DE102016203137B4 - Process for measuring a workpiece in a coordinate measuring machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Messen eines Werkstücks (1) mit einem taktilen Messsystem (4) in einem Koordinatenmessgerät, wobei das Werkstück in Messlage in dem Koordinatenmessgerät einen Maximumpunkt (M) in Richtung einer Raumrichtung oder Koordinate (X, Y, Z) aufweist, wobei das Verfahren aufweist- Scannen und Ermitteln von Messwerten einer Werkstückoberfläche (7) entlang einer ersten Wegstrecke (A1-E1) mit dem taktilen Messsystem in einer ersten Bewegungsrichtung (B1) von einem ersten Anfangspunkt (A1) bis zu einem ersten Endpunkt (E1),wobei der Maximumpunkt (M) auf der ersten Wegstrecke (A1-E1) vor dem ersten Endpunkt (E1) liegt,wobei ein Tasterschaft (5) des taktilen Messsystems (4) mit der Werkstückoberfläche (7), oder mit einer an der Werkstückoberfläche (7) anliegenden Tangente, welche die Werkstückoberfläche (7) an dem momentanen Antastpunkt (T) des taktilen Messsystems berührt, bis zum Erreichen des Maximumpunkts (M) in der ersten Bewegungsrichtung einen Winkel (α1) innerhalb eines Bereiches von -10° bis 90° einschließt, der im Verlauf des Scannens variieren kann,- Scannen und Ermitteln von Messwerten der Werkstückoberfläche entlang einer zweiten Wegstrecke (A2-E2) mit dem taktilen Messsystem in einer zweiten Bewegungsrichtung (B2) von einem zweiten Anfangspunkt (A2) bis zu einem zweiten Endpunkt (E2),wobei der Maximumpunkt (M) auf der zweiten Wegstrecke vor dem zweiten Endpunkt (E2) liegt,wobei der Tasterschaft (5) des taktilen Messsystems mit der Werkstückoberfläche (7), oder mit einer an der Werkstückoberfläche (7) anliegenden Tangente, welche die Werkstückoberfläche (7) an dem momentanen Antastpunkt (T) des taktilen Messsystems berührt, bis zum Erreichen des Maximumpunkts (M) in der zweiten Bewegungsrichtung einen Winkel (β2) innerhalb eines Bereiches von -10° bis 90° einschließt, der im Verlauf des Scannens variieren kann,wobei Messwerte auf der ersten Wegstrecke (A1-E1) in einem Bereich vom Maximumpunkt (M) bis zum ersten Endpunkt (E1), oder einem Teilbereich davon, eliminiert werden, undMesswerte auf der zweiten Wegstrecke (A2-E2) in einem Bereich vom Maximumpunkt (M) bis zum zweiten Endpunkt (E2), oder einem Teilbereich davon, eliminiert werden.Method for measuring a workpiece (1) with a tactile measuring system (4) in a coordinate measuring machine, the workpiece having a maximum point (M) in the direction of a spatial direction or coordinate (X, Y, Z) in the measuring position in the coordinate measuring machine, the method having- scanning and determining measured values of a workpiece surface (7) along a first path (A1-E1) with the tactile measuring system in a first direction of movement (B1) from a first starting point (A1) to a first end point (E1), wherein the Maximum point (M) on the first path (A1-E1) before the first end point (E1), with a probe shaft (5) of the tactile measuring system (4) with the workpiece surface (7), or with a workpiece surface (7) adjacent tangent, which touches the workpiece surface (7) at the instantaneous contact point (T) of the tactile measuring system, until reaching the maximum point (M) in the first direction of movement, an angle (α1) within a range s from -10° to 90°, which can vary in the course of scanning,- scanning and determining measured values of the workpiece surface along a second path (A2-E2) with the tactile measuring system in a second direction of movement (B2) from a second starting point (A2) to a second end point (E2), with the maximum point (M) on the second path before the second end point (E2), with the probe shaft (5) of the tactile measuring system with the workpiece surface (7), or with a on the workpiece surface (7) tangent, which touches the workpiece surface (7) at the momentary contact point (T) of the tactile measuring system, until reaching the maximum point (M) in the second direction of movement, an angle (β2) within a range of -10 ° to 90°, which can vary in the course of the scanning, with measured values on the first path (A1-E1) in a range from the maximum point (M) to the first end point (E1), or a partial range thereof , are eliminated, and measurement values on the second path (A2-E2) are eliminated in a range from the maximum point (M) to the second end point (E2), or a partial range thereof.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Werkstücks mit einem taktilen Messsystem in einem Koordinatenmessgerät. Mit dem Verfahren können negative Einflüsse infolge von Reibungseffekten auf das Messergebnis unterdrückt oder eliminiert werden.The present invention relates to a method for measuring a workpiece using a tactile measuring system in a coordinate measuring machine. With the method, negative influences due to friction effects on the measurement result can be suppressed or eliminated.
