DE102016115350A1

DE102016115350A1 - Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102016115350A1
Application number: DE102016115350.8A
Authority: DE
Inventors: Adelbert Leber; Florian Schwarzer
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2017-10-19
Also published as: DE102016112011A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung, die einen Taster zur Antastung einer zu vermessenden Oberfläche eines Werkstücks und eine Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Tasters relativ zu der zu vermessenden Oberfläche aufweist, werden während der Abtastung der Oberfläche von dem Taster ausgegebene Messwerte (Tasterausgangssignal) zu einer Auswertungseinrichtung übertragen zur Rekonstruktion des Profils der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks anhand des Tasterausgangssignals, wobei in dem Tasterausgangssignal einem das Profil der zu vermessenden Oberfläche repräsentierenden Nutzsignal ein insbesondere schwingungsinduziertes Störsignal überlagert ist. Erfindungsgemäß wird das Störsignal erfasst und anhand des erfassten Störsignals eine Filterkennlinie zur spektralen Filterung des Tasterausgangssignales ermittelt, wobei die Filterkennlinie so gewählt wird, dass bei spektraler Filterung des Tasterausgangssignals mit der Filterkennlinie der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal verringert ist und wobei das Tasterausgangssignal unter Heranziehung der Filterkennlinie spektral gefiltert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung.
Entsprechende Messvorrichtungen sind allgemein bekannt und dienen zur Ermittlung bzw. Vermessung des Profils einer Oberfläche eines Werkstücks. Insbesondere können mit entsprechenden Messvorrichtungen die Kontur, die Form oder die Rauheit der Oberfläche eines Werkstücks gemessen werden.
Die bekannten Messvorrichtungen weisen einen Taster zur Antastung einer zu vermessenden Oberfläche eines Werkstücks auf, der insbesondere als taktiler Taster oder optischer Taster ausgebildet sein kann. Zudem weisen die bekannten Messvorrichtungen eine Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Tasters relativ zu der vermessenden Oberfläche auf. Zur Durchführung einer Messung bewegt die Vorschubeinrichtung den Taster entlang einer Vorschubachse über das Werkstück, so dass der Taster das Werkstück abtastet. Die während der Abtastung der Oberfläche von dem Taster ausgegebenen Messwerte (Tasterausgangssignal) werden zu einer Auswertungseinrichtung übertragen zur Rekonstruktion des Profils der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks anhand des Tasterausgangssignals.
In dem Tasterausgangssignal ist einem das Profil der zu vermessenden Oberfläche repräsentierenden Nutzsignal ein insbesondere schwingungsinduziertes Störsignal überlagert. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Messvorrichtung fertigungsnah eingesetzt wird und die Messvorrichtung und das Werkstück damit Schwingungen ausgesetzt sind, die durch den Fertigungsprozess verursacht werden.
Ein entsprechendes schwingungsinduziertes Störsignal wirkt sich insbesondere dann nachteilig auf die Messgenauigkeit aus, wenn Rauheitskennwerte der Oberfläche eines Werkstücks ermittelt werden sollen und damit eine besonders hohe Messgenauigkeit erforderlich ist.
Zur Verringerung des Einflusses entsprechender Schwingungen ist es bekannt, Dämpfungssysteme einzusetzen, die jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung sind und die Messvorrichtung ingesamt wesentlich verteuern.
Durch EP 2 691 732 B1 ist ein Koordinatenmessgerät bekannt, bei dem schwingungsinduzierte Koordinatenmessfehler mittels eines Aktuators korrigiert werden.
Durch EP 1 311 799 B1 ist ein Koordinatenmessgerät bekannt, bei dem eine schwingungsinduzierte Auslenkung eines Tastkörpers des Koordinatenmessgerätes ermittelt und von dem gemessenen Tasterausgangssignal subtrahiert wird. Nachteilig hierbei ist, dass sich die Amplitude der Auslenkung des Tastkörpers nur mit unzureichender Genauigkeit ermitteln lässt, weil die entsprechenden Schwingungen einerseits nur sehr geringe Amplituden und andererseits eine relativ niedrige Frequenz haben. Nachteilig ist ferner, dass für die Korrektur eines schwingungsinduzierten Messfehlers durch Subtraktion eine Kenntnis des exakten Phasenwinkels der Schwingung notwendig ist. Da bei den bekannten Verfahren der Schwingungssensor an einer anderen Stelle als der Taster angeordnet ist, tritt ein Phasenversatz auf, der die Genauigkeit der Korrektur beeinträchtigt und sich damit negativ auf die Messgenauigkeit auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung anzugeben, bei dem der Einfluss eines insbesondere schwingungsinduzierten Störsignals auf das Nutzsignal verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, anstelle einer einfachen Subtraktion einer störinduzierten Auslenkung des Tasters von dem Tasterausgangssignal eine störfrequenzabhängige spektrale Filterung des Tasterausgangssignals durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird das Störsignal erfasst und anhand des erfassten Störsignals eine Filterkennlinie zur spektralen Filterung des Ausgangssignales des Tasters ermittelt, wobei die Filterkennlinie so gewählt wird, dass bei spektraler Filterung des Tasterausgangssignales mit der Filterkennlinie der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal verringert ist.
Beispielsweise und insbesondere kann das Störsignal erfindungsgemäß einer Spektraltransformation unterzogen werden zur Ermittlung eines Störsignalspektrums, wobei die Filterkennlinie unter Heranziehung des Störsignalspektrums gewählt wird. Auf diese Weise können im Störsignalspektrum spektral aufgelöst Frequenzbereiche erfasst werden, in denen Störsignalanteile mit großer Amplituede liegen und sich das Störsignal damit besonders stark auf das Tasterausgangssignal auswirkt. In diesen Frequenzbereichen kann das Tasterausgangssignal dann gezielt bedämpft werden, so dass auf diese Weise der Einfluss des Störsignals auf das Tasterausgangssignal verringert ist. In Frequenzbereichen, in denen das Störsignalspektrum keine Störungen oder lediglich Störungen aufweist, die das Tasterausgangssignal in einem für die Messgenauigkeit nur unwesentlichen Maße beeinflussen, kann dementsprechend eine Bedämpfung des Tasterausgangssignales unterbleiben. Auf diese Weise wird einerseits der Einfluss des Störsignals auf das Tasterausgangssignal im Idealfall eliminiert oder zumindest reduziert, gleichzeitig jedoch das Tasterausgangssignal in geringstmöglichen Maße verringert.
Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Filterkennlinie so gewählt wird, dass das Tasterausgangssignal ausschließlich in Frequenzbereichen, in denen Störsignalanteile vorliegen, deren Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, in Abhängigkeit von der Amplitude des jeweiligen Störsignals bedämpft wird. Auf diese Weise ist die selektive Bedämpfung der einzelnen Spektralanteile des Störsignalspektrums weiter verfeinert.
Die Erfassung des Störsignals kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen und in Abhängigkeit davon, was die Ursache des Störsignals ist, auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Als Ursache für das Störsignal kommen beispielsweise zeitlich variable Schwingungen des Werkstücks in Frage, die bei einem fertigungsnahen Einsatz der Messvorrichtung insbesondere von außen aufgeprägt sein können. Darüber hinaus kommen als Ursache für das Störsignal Schwingungen des Tastergehäuses sowie Führungsabweichungen des Vorschubs in Frage. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Störsignal mittels wenigstens eines Schwingungssensors erfasst wird.
Dabei kann als Schwingungssensor erfindungsgemäß insbesondere ein Beschleunigungssensor verwendet werden, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform vorsieht. Entsprechende Beschleunigungssensoren stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung.
Um anhand des Ausgangssignales des Beschleunigungssensors eine durch das Störsignal verursachte Störauslenkung eines Tastkörpers des Tasters zu ermitteln, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors zweifach integriert wird.
Bei Verwendung eines Beschleunigungssensors kann das Störsignal während der Messung erfasst werden. Beispielsweise kann an einem Bauteil des Tasters, insbesondere am einem Gehäuse des Tasters, ein Schwingungssensor angeordnet sein, der während des Messvorganges Schwingungen des Tasters erfasst. Auf diese Weise kann während des Messvorganges das Störsignal erfasst und zur erfindungsgemäßen Auswertung herangezogen werden.
Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, das Störsignal außerhalb eines Messvorganges zu erfassen. Hierzu sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Störsignal durch Antastung oder Abtastung einer Referenzoberfläche, insbesondere einer Planglasscheibe ermittelt wird. Als Referenzoberfläche kann insbesondere eine Oberfläche verwendet werden, die im Rahmen der Messgenauigkeit als profilfrei zu betrachten ist, bei deren Abtastung des Tasterausgangssignal also gleich null wäre.
Wenn das Störsignal vorrangig durch Schwingungen verursacht wird, die von außen aufgeprägt werden, beispielsweise bei fertigungsnahem Einsatz der Messvorrichtung, so kann es ausreichend sein, das Störsignal durch Antastung der Referenoberfläche bei stillgesetzter Vorschubeinrichtung zu erfassen, wie dies eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform vorsieht. Bei dieser Ausführungsform wird die Referenzoberfläche bei stillgesetzter Vorschubeinrichtung mittels eines Tastkörpers des Tasters angetastet. Aufgrund der von außen aufgeprägten Schwingungen wird der Tastkörper des entlang der Vorschubachse stillstehenden Tasters ausgelenkt, so dass das Tasterausgangssignal gleich dem Störsignal ist, das dann erfindungsgemäß verarbeitet werden kann.
Wenn es darum geht, nicht nur von außen aufgeprägte Schwingungen zu erfassen, sondern auch Schwingungen, die durch die Messvorrichtung selbst verursacht werden, beispielsweise durch Motor oder Getriebe der Vorschubeinrichtung oder durch Führungsabweichungen der Vorschubeinrichtung, so sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Störsignal durch Abtastung der Referenzoberfläche bei aktivierter Vorschubeinrichtung erfasst wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Referenzoberfläche messend abgetastet. Da die Referenzoberfläche im Rahmen der Messgenauigkeit als profilfrei anzusehen ist, stellt das Tasterausgangssignal das Störsignal dar, das dann wiederum erfindungsgemäß verarbeitet werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Filterkennlinie außerhalb eines Messvorganges ermittelt werden, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Die Filterkennlinie kann jedoch auch während eines Messvorganges ermittelt werden, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.
Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich ausreichend, wenn die Filterkennlinie vor oder während eines Messvorganges ermittelt und für die darauffolgende Auswertung beibehalten wird. Um die Messgenauigkeit weiter zu verbessern und insbesondere auch sich zeitlich ändernden Störsignalen Rechnung zu tragen, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Ermittlung der Filterkennlinie während des Messvorganges wenigstens einmal wiederholt oder fortwährend durchgeführt wird.
Erindungsgemäß ist es möglich, die Filterkennlinie während eines Messvorganges an einem Werkstück zu ermitteln und die Filterung des Tasterausgangssignales mit der Filterkennlinie während des Messvorganges auszuführen. Wie oben erläutert, ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Filterkennlinie vor einem Messvorgang zu ermitteln und die entsprechende Filterung des Tasterausgangssignals während eines sich daran anschließenden Messvorganges auszuführen. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die Filterkennlinie an einem ersten, als Referenzwerkstück dienenden Werkstück zu ermitteln und die ermittelte Filterkennlinie bei einer nachfolgenden Vermessung eines oder mehrerer gleichartiger Werkstücke anzuwenden.
Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Vermessung des Profils einer Oberfläche eines Werkstücks ist im Anspruch 12 angegeben. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist einen Taster zur Antastung der zu vermessenden Oberfläche und eine Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Tasters relativ zu der zu vermessenden Oberfläche auf. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist ferner eine Auswertungseinrichtung auf, die für eine Rekonstruktion des Profils der Oberfläche aus während einer Abtastung der Oberfläche durch den Taster aufgenommenen Messwerten (Tasterausgangssignal) ausgebildet und eingerichtet ist, wobei bei Betrieb der Messvorrichtung in dem Tasterausgangssignal einem das Profil der Oberfläche repräsentierenden Nutzsignal ein schwingungsinduziertes Störsignal überlagert ist, wobei Mittel zur Erfassung der Störsignals vorgesehen sind und wobei die Auswertungseinrichtung zur Ermittlung einer Filterkennlinie zur spektralen Filterung des Tasterausgangssignals derart ausgebildet und eingerichtet ist, das bei spektraler Filterung das Tasterausgangssignal der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal verringert ist. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung sind in den Unteransprüchen 13 bis 18 angegeben. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Weiterbildungen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die einen Schwingungssensor verwendet, sieht vor, dass der Schwingungssensor an einem Bauteil des Tasters, insbesondere einem Gehäuse des Tasters, oder einem mit dem Taster in Schwingungsübertragungsverbindung stehenden Bauteil der Messvorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Störsignal dort erfasst, wo es seinen störenden Einfluss entfaltet, nämlich an dem Taster.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte stark schematisierte Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
Es zeigt:
1 stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 stark schematisiert einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 zur Vermessung des Profils einer Oberfläche 4 eines Werkstücks dargestellt, die einen Taster 6 zur Antastung der zu vermessenden Oberfläche 4 aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Taster 6 als taktil arbeitender Taster ausgebildet und weist einen Tastkörper 8 in Form einer Tastspitze auf. Der Taster 6 kann jedoch auch als optischer Taster, beispielsweise als optischer Abstandssensor, ausgebildet sein.
Die Messvorrichtung 2 weist ferner eine Vorschubeinrichtung (Vorschub) 10 zum Bewegen des Tasters 6 relativ zu der zu vermessenden Oberfläche 4 und eine Auswertungseinrichtung 12 auf, die für eine Konstruktion des Profils der Oberfläche 4 aus während einer Abtastung der Oberfläche 4 durch den Taster 6 aufgenommenen und ausgegebenen Messwerten (Tasterausgangssignal) ausgebildet und eingerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 2 kann zur Messung der Rauheit und/oder der Kontur und/oder der Form des Werkstücks ausgebildet sein. Aufbau und Funktionsweise einer entsprechenden Messvorrichtung einschließlich Taster, Vorschubeinrichtung und Auswertungseinrichtung im Allgemeinen sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
Bei Durchführung einer Messung wird die Oberfläche 4 des Werkstücks mittels der Tastspitze 8 abgetastet, wobei die Tastspitze 8 entsprechend dem Profilverlauf der Oberfläche 4 des Werkstücks in z-Richtung ausgelenkt wird (z_W x).
Bei Betrieb der Messvorrichtung ist in dem Tasterausgangssignal z_T(x, t), das zu der Auswertungseinrichtung 12 übertragen wird, einem das Profil der Oberfläche repräsentierenden Nutzsignal z_W(x) ein insbesondere schwingungsinduziertes Störsignal überlagert. Dabei bewirken zeitlich variable Schwingungen des Werkstücks eine Auslenkung s_W(x, t) der Tastspitze 8. Schwingungen des Tastergehäuses bewirken eine Auslenkung s_T(x, t). Führungsabweichungen des Vorschubs bewirken eine Auslenkung z_V(x).
Der mittels des Tasters 6 gemessene Profilverlauf z_T(x, t) (Tasterausgangssignal) ergibt sich damit wie folgt: z_T(x, t) = z_W(x) + z_V(x) + s_V(x, t) + s_T(x, t)
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 2 weist ferner Mittel zur Erfassung des Störsignals auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel einen Schwingungssensor in Form eines Beschleunigungssensors 14 ausweisen, der an einem Gehäuse 16 des Tasters befestigt ist. Der Beschleunigungssensor 14 erfasst Schwingungen des Gehäuses 16 des Tasters 6, wobei sein Ausgangssignal zu der Auswertungseinrichtung 12 übertragen wird.
Die Auswertungseinrichtung ist erfindungsgemäß zur Ermittlung einer Filterkennlinie zur spektralen Filterung des Tasterausgangssignals derart ausgebildet und eingerichtet, dass bei spektraler Filterung des Tasterausgangssignales der Einfluss des Störsignals verringert ist. Die Auswertungseinrichtung 12 ist zur Ermittlung eines Störsignalspektrums durch Durchführen einer Spektraltransformation an dem durch den Beschleunigungssensor 14 erfassten Störsignal und Wählen der Filterkennlinie anhand des Störsignalspektrums ausgebildet und eingerichtet. Im Einzelnen ist die Auswertungseinrichtung 12 für ein Wählen der Filterkennlinie derart ausgebildet und eingerichtet, dass das Tasterausgangssignal in Frequenzbereichen, in denen Störsignalanteile vorliegen, deren Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, in Abhängigkeit von der Amplitude des jeweiligen Störsignalanteils bedämpft wird. In Frequenzbereichen, in denen Störsignalanteile vorliegen, deren Amplitude den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet, wird das Tasterausgangssignal hingegen nicht bedämpft. Somit findet erfindungsgemäß eine Bedämpfung des Tasterausgangssignales ausschließlich in den Frequenzbereichen statt, in denen die Messgenauigkeit beeinträchtigende Störsignalanteile vorliegen. Damit wird das Nutzsignal, das das Profil der zu vermessenden Oberfläche 4 repräsentiert, in geringstmöglichem Maße verfälscht.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Messvorrichtung 2 vollzieht sich wie folgt:
Während der Messung bewegt die Vorschubeinrichtung 10 den Taster 16 entlang einer Vorschubachse relativ zu der Oberfläche 4 des zu vermessenden Werkstücks, wobei die Tastspitze 8 entsprechend dem Profil der Oberfläche 4 ausgelenkt wird. Wie oben erläutert, besteht das Tasterausgangssignal, das zu der Auswertungseinrichtung 12 übertragen wird, aus einer Überlagerung eines das Profil der Oberfläche 4 des Werkstücks repräsentierenden Nutzsignals und eines schwingungsinduzierten Störsignals.
Das Störsignal wird mittels des Beschleunigungssensors 14 erfasst, dessen Ausgangssignal zu der Auswertungseinrichtung 12 übertragen wird.
In der Auswertungseinrichtung 12 wird das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 14 zweifach integriert und zur Ermittlung eines Störsignalspektrums einer Spektraltransformation unterzogen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 14 einer FFT (Fast Fourier Transformation) unterzogen.
Nach Ermittlung des Störsignalspektrums wird in der Auswertungseinrichtung 12 eine Filterkennlinie derart gewählt, dass bei spektraler Filterung des Tasterausgangssignals mit der Filterkennlinie der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal, das das Profil der Oberfläche 4 repräsentiert, verringert ist. Die Auswertungseinrichtung 12 kann insbesondere als digitale Auswertungseinrichtung ausgebildet sein.
Die Filterkennlinie wird in der Auswertungseinrichtung 12 derart gewählt, dass das Tasterausgangssignal ausschließlich in Frequenzbereichen, in denen Störsignalanteile vorliegen, deren Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, in Abhängigkeit von der Amplitude des jeweiligen Störsignalanteils bedämpft wird.
Das Tasterausgangssignal (Tastersignal) wird mit einem Filter mit der so ermittelten Filterkennlinie gefiltert. In dem resultierenden Messsignal ist der Einfluss des Störsignals reduziert, so dass das Messsignal mit höherer Genauigkeit das zu messende Profil der Oberfläche 4 des Werkstücks repräsentiert. Die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Ermittlung einer Filterkennlinie und einer Filterung des Tasterausgangssignals sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
2 veranschaulicht schematisch den Ablauf dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Bedämpfung des Tasterausgangssignales selektiv in denjenigen Frequenzbereichen ausgeführt, in denen das Störsignalspektrum Spektralanteile mit besonders großer Amplitude aufweist, wird einerseits der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal minimiert oder zumindest verringert, andererseits eine übermäßige Verfälschung des Nutzsignals vermieden.
Die Erfindung ermöglicht mit einem relativ geringen apparativen Aufwand eine effektive Reduzierung des Einflusses von insbesondere schwingungsinduzierten Störungen auf das Messergebnis.
Die Filterkennlinie kann während des Messvorganges ermittelt und daran anschließend unverändert beibehalten werden. Um auch eine zeitliche Veränderung von schwingungsinduzierten Störungen zu berücksichtigen, kann die Ermittlung der Filterkennlinie jedoch während des Messvorganges auch wenigstens einmal wiederholt oder fortwährend durchgeführt werden. Auf diese Weise ist die Messgenauigkeit noch weiter verbessert.
Anstelle an einem Bauteil des Tasters 6 kann der Schwingungssensor 4 auch an einem anderen mit dem Taster 6 in Schwingungsübertragung stehenden Bauteil angeordnet sein, beispielsweise an einem Verbindungselement 18 über das das Gehäuse 16 des Tasters mit einem beweglichen Teil der Vorschubeinrichtung 10 verbunden ist.
Anstatt während des Messvorganges kann die Filterkennlinie auch vor dem eigentlichen Messvorgang ermittelt werden. Hierzu wird mittels des Tasters 6 eine Referenzoberfläche abgetastet, die im Rahmen der Messgenauigkeit als profilfrei betrachtet werden kann. In diesem Falle repräsentiert das Tasterausgangssignal, das sich bei Abtastung der Referenzoberfläche ergibt, das Störsignal, das dann erfindungsgemäß verarbeitet werden kann.
Falls es ausreichend ist, denjenigen Anteil des Störsignals zu erfassen, der durch von außen eingeprägte Schwingungen verursacht ist, kann die Erfassung des Störsignales auch bei stillgesetzter Vorschubeinrichtung 10 erfolgen.
Die erfindungsgemäße Filterung des Tasterausgangssignales kann während des Messvorganges durchgeführt werden. Es ist erfindungsgemäße jedoch auch möglich, die Filterung nach Abschluss des eigentlichen Messvorganges durchzuführen.
Bei dem Filter, mit dem das Tasterausgangssignal gefiltert wird, kann es sich um ein analoges oder ein digitales Filter oder um eine Kombination aus analogem und digitalem Filter handeln.
Sofern das Störsignal während der Messung erfasst wird, kann das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 14 für eine Plausibilitätskontrolle der Messung herangezogen werden. Wird beispielsweise anhand des Ausgangssignales des Beschleunigungssensors 14 ein Stoßimpuls detektiert, so kann die Messung als ungültig gekennzeichnet und gegebenenfalls eine Wiederholungsmessung durchgeführt werden.
Sofern die Ermittlung des Störsignalspektrums während der Messung wenigstens einmal wiederholt wird, so können die Störsignalspektren miteinander verglichen werden. Sofern die Störsignalspektren korrelieren, kann von einem annähernd konstanten Schwingungszustand der Messvorrichtung ausgegangen werden. Sind die verglichenen Störsignalspektren demgegenüber stark unterschiedlich, so kann von einer relativ geringen Reproduzierbarkeit der Messung ausgegangen und diese gegebenenfalls als ungültig vermerkt werden.
Anhand der ermittelten Störsignalspektren kann ferner eine Langzeitkontrolle der Messvorrichtung 2 ausgeführt werden. Zeigt sich anhand der aufgezeichneten Störsignalspektren, dass das Störsignal mit der Zeit zunimmt, so kann beispielsweise eine Wartung der Messvorrichtung ausgelöst werden.
Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch dann anwendbar, wenn der Taster 6 während des Messvorganges ortsfest angeordnet ist und zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen der Oberfläche 4 des Werkstücks und der Tastspitze 8 das Werkstück bewegt wird. In diesem Falle ist der Beschleunigungssensor 14 dann beispielsweise an einer Halterung des Werkstücks angeordnet, um Schwingungen des Werkstücks zu erfassen, während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 Schwingungen des Tasters 6 erfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2691732 B1 [0007]
EP 1311799 B1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung, die einen Taster zur Antastung einer zu vermessenden Oberfläche eines Werkstücks und eine Vorschubeinrichtung zum Bewegen des Tasters relativ zu der zu vermessenden Oberfläche aufweist, wobei während der Abtastung der Oberfläche von dem Taster ausgegebene Messwerte (Tasterausgangssignal) zu einer Auswertungseinrichtung übertragen werden zur Rekonstruktion des Profils der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks anhand des Tasterausgangssignals, wobei in dem Tasterausgangssignal einem das Profil der zu vermessenden Oberfläche repräsentierenden Nutzsignal ein insbesondere schwingungsinduziertes Störsignal überlagert ist, wobei das Störsignal erfasst wird und anhand des erfassten Störsignals eine Filterkennlinie zur spektralen Filterung des Tasterausgangssignales ermittelt wird, wobei die Filterkennlinie so gewählt wird, dass bei spektraler Filterung des Tasterausgangssignals mit der Filterkennlinie der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal verringert ist und wobei das Tasterausgangssignal unter Heranziehung der Filterkennlinie spektral gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Störsignal einer Spektraltransformation unterzogen wird zur Ermittlung eines Störsignalspektrums und die Filterkennlinie unter Heranziehung des Störsignalspektrums gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Filterkennline so gewählt wird, dass das Tasterausgangssignal in Frequenzbereichen, in denen Störsignalanteile vorliegen, deren Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, in Abhängigkeit von der Amplitude des jeweiligen Störsignalanteils bedämpft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Störsignal mittels wenigstens eines Schwingungssensors erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem als Schwingungssensor ein Beschleunigungssensor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors zweifach integriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Störsignal durch Antastung oder Abtastung einer Referenzoberfläche, insbesondere einer Planglasscheibe, erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Störsignal durch Antastung der Referenzoberfläche bei stillgesetzter Vorschubeinrichtung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Störsignal durch Abtastung der Referenzoberfläche bei aktivierter Vorschubeinrichtung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Filterkennline während eines Messvorganges ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Ermittlung der Filterkennlinie während des Messvorgangs wenigstens einmal wiederholt oder fortwährend durchgeführt wird.
Messvorrichtung (2) zur Vermessung des Profils einer Oberfläche (4) eines Werkstücks, mit einem Taster (6) zur Antastung der zu vermessenden Oberfläche (4), mit einer Vorschubeinrichtung (10) zum Bewegen des Tasters (6) relativ zu der zu vermessenden Oberfläche (4) und mit einer Auswertungseinrichtung (12), die für eine Rekonstruktion des Profils der Oberfläche (4) aus während einer Abtastung der Oberfläche (4) durch den Taster (6) ausgegebenen Messwerten (Tasterausgangssignal) ausgebildet und eingerichtet ist, wobei bei Betrieb der Messvorrichtung (2) in dem Tasterausgangssignal einem das Profil der Oberfläche repräsentierenden Nutzsignal ein insbesondere schwingungsinduziertes Störsignal überlagert ist, wobei Mittel zur Erfassung des Störsignals vorgesehen sind, und wobei die Auswertungseinrichtung (12) zur Ermittlung einer Filterkennlinie zur spektralen Filterung des Tasterausgangssinales anhand des erfassten Störsignals derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass bei spektraler Filterung des Tasterausgangssignals mit der Filterkennlinie der Einfluss des Störsignals auf das Nutzsignal verringert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Auswertungseinrichtung (12) zur Ermittlung eines Störsignalspektrums durch Durchführen einer Spektraltransformation an dem Störsignal und Wählen der Filterkennlinie anhand des Störsignalspektrums ausgebildet und eingerichtet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei die Auswertungseinrichtung (12) für ein Wählen der Filterkennlinie derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass das Tasterausgangssignal in Frequenzbereichen, in denen Störsignalanteile vorliegen, deren Amplitude einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, in Abhängigkeit von der Amplitude des jeweiligen Störsignalanteils bedämpft wird.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Mittel zur Erfassung des Störsignals wenigstens einen Schwingungssensor aufweisen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der der Schwingungssensor an einem Bauteil des Tasters (6), insbesondere einem Gehäuse des Tasters, oder einem mit dem Taster in Schwingungsübertragungsverbindung stehenden Bauteil der Messvorrichtung (2) angeordnet ist
Messvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der der Schwingungssensor ein Beschleunigungssensor (14) ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 17, bei dem die Auswertungseinrichtung (12) für eine zweifache Integration des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors ausgebildet und eingerichtet ist.