werkstückoberfläche 11 und Tastende 40 auftretende
Messkraft Fm der statischen Andrückkraft
Fstat. Treten aufgrund des Oberflächenprofils
der Werkstückoberfläche 11 allerdings
Beschleunigungen des Tastendes 40 in Messrichtung z auf,
so verändert sich die Messkraft Fm.
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Die
Auslenkungsgröße s wird dazu verwendet, in der
Auswerteeinheit 21 die oberflächenprofilabhängige
Messkraftänderung zu ermitteln. Abhängig von der
Auslenkungsrichtung des Tastendes 40 im Messrichtung z
erhöht oder verringert sich die Messkraft Fm gegenüber
der statischen Andrückkraft Fstat,
die durch die Kraftstelleinrichtung 35 hervorgerufen wird.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird anhand der Auslenkungsgröße
s die tatsächliche Auslenkung zT berechnet.
Anhand der Auslenkung zT kann insbesondere
durch zweimaliges Ableiten nach der Zeit t die Beschleunigung aT des Tastendes 40 in Messrichtung
z ermittelt werden. Diese Beschleunigung aT wird
ausschließlich durch das Oberflächenprofil der
Werkstückoberfläche 11 be wirkt. Die Beschleunigung
aT ist proportional zu einer dynamischen
Kraft Fdyn, die eine die Änderung
der Messkraft Fm beschreibende Messkraftänderungsgröße
Fdyn bildet. Die dynamische Kraft Fdyn kann anhand der ermittelten Beschleunigung
aT des Tastendes 40 und des Massenträgheitsmoments
bzw. Masse der beschleunigten Bestandteile 25, 26, 37, 48 der
Messvorrichtung 10 berechnet werden. Die aktuell herrschende
Messkraft Fm zwischen Tastende 40 und Werkstückoberfläche 11 ergibt
sich dabei aus der Summe der statischen Andruckkraft Fstat plus
der dynamischen Kraft Fdyn.
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In
der Auswerteeinheit 21 ist ein Messkraftsollbereich für
die Messkraftgröße Fm vorgegeben, der
zwischen einem unteren Grenzwert Fu und
einem oberen Grenzwert Fo liegt. Innerhalb
des Messkraftsollbereichs liegt die gewünschte Sollmesskraft
Fsoll zwischen Tastende 40 und
Werkstückoberfläche 11. Der Messkraftsollbereich
bzw. dessen Grenzwerte Fu, Fo können
von der Bedienperson über die Bedienerschnittstelle 50 vorgegeben
und variiert werden. Abhängig vom zu vermessenden Werkstück
kann der Bediener gewünschte Werte angeben. Weiterhin ist es
möglich auch andere Messparameter, wie zum Beispiel die
Schlittengeschwindigkeit vx oder die Sollmesskraft
und demnach die statische Andruckkraft Fstat vorzugeben
bzw. anzupassen.
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In
der Auswerteeinheit 21 wird während der Messung
die dynamische Kraft Fdyn und daraus wiederum
die aktuelle Messkraft Fm berechnet. Überschreitet
die aktuelle Messkraft Fm den oberen Grenzwert
Fo wird ein Messfehlersignal erzeugt. In diesem
Fall ist die aktuelle Messkraft zu groß, so dass durch
elastische Beanspruchung der Tastspitze 25 oder des Tastarms 26 Messfehler
entstehen können. Die Auswerteeinheit 21 ruft
auch dann ein Messfehlersignal hervor, wenn die aktuelle Messkraft
Fm unterhalb des unteren Grenzwertes Fu liegt. In diesem Fall ist die Messkraft
zwischen Tasten de 40 und Werkstückoberfläche 11 zu
gering und ein sicherer Kontakt ist nicht sicher gestellt. Die Messung
kann daher fehlerhaft sein. Auf diese Weise kann sowohl eine zu
hohe Messkraft Fm, wie auch ein Abheben des
Tastendes von der Werkstückoberfläche 11 erkannt
werden.
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In 2 ist
eine beispielhafte, schematische Messung dargestellt, wobei das
Diagramm die Messkraft Fm über
der Zeit t bzw. dem Weg des Tastendes 40 in Bewegungsrichtung
x zeigt. Der Messschlitten 15 bewegt sich beispielsgemäß mit
konstanter Schlittengeschwindigkeit vx.
Zu einem ersten Zeitpunkt t0 entspricht
die Messkraft Fm in etwa der gewünschten Sollkraft
und mithin der statischen Andruckkraft Fstat. Zu
einem zweiten Zeitpunkt t1 erreicht das
Tastende 40 einen abfallenden Abschnitt 11a oder
Rücksprung der Werkstückoberfläche 11.
Wegen der im Beispiel als zu groß angenommenen Schlittengeschwindigkeit
vx hebt das Tastende 40 von der
Werkstückoberfläche 11 ab und die Messkraft
Fm unterschreitet den unteren Grenzwert
Fu und sinkt in etwa bis auf 0. Das Tastende 40 wird
durch die statische Andruckkraft Fstat wieder
in Richtung der Werkstückoberfläche 11 gedrückt
und gelangt zu einem dritten Zeitpunkt t2 wieder
in Kontakt mit der Werkstückoberfläche. Die Messkraft
Fm steigt beim Auftreffen des Tastendes 40 auf
die Werkstückoberfläche 11 steil an und überschreitet
den oberen Grenzwert Fo. Unmittelbar nach dem
dritten Zeitpunkt t2 sinkt die Messkraft
Fm wieder auf den gewünschten Messkraftsollwert,
an den die statische Andruckkraft Fstat angepasst
ist, wenn keine dynamische Kraft Fdyn vorliegt.
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Verlässt
die in der Auswerteeinheit 21 ermittelte Messkraft Fm den Messkraftsollbereich, ruft die Auswerteeinheit 21 ein
Messfehlersignal hervor. Bei einer ersten Ausführungsvariante
kann das Messfehlersignal an die Bedienerschnittstelle 50 übermittelt werden,
wodurch dort eine entsprechende Messfehlerinformation an die Bedienperson
in Form eines optischen Signals, einer Textinformation auf dem Display,
eines akustischen Signals oder einer beliebigen Kombination der
genannten Informationsmöglichkeiten ausgegeben wird. Die
Textinformation kann dabei Anweisungen an die Bedienperson enthalten,
dass eine fehlerhafte Messung vorliegt und dass die Messung mit
angepassten Messparametern wiederholt werden soll. Über
die Auswerteeinheit 21 können der Bedienerschnittstelle 50 zur
Ausgabe an die Bedienperson geänderte Messparameter, wie
zum Beispiel eine geänderte statische Andruckkraft Fstat und/oder eine geänderte Schlittengeschwindigkeit
vx übermittelt werden, um der Bedienperson
eine erneute und dann fehlerfreie Messung zu ermöglichen.
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Alternativ
oder zusätzlich hierzu kann auch eine automatisierte Fehlerkorrektur
vorgesehen sein, wobei die Auswerteeinheit 21 bei Vorliegen
eines Messfehlers automatisch eine erneute fehlerfreie Messung durchführt.
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Zur
automatischen Fehlerkorrektur fährt die Auswerteeinheit 21 beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel den Messschlitten 15 bis
zur der Schlittenposition zurück, an der der letzte fehlerfreie
Messwert der Auslenkungsgröße s vorlag. Alternativ
hierzu könnte der Messschlitten 15 auch in seine
Anfangsposition zurückgefahren werden. In Abhängigkeit vom
aufgetretenen Fehler veranlasst die Auswerteeinheit 21 eine
Reduzierung der Schlittengeschwindigkeit vx und/oder
eine Anpassung der statischen Andruckkraft Fstat.
Der Antriebsmotor 17 bzw. die Kraftstelleinrichtung 35 werden
entsprechend angesteuert. Auf das in 2 gezeigte
Beispiel bezogen, wurde der Messschlitten 15 zurückgefahren
werden bis zu einer Stelle, an der das Tastende 40 vor
Erreichen des Abschnitts 11a auf der Werkstückoberfläche 11 aufliegt.
Anschließend kann eine erneute Messung mit redu zierter
Schlittengeschwindigkeit vx durchgeführt
werden, wodurch ein Abhebend des Tastendes 40 von der Werkstückoberfläche 11 vermieden
wäre.
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Sollte
bei einer Messung nicht ein abhebendes Tastende 40, sondern
eine zu hohe Messkraft Fm aufgetreten sein,
kann die Auswerteeinheit 21 automatisch die statische Andruckkraft
Fstat vermindern und eine erneute Messung
durchführen.
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In
Kenntnis eines einmal erfassten Oberflächenprofils kann
die Auswerteeinheit 21 für zukünftige
Messungen optimale Messparameter ermitteln, die die Messung des
Oberflächenprofils fehlerfrei und gleichzeitig schnellstmöglich
erlauben. Die Schlittengeschwindigkeit vx wird
dabei so groß wie möglich gewählt, ohne
das ein Überschreiten des oberen Grenzwertes Fo oder
ein Unterschreiten des unteren Grenzwertes Fu des
Messkraftsollbereichs auftritt. Da die dynamische Kraft Fdyn auf Basis des bekannten Oberflächenprofils 11 berechnet
werden kann, ist der Auswerteeinheit 21 die Messkraft Fm an jeder Stelle des Oberflächenprofils
bekannt. Die statische Andruckkraft Fstat,
sowie die Schlittengeschwindigkeit vx können
durch die Auswerteeinheit 21 so eingestellt werden, dass
eine fehlerfreie Messung in kürzest möglicher
Zeit erfolgt.
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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung 10 zur Messung
eines Oberflächenprofils eines Werkstücks und
ein entsprechendes Messverfahren. Ein Messschlitten 15 wird
während der Messung geradlinig mit Abstand zur Werkstückoberfläche
in eine Bewegungsrichtung x bewegt, so dass die daran angeordnete
Tastspitze 25 durch die Bewegung des Messschlittens 15 nicht
beschleunigt wird. Das freie Tastende 40 der Tastspitze 25 liegt
mit einer Messkraft Fm auf der Werkstückoberfläche 11 auf
und wird während der Messung in eine quer zur Bewegungsrichtung
x verlaufende Messrichtung z ausgelenkt, so dass durch das Oberflächenprofil
ein wegabhängige Auslenkung zT des
Tastendes 49 erfolgt. Ein Messwertaufnehmer 45 erfasst
eine die Auslenkung zT des Tastendes 40 in
Messrichtung z beschreibenden Auslenkungsgröße
s. In einer Auswerteeinheit 21 wird eine die Änderung
der Messkraft Fm zwischen Tastende 40 und
Werkstückoberfläche 11 beschreibenden
Messkraftänderungsgröße Fdyn abhängig
von der Auslenkungsgröße s gebildet. Anhand der
Messkraftänderungsgröße Fdyn können
Messfehler oder Messungenauigkeiten erkannt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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