Bei Werkstücken, die mit einem Taster eines taktilen Messsystems eines Koordinatenmessgeräts (KMG) gemessen werden, kommt es häufig zum sogenannten Stick-Slip-Effekt. Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn ein Taststift des taktilen Messsystems, der einen stabförmigen Tasterschaft und ein daran befestigtes Tastelement aufweist, beim scannenden Messen in einer Art schiebenden Bewegung entlang einer Werkstückoberfläche geführt wird. In diesem Fall wird ein Tastelement, beispielsweise eine Tastkugel, von dem Tasterschaft vor sich her geschoben, wodurch verstärkt Reibungseffekte auftreten. In diesem Fall kommt es vermehrt zu erwähnten Stick-Slip-Effekt, der ein Haftgleiteffekt oder auch eine Reibschwingung ist und mit dem das Ruckgleiten von gegeneinander bewegten Festkörpern bezeichnet wird. Der Stick-Slip-Effekt kann bei gegeneinander bewegten Festkörpern auftreten, wenn die Haftreibung merklich größer ist als die Gleitreibung. Der Stick-Slip-Effekt tritt hauptsächlich beim Übergang von der ziehenden zur schiebenden Bewegung des Tasters auf. In Messsituationen tritt der Stick-Slip-Effekt häufig dann auf, wenn mit einem Taster gemessen wird, der senkrecht zur Längsachse eines zu vermessenden Elements des Werkstücks steht.Workpieces that are measured with a probe of a tactile measuring system of a coordinate measuring machine (CMM) often suffer from the so-called stick-slip effect. This effect occurs in particular when a stylus of the tactile measuring system, which has a rod-shaped probe shaft and a probe element attached thereto, is guided in a kind of pushing movement along a workpiece surface during scanning measurement. In this case, a feeler element, for example a feeler ball, is pushed by the feeler shaft in front of it, causing increased friction effects to occur. In this case, the mentioned stick-slip effect occurs more frequently, which is a stick-slip effect or also a frictional vibration and is used to describe the stick-slip of solid bodies moving against one another. The stick-slip effect can occur with solid bodies moving against one another if the static friction is noticeably greater than the sliding friction. The stick-slip effect occurs mainly during the transition from the pulling to the pushing movement of the stylus. In measuring situations, the stick-slip effect often occurs when measuring with a probe that is perpendicular to the longitudinal axis of an element of the workpiece to be measured.
Der Stick-Slip-Effekt kann durch Schmierung minimiert, aber selten eliminiert werden. Dies ist in der Messtechnik aber meist nicht möglich.The stick-slip effect can be minimized by lubrication, but can rarely be eliminated. However, this is usually not possible in measurement technology.
Der Stick-Slip-Effekt zeigt sich vor allem durch Ausreißer bei der Formmessung und ist sehr stark abhängig von der Scanning-Geschwindigkeit. Um den Effekt zu vermeiden, werden in der Praxis niedrigere Scangeschwindigkeiten gewählt, wodurch jedoch die Messzeit erheblich verlängert wird.The stick-slip effect is mainly reflected in outliers in the form measurement and is very dependent on the scanning speed. In order to avoid the effect, lower scanning speeds are selected in practice, which, however, increases the measurement time considerably.
Durch den Stick-Slip-Effekt verursachte Messwertverzerrungen führen häufig zu Diskussionen zwischen der Qualitätskontrolle und der Fertigung, was zu unnötigen und kostenpflichtigen Serviceeinsätzen oder zur versehentlichen Einordnung eines Werkstücks als Ausschussteil führt.Measurement distortion caused by the stick-slip effect often leads to discussions between quality control and production, resulting in unnecessary and costly service calls or the inadvertent classification of a workpiece as a scrap part.
Aufgabe der Erfindung ist es, für oben genanntes Problem des Stick-Slip-Effekts eine Lösung anzugeben.The object of the invention is to provide a solution to the above-mentioned problem of the stick-slip effect.
Von der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Werkstücks mit einem taktilen Messsystem in einem Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 1 vorgestellt, wobei das Werkstück in Messlage in dem Koordinatenmessgerät einen Maximumpunkt in einer Raumrichtung oder einer Koordinate aufweist, wobei das Verfahren aufweist
- - Scannen und Ermitteln von Messwerten einer Werkstückoberfläche entlang einer ersten Wegstrecke mit dem taktilen Messsystem in einer ersten Bewegungsrichtung von einem ersten Anfangspunkt bis zu einem ersten Endpunkt, wobei der Maximumpunkt auf der ersten Wegstrecke vor dem ersten Endpunkt liegt, wobei ein Tasterschaft des taktilen Messsystems mit der Werkstückoberfläche, oder mit einer an der Werkstückoberfläche anliegenden Tangente, welche die Werkstückoberfläche an dem momentanen Antastpunkt des taktilen Messsystems berührt, bis zum Erreichen des Maximumpunkts in der ersten Bewegungsrichtung einen Winkel innerhalb eines Bereiches von -10° bis 90° einschließt, der im Verlauf des Scannens variieren kann,
- - Scannen und Ermitteln von Messwerten der Werkstückoberfläche entlang einer zweiten Wegstrecke mit dem taktilen Messsystem in einer zweiten Bewegungsrichtung von einem zweiten Anfangspunkt bis zu einem zweiten Endpunkt, wobei der Maximumpunkt auf der zweiten Wegstrecke vor dem zweiten Endpunkt liegt, wobei der Tasterschaft des taktilen Messsystems mit der Werkstückoberfläche, oder mit einer an der Werkstückoberfläche anliegenden Tangente, welche die Werkstückoberfläche an dem momentanen Antastpunkt des taktilen Messsystems berührt, bis zum Erreichen des Maximumpunkts in der zweiten Bewegungsrichtung einen Winkel innerhalb eines Bereiches von -10° bis 90° einschließt, der im Verlauf des Scannens variieren kann,
wobei Messwerte auf der ersten Wegstrecke in einem Bereich vom Maximumpunkt bis zum ersten Endpunkt, oder einem Teilbereich davon, eliminiert werden, und Messwerte auf der zweiten Wegstrecke in einem Bereich vom Maximumpunkt bis zum zweiten Endpunkt, oder einem Teilbereich davon, eliminiert werden.From the invention, a method for measuring a workpiece with a tactile measuring system in a coordinate measuring machine according to claim 1 is presented, wherein the workpiece in Measuring position in the coordinate measuring machine has a maximum point in a spatial direction or a coordinate, the method having
- - Scanning and determining measured values of a workpiece surface along a first path with the tactile measuring system in a first direction of movement from a first starting point to a first end point, the maximum point on the first path lying before the first end point, with a stylus of the tactile measuring system of the workpiece surface, or with a tangent on the workpiece surface, which touches the workpiece surface at the instantaneous contact point of the tactile measuring system, encloses an angle within a range of -10° to 90° in the first direction of movement until the maximum point is reached, which in the course of scanning may vary,
- - Scanning and determining measured values of the workpiece surface along a second path with the tactile measuring system in a second direction of movement from a second starting point to a second end point, with the maximum point on the second path lying before the second end point, with the stylus of the tactile measuring system of the workpiece surface, or with a tangent on the workpiece surface, which touches the workpiece surface at the instantaneous contact point of the tactile measuring system, encloses an angle within a range of -10° to 90° in the second direction of movement until the maximum point is reached, which in the course of scanning may vary,
wherein measured values on the first path are eliminated in a range from the maximum point to the first end point, or a sub-range thereof, and measured values on the second path are eliminated in a range from the maximum point to the second end point, or a sub-range thereof.
Mit vorangehend beschriebenem Verfahren kann der Stick-Slip-Effekt wirksam vermieden oder minimiert, oder eliminiert werden.With the method described above, the stick-slip effect can be effectively avoided or minimized or eliminated.
Weiterhin sind mit dem Verfahren relativ hohe Scangeschwindigkeiten möglich, bei gleichzeitig guter Messqualität.Furthermore, relatively high scanning speeds are possible with the method, with good measurement quality at the same time.
Die erste Bewegungsrichtung ist vorzugsweise der zweiten Bewegungsrichtung entgegengesetzt.The first direction of movement is preferably opposite to the second direction of movement.
Nach o.g. Verfahren werden die Scanning-Richtung und der Winkel zwischen Tasterschaft und Werkstückoberfläche so gewählt, dass der Stick-Slip-Effekt nicht oder nur minimiert auftritt. Bei einem Verfahren, bei dem zwei Wegstrecken und zwei Richtungen angewandt werden, können verschiedene Scanning-Richtungen innerhalb einer Messaufgabe kombiniert werden. Ein Gesamtscan kann somit aus zwei Teilscans zusammengesetzt werden.According to the above procedure, the scanning direction and the angle between the stylus shaft and the workpiece surface are selected in such a way that the stick-slip effect does not occur or only occurs to a minimum. In a method in which two distances and two directions are used, different scanning directions can be combined within one measurement task. A total scan can thus be composed of two partial scans.
Weist das Werkstück eine ebene Oberfläche, die einen Teil einer Wegstrecke oder die gesamte Wegstrecke bilden kann, auf, kann erwähnter Winkel zwischen Tasterschaft und Werkstückoberfläche ermittelt werden. Weist das Werkstück eine gekrümmte Oberfläche auf, kann erwähnte Tangente zu Bestimmung des Winkels zugrunde gelegt werden.If the workpiece has a flat surface, which can form part of a path or the entire path, the angle mentioned between the probe shaft and the workpiece surface can be determined. If the workpiece has a curved surface, the tangent mentioned can be used to determine the angle.
Ein momentaner Antastpunkt wird im Verlauf der Messung kontinuierlich geändert, weshalb er ein Antastpunkt zu einem bestimmten Zeitpunkt ist und als „momentaner“ Antastpunkt bezeichnet wird.An instantaneous touch point is continuously changing over the course of the measurement, which is why it is a touch point at a specific point in time and is referred to as a "instantaneous" touch point.
Mit erwähntem Winkel ist der Winkel in Bewegungsrichtung gemeint, anders ausgedrückt der Winkel, der in Bewegungsrichtung vor dem Tasterschaft gebildet wird, also vor dem Tasterschaft zwischen Werkstückoberfläche (oder Tangente) und Tasterschaft.The angle mentioned means the angle in the direction of movement, in other words the angle that is formed in the direction of movement in front of the stylus shaft, i.e. in front of the stylus shaft between the workpiece surface (or tangent) and the stylus shaft.
Erfindungsgemäße Verfahren können auf alle Arten von Messaufgaben, wie z.B. beim Messen gekrümmter oder geneigter ebener Flächen, angewandt werden, wobei die Anwendung bei gekrümmten und insbesondere kreisbogenförmig verlaufenden Flächen besonders vorteilhaft ist.Methods according to the invention can be applied to all types of measurement tasks, such as when measuring curved or inclined flat surfaces, with the application being particularly advantageous for curved surfaces and, in particular, surfaces that run in the shape of a circular arc.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können eine hohe Scanning-Geschwindigkeit und ein minimierter oder eliminierter Stick-Slip-Effekt gleichzeitig erzielt werden.With the method according to the invention, a high scanning speed and a minimized or eliminated stick-slip effect can be achieved simultaneously.
Erwähnter erster und zweiter Anfangspunkt liegen vorzugsweise in einer betrachteten Raumrichtung oder Koordinatenrichtung vor einem zugeordneten (ersten oder zweiten) Endpunkt. In einem speziellen Fall weist die betrachtete Koordinatenrichtung oder Raumrichtung nach oben, und kann als Z-Richtung definiert sein. In diesem Fall liegt erwähnter Anfangspunkt in dieser Koordinatenrichtung bzw. in Z-Richtung tiefer als ein zugeordneter Endpunkt. Es kann also auf einer ersten Wegstrecke und auf einer zweiten Wegstrecke von unten nach oben, entlang einer Werkstückoberfläche, gescannt werden. Es ist in einem anderen speziellen Fall so, dass die betrachtete Koordinatenrichtung oder Raumrichtung horizontal ist. In diesem Fall liegt ein Anfangspunkt in horizontaler Richtung vor einem zugeordneten Endpunkt.Said first and second starting point preferably lie in front of an assigned (first or second) end point in a considered spatial direction or coordinate direction. In a special case, the considered coordinate direction or spatial direction points upwards and can be defined as the Z-direction. In this case, the starting point mentioned is lower in this coordinate direction or in the Z-direction than an assigned end point. It can therefore be scanned on a first path and on a second path from bottom to top, along a workpiece surface. In another special case, the coordinate direction or spatial direction under consideration is horizontal. In this case, a starting point is in horizontal direction in front of an associated end point.
Dass der Tasterschaft in der ersten Richtung einen Winkel von -10° bis 90° mit der Werkstückoberfläche einschließt bedeutet, anders ausgedrückt, dass der Tasterschaft in geneigter Lage (also nicht senkrechter Lage) zur Werkstückoberfläche entlang der Werkstückoberfläche gezogen wird. Das berührende Element ist hierbei das Tastelement, das an der Werkstückoberfläche anliegt. Entsprechendes gilt für die Führung des Tasterschafts in der zweiten Richtung.The fact that the stylus shank forms an angle of -10° to 90° with the workpiece surface in the first direction means, in other words, that the stylus shank is pulled along the workpiece surface in an inclined position (i.e. not perpendicular) to the workpiece surface. The touching element is the feeler element that is in contact with the surface of the workpiece. The same applies to guiding the probe shaft in the second direction.
Der angegebene Winkelbereich ist so zu verstehen, dass bei einer Messung nicht der gesamte Winkelbereich eingestellt oder abdeckt werden muss, sondern ein beliebiger Unterbereich, oder auch nur ein einzelner Winkel abgedeckt bzw. eingestellt werden kann, beispielsweise +20° bis 90°. Die genannten Endpunkte des Bereichs stellen also Endpunkte eines möglichen maximalen Bereichs dar und nicht notwendige Endpunkte oder Werte bei jeglicher Verfahrensgestaltung. Der Winkelbereich hängt bei gekrümmten Oberflächen unter anderem davon ab, wo der Anfangs- und der Endpunkt gesetzt werden und wie der Krümmungsverlauf ist.The specified angle range is to be understood in such a way that the entire angle range does not have to be set or covered during a measurement, but any sub-range or even just a single angle can be covered or set, for example +20° to 90°. The stated end points of the range thus represent end points of a possible maximum range and not necessary end points or values in any process configuration. In the case of curved surfaces, the angle range depends, among other things, on where the start and end points are set and how the curvature progresses.
Das Vorzeichen des Winkels ist folgendermaßen festgelegt: Ein positives Vorzeichen bedeutet, dass die erwähnte Tangente näher an der Werkstückoberfläche verläuft als der Tasterschaft. Ein negatives Vorzeichen bedeutet, dass der Tasterschaft näher zur Werkstückoberfläche ist als die Tangente. Die ist an einem Ausführungsbeispiel weiter hinten erläutert. Das negative Vorzeichen ist bei zugrunde legen einer Tangente zur Winkelbestimmung, bei gekrümmten Flächen, möglich. Wenn eine (gerade verlaufende) Werkstückoberfläche selbst zur Winkelbestimmung zugrunde gelegt wird, ist der Winkel 0 bis 90°. Alternativ zu der oben erläuterten Winkelbereichsangabe mit Vorzeichen kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Betrag des Winkels zu 0°bis 90° angegeben werden. Folglich schließt der in dem Verfahren der Tasterschaft mit der Werkstückoberfläche, oder mit einer an der Werkstückoberfläche anliegenden Tangente, welche die Werkstückoberfläche an dem momentanen Antastpunkt des taktilen Messsystems berührt, bis zum Erreichen des Maximumpunkts in der ersten Bewegungsrichtung einen Winkel mit einem Betrag von 0°bis 90° ein, der im Verlauf des Scannens variieren kann,The sign of the angle is defined as follows: A positive sign means that the tangent mentioned is closer to the workpiece surface than the stylus shaft. A negative sign means that the stylus is closer to the workpiece surface than the tangent. This is explained further below using an exemplary embodiment. The negative sign is possible if a tangent is used as a basis for determining the angle on curved surfaces. If a (straight running) workpiece surface itself is used as a basis for determining the angle, the angle is 0 to 90°. As an alternative to the angle range specification with sign explained above, the amount of the angle can be specified as 0° to 90° in the method according to the invention. Consequently, in the process, the stylus shaft closes an angle of 0° with the workpiece surface, or with a tangent on the workpiece surface, which touches the workpiece surface at the current contact point of the tactile measuring system, until the maximum point is reached in the first direction of movement up to 90°, which can vary in the course of scanning,
Ein erwähnter Maximumpunkt kann ein lokaler oder ein globaler Maximumpunkt sein. Ein Werkstück kann mehrere Maximumpunkte aufweisen, wobei bei dem Verfahren einer dieser Maximumpunkte ausgewählt wird. Selbstverständlich kann das Verfahren an anderen Maximumpunkten, in anderen Bereichen der Werkstückoberfläche beliebig wiederholt werden. Ein globaler Maximumpunkt ist ein Maximumpunkt auf einer Werstückoberfäche betrachtet über die gesamte Werkstückoberfläche in einer Raum- oder Koordinatenrichtung. Ein lokaler Maximumpunkt ist ein Maximumpunkt auf einer Werstückoberfäche in einer Region der Werkstückoberfläche in einer Raum- oder Koordinatenrichtung. Es versteht sich, dass je nach Messlage des Werkstücks oder je nach Raum- oder Koordinatenrichtung andere globale oder lokale Maximumpunkte vorhanden sein können.A mentioned maximum point can be a local or a global maximum point. A workpiece can have several maximum points, with one of these maximum points being selected in the method. Of course, the process can be repeated as desired at other maximum points, in other areas of the workpiece surface. A global maximum point is a maximum point on a workpiece surface viewed over the entire workpiece surface in a spatial or coordinate direction. A local maximum point is a maximum point on a workpiece surface in a region of the workpiece surface in a spatial or coordinate direction. It goes without saying that other global or local maximum points can be present depending on the measuring position of the workpiece or depending on the spatial or coordinate direction.
Ein Maximumpunkt ist insbesondere ein Maximum auf der Oberfläche eines Messelements des Werkstücks. Unter einem Messelement wird hier eine zu vermessende Unterstruktur oder Region eines Werkstücks verstanden, beispielsweise bei einer Nockenwelle ein einzelner Nocken.A maximum point is in particular a maximum on the surface of a measuring element of the workpiece. A measuring element is understood here to mean a substructure or region of a workpiece to be measured, for example an individual cam in the case of a camshaft.
Eine Wegstrecke kann kurvenförmige und/oder linienförmige Abschnitte aufweisen. Eine Linie hat gemäß Sprachgebrauch dieser Erfindung gegenüber einer Kurve die Eigenschaft, dass sie sich gerade erstreckt, also keine Krümmung aufweist. Eine oder mehrere Kurven können mit einer oder mehreren Linien kombiniert sein. Eine besonders vorteilhafte Anwendung des Verfahrens bezieht sich auf gekrümmte Strukturen bzw. Oberflächen, insbesondere kreisbogenförmige.A route can have curved and/or linear sections. According to the language used in this invention, a line has the property, compared to a curve, that it extends straight, ie has no curvature. One or more curves can be combined with one or more lines. A particularly advantageous application of the method relates to curved structures or surfaces, in particular arc-shaped.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren angegeben, wobei der Maximumpunkt auf der ersten Wegstrecke vor dem ersten Endpunkt liegt und vom Maximumpunkt bis zum ersten Endpunkt der Tasterschaft mit der Werkstückoberfläche, oder mit einer an der Werkstückoberfläche anliegenden Tangente, welche die Werkstückoberfläche an dem momentanen Antastpunkt des taktilen Messsystems berührt, in der ersten Bewegungsrichtung einen Winkel von größer als 90° einschließt, der variieren kann.In one embodiment of the invention, a method is specified, wherein the maximum point on the first path is before the first end point and from the maximum point to the first end point of the probe shaft with the workpiece surface, or with a tangent to the workpiece surface, which the workpiece surface at the instantaneous Touch point of the tactile measuring system touches, in the first direction of movement includes an angle of greater than 90 °, which can vary.
Weiterhin wird in einer Ausführungsform ein Verfahren angegeben, das analog zur vorangehenden Ausführungsform ist, wobei der Maximumpunkt auf der zweiten Wegstrecke vor dem zweiten Endpunkt liegt und vom Maximumpunkt bis zum zweiten Endpunkt der Taststift mit der Werkstückoberfläche in der zweiten Bewegungsrichtung einen Winkel von größer als 90° einschließt, der variieren kann.Furthermore, in one embodiment, a method is specified that is analogous to the previous embodiment, with the maximum point on the second path before the second end point and from the maximum point to the second end point of the stylus with the workpiece surface in the second direction of movement at an angle of greater than 90 ° Includes, which may vary.
In vorangehend beschriebenen Ausführungsformen kann zwischen Maximumpunkt und erstem oder zweitem Endpunkt ein Stick-Slip-Effekt auftreten oder erhöht werden. Messwerte im Abschnitt zwischen Maximumpunkt und ersten/zweitem Endpunkt können eliminiert werden.In the embodiments described above, a stick-slip effect can occur or be increased between the maximum point and the first or second end point. Measured values in the section between the maximum point and the first/second end point can be eliminated.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren angegeben, wobei die erste Wegstrecke und die zweite Wegstrecke und die zweite Wegstrecke so aneinander anschließen oder so überlappen, dass aus beiden Wegstrecken eine Gesamtwegstrecke gebildet wird. Anders ausgedrückt werden in dieser Ausführungsform die erste Wegstrecke und die zweite Wegstrecke zusammengesetzt und bilden einen Gesamtmessverlauf bzw. eine Gesamtwegstrecke. Durch das Verfahren werden somit Messwerte entlang der Gesamtwegstrecke erhalten. In dieser Ausführungsform sind insbesondere die erste und die zweite Wegstrecke so gewählt, dass sie sich an dem ersten Endpunkt oder dem zweiten Endpunkt treffen oder dass sie teilweise überlappen, sodass der erste Endpunkt auf der zweiten Wegstrecke liegt und der zweite Endpunkt auf der ersten Wegstrecke liegt.In one embodiment, a method is specified, wherein the first route and the second route and the second route connect to one another or overlap in such a way that a total route is formed from both routes. To put it another way, in this embodiment the first distance and the second distance are put together and form an overall measurement profile or an overall distance. The method thus obtains measured values along the entire route. In particular, in this embodiment, the first and second routes are selected to meet at the first endpoint or the second endpoint, or to partially overlap such that the first endpoint is on the second route and the second endpoint is on the first route .
Insbesondere wird ein Verfahren angegeben, wobei bei der Gesamtwegstrecke die erste Wegstrecke und die zweite Wegstrecke zwischen dem ersten Endpunkt und dem zweiten Endpunkt, die auf der Gesamtwegstrecke liegen, deckungsgleich sind.In particular, a method is specified, wherein the first route and the second route between the first end point and the second end point, which lie on the total route, are congruent for the total route.
Genannte Gesamtwegstrecke ist vorzugsweise stetig verlaufend. Die Gesamtwegstrecke kann aus einem oder mehreren Liniensegmenten und/oder einem oder mehreren Kurvensegmenten zusammengesetzt sein, was auch für die erste Wegstrecke und die zweite Wegstrecke gilt. Ein stetiger Verlauf bedeutet, dass innerhalb der Gesamtwegstrecke keine Sprünge oder abrupte Richtungswechsel auftreten. Bei einem Überlappen bzw. in einem Überlappungsabschnitt sind die erste Wegstrecke und die zweite Wegstrecke deckungsgleich, d.h. über einen Verlaufsabschnitt deckungsgleich.Said total distance is preferably continuous. The total route can be composed of one or more line segments and/or one or more curve segments, which also applies to the first route and the second route. A steady progression means that there are no jumps or abrupt changes of direction within the total distance. In the event of an overlap or in an overlapping section, the first route and the second route are congruent, i.e. congruent over a course section.
In einer speziellen Ausführungsform bildet die Gesamtwegstrecke eine Geodäte zwischen dem ersten Anfangspunkt und dem zweiten Anfangspunkt. Die Geodäte ist die kürzeste Verbindung zwischen erstem und zweitem Anfangspunkt entlang der Werkstückoberfläche.In a special embodiment, the total route forms a geodesic between the first starting point and the second starting point. The geodesic is the shortest connection between the first and second starting point along the workpiece surface.
In dem Verfahren werden Messwerte auf der ersten Wegstrecke in einem Bereich vom Maximumpunkt bis zum ersten Endpunkt, oder einem Teilbereich davon, eliminiert. Ein anderer Ausdruck hierfür ist „löschen“. Hierbei müssen nicht alle Messwerte eliminiert werden. Beispielsweise können nur offensichtlich fehlerhafte Messwerte, die beispielsweise eine definierte Fehlergrenze überschreiten, bzw. Messwertausreisser, eliminiert werden. Diese Variante ist dann sinnvoll, wenn der Maximumpunkt der ersten Wegstrecke vor dem ersten Endpunkt liegt und insbesondere dann, wenn vom Maximumpunkt bis zum ersten Endpunkt der Taststift mit der Werkstückoberfläche in der ersten Bewegungsrichtung einen Winkel von größer als 90° einschließt. In diesem Fall kann, wie bereits oben erwähnt, in dem Abschnitt von Maximumpunkt bis erste Endpunkt ein Stick-Slip-Effekt entstehen oder verstärkt sein. Durch Eliminierung der Messwerte in vorangehend beschriebener Weise können somit Messwerte, die durch einen Stick-Slip-Effekt beeinflusst sind und damit verzerrt oder verfälscht sind, eliminiert werden. Diese Vorgehensweise ist insbesondere auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn eine erwähnte erste Wegstrecke und eine zweite Wegstrecke überlappen, wie vorangehend erwähnt. Ein Abschnitt vom ersten Maximumpunkt bis zum ersten Endpunkt ist vorzugsweise ein Abschnitt, der mit einem Abschnitt der zweiten Wegstrecke überlappt, insbesondere mit einem Abschnitt der zweiten Wegstrecke, der vor dem Maximumpunkt liegt. Somit können Messwerte auf der zweiten Wegstrecke für das Messergebnis herangezogen werden, die Bewegungsrichtung entlang der zweiten Wegstrecke vor dem Maximumpunkt liegen und nicht mit einem Stick-Slip-Effekt beeinflusst sind und Messwerte auf der ersten Wegstrecke, die in Bewegungsrichtung auf der ersten Wegstrecke hinter dem Maximumpunkt liegen, für die Messwerterfassung entlang der Gesamtwegstrecke unberücksichtigt bleiben, da sie aufgrund des Stick-Slip-Effekts fehlerhaft sind. Eine Gesamtwegstrecke, bzw. ein Messergebnis entlang dieser, kann somit von fehlerhaften Messwerten befreit werden.In the method, measured values are eliminated on the first stretch in a range from the maximum point to the first end point, or a sub-range thereof. Another term for this is "delete". Not all measured values have to be eliminated here. For example, only obviously erroneous measured values that exceed a defined error limit, for example, or measured value outliers, can be eliminated. This variant makes sense when the maximum point of the first path is before the first end point and in particular when the stylus encloses an angle of greater than 90° with the workpiece surface in the first direction of movement from the maximum point to the first end point. In this case, as already mentioned above, a stick-slip effect can arise or be intensified in the section from the maximum point to the first end point. By eliminating the measured values in the manner described above, measured values that are influenced by a stick-slip effect and are therefore distorted or falsified can be eliminated. This procedure can also be advantageously used in particular when a first route mentioned and a second route overlap, as mentioned above. A section from the first maximum point to the first end point is preferably a section that overlaps with a section of the second route, in particular with a section of the second route that lies before the maximum point. Thus, measured values on the second path can be used for the measurement result, which are in the direction of movement along the second path before the maximum point and are not influenced by a stick-slip effect, and measured values on the first path that are in the direction of movement on the first path behind the maximum point are not taken into account for the acquisition of measured values along the entire distance, since they are faulty due to the stick-slip effect. A total distance, or a measurement result along it, can thus be freed from erroneous measurement values.
In analoger Weise werden Messwerte auf der zweiten Wegstrecke in einem Bereich von einem Maximumpunkt bis zu einem ersten Endpunkt, oder einem Teilbereich davon, eliminiert. In analoger Weise gilt hierfür das zuvor gesagte, lediglich aus anderer Perspektive betrachtet. Hierbei liegt der Maximumpunkt auf der zweiten Wegstrecke vor dem zweiten Endpunkt und vom Maximumpunkt bis zum zweiten Endpunkt schließt der Taststift mit der Werkstückoberfläche in der zweiten Bewegungsrichtung einen Winkel von größer als 90° ein. Entsprechend tritt in diesem Abschnitt der zweiten Wegstrecke ein Stick-Slip-Effekt auf oder wird verstärkt.Analogously, measured values on the second path are eliminated in a range from a maximum point to a first end point, or a sub-range thereof. The above applies in an analogous way, only viewed from a different perspective. The maximum point is on the second path before the second end point and from the maximum point to the second end point the stylus encloses an angle of greater than 90° with the workpiece surface in the second direction of movement. Accordingly, a stick-slip effect occurs or is intensified in this section of the second path.
Wie bereits erwähnt, sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hohe Scangeschwindigkeiten möglich, bei gleichzeitig guter Messqualität, d.h. korrekter Abbildung der zu vermessenden Struktur, auch ohne Anwendung einer Filterung von Messwerten. Die Scangeschwindigkeit des taktilen Messsystems beträgt in einer Variante der Erfindung mindestens 5 mm/s, vorzugsweise mindestens 10 mm/s, noch mehr bevorzugt mindestens 15 mm/s, am meisten bevorzugt mindestens 20 mm/s. Eine bevorzugte Obergrenze der Scangeschwindigkeit ist 40 mm/s, mehr bevorzugt 30 mm/s. Diese Obergrenzen können mit jeglicher der genannten Untergrenzen kombiniert werden. Die Scangeschwindigkeit ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Messsystems, bzw. des Tasterschafts bzw. eines Tastelements entlang der Werkstückoberfläche.As already mentioned, high scanning speeds are possible with the method according to the invention, with good measurement quality at the same time, ie correct imaging of the structure to be measured, even without using a filtering of measurement values. In one variant of the invention, the scanning speed of the tactile measuring system is at least 5 mm/s, preferably at least 10 mm/s, even more preferably at least 15 mm/s, most preferably at least 20 mm/s. A preferred upper limit of the scanning speed is 40 mm/s, more preferably 30 mm/s. These upper limits may be combined with any of the lower limits mentioned. The scanning speed is the movement speed of the measuring system, or the probe shaft or a probe element along the workpiece surface.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein Werkstück in Messlage in einem Koordinatenmessgerät, -
2 das Werkstück aus 1 in einer Ansicht von schräg oben, -
3a, b Messergebnisse, die mit einem herkömmlichen Messverfahren erhalten werden, -
4 einen Messablauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
5 Messwerte in einem Überlappungsbereich gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren und -
6a, b ,c Messergebnisse aus dem erfindungsgemäßen Verfahren (6a, 6b) und aus einem Verfahren nach dem Stand der Technik (6c) im Vergleich.
-
1 a workpiece in measuring position in a coordinate measuring machine, -
2 theworkpiece 1 in a view from above, -
3a, b Measurement results obtained with a conventional measurement method, -
4 a measurement sequence according to the method according to the invention, -
5 Measured values in an overlapping area according to a method according to the invention and -
6a, b ,c Measurement results from the method according to the invention (6a, 6b) and from a method according to the prior art (6c) in comparison.
Links neben dem Werkstück ist ein taktiles Messsystem 4 zu sehen, das den Taststift 5 und das Tastelement (Taster) 6 in Form einer Tastkugel aