DE102014201417B4 - Device and method for detecting a roughness and / or a profile of a surface of a test object - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche (2) eines Messobjekts, umfassend einen statischen Teil (3), einen beweglichen Teil, mindestens eine Führungseinrichtung (10) zur Führung einer Linearbewegung des beweglichen Teils und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie zum Antrieb des beweglichen Teils, wobei zumindest ein Teil mindestens eines Tastersystems zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils an dem beweglichen Teil angeordnet ist, wobei über mindestens ein Energieübertragungsmittel die Antriebsenergie auf das bewegliche Teil übertragbar ist, wobei das mindestens eine Energieübertragungsmittel ein mechanisches Energieübertragungsmittel ist, wobei das mechanisches Energieübertragungsmittel derart ausgebildet ist, dass während einer Energieübertragung auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft auf das bewegliche Teil wirkt, wobei das mindestens eine Energieübertragungsmittel als mechanisches Kraftübertragungsmittel ausgebildet ist, wobei eine Kraft über einen einzigen Kontaktpunkt zwischen einem antriebseinrichtungsseitigen Kontaktelement (8) und einem Kontaktelement (12) des beweglichen Teils übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement (8) eine abgerundete Kontaktfläche und/oder das Kontaktelement (12) des beweglichen Teils eine abgerundete Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktflächen sich in dem Kontaktpunkt zur Kraftübertragung berühren.Device for detecting a roughness and / or a profile of a surface (2) of a measuring object, comprising a static part (3), a moving part, at least one guiding device (10) for guiding a linear movement of the moving part and a device for generating a drive energy for driving the movable part, wherein at least a part of at least one probe system for detecting the roughness and / or the profile is arranged on the movable part, wherein via at least one energy transmission means the drive energy is transferable to the movable part, wherein the at least one energy transfer means is a mechanical Energy transfer means is, wherein the mechanical energy transfer means is designed such that during an energy transfer to the movable part at least in a direction different from the desired direction of movement no force acts on the movable part, wherein the at least one e energy transmission means is designed as a mechanical power transmission means, wherein a force is transmitted via a single contact point between a drive device side contact element (8) and a contact element (12) of the movable part, characterized in that the drive device side contact element (8) has a rounded contact surface and / or the contact element (12) of the movable part has a rounded contact surface, wherein the contact surfaces touch each other in the contact point for transmitting power.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche eines Messobjekts.The invention relates to a method and a device for detecting a roughness and / or a profile of a surface of a test object.
In einer Vielfalt von industriellen Anwendungen ist es wünschenswert, mikroskopische Oberflächenprofile zu erfassen, um z. B. Aussagen über eine Qualität einer Oberflächenfertigung zu treffen.In a variety of industrial applications, it is desirable to detect microscopic surface profiles, e.g. B. to make statements about a quality of a surface finish.
Die
Weiter bekannt ist die
Auch die
Weiter bekannt ist die
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In allen vorhergehend erläuterten Druckschriften ergibt sich das Problem, dass aufgrund der Kopplung zwischen der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebskraft und dem beweglichen Teil unerwünschte Kräfte, insbesondere nicht in oder entgegen der gewünschten Bewegungsrichtung wirkende Kräfte, auf das bewegliche Teil übertragen werden können. Diese Kräfte können eine Messgenauigkeit nachteilig beeinflussen.In all of the above-mentioned references there is the problem that due to the coupling between the means for generating the driving force and the movable part undesirable forces, in particular not acting in or against the desired direction of movement forces can be transmitted to the movable part. These forces can adversely affect measurement accuracy.
Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche eines Messobjekts sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, welche eine Genauigkeit der Erfassung erhöhen.The technical problem arises of providing a device for detecting a roughness and / or a profile of a surface of a measurement object and a corresponding method, which increase the accuracy of the detection.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 12. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects with the features of
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche eines Messobjekts. Die Rauheit kann hierbei eine Unebenheit einer Oberflächenhöhe bezeichnen.A device for detecting a roughness and / or a profile of a surface of a measurement object is proposed. The roughness here may designate a roughness of a surface height.
Die Vorrichtung umfasst einen statischen Teil. Der statische Teil bezeichnet hierbei einen Teil der Vorrichtung, der während der Erfassung, also während eines Erfassungsvorgangs ortsfest angeordnet ist, insbesondere auf einer Oberfläche des Messobjekts angeordnet ist.The device comprises a static part. In this case, the static part designates a part of the device which is arranged in a stationary manner during the detection, that is to say during a detection process, in particular on a surface of the measurement object.
Der statische Teil kann wiederum an einer Positioniervorrichtung befestigt sein, die eine Einstellung einer Position und/oder Orientierung der vorgeschlagenen Vorrichtung ermöglicht. Die Positioniervorrichtung kann beispielsweise ein Roboter, eine Werkzeugmaschine oder eine sonstige Positioniervorrichtung, die vorzugsweise in Produktionsverfahren verwendet wird, sein. Ebenfalls kann die Positioniervorrichtung ein Koordinatenmessgerät sein, wobei die vorgeschlagene Vorrichtung z. B. an einer Pinole oder einem Dreh-Schwenk-Gelenk des Koordinatenmessgeräts befestigt wird. Die Positioniervorrichtung kann auch als Trägersystem bezeichnet werden.The static part may in turn be attached to a positioning device which allows adjustment of a position and / or orientation of the proposed device. The positioning device can be, for example, a robot, a machine tool or another positioning device, which is preferably used in production processes. Also, the positioning device may be a coordinate measuring machine, wherein the proposed device z. B. is attached to a quill or a rotary-pivot joint of the coordinate measuring machine. The positioning device can also be referred to as a carrier system.
Weiter umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung einen beweglichen Teil. Der bewegliche Teil bezeichnet hierbei einen Teil, der zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils entlang der Oberfläche bewegt wird, insbesondere mit einer Linearbewegung bewegt wird.Furthermore, the proposed device comprises a movable part. In this case, the movable part designates a part which is moved along the surface for detecting the roughness and / or the profile, in particular is moved with a linear movement.
Nachfolgend wird für den statischen Teil auch der Begriff Stator und für den beweglichen Teil der Begriff Läufer verwendet.In the following, the term stator is used for the static part and the term runner for the moving part.
Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Führungseinrichtung zur Führung einer Linearbewegung des beweglichen Teils und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie zum Antrieb des beweglichen Teils in oder entgegen einer gewünschten Bewegungsrichtung. Die mindestens eine Führungseinrichtung kann hierbei statorseitige Führungsmittel oder -elemente und läuferseitige Führungsmittel oder -elemente umfassen. Insbesondere kann die mindestens eine Führungseinrichtung eine Linearführung ausbilden, wobei eine Linearführung eine möglichst reibungsfreie Translationsbewegung des Läufers unter Einhaltung einer geraden Bewegungsrichtung, also entlang einer linearen Bahn, gewährleistet. Vorzugsweise ist die mindestens eine Führungseinrichtung als Gleitführung ausgebildet. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Formen der Linearführung, z. B. Linearwälzführungen oder Laufrollenausführungen vorstellbar. Die Führungseinrichtung ist hierbei vorzugsweise derart ausgebildet, das das Abbe-Prinzip eingehalten wird.Furthermore, the device comprises at least one guide device for guiding a linear movement of the movable part and a device for generating a drive energy for driving the movable part in or against a desired direction of movement. The at least one guide device may in this case comprise stator-side guide means or elements and rotor-side guide means or elements. In particular, the at least one guide device can form a linear guide, wherein a linear guide ensures the most friction-free translational movement of the rotor while maintaining a straight direction of movement, ie along a linear path. Preferably, the at least one guide device is designed as a sliding guide. Of course, however, other forms of linear guide, z. B. linear roller guides or roller designs imaginable. The guide device is in this case preferably designed such that the Abbe principle is met.
Die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie bezeichnet hierbei jede Einrichtung, die über ein nachfolgend noch näher erläutertes Energieübertragungsmittel Antriebsenergie zum beweglichen Teil übertragen kann. Insbesondere kann die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie als eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft ausgebildet sein. Die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie kann hierbei zumindest teilweise am Stator angeordnet sein.In this case, the device for generating a drive energy designates any device which can transmit drive energy to the movable part via a power transmission means, which will be explained in more detail below. In particular, the device for generating a drive energy can be designed as a device for generating a drive force. The device for generating the drive energy may in this case be arranged at least partially on the stator.
Zumindest ein Teil eines Tastersystems zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils ist an dem beweglichen Teil angeordnet. Das Tastersystem bezeichnet eine Gesamtheit von Elementen zur Erzeugung eines die Rauheit und/oder das Profil repräsentierenden Ausgangssignals, insbesondere elektrischen Ausgangssignals.At least part of a probe system for detecting the roughness and / or the profile is arranged on the movable part. The stylus system denotes a set of elements for generating an output signal representing the roughness and / or the profile, in particular an electrical output signal.
Das Tastersystem kann hierbei mindestens ein Tastelement zur Abtastung der Oberfläche umfassen. Das Tastersystem kann hierbei als berührendes Tastersystem ausgebildet sein. Das Tastersystem kann z. B. einen Taster und/oder ein Tastelement, beispielsweise eine Tastkugel, Tastspitze oder -nadel, umfassen. In diesem Fall berührt ein Teil des Tastersystems die Oberfläche während der Erfassung der Rauheit und/oder des Profils.The probe system may in this case comprise at least one probe element for scanning the surface. The stylus system can be designed here as a touching stylus system. The Probe system can z. As a button and / or a probe element, such as a probe ball, probe tip or needle include. In this case, part of the stylus system contacts the surface during roughness and / or profile detection.
Alternativ kann das Tastersystem auch als berührungloses Tastersystem ausgebildet sein, welches eine berührungslose, insbesondere optische, Erfassung der Rauheit und/oder des Profils ermöglicht.Alternatively, the stylus system can also be designed as a contactless stylus system, which allows a non-contact, in particular optical, detection of the roughness and / or the profile.
Vorzugsweise umfasst das Tastersystem das Tastelement und einen Tastarm, wobei das Tastelement an dem Tastarm befestigt oder gelagert ist, insbesondere an einem freien Ende des Tastarms. Der Tastarm kann auch als Tasthebel bezeichnet werden.Preferably, the probe system comprises the probe element and a probe arm, wherein the probe element is attached or mounted on the probe arm, in particular at a free end of the probe arm. The sensing arm can also be referred to as a feeler lever.
Im Falle eines berührenden Tastersystems kann der Tastarm beweglich am Läufer befestigt sein, insbesondere um eine Rotationsachse schwenkbar gelagert sein.In the case of a touching probe system, the probe arm may be movably mounted on the rotor, in particular pivotally mounted about a rotation axis.
Das Tastelement kann beispielsweise über folgende mechanische Verbindungen mit dem Tastarm bzw. dem beweglichen Teil verbunden sein: Schraubverbindung, Klemmverbindung, federbelastete Verbindung oder eine federbelastete Verbindung mit einer Raststelle, magnetische Verbindung, Thermopassungsverbindung. Hierbei kann eine Thermopassungsverbindung beispielsweise mittels einer Formgedächtnislegierung hergestellt werden.The probe element can be connected, for example via the following mechanical connections with the probe arm or the movable part: screw, clamped connection, spring-loaded connection or a spring-loaded connection with a rest stop, magnetic connection, Thermopassungsverbindung. In this case, a thermal connection can be produced, for example, by means of a shape memory alloy.
In einem ersten geschlossenen Zustand kann ein Befestigungsabschnitt mit einer Formgedächtnislegierung getempert werden, um den geschlossenen Zustand zu fixieren. Im geschlossenen Zustand weist der Befestigungsabschnitt z. B. ein Aufnahmevolumen auf, welches derart ausgebildet ist, dass ein korrespondierender Befestigungsabschnitt eines Tastelements kraft- und/oder formschlüssig im Aufnahmevolumen angeordnet wäre. Durch eine plastische Verformung, beispielsweise durch ein mechanisches Betätigen, kann der Befestigungsabschnitt mit der Formgedächtnislegierung in einen zweiten, geöffneten Zustand versetzt werden, wobei das Aufnahmevolumen im zweiten Zustand derart ausgebildet ist, dass ein korrespondierender Befestigungsabschnitt des Tastelements aus dem Aufnahmevolumen entnehmbar oder in dieses einbringbar ist. Im zweiten Zustand kann dann ein Tastelement, insbesondere der vorhergehend erläuterte Befestigungsabschnitt des Tastelements, im Aufnahmevolumen angeordnet werden. Durch eine erneute Erwärmung und ein nachfolgendes Abkühlen wird die Formgedächtnislegierung wieder in den ersten Zustand versetzt, wobei das Tastelement nunmehr an dem Befestigungsabschnitt befestigt ist.In a first closed state, a fixing portion with a shape memory alloy may be annealed to fix the closed state. In the closed state, the attachment portion z. B. a receiving volume, which is designed such that a corresponding attachment portion of a probe element force and / or positively arranged in the receiving volume. By a plastic deformation, for example by a mechanical actuation, the mounting portion with the shape memory alloy can be placed in a second, open state, wherein the receiving volume in the second state is formed such that a corresponding attachment portion of the probe element from the receiving volume removable or introduced into this is. In the second state, a probe element, in particular the fastening section of the probe element explained above, can then be arranged in the receiving volume. By re-heating and subsequent cooling, the shape memory alloy is returned to the first state, wherein the probe element is now attached to the mounting portion.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine sehr kompakte mechanische Befestigung von Tastelementen am beweglichen Teil bzw. am Tastarm.This results in an advantageous manner, a very compact mechanical attachment of sensing elements on the movable part or on the sensing arm.
Weiter kann das Tastersystem einen Messwertgeber oder Messwerterzeuger umfassen, der ein Ausgangssignal erzeugt, in dessen Abhängigkeit die Rauheit und/oder das Profil bestimmt werden kann. Im Falle eines berührenden Tastelements kann der Messwertgeber beispielsweise ein Ausgangssignal in Abhängigkeit einer Auslenkung des Tastelements erzeugen. Hierzu kann der Messwertgeber beispielsweise als Bewegungs- oder Positionssensor ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Messwertgeber als optischer, kapazitiver, induktiver oder magnetischer Geber ausgebildet sein, wobei mittels des Gebers die Bewegung und/oder Position des Tastelements direkt oder indirekt erfassbar ist. Ein magnetischer Geber kann hierbei als Magnetresonanzgeber ausgebildet sein. Auch ist vorstellbar, dass der Messwertgeber eine Rotation des schwenkbar gelagerten Tastarmes erfasst, wobei in Abhängigkeit einer Länge des Tastarms und des erfassten Rotationswinkels die Auslenkung des Tastelements erfasst werden kann.Furthermore, the probe system may include a transducer or a measured value generator which generates an output signal in dependence of which the roughness and / or the profile can be determined. In the case of a touching probe element, for example, the transmitter may generate an output signal in response to a deflection of the probe element. For this purpose, the transmitter may for example be designed as a motion or position sensor. For example, the transmitter can be designed as an optical, capacitive, inductive or magnetic encoder, by means of the encoder, the movement and / or position of the probe element is directly or indirectly detected. A magnetic encoder can be designed here as a magnetic resonance transmitter. It is also conceivable that the transmitter detects a rotation of the pivotally mounted sensing arm, wherein in dependence on a length of the sensing arm and the detected rotation angle, the deflection of the probe element can be detected.
Vorzugsweise ist das gesamte Tastersystem, insbesondere aber das Tastelement, an dem beweglichen Teil, also dem Läufer, angeordnet.Preferably, the entire stylus system, but in particular the probe element, on the movable part, ie the rotor, arranged.
Weiter ist über mindestens ein Energieübertragungsmittel die vorhergehend erläuterte Antriebsenergie auf das bewegliche Teil übertragbar. Das mindestens eine Energieübertragungsmittel bezeichnet hierbei das Mittel, durch welche die auf den beweglichen Teil wirkende Antriebskraft bereitgestellt wird.Furthermore, the drive energy explained above can be transmitted to the movable part via at least one energy transmission means. The at least one energy transfer means in this case denotes the means by which the driving force acting on the movable part is provided.
Eine Energieübertragung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil erfolgt somit zumindest teilweise über das Energieübertragungsmittel. Die Energieübertragung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil kann rein mechanisch, zumindest teilweise mechanisch oder auch rein nicht-mechanisch erfolgen. Das Energieübertragungsmittel als Teil der Übertragungsstrecke kann jedoch ausschließlich eine mechanische Übertragung oder eine nicht-mechanische Übertragung ermöglichen. Das mindestens eine Energieübertragungsmittel bildet somit einen Teil einer Übertragungsstrecke für die Antriebsenergie von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie zum beweglichen Teil aus, insbesondere den in einer Richtung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil letzten Teil der Übertragungsstrecke aus.An energy transfer from the device for generating the drive energy to the moving part thus takes place at least partially via the energy transmission means. The energy transfer from the device for generating the drive energy to the moving part can be purely mechanical, at least partially mechanical or purely non-mechanical. However, the energy transfer means as part of the transmission path can only allow a mechanical transmission or a non-mechanical transmission. The at least one energy transmission means thus forms part of a transmission path for the drive energy from the device for generating the drive energy to the moving part, in particular the last part of the transmission path in one direction from the device for generating the drive energy to the moving part.
Das mindestens eine Energieübertragungsmittel umfasst hierbei alle Elemente, die zur Übertragung der von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie erzeugten Antriebsenergie auf den beweglichen Teil und/oder zur Bereitstellung einer auf den beweglichen Teil wirkenden Antriebskraft dienen. Somit kann ein Energieübertragungsmittel auch ein Energieumwandlungselement umfassen, das z. B. eine erzeugte und gegebenenfalls übertragene Antriebsenergie in eine Antriebskraft umwandelt. Hierbei kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel zwischen einem beweglichen Element der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie, beispielsweise einer Abtriebswelle eines Aktors, und dem beweglichen Teil angeordnet sein.The at least one energy transmission means in this case comprises all elements which are used for Transmission of the drive power generated by the means for generating the drive energy to the movable part and / or to provide a force acting on the movable part driving force. Thus, a power transmission means may also comprise an energy conversion element, the z. B. converts a generated and possibly transmitted drive energy into a driving force. In this case, the at least one energy transmission means can be arranged between a movable element of the device for generating the drive energy, for example an output shaft of an actuator, and the movable part.
Das mindestens eine Energieübertragungsmittel kann z. B. als Kraftübertragungsmittel ausgebildet sein.The at least one energy transfer agent may, for. B. be designed as a power transmission means.
Erfindungsgemäß ist das Energieübertragungsmittel ein mechanisches Energieübertragungsmittel, wobei ein mechanisches Energieübertragungsmittel derart ausgebildet ist, dass während einer Energieübertragung auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft auf das bewegliche Teil wirkt oder wirken kann. Durch ein mechanisches Energieübertragungsmittel erfolgt eine mechanische Energieübertragung, durch ein nicht-mechanisches Energieübertragungsmittel erfolgt eine nicht-mechanische Energieübertragung.According to the invention, the energy transfer means is a mechanical energy transfer means, wherein a mechanical energy transfer means is designed such that during an energy transfer to the movable part at least in a direction different from the desired direction of movement no force acts or can act on the movable part. By a mechanical energy transfer means, a mechanical energy transfer takes place, by a non-mechanical energy transfer means is a non-mechanical energy transfer.
Bei einer mechanischen Energieübertragung kann z. B. das Energieübertragungsmittel als Mittel zur mechanischen Kraftübertragung, z. B. als Welle oder als Getriebe, ausgebildet sein. Mittel zur mechanischen Kraftübertragung können insbesondere mechanische Bauteile sein. In diesem Fall kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet sein, dass eine rein mechanische Übertragung von Kräften in mindestens eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung nicht möglich ist. Dies kann bedeuten, dass über das mindestens eine Energieübertragungsmittel eine Kraft, die in die mindestens eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung gerichtet ist, nicht mechanisch übertragbar ist und auch nicht im Rahmen der Übertragung erzeugbar ist, beispielsweise aus in anderen Richtungen orientierten Kräften. Wird also zumindest ein Teil der Antriebsenergie oder die gesamte Antriebsenergie mechanisch übertragen, so wirkt auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft.In a mechanical energy transfer z. B. the energy transfer agent as a means of mechanical power transmission, z. B. as a shaft or as a transmission may be formed. Means for mechanical power transmission may be in particular mechanical components. In this case, the at least one energy transmission means may be designed such that a purely mechanical transmission of forces in at least one direction different from the desired direction of motion is not possible. This may mean that, via the at least one energy transmission means, a force which is directed in the at least one direction different from the desired direction of movement is not mechanically transferable and can not be generated within the framework of the transmission, for example from forces oriented in other directions. Thus, if at least part of the drive energy or the entire drive energy is transmitted mechanically, no force acts on the movable part, at least in a direction different from the desired direction of movement.
Zusammenfassend ergibt sich also, dass bei einer, insbesondere einer rein, mechanischen Energieübertragung keine Kraft in mindestens einer von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung übertragen wird und/oder auf das bewegliche Teil wirkt.In summary, it follows that in one, in particular a pure, mechanical energy transfer no force is transmitted in at least one direction different from the desired direction of movement and / or acts on the movable part.
Vorzugsweise ist bei einer zumindest teilweisen mechanischen Übertragung der Antriebsenergie das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet, dass bei einer Übertragung von Antriebsenergie eine Kraft ausschließlich in oder entgegen einer Bewegungsrichtung übertragen wird und/oder auf das bewegliche Teil wirkt.Preferably, in the case of an at least partial mechanical transmission of the drive energy, the at least one energy transmission means is designed in such a way that during transmission of drive energy a force is transmitted exclusively in or against a direction of movement and / or acts on the movable part.
In anderen Worten bedeutet dies, dass bei einer Erzeugung der Antriebsenergie, insbesondere bei Erzeugung einer Antriebskraft, durch die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie, eine, insbesondere rein, mechanische Übertragung der Energie, insbesondere der Kraft, nicht möglich ist oder nur derart möglich ist, dass in die mindestens eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung keine Kraft auf den Läufer wirkt. Bei einer, insbesondere rein, mechanischen Übertragung kann z. B. ein Kraftanteil, der in die von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung gerichtet ist, herausgefiltert werden.In other words, this means that when the drive energy is generated, in particular when a drive force is generated by the device for generating the drive energy, a, in particular purely, mechanical transmission of the energy, in particular the force, is not possible or only possible in this way, that in the at least one direction different from the desired direction of movement no force acts on the runner. In one, especially pure, mechanical transmission can, for. B. a force component, which is directed in the direction different from the desired direction of movement, are filtered out.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise bei einer zumindest teilweisen, insbesondere aber rein, mechanischen Übertragung der Antriebsenergie eine Reduktion von Kräften, die nicht in Bewegungsrichtung orientiert sind. Beispielsweise können somit Querkräfte wirkungsvoll minimiert werden. Dies wiederum erhöht eine Genauigkeit der Erfassung, da durch die vorhergehend erläuterte Kraftminimierung keine Abweichung von der gewünschten Linearbewegung und somit von einer gewünschten Messstrecke auftritt.This advantageously makes it possible, with an at least partial, but in particular purely mechanical, transmission of the drive energy to reduce forces that are not oriented in the direction of movement. For example, thus lateral forces can be effectively minimized. This, in turn, increases the accuracy of the detection, since no deviation from the desired linear movement and thus from a desired measurement path occurs due to the force minimization explained above.
Bei einer zumindest teilweisen nicht-mechanischen Energieübertragung kann das Energieübertragungsmittel als Mittel zur nicht-mechanischen Energie- bzw. Kraftübertragung ausgebildet sein. Das Energieübertragungsmittel kann in diesem Fall beispielsweise eine magnetische oder elektromagnetische Übertragung von Kräften ermöglichen. Hierbei kann das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet sein, dass eine derart nicht-mechanisch übertragene Antriebsenergie in eine auf den beweglichen Teil wirkende Antriebskraft umgewandelt wird, die in oder entgegen der Bewegungsrichtung wirkt.In an at least partial non-mechanical energy transfer, the energy transfer means may be formed as a means for non-mechanical energy or power transmission. The energy transfer means may in this case, for example, enable a magnetic or electromagnetic transmission of forces. Here, the at least one energy transmission means may be designed such that such non-mechanically transmitted drive energy is converted into a force acting on the movable part driving force acting in or against the direction of movement.
Auch das nicht-mechanische Energieübertragungsmittel kann derart ausgebildet sein, dass während einer Energieübertragung auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft wirkt. Allerdings ist dies nicht zwingend. So kann im Falle der nicht-mechanischen Energieübertragung nicht ausgeschlossen werden, dass während der Energieübertragung auch Kräfte, die in einer oder mehreren, insbesondere allen, von der Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung(en) wirken, auf den beweglichen Teil wirken und/oder übertragen werden.Also, the non-mechanical energy transfer means may be formed such that during an energy transfer to the movable part at least in a direction different from the desired direction of movement no force acts. However, this is not mandatory. Thus, in the case of non-mechanical energy transfer, it can not be ruled out that forces which act in one or more directions, in particular all directions different from the direction of movement, also act and / or are transmitted to the moving part.
Somit sind auch Ausführungsformen vorstellbar, in denen eine Antriebsenergie teilweise mechanisch, z. B. über mechanische Energieübertragungselemente, als auch nicht-mechanisch, z. B. über nicht-mechanische Energieübertragungselement, übertragen wird. Thus, embodiments are conceivable in which a drive power partially mechanical, z. B. via mechanical energy transfer elements, as well as non-mechanical, z. B. via non-mechanical energy transfer element is transmitted.
Wird die Antriebsenergie nicht oder nicht vollständig mechanisch übertragen, so werden von der Bewegungsrichtung abweichend orientierte Kräfte mechanisch nicht übertragen, wobei dies ebenfalls eine Bewegung des beweglichen Teils entlang der gewünschten Messstrecke verbessert.If the drive energy is not or not completely transferred mechanically, then forces deviating from the direction of movement are not transmitted mechanically, this likewise improving a movement of the movable part along the desired measuring path.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch ein Gehäuse umfassen, wobei zumindest ein Teil der Vorrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann. Das Gehäuse kann beispielsweise Teil des Stators sein oder am Stator befestigt sein.Of course, the device may also include a housing, wherein at least a portion of the device may be disposed within the housing. The housing may for example be part of the stator or attached to the stator.
Weiter kann mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung das vorhergehend erläuterte Tastelement entlang einer Messstrecke bewegt werden, wobei die Messstrecke eine vorbestimmte Länge aufweisen kann. Die Länge kann hierbei einstellbar sein. Beispielsweise kann eine Steuereinrichtung die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie, die beispielsweise als Motor ausgebildet sein kann, derart ansteuern, dass das Tastelement entlang einer Messstrecke mit einer bestimmten Länge bewegt wird. Die Ansteuerung kann hierbei z. B. in Abhängigkeit eines bereits zurückgelegten Wegs erfolgen. Der zurückgelegte Weg kann z. B. in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit und Zeitdauer der Bewegung des Tastelements oder sensorgestützt erfasst werden. Hierzu können beispielsweise bekannte Weg- oder Positionssensoren verwendet werden. Auch kann z. B. ein Winkelsensor zur Erfassung eines Winkels einer Abtriebswelle eines Motors verwendet werden, wobei ein erfasster Winkel in Abhängigkeit eines vorbekannten Übersetzungsverhältnis der Drehbewegung auf eine Linearbewegung in einen zurückgelegten Weg umgerechnet werden kann.Further, by means of the proposed device, the previously explained probe element can be moved along a measuring path, wherein the measuring path can have a predetermined length. The length can be adjustable here. By way of example, a control device can actuate the device for generating the drive energy, which can be designed, for example, as a motor, in such a way that the feeler element is moved along a measurement path having a specific length. The control can be z. B. depending on an already traveled path. The distance traveled can z. B. depending on a speed and time duration of the movement of the probe element or sensor-based are detected. For this purpose, for example, known displacement or position sensors can be used. Also, z. Example, an angle sensor for detecting an angle of an output shaft of an engine can be used, wherein a detected angle in response to a known transmission ratio of the rotational movement can be converted to a linear movement in a distance traveled.
Weiter vorstellbar ist, dass das Tastelement mehrere Tastspitzen, insbesondere eine Doppelspitze, aufweist. Hierbei kann das Tastelement derart ausgebildet sein, dass die Spitzen in unterschiedliche, vorzugsweise in entgegengesetzte, Richtungen weisen. Unterschiedliche Tastelemente der Messeinrichtung können beispielsweise unterschiedliche Tastspitzenradien aufweisen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, ohne einen Wechsel des Tastelements unterschiedliche Oberflächen abtasten zu können.It is also conceivable that the probe element has several probe tips, in particular a double tip. In this case, the probe element can be designed such that the tips point in different directions, preferably in opposite directions. Different sensing elements of the measuring device may, for example, have different stylus tip radii. This allows advantageously to be able to scan different surfaces without a change of the probe element.
Die Führungseinrichtung bzw. die Führungsmittel kann/können hierbei polierte Führungsflächen oder Führungsbahnen aufweisen oder ausbilden. Diese können beispielsweise aus Glas, aus Keramik, z. B. aus Aluminiumoxid oder aus Si/SiN-Keramik oder aus LTE(low thermal expansion)-Keramik, oder aus Metall ausgebildet sein. Die Führungsflächen können hierbei beispielsweise statorseitig angeordnet sein. In diesem Fall kann der Läufer Führungsbacken aufweisen, die ebenfalls polierte Oberfläche aufweisen können. Die Führungsbacken können somit korrespondierende Führungsflächen ausbilden, die entlang der statorseitigen Führungsflächen gleiten. Beispielsweise kann eine korrespondierende Führungsfläche des Läufers aus Polytetrafluorethylen oder aus Messing ausgebildet sein. Als bevorzugte Materialpaarung ergeben sich Glas/Polytetrafluorethylen, Stahl/Polytetrafluorethylen, Keramik/Polytetrafluorethylen oder Stahl/Messing. Die Führungsflächen können hierbei durch geeignete Beschichtungsverfahren, beispielsweise Verfahren der Dünnschichttechnik, beispielsweise CVD-Verfahren, bereitgestellt werden.The guide device or the guide means can / have in this case polished guide surfaces or guideways or train. These can be made of glass, ceramic, z. Example of alumina or Si / SiN ceramic or LTE (low thermal expansion) ceramic, or metal may be formed. The guide surfaces may in this case be arranged, for example, on the stator side. In this case, the rotor may have guide jaws, which may also have a polished surface. The guide jaws can thus form corresponding guide surfaces which slide along the stator-side guide surfaces. For example, a corresponding guide surface of the rotor may be made of polytetrafluoroethylene or of brass. The preferred material pairing is glass / polytetrafluoroethylene, steel / polytetrafluoroethylene, ceramic / polytetrafluoroethylene or steel / brass. The guide surfaces can in this case be provided by suitable coating methods, for example methods of thin-film technology, for example CVD methods.
Vorzugsweise wird der Läufer an mindestens drei verschiedenen Abschnitten geführt. Die zur Führung miteinander wechselwirkenden Abschnitte der statorseitigen Führungsmittel und der läuferseitigen Führungsmittel können hierbei punktförmig, linienförmig oder flächig ausgebildet sein.Preferably, the runner is guided on at least three different sections. The interacting with the guide portions of the stator-side guide means and the rotor-side guide means may be formed point-like, linear or planar.
Weiter beschrieben ist, dass das mindestens eine Energieübertragungsmittel als magnetisches Energieübertragungsmittel ausgebildet ist. Somit wird also erzeugte Antriebsenergie magnetisch zum beweglichen Teil übertragen und z. B. dort in eine Antriebskraft umgewandelt. Somit ist allerdings nicht ausgeschlossen, dass die Übertragungsstrecke von der Einrichtung zur Erzeugung von Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil auch noch weitere, insbesondere mechanische, Energieübertragungsmittel umfasst.It is further described that the at least one energy transmission means is designed as a magnetic energy transmission means. Thus thus generated drive energy is magnetically transmitted to the moving part and z. B. converted there into a driving force. Thus, however, it is not excluded that the transmission path from the device for generating drive energy to the movable part also includes other, in particular mechanical, energy transmission means.
Dies umfasst eine Energieübertragung in Form eines Synchronmotors oder Asynchronmotors. Vorzugsweise kann die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie als linearer Synchronmotor ausgebildet sein. Auch kann die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie als elektrodynamischer Linearmotor oder als Asynchron-Linearmotor ausgebildet sein.This includes an energy transfer in the form of a synchronous motor or asynchronous motor. Preferably, the device for generating a drive energy may be formed as a linear synchronous motor. Also, the device for generating a drive energy can be designed as an electrodynamic linear motor or as an asynchronous linear motor.
Auch ist vorstellbar, das die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie mechanisch mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, insbesondere einen Permanentmagneten, entlang einer vorbestimmten Trajektorie, insbesondere einer geradlinigen Trajektorie, bewegt. Der Läufer kann in diesem Fall eine korrespondierende Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfassen, die ebenfalls als Permanentmagnet ausgebildet sein kann. Selbstverständlich kann eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds auch als Elektromagnet ausgebildet sein. Die Einrichtungen zur Erzeugung der Magnetfelder können hierbei derart ausgebildet und/oder angeordnet und/oder angesteuert werden, dass miteinander wechselwirkende Magnetfelder erzeugt werden und eine magnetische Übertragung der Antriebsenergie erfolgt.It is also conceivable that the device for generating the drive energy mechanically moves at least one device for generating a magnetic field, in particular a permanent magnet, along a predetermined trajectory, in particular a straight-line trajectory. The rotor may in this case comprise a corresponding device for generating a magnetic field, which may also be designed as a permanent magnet. Of course, a device for generating a magnetic field can also be designed as an electromagnet. The facilities for Generation of the magnetic fields can in this case be designed and / or arranged and / or controlled such that interacting magnetic fields are generated and a magnetic transmission of the drive energy takes place.
Das mindestens eine Energieübertragungsmittel ist als mechanisches Kraftübertragungsmittel ausgebildet. Hierbei erfolgt also eine mechanische Übertragung der Antriebsenergie, insbesondere der Antriebskraft. Somit ist allerdings nicht ausgeschlossen, dass die Übertragungsstrecke von der Einrichtung zur Erzeugung von Antriebsenergie hin zum beweglichen Teil auch noch weitere, insbesondere nicht-mechanische, Energieübertragungsmittel umfasst. Vorzugsweise erfolgt eine rein mechanische Übertragung der Antriebsenergie von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie zum beweglichen Teil. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache Übertragung der Antriebsenergie.The at least one energy transmission means is designed as a mechanical force transmission means. In this case, therefore, a mechanical transmission of the drive energy, in particular the driving force. Thus, however, it is not excluded that the transmission path from the device for generating drive energy to the moving part also includes further, in particular non-mechanical, energy transmission means. Preferably, a purely mechanical transmission of the drive energy from the device for generating the drive energy to the moving part takes place. This advantageously makes it possible to transmit the drive energy as simply as possible.
Weiter wird eine Kraft über einen einzigen Kontaktpunkt zwischen einem antriebseinrichtungsseitigen Kontaktelement und einem Kontaktelement des beweglichen Teils übertragen. Das antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement bezeichnet hierbei ein Kontaktelement, welches durch die Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebsenergie z. B. entlang einer vorbestimmten Trajektorie, insbesondere einer geradlinigen Trajektorie, bewegt wird. Dieses antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement kann ein korrespondierendes Kontaktelement des beweglichen Teils mechanisch kontaktieren, wobei die Kontaktelemente nur an einem Punkt miteinander wechselwirken, insbesondere sich berühren. Insbesondere können mindestens einer der Abschnitte des antriebseinrichtungsseitigen Kontaktelement und des Kontaktelements des beweglichen Teils, die miteinander mechanisch wechselwirken, punktförmig sein. Ein derartig ausgebildeter mechanischer Kontakt zur Kraftübertragung reduziert in vorteilhafter Weise die Richtungen, in die Kräfte übertragen werden können. Insbesondere ermöglicht ein solcher Kontaktpunkt, dass keine tangential gerichteten Kräfte übertragen werden können, wobei tangential gerichtete Kräfte diejenigen Kräfte bezeichnen, die entlang einer Tangente an den Kontaktpunkt des beweglichen Teils wirken. Selbstverständlich schließt dies nicht aus, dass aufgrund einer Reibung, insbesondere einer Gleitreibung, zwischen dem antriebseinrichtungsseitigen Kontaktelement und dem korrespondierenden Kontaktelement des beweglichen Teils Kräfte übertragen werden können.Further, a force is transmitted through a single contact point between a driver side contact element and a contact element of the movable part. The drive device-side contact element in this case denotes a contact element, which by the means for generating a drive energy z. B. along a predetermined trajectory, in particular a rectilinear trajectory is moved. This drive device-side contact element can mechanically contact a corresponding contact element of the movable part, the contact elements only interacting with one another at one point, in particular touching each other. In particular, at least one of the portions of the drive device side contact element and the contact element of the movable part, which mechanically interact with each other, may be punctiform. Such a trained mechanical contact for power transmission advantageously reduces the directions in which forces can be transmitted. In particular, such a contact point allows no tangentially directed forces to be transmitted, with tangentially directed forces denoting those forces acting along a tangent to the point of contact of the movable part. Of course, this does not exclude that due to friction, in particular a sliding friction between the drive device side contact element and the corresponding contact element of the movable part forces can be transmitted.
Selbstverständlich kann eine Kraft auch über eine Kontaktfläche und/oder eine Kontaktlinie zwischen einem antriebseinrichtungsseitigen Kontaktelement und einem Kontaktelement des beweglichen Teils übertragen werden, wobei die Kontaktlinie oder die Kontaktfläche orthogonal zur gewünschten Bewegungsrichtung orientiert sein kann. Dies kann bedeuten, dass das antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement ein korrespondierendes Kontaktelement des beweglichen Teils mechanisch kontaktieren kann, wobei die Kontaktelemente nur entlang der Kontaktlinie oder über die Kontaktfläche miteinander wechselwirken, insbesondere sich berühren.Of course, a force can also be transmitted via a contact surface and / or a contact line between a drive device-side contact element and a contact element of the movable part, wherein the contact line or the contact surface can be oriented orthogonal to the desired direction of movement. This can mean that the drive device-side contact element can mechanically contact a corresponding contact element of the movable part, the contact elements interacting, in particular touching, only along the contact line or via the contact surface.
Erfindungsgemäß weist das antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement eine abgerundete Kontaktfläche und/oder das Kontaktelement des beweglichen Teils eine abgerundete Kontaktfläche auf, wobei die Kontaktflächen sich in dem Kontaktpunkt zur Kraftübertragung berühren.According to the invention, the drive device-side contact element has a rounded contact surface and / or the contact element of the movable part has a rounded contact surface, wherein the contact surfaces touch each other in the contact point for transmitting power.
Das antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement kann beispielsweise teilkugel-, kugeloder zylinderförmig ausgebildet sein oder einen teilkugel-, kugel- oder zylinderförmigen Abschnitt aufweisen. Entsprechend kann das Kontaktelement des beweglichen Teils ausgebildet sein.The drive device-side contact element may be teilkugel-, spherical or cylindrical, for example, or have a teilkugel-, spherical or cylindrical portion. Accordingly, the contact element of the movable part may be formed.
Es ist vorstellbar, dass das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet ist, dass sowohl eine mechanische als auch eine nicht mechanische Energieübertragung möglich ist. Insbesondere können Kontaktelemente auch bei einer magnetischen Energieübertragung in mechanischem Kontakt stehen. Auch in diesem Fall kann eine Kraft mechanisch z. B. über einen einzigen Kontaktpunkt zwischen dem antriebseinrichtungsseitigen Kontaktelement und dem Kontaktelement des beweglichen Teils übertragen werden.It is conceivable that the at least one energy transmission means is designed such that both a mechanical and a non-mechanical energy transfer is possible. In particular, contact elements can also be in mechanical contact with a magnetic energy transfer. Also in this case, a force can mechanically z. B. transmitted via a single contact point between the drive device side contact element and the contact element of the movable part.
So ist es beispielsweise vorstellbar, dass die vorhergehend erläuterten Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfelds, insbesondere die Permanentmagneten, teilkugel-, kugel- oder zylinderförmig ausgebildet sind oder einen teilkugel-, kugel- oder zylinderförmigen Abschnitt aufweisen.So it is conceivable, for example, that the above-described means for generating a magnetic field, in particular the permanent magnets, teilkugel-, spherical or cylindrical or have a teilkugel-, spherical or cylindrical section.
Durch die Ausbildung mit einer abgerundeten Kontaktfläche ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass allein durch die körperliche Ausgestaltung sichergestellt werden kann, dass während einer Energieübertragung in mindestens eine von der Bewegungsrichtung verschiedene Richtung bei einer mechanischen Energieübertragung keine Kraft auf das bewegliche Teil wirkt.Due to the design with a rounded contact surface results in an advantageous manner that can be ensured only by the physical design that during an energy transfer in at least one direction different from the direction of movement in a mechanical energy transfer no force acts on the movable part.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Energieübertragungsmittel zumindest ein Festkörpergelenk oder ist zumindest teilweise als Festkörpergelenk ausgebildet. Auch ist vorstellbar, dass das zumindest eine Festkörpergelenk Teil der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie ist. Über das Festkörpergelenk kann insbesondere das vorhergehend erläuterte antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement bewegt werden.In a further embodiment, the energy transmission means comprises at least one solid-body joint or is at least partially designed as a solid-body joint. It is also conceivable that the at least one solid-body joint is part of the device for generating the drive energy. In particular, the above-explained drive device-side contact element can be moved via the solid-body joint.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Bewegung des Antriebselements in nur einer Ebene erfolgt und keine weiteren seitlichen Kräfte auf die Führungsbahn übertragen werden. This results in an advantageous manner that a movement of the drive element takes place in only one plane and no further lateral forces are transmitted to the guideway.
Auch kann das Energieübertragungsmittel ein oder mehrere Verbindungsabschnitt(e) umfassen, die jeweils ein oder mehrere, insbesondere zwei, Festkörpergelenk(e) aufweisen. Über den mindestens einen Verbindungsabschnitt kann z. B. ein durch die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie bewegtes Element und das bewegliche Teil oder, bevorzugt, das vorhergehend erläuterte antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement mechanisch verbunden sein. Insbesondere können mehrere, insbesondere zwei, Verbindungsabschnitte auch parallelogrammartig angeordnet sein.Also, the energy transfer means may comprise one or more connecting portion (s), each having one or more, in particular two, solid-body joint (s). About the at least one connecting portion can, for. For example, an element moved by the means for generating the drive energy and the movable part or, preferably, the above-described drive device-side contact element may be mechanically connected. In particular, several, in particular two, connecting sections can also be arranged in the manner of a parallelogram.
Auch können mehrere Verbindungsabschnitte, insbesondere mehrere parallelogrammartige Verbindungsabschnitte, derart ausgebildet und mechanisch miteinander verbunden sein, dass das bewegliche Teil oder, bevorzugt, das vorhergehend erläuterte antriebseinrichtungsseitige Kontaktelement nur in oder entgegen einer vorbestimmten Richtung, insbesondere der gewünschten Bewegungsrichtung, bewegbar ist. Allerdings kann es hierfür notwendig sein, dass das Energieübertragungsmittel noch mindestens ein Führungselement, z. B. ein als Anschlagkante ausgebildetes Führungselement, umfasst, welches die Bewegung nur in oder entgegen einer vorbestimmten Richtung zulässt.It is also possible for a plurality of connecting sections, in particular a plurality of parallelogram-like connecting sections, to be designed and mechanically connected to one another so that the movable part or, preferably, the drive device-side contact element explained above can only be moved in or against a predetermined direction, in particular the desired direction of movement. However, it may be necessary for this that the energy transfer agent still at least one guide element, for. B. comprises a stop edge formed as a guide element, which allows the movement only in or against a predetermined direction.
Somit kann z. B. auch noch die Bewegung in dieser einen Ebenen minimiert werden. So ist ein möglichst lineare eindimensionale Kraftübertragung zu erreichen. Weiter ergibt sich vorteilhaft, dass ein Festkörpergelenk in die Richtungen, in die es nicht einfedert, eine hohe Stabilität aufweist, wodurch sich eine hohe Seitenführungsstabilität ergibt.Thus, z. B. even the movement in this one levels are minimized. Thus, a possible linear one-dimensional force transmission is achieved. Furthermore, it is advantageous that a solid-state joint in the directions in which it does not rebound, has a high stability, resulting in a high side guidance stability.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Energieübertragungsmittel derart ausgebildet, dass eine maximal auf den beweglichen Teil wirkende, beispielsweise eine maximal übertragbare, Kraft kleiner als eine vorbestimmte Kraft ist. Somit kann in vorteilhafter Weise durch das Energieübertragungsmittel sichergestellt werden, dass die auf das bewegliche Teil wirkende Antriebskraft begrenzt ist. Dies wiederum verbessert in vorteilhafter Weise eine Betriebssicherheit der vorgeschlagenen Vorrichtung, da ein z. B. festhängendes Tastelement nicht aufgrund zu hoher Kräfte zerstört wird. Dies kann auch als Abreißschutz bezeichnet werden. Insbesondere kann die vorbestimmte Kraft kleiner als die maximal von einer Befestigung des Tastelements am beweglichen Teil aufnehmbare Kraft gewählt werden.In a preferred embodiment, the at least one energy transmission means is designed such that a maximum acting on the movable part, for example, a maximum transferable, force is less than a predetermined force. Thus, it can be ensured in an advantageous manner by the energy transmission means that the driving force acting on the movable part is limited. This in turn advantageously improves the reliability of the proposed device, since a z. B. stuck probe element is not destroyed due to excessive forces. This can also be referred to as tear-off protection. In particular, the predetermined force can be selected smaller than the maximum of a fastening of the probe element on the movable part absorbable force.
Insbesondere können bei einer magnetischen Energieübertragung die maximal erzeugbaren magnetischen Kräfte kleiner als die vorbestimmte Kraft gewählt werden. Wird diese Kraft überschritten, so ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass zwar eine magnetische Kopplung aufgehoben oder geschwächt wird, die Gefahr einer mechanischen Zerstörung von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie und/oder des beweglichen Teils jedoch minimiert wird.In particular, in a magnetic energy transfer, the maximum producible magnetic forces can be selected smaller than the predetermined force. If this force is exceeded, it results in an advantageous manner that, although a magnetic coupling is canceled or weakened, the risk of mechanical destruction of the means for generating the drive energy and / or the moving part is minimized.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Einstellung bzw. Veränderung einer Position eines Tastelements in einer vertikalen Richtung. Die vertikale Richtung bezeichnet hierbei eine Richtung, die senkrecht zur zu erfassenden Oberfläche orientiert ist. Die Einrichtung kann hierbei als geeignet ausgebildeter Aktor ausgebildet sein. Beispielsweise kann der vorhergehend erläuterte Tastarm mit dem daran befestigten Tastelement aktorgestützt um die ebenfalls vorhergehend erläuterte Rotationsachse rotiert werden. Auch ist vorstellbar, mittels eines Aktors sowohl Tastarm als auch Tastelement in vertikaler Richtung zu bewegen.In a further embodiment, the device comprises at least one device for setting or changing a position of a probe element in a vertical direction. The vertical direction here denotes a direction which is oriented perpendicular to the surface to be detected. The device may in this case be designed as a suitably designed actuator. For example, the previously explained probe arm with the probe element attached to it can be rotated in an actuator-supported manner about the likewise previously explained rotation axis. It is also conceivable to move by means of an actuator both probe arm and probe element in the vertical direction.
Dies dient in vorteilhafter Weise einem Entfernen oder Abheben des Tastelements von der zu erfassenden Oberfläche, beispielsweise vor oder nach einem Erfassungsvorgang. Insbesondere ein als berührendes Tastelement, beispielsweise als Tastnadel, ausgebildetes Tastelement kann somit von einem Berührungszustand in einen berührungslosen Zustand gebracht werden, wodurch in vorteilhafter Weise Wechselwirkungen mit der Oberfläche vor und nach dem Erfassungsvorgang minimiert werden können.This advantageously serves to remove or lift off the probe element from the surface to be detected, for example before or after a detection process. In particular, a contact element designed as a touching probe element, for example as a stylus, can thus be brought from a contact state into a non-contact state, whereby interactions with the surface can be advantageously minimized before and after the detection process.
Alternativ oder kumulativ kann die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Einstellung einer Orientierung des Tastelements umfassen. Diese Einrichtung kann beispielsweise eine Lage und/oder Orientierung der Führungseinrichtung einstellen.Alternatively or cumulatively, the device may comprise at least one device for setting an orientation of the probe element. This device can set, for example, a position and / or orientation of the guide device.
Die Einrichtung zur Einstellung einer Position des Tastelements und die Einrichtung zur Einstellung einer Orientierung des Tastelements können hierbei als baulich getrennte Einrichtungen oder als gemeinsame Einrichtung ausgebildet sein.The device for adjusting a position of the probe element and the device for setting an orientation of the probe element can be designed here as structurally separate devices or as a common device.
Die Einrichtung zur Einstellung einer Orientierung kann auch als Schwenkeinheit ausgebildet sein, wobei mittels der Schwenkeinheit zumindest eine Orientierung, gegebenenfalls auch eine Position, zumindest des beweglichen Teils veränderbar ist. Zusätzlich kann auch eine Orientierung und gegebenenfalls Position des statischen Teils der Schwenkeinheit veränderbar sein. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Orientierung und Lage der Messstrecke relativ zur Oberfläche eingestellt werden. Insbesondere können somit auch verschieden orientierte Oberflächenabschnitte vermessen werden. Schwenkwinkel können im Bereich von 0° bis 180° liegen.The device for setting an orientation can also be designed as a pivoting unit, wherein by means of the pivoting unit at least one orientation, possibly also a position, at least of the movable part is changeable. In addition, an orientation and optionally position of the static part of the pivoting unit can be changed. As a result, an orientation and position of the measuring section relative to the surface can be adjusted in an advantageous manner. In particular, thus also differently oriented Surface sections are measured. Swing angles can be in the range of 0 ° to 180 °.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Einstellung einer Tastkraft. In diesem Fall ist das Tastersystem als berührendes Tastersystem ausgebildet. Die Tastkraft bezeichnet hierbei eine Kraft, die vom Tastersystem auf die Werkstückoberfläche, z. B. während einer Erfassung, aufgebracht wird. In einem Ausgangszustand, beispielsweise in einem Zustand, in welchem keine Tastkraft erzeugt wird, kann sich das Tastersystem, insbesondere das Tastelement, in einem ausbalancierten Zustand befinden. Dies bedeutet, dass durch das Tastersystem (idealerweise) keine Kraft, also auch keine Gewichtskraft, auf die zu erfassende Oberfläche ausgeübt wird.In a further embodiment, the device comprises at least one device for setting a sensing force. In this case, the stylus system is designed as a touching stylus system. The sensing force refers to a force that is on the workpiece surface, z. B. during detection, is applied. In an initial state, for example in a state in which no sensing force is generated, the probe system, in particular the probe element, may be in a balanced state. This means that by the stylus system (ideally) no force, so no weight, is applied to the surface to be detected.
Weiter kann die Einrichtung zur Einstellung einer Tastkraft derart ausgebildet sein, dass die Krafterzeugung lageunabhängig ermöglicht ist. Somit können auch verschieden orientierte Oberflächenabschnitte mit der gleichen Tastkraft abgetastet werden. Die Einrichtung kann beispielsweise ein Federelement, ein magnetisches Element und/oder eine Magnet-Spule-Anordnung zur Erzeugung der Tastkraft umfassen.Furthermore, the device for setting a sensing force can be designed such that the force generation is possible regardless of position. Thus, also differently oriented surface portions can be scanned with the same scanning force. The device may comprise, for example, a spring element, a magnetic element and / or a magnet coil arrangement for generating the sensing force.
Weiter kann die Einrichtung zur Einstellung einer Tastkraft derart angesteuert werden, dass eine Tastkraft abhängig von einem von mehreren Tastelementen des Tastersystems eingestellt wird. Umfasst die Messeinrichtung beispielsweise zwei, insbesondere in gegenüberliegende Richtungen orientierte, Tastspitzen, so kann eine erste Tastkraft eingestellt werden, falls eine Oberfläche mit einer ersten Tastspitze abgetastet wird, wobei eine von der ersten Tastkraft verschiedene Tastkraft eingestellt werden kann, falls eine Oberfläche mit der weiteren Tastspitze abgetastet wird.Further, the device for setting a sensing force can be controlled such that a sensing force is set depending on one of a plurality of sensing elements of the stylus system. If the measuring device comprises, for example, two probe tips oriented in particular in opposite directions, then a first sensing force can be set if a surface is scanned with a first probe tip, whereby a sensing force different from the first sensing force can be set, if one surface with the other Probe tip is scanned.
Somit können beispielsweise verschiedene Tastkräfte für eine Innen- bzw. Außenabtastung eingestellt werden. Eine Innenabtastung bezeichnet hierbei eine Abtastung, bei der das Tastelement in ein von einer abzutastenden Oberfläche umfasstes Volumen eingebracht wird. Selbstverständlich kann die Tastkraft auch abhängig von einer Tastelementgeometrie eingestellt werden.Thus, for example, different tactile forces can be set for an internal or external scanning. An inside scan here denotes a scan, in which the feeler element is introduced into a volume encompassed by a surface to be scanned. Of course, the sensing force can also be adjusted depending on a Tastelementgeometrie.
Auch kann die Antastkraft in Abhängigkeit von Eigenschaften einer zu erfassenden Oberfläche eingestellt werden.Also, the probing force can be adjusted depending on characteristics of a surface to be detected.
Weiter vorzugsweise wird die Antastkraft mittels der Einrichtung zur Erzeugung der Antastkraft derart erzeugt, dass eine hysteresefreie Erzeugung der Antastkraft erfolgt.Further preferably, the probing force is generated by the means for generating the probing force such that a hysteresis-free generation of the probing force takes place.
Vorzugsweise ist die Antastkraft konstant über den gesamten Auslenkweg des Tastelements.Preferably, the probing force is constant over the entire Auslenkweg of the probe element.
Vorzugsweise kann die Einrichtung zur Einstellung einer Tastkraft mindestens ein Federelement umfassen. Hierbei kann angenommen werden, dass eine Auslenkung des Tastelements während einer Erfassung derart gering ist, dass eine Änderung einer von dem Federelement erzeugten Federkraft aufgrund der Auslenkung vernachlässigbar ist, wodurch z. B. eine konstante Antastkraft bereitgestellt werden kann. Ist das Tastelement an einem Tastarm befestigt, so kann eine Verdrehung aufgrund der Auslenkung und des durch den Tastarm gebildeten Hebelarms ebenfalls derart gering sein, dass die vorhergehend erläuterte Federkraftänderung aufgrund der Auslenkung vernachlässigbar ist. Auch ist vorstellbar, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer Tastkraft als pneumatischer Aktor, elektrischer Aktor, hydraulischer Aktor, Piezoaktor oder in sonstiger Weise ausgebildeter Aktor ausgebildet sein kann. Auch kann die Einrichtung zur Einstellung einer Tastkraft als Kombination mindestens einer der genannten Aktoren mit einer Feder ausgebildet sein.Preferably, the means for adjusting a sensing force comprise at least one spring element. It can be assumed that a deflection of the probe element during a detection is so small that a change of a spring force generated by the spring element due to the deflection is negligible, whereby z. B. a constant contact force can be provided. If the feeler element is fastened to a feeler arm, then a twist due to the deflection and the lever arm formed by the feeler arm can likewise be so small that the previously explained spring force change due to the deflection is negligible. It is also conceivable that the device for generating a tactile force as a pneumatic actuator, electrical actuator, hydraulic actuator, piezoelectric actuator or otherwise trained actuator may be formed. Also, the means for adjusting a sensing force may be formed as a combination of at least one of said actuators with a spring.
Die Einrichtung zur Einstellung einer Tastkraft kann hierbei baulich separat von der Einrichtung zur Einstellung einer Position und/oder der Einrichtung zur Einstellung einer Orientierung des Tastelements ausgebildet sein. Selbstverständlich können jedoch alle oder einzelne der vorhergehend erläuterten Einrichtungen als gemeinsame Einrichtung ausgebildet sein.In this case, the device for setting a sensing force can be designed structurally separate from the device for setting a position and / or the device for setting an orientation of the probe element. Of course, however, all or individual of the previously explained devices may be designed as a common device.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Position des beweglichen Teils. Die Einrichtung zur Erfassung einer Position des beweglichen Teils kann insbesondere als von der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie unabhängige Einrichtung ausgebildet sein. Somit kann also durch die Einrichtung zur Erfassung einer Position eine Position des beweglichen Teils unabhängig von einer z. B. in Abhängigkeit von Steuersignalen der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie bestimmten Position bestimmt werden. Das positionsabhängige Ausgangssignal kann dann wiederum in vorteilhafter Weise zur Regelung der Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie verwendet werden, insbesondere derart, dass eine Bewegung des beweglichen Teils während der Erfassung mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt (linearisierter Messablauf). Auch kann das Ausgangssignal der Einrichtung zur Erfassung der Position genutzt werden, um nach einer Erfassung Messwerte korrekten Positionen entlang der Messstrecke zuzuordnen.In a further embodiment, the device comprises at least one device for detecting a position of the movable part. The device for detecting a position of the movable part may in particular be designed as a device independent of the device for generating the drive energy. Thus, therefore, by the means for detecting a position, a position of the movable member regardless of a z. B. depending on control signals of the device for generating the drive power certain position can be determined. The position-dependent output signal can then in turn be advantageously used to control the device for generating the drive energy, in particular such that a movement of the movable part takes place during the detection at a constant speed (linearized measurement procedure). The output signal of the device for detecting the position can also be used to assign measured values to correct positions along the measuring path after detection.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiter mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Relativposition zwischen dem beweglichen Teil und dem Tastelement der Messeinrichtung. Insbesondere kann eine Relativposition zwischen einem Referenzpunkt des beweglichen Teils, beispielsweise einem (geometrischen) Mittelpunkt und einem Referenzpunkt des Tastelements, insbesondere einem Kontaktpunkt, z. B. einer Tastspitze, erfasst werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine differenzielle Lagemessung, wobei sich eine resultierende Lage des Tastelements in Abhängigkeit einer Überlagerung der Position des beweglichen Teils relativ zum statischen Teil und der Relativposition zwischen dem beweglichen Teil und dem Tastelement ergibt.In a preferred embodiment, the device further comprises at least one device for detecting a relative position between the movable part and the probe element of the measuring device. In particular, a relative position between a reference point of the movable part, for example, a (geometric) center and a reference point of the probe element, in particular a contact point, for. B. a Tastspitze be detected. This advantageously allows a differential position measurement, resulting in a resulting position of the probe element in response to a superposition of the position of the movable part relative to the static part and the relative position between the movable part and the probe element.
Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine weiter verbesserte Linearisierung eines Erfassungsvorgangs bzw. eine noch genauere Zuordnung von Messwerten zu Positionen entlang der Messstrecke.This in turn advantageously allows a further improved linearization of a detection process or even more accurate assignment of measured values to positions along the measurement path.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Abstützelement zur Lagerung des statischen Teils auf einem Werkstück. Insbesondere kann die Vorrichtung genau ein Abstützelement zur Lagerung des statischen Teils auf einem Werkstück umfassen.In a further embodiment, the device comprises at least one support element for supporting the static part on a workpiece. In particular, the device may comprise exactly one support element for mounting the static part on a workpiece.
Hierbei kann die vorgeschlagene Vorrichtung, wie vorhergehend bereits erläutert, an einer Positioniervorrichtung befestigt werden, wobei eine Lage und/oder Orientierung der vorgeschlagenen Vorrichtung und somit auch eine Lage und/oder Orientierung der Messstrecke durch die Positioniervorrichtung eingestellt und sichergestellt wird. In diesem Fall kann das Abstützelement zur Einstellung eines Referenzabstandes zwischen der Vorrichtung und der erfassten Oberfläche dienen.Here, the proposed device, as already explained above, be attached to a positioning device, wherein a position and / or orientation of the proposed device and thus a position and / or orientation of the measuring section is set and ensured by the positioning device. In this case, the support element can be used to set a reference distance between the device and the detected surface.
Das mindestens eine Abstützelement kann hierbei mechanisch lösbar an dem statischen Teil befestigt sein. Hierdurch können in vorteilhafter Weise Abstützelemente mit verschiedenen Geometrien an dem statischen Teil angebracht werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine an verschiedene Oberflächentopologien angepasste Lagerung des statischen Teils auf dem Werkstück. Beispielsweise kann das Abstützelement eine ebene Abstützfläche aufweisen. Alternativ kann ein Abstützelement eine konvexe oder konkave Abstützfläche aufweisen. Weiter alternativ kann ein Abstützelement eine gestufte Abstützfläche aufweisen. Somit wird allgemein ein Abstützelement beschrieben, das eine Abstützfläche aufweist, die an eine Oberflächentopologie des Werkstückes mit der zu erfassenden Oberfläche angepasst ist.The at least one support element can in this case be fastened mechanically detachably to the static part. As a result, support elements with different geometries can be attached to the static part in an advantageous manner. This advantageously enables a storage of the static part on the workpiece adapted to different surface topologies. For example, the support element may have a flat support surface. Alternatively, a support element may have a convex or concave support surface. Further alternatively, a support member having a stepped support surface. Thus, a support member is generally described which has a support surface adapted to a surface topology of the workpiece with the surface to be detected.
So kann das Abstützelement mit einer konvexen Abstützfläche bevorzugt zur Abstützung auf einer äußeren Mantelfläche eines Zylinders dienen. Eine konkave Abstützfläche kann zur Abstützung auf inneren Mantelflächen eines Hohlzylinders genutzt werden. Somit kann das mindestens eine Abstützelement auch als Zentrier- oder Positionierhilfe in Bezug auf das zu erfassende Werkstück genutzt werden, insbesondere gemeinsam mit dem verwendeten Tastersystem.Thus, the support element can preferably serve with a convex support surface for support on an outer circumferential surface of a cylinder. A concave support surface can be used for support on inner lateral surfaces of a hollow cylinder. Thus, the at least one support element can also be used as a centering or positioning aid with respect to the workpiece to be detected, in particular together with the stylus system used.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Torsion eines Tastarms des Tastersystems. Eine Torsion bezeichnet hierbei eine Abweichung einer zentralen Mittellinie oder Längsachse des Tastarms von einer geraden zentralen Mittellinie und/oder eine Verdrehung um die zentrale Mittellinie oder Längsachse.In a further embodiment, the device comprises at least one device for detecting a torsion of a probe arm of the stylus system. A torsion here refers to a deviation of a central center line or longitudinal axis of the scanning arm from a straight central center line and / or a rotation about the central center line or longitudinal axis.
Wird ein berührendes Tastelement beispielsweise durch Erhebungen oder Vertiefungen der Oberfläche ausgelenkt, so ergibt sich idealerweise hierdurch keine Torsion und/oder Verbiegung des Tastarms, insbesondere wenn dieser schwenkbar gelagert ist. Allerdings kann sich, z. B. durch ein Verkanten, eine unerwünschte Abweichung des Tastarms von diesem Idealzustand ergeben. Durch die Einrichtung zur Erfassung der Torsion kann eine derartige Abweichung in vorteilhafter Weise erfasst werden. Somit kann in vorteilhafter Weise, z. B. nach erfolgter Erfassung, eine verbesserte Zuordnung eines Messwerts zu einer Position erfolgen oder torsionsbehaftete Messwerte im Rahmen einer späteren Auswertung der Messwerte nicht berücksichtigt werden.If a touching probe element is deflected, for example, by elevations or depressions of the surface, then ideally no torsion and / or bending of the probe arm results, in particular if it is pivotally mounted. However, can, for. B. by tilting, give an undesirable deviation of the probe arm of this ideal state. By the means for detecting the torsion such a deviation can be detected in an advantageous manner. Thus, in an advantageous manner, for. B. after detection, an improved assignment of a measured value to a position carried out or torsion-prone measured values in the context of a later evaluation of the measured values are not taken into account.
Die Einrichtung zur Erfassung der Torsion kann beispielsweise einen optischen Sensor umfassen. Hierbei kann ein Reflektor, z. B. im Bereich des Tastelements, am Tastarm angeordnet werden. Weiter kann eine Strahlquelle oder Lichtquelle am beweglichen Teil angeordnet und auf dem Reflektor ausgerichtet werden. Weiter kann das vom Reflektor reflektierte Licht mittels einer geeigneten Erfassungseinrichtung, beispielsweise einem optischen Detektor, erfasst werden. Je nach Auslenkung oder Torsion des Tastarms können sich hierbei verschiedene Intensitätswerte, insbesondere verschiedene Intensitätswerte an verschiedenen Bildpunkten des Detektors, ergeben.The means for detecting the torsion may include, for example, an optical sensor. Here, a reflector, z. B. in the region of the probe element, are arranged on the probe arm. Furthermore, a beam source or light source can be arranged on the movable part and aligned on the reflector. Furthermore, the light reflected by the reflector can be detected by means of a suitable detection device, for example an optical detector. Depending on the deflection or torsion of the scanning arm, different intensity values, in particular different intensity values at different pixels of the detector, may result.
Dies ermöglicht eine zuverlässige und einfach zu implementierende Erfassung der Torsion des Tastarms. Auch können hierdurch in vorteilhafter Weise Informationen über eine Schräge des erfassten Profils bestimmt werden, beispielsweise bei vorhanden Dreh- und/oder Honriefen. Auch wird eine Messung einer 2,5 D Rauheit in einer Messung ermöglicht, da so neben der reinen Höheninformation auch Informationen zur Neigung der Oberfläche insbesondere quer zur Bewegungsrichtung des Tastelements erfasst werden können.This allows a reliable and easy to implement detection of the torsion of the probe arm. Also, this can be determined in an advantageous manner information about a slope of the detected profile, for example, available rotary and / or Honriefen. Also, a measurement of a 2.5 D roughness in a measurement is made possible, since in addition to the pure height information, information on the inclination of the surface, in particular transversely to the direction of movement of the probe element, can also be detected.
In einer weiteren Ausführungsform sind Elemente der Führungseinrichtung des statischen Teils und Elemente der Führungseinrichtung des beweglichen Teils relativ zueinander in mindestens einer Richtung bewegbar, die von der gewünschten Bewegungsrichtung verschieden ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass z. B. Unebenheiten von Führungsbahnen durch eine Relativbewegung ausgeglichen werden können, wodurch z. B. ein Hängenbleiben des beweglichen Teils bei der Bewegung reduziert wird. Weiter wird zudem erreicht, dass die benötigte Antriebskraft entlang der Führungsbahn möglichst konstant gehalten wird. In a further embodiment, elements of the guiding device of the static part and elements of the guiding device of the movable part are movable relative to each other in at least one direction, which is different from the desired direction of movement. This allows advantageously that z. B. unevenness of guideways can be compensated by a relative movement, whereby z. B. a snagging of the movable part is reduced in the movement. Furthermore, it is also achieved that the required driving force along the guideway is kept as constant as possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der bewegliche Teil zwei beweglich aneinander befestigte Teilabschnitte oder Teilkörper auf, die in mindestens einer von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedenen Richtung beweglich aneinander befestigt sind. Die von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung kann beispielsweise die vorhergehend erläuterte vertikale Richtung und/oder eine laterale Richtung sein. Insbesondere können die aneinander befestigten Teilabschnitte durch mindestens ein Federelement, vorzugsweise jedoch mindestens zwei Federelemente, aneinander befestigt sein. Die Federelemente können hierbei derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass die aneinander befestigten Teilabschnitte in vertikaler Richtung und/oder in lateraler aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Hierbei kann die laterale Richtung senkrecht zur vertikalen Richtung und senkrecht zu einer longitudinalen Richtung orientiert sein, wobei die longitudinale Richtung der Bewegungsrichtung entspricht.In a preferred embodiment, the movable part has two part sections or part bodies which are movably fastened to one another and are movably fastened to one another in at least one direction different from the desired direction of movement. The direction other than the desired direction of movement may be, for example, the previously explained vertical direction and / or a lateral direction. In particular, the subsections fixed to one another can be fastened to one another by at least one spring element, but preferably at least two spring elements. The spring elements can in this case be arranged and / or formed such that the subsections secured to one another are movable in the vertical direction and / or in lateral toward and away from one another. Here, the lateral direction may be oriented perpendicular to the vertical direction and perpendicular to a longitudinal direction, wherein the longitudinal direction corresponds to the direction of movement.
Weisen z. B. Führungsbahnen Erhebungen oder Vertiefungen in vertikaler bzw. lateraler Richtung auf, so wird hierdurch in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der bewegliche Teil beim Passieren derartiger Erhebungen oder Vertiefungen in vertikaler bzw. lateraler Richtung ein- oder ausfedert. Somit können derartige Erhebungen oder Vertiefungen kompensiert werden und die Gefahr eines Hängenbleibens, welches Messergebnisse verfälschen kann, minimiert werden.Wise z. B. guideways elevations or depressions in the vertical or lateral direction, it is thus possible in an advantageous manner that the movable part when passing such bumps or depressions in the vertical or lateral direction on or rebound. Thus, such elevations or depressions can be compensated for and the risk of sticking, which can falsify measurement results, be minimized.
Weiter kann die vorgeschlagene Vorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung aufweisen, über die die Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie und/oder das Tastersystem und/oder weitere Sensorelemente und/oder die Einrichtungen zur Einstellung einer Position und/oder die Einrichtung zur Einstellung einer Orientierung und/oder die Einrichtung zur Erzeugung einer Tastkraft mit Energie versorgt werden können. Die Energieversorgungseinrichtung kann hierbei beispielsweise als Kondensator oder Batterie ausgebildet sein.Furthermore, the proposed device can have a power supply device, via which the device for generating the drive energy and / or the stylus system and / or further sensor elements and / or the means for adjusting a position and / or the device for setting an orientation and / or the device can be energized to generate a sensing force. In this case, the energy supply device can be designed, for example, as a capacitor or battery.
Weiter kann die Vorrichtung ein Kalibriermittel aufweisen oder ausbilden, wobei das Kalibriermittel im Messbereich des Tastersystems angeordnet sein kann. Das Kalibriermittel kann hierbei insbesondere eine Kalibrierfläche aufweisen oder ausbilden, die eine vorbekannte Rauheit und/oder ein vorbekanntes Profil aufweist. In einem Kalibriervorgang kann dann das Tastelement des Tastersystems entlang der Kalibrierfläche bewegt werden. In Abhängigkeit der erfassten Rauheit und/oder des erfassten Profils und der vorbekannten Rauheit und/oder des vorbekannten Profils kann dann eine Kalibrierung, z. B. eine Bestimmung von Kalibrationsparametern, erfolgen.Furthermore, the device may comprise or form a calibration means, wherein the calibration means may be arranged in the measuring range of the stylus system. The calibration means may in this case in particular have or form a calibration surface which has a previously known roughness and / or a previously known profile. In a calibration process, the probe element of the stylus system can then be moved along the calibration surface. Depending on the detected roughness and / or the detected profile and the known roughness and / or the known profile then a calibration, for. As a determination of calibration parameters, done.
Ein derart ausgebildetes Kalibriermittel muss jedoch nicht zwingend Teil der vorgeschlagenen Vorrichtung sein. Insbesondere kann das vorgeschlagene Kalibriermittel Teil einer Anordnung sein, die die vorhergehend erläuterten Positioniervorrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung und die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst. Ist die Positioniervorrichtung beispielsweise als Koordinatenmessgerät ausgebildet, so kann das Kalibriermittel an einem Messtisch des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein. Vorzugsweise kann das Kalibriermittel zur Kalibrierung der vorgeschlagenen Vorrichtung an einem Kalibriermittel zur Kalibrierung eines Messkopfsystems des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein, beispielsweise an einem Einmesskugelhalter.However, such a calibrating means does not necessarily have to be part of the proposed device. In particular, the proposed calibration means may be part of an arrangement comprising the previously described positioning device of the proposed device and the proposed device. If the positioning device is designed, for example, as a coordinate measuring machine, the calibration means can be arranged on a measuring table of the coordinate measuring machine. Preferably, the calibration means for calibrating the proposed device can be arranged on a calibration means for calibrating a measuring head system of the coordinate measuring machine, for example on a calibration ball holder.
Somit kann das vorgeschlagene Kalibriermittel in einem Messbereich des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein, wodurch ebenfalls eine erneute und gegebenenfalls auch eine automatisierte Kalibrierung der vorgeschlagenen Vorrichtung möglich ist.Thus, the proposed calibration can be arranged in a measuring range of the coordinate measuring machine, which also a renewed and possibly also an automated calibration of the proposed device is possible.
Weiter kann das beschriebene Kalibriermittel eine Abdeckung aufweisen, die zum Schutz vor Beschädigung und/oder Verschmutzung dient. Hierbei kann die Abdeckung z. B. als Deckel oder Haube ausgebildet sein. Die Abdeckung kann hierbei aktorgestützt schließbar oder zu öffnen sein. Hierbei ist prinzipiell jeder Aktor, beispielsweise ein elektrischer Aktor, insbesondere ein Elektromotor, ein Schritt- oder Linearmotor, ein pneumatischer Aktor oder ein hydraulischer Aktor vorstellbar. Auch kann die Abdeckung passiv betätigbar sein. Insbesondere kann die Abdeckung ein Mitnahmeelement aufweisen oder ausbilden, wobei durch eine entsprechende Betätigung des Mitnahmeelements die Abdeckung zu öffnen oder schließbar ist. Vorzugsweise kann die vorhergehend erläuterte Positioniervorrichtung derart angesteuert werden, dass eine Betätigung des Mitnahmeelements durch einen Abschnitt der vorgeschlagenen Vorrichtung, insbesondere einen Teil des statischen Teils, insbesondere ein Gehäuse, erfolgt. Selbstverständlich kann eine derartige Betätigung auch mittels weiterer Elemente der Positioniervorrichtung, beispielsweise durch ein Teil der Positioniervorrichtung, erfolgen.Furthermore, the calibration means described can have a cover which serves to protect against damage and / or contamination. In this case, the cover z. B. be designed as a lid or hood. The cover can be closed or open actuator-supported. Here, in principle, any actuator, such as an electric actuator, in particular an electric motor, a stepper or linear motor, a pneumatic actuator or a hydraulic actuator conceivable. Also, the cover can be passively actuated. In particular, the cover may comprise or form a carrier element, wherein the cover can be opened or closed by a corresponding actuation of the carrier element. Preferably, the above-explained positioning device can be controlled such that an actuation of the driving element by a portion of the proposed device, in particular a part of the static part, in particular a housing takes place. Of course, such an operation by means of other elements of Positioning, for example, by a part of the positioning, done.
Auch kann das Kalibriermittel in oder an einem Magazin für Messkopfsysteme bzw. an einer Haltevorrichtung für mehrere solche Magazinplätze des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein. Hierbei kann ein derartiges Magazin, z. B. aktorgestützt, bewegbar sein, insbesondere mit einer Linearbewegung. In diesem Fall kann eine passive Betätigung des vorhergehend erläuterten Mitnahmeelements der Abdeckung mittels einer Relativbewegung zwischen Magazin und der vorgeschlagenen Vorrichtung bzw. einem weiteren Teil des Koordinatenmessgeräts derart erfolgen, dass die Abdeckung geöffnet oder geschlossen wird.The calibration means can also be arranged in or on a magazine for measuring head systems or on a holding device for a plurality of such magazine locations of the coordinate measuring machine. In this case, such a magazine, z. B. actuator-supported, be movable, in particular with a linear movement. In this case, a passive actuation of the above-explained driving element of the cover by means of a relative movement between the magazine and the proposed device or a further part of the coordinate measuring machine can be made such that the cover is opened or closed.
Weiter kann die Vorrichtung auch mehrere, insbesondere zwei, Tastersysteme zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils umfassen. Beispielsweise kann ein erstes Tastersystem ein berührendes Tastersystem sein, wobei ein weiteres Tastersystem ein optisches Tastersystem ist. Die Tastersysteme können hierbei als kombinierte Messeinrichtungen ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Teil eines optischen Sensors ebenfalls an einem Tastarm des ersten Tastersystems angeordnet sein. Mögliche optische Messverfahren zur Erfassung der Rauheit und/oder des Profils können beispielsweise ein Scatterometrie-Verfahren, ein konfokalmikroskopisches Verfahren oder ein interferometrisches Verfahren sein. Ein konfokalmikroskopisches Verfahren kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Weißlichtbeleuchtung oder einer punktförmigen Laserbeleuchtung oder einer telezentrischen Laserbeleuchtung (flying spot) erfolgen. Auch kann ein sogenanntes Streifenprojektionsverfahren angewendet werden.Furthermore, the device can also comprise several, in particular two, probe systems for detecting the roughness and / or the profile. For example, a first stylus system may be a touching stylus system, with another stylus system being an optical stylus system. The probe systems can be designed as a combined measuring devices. For example, a part of an optical sensor can also be arranged on a sensing arm of the first probe system. Possible optical measuring methods for detecting the roughness and / or the profile may be, for example, a scatterometry method, a confocal microscopic method or an interferometric method. A confocal microscopic method can be carried out, for example, as a function of white-light illumination or point-type laser illumination or telecentric laser illumination (flying spot). Also, a so-called fringe projection method can be used.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass durch die optische Erfassung eine schnelle und zerstörungsfreie Erfassung der Oberfläche ermöglicht wird. Messergebnisse der berührenden Erfassung können einer Rückführbarkeit auf eine Norm dienen. Auch kann das als optisches Tastersystem ausgebildete weitere Tastersystem zur Erfassung einer Auslenkung des berührenden Tastelements des ersten Tastersystems dienen.This advantageously makes it possible to detect the surface quickly and non-destructively by the optical detection. Measurement results of touching detection can serve traceability to a standard. Also designed as an optical probe system further probe system can be used to detect a deflection of the touching probe element of the first probe system.
Weiter kann die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Signal-/Datenübertragung umfassen. Hierbei können Daten z. B. mittels eines CRC-Datenprotokolls übertragen werden. Die Datenübertragung kann hierbei beispielsweise drahtlos erfolgen, insbesondere über eine Bluetooth-Verbindung oder eine WLAN-Verbindung. Auch kann eine optische Datenübertragung erfolgen. Selbstverständlich ist jedoch auch eine draht- oder kabelgebundene Datenübertragung möglich. Hierbei kann eine Leitung z. B. entlang eines Teils der vorgeschlagenen Vorrichtung und dann entlang einer Positioniervorrichtung, an welcher die vorgeschlagene Vorrichtung befestigt ist, geführt werden.Furthermore, the device may comprise at least one means for signal / data transmission. Here, data z. B. transmitted by means of a CRC data protocol. The data transmission can take place, for example, wirelessly, in particular via a Bluetooth connection or a WLAN connection. Also, an optical data transmission can take place. Of course, however, a wired or wired data transmission is possible. Here, a line z. B. along a portion of the proposed device and then along a positioning device to which the proposed device is attached, are guided.
Weiter kann die vorgeschlagene Vorrichtung eine Anzeige- und/oder Bedieneinrichtung aufweisen, die zur Anzeige von Informationen, beispielsweise von Messdaten, und/oder Bedienung durch einen Nutzer dient.Furthermore, the proposed device can have a display and / or operating device which serves to display information, for example measurement data, and / or operation by a user.
Auch kann der bewegliche Teil und/oder das Tastelement in eine vorbestimmte Wechselposition bewegt werden, wobei die Wechselposition mechanisch gesichert sein kann. Dies vermeidet eine Beschädigung von Elementen der Tastersystems beim Wechsel des Tastelements. Beispielsweise kann der Tastarm mittels eines Befestigungselements, beispielsweise einer Klemmvorrichtung oder eines Schiebers, am statischen Teil befestigt werden. Auch kann die Führungseinrichtung oder die vorgeschlagene Vorrichtung einen Endanschlag aufweisen oder ausbilden, in welchen der bewegliche Teil und gegebenenfalls der Tastarm zum Wechsel des Tastelements bewegt werden können. Hierdurch können in vorteilhafter Weise Beschädigungen beim Wechseln des Tastelements und gegebenenfalls des Tastarms vermieden werden.Also, the movable part and / or the probe element can be moved to a predetermined change position, wherein the change position can be mechanically secured. This avoids damage to elements of the stylus system when changing the probe element. For example, the probe arm by means of a fastener, such as a clamping device or a slider, are attached to the static part. Also, the guide device or the proposed device may have or form an end stop, in which the movable part and optionally the sensing arm for changing the probe element can be moved. This can be avoided in an advantageous manner damage when changing the probe element and optionally the probe arm.
Ist die vorgeschlagene Vorrichtung an einer Positioniervorrichtung befestigt, so kann mittels der Positioniervorrichtung auch eine Rauheit und/oder ein Profil eines Flächenabschnitts der zu erfassenden Oberfläche erfasst werden. Hierzu kann beispielsweise die Positioniervorrichtung die vorgeschlagene Vorrichtung nach jedem Messvorgang derart versetzt positionieren, dass das Tastelement in verschiedenen Messvorgängen entlang verschiedener Messbahnen, insbesondere paralleler Messbahnen, bewegt wird.If the proposed device is attached to a positioning device, a roughness and / or a profile of a surface section of the surface to be detected can also be detected by means of the positioning device. For this purpose, for example, the positioning device, the proposed device after each measurement position offset such that the probe element in different measuring operations along different measuring paths, in particular parallel measuring tracks, is moved.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Erfassung einer Rauheit und/oder eines Profils einer Oberfläche eines Messobjekts mittels einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen der vorgeschlagenen Vorrichtung. Hierbei wird mindestens ein an einem beweglichen Teil der Vorrichtung angeordnetes Tastelement mit einer Linearbewegung entlang der Oberfläche des Messobjekts bewegt. Die hierzu notwendige Antriebsenergie wird von der vorhergehend erläuterten Einrichtung zur Erzeugung der Antriebsenergie erzeugt und über das mindestens eine Energieübertragungsmittel auf das bewegliche Teil übertragen. Weiter wird mittels eines Tastersystems die Rauheit und/oder das Profil der Oberfläche erfasst, wobei das Tastersystem das mindestens eine Tastelement umfasst. Über mindestens ein Energieübertragungsmittel wird die Antriebsenergie auf das bewegliche Teil übertragen, wobei das mindestens eine Energieübertragungsmittel ein mechanisches ist, wobei während einer mechanischen Energieübertragung auf das bewegliche Teil zumindest in eine von der gewünschten Bewegungsrichtung verschiedene Richtung keine Kraft auf das bewegliche Teil wirkt.Further proposed is a method for detecting a roughness and / or a profile of a surface of a test object by means of one of the previously explained embodiments of the proposed device. Here, at least one arranged on a movable part of the device probe element is moved with a linear movement along the surface of the measurement object. The drive energy required for this purpose is generated by the previously explained device for generating the drive energy and transmitted to the movable part via the at least one energy transfer means. Next, the roughness and / or the profile of the surface is detected by means of a stylus system, wherein the stylus system comprises the at least one probe element. The drive energy is transmitted to the movable part via at least one energy transmission means, wherein the at least one energy transmission means is a mechanical, wherein during a mechanical energy transfer to the movable part at least in a direction different from the desired direction of movement, no force acts on the movable part.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. The figures show:
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen. Hereinafter, like reference numerals designate elements having the same or similar technical features.
In
Weiter weist die Vorrichtung
Weiter weist der Läufer ein läuferseitiges Kontaktelement
Weiter weist der Läufer
Schematisch dargestellt ist eine Einrichtung
Weiter schematisch dargestellt ist eine Einrichtung
Weiter dargestellt ist eine Einrichtung
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
In
Die beweglich gelagerte Führungsbacke
Weiter dargestellt sind Stellschrauben
In
Ist eine zentrale Mittellinie eines zwischen den Festkörpergelenken
Im Gegensatz zu den in
In
In diesem ersten vorgespannten Zustand weist der Läufer
In
Auch in dieser Konfiguration können Unebenheiten der Führungsflächen
In
In
In
In
In
In den Ausnehmungen
In
In
In
In
In
In
In
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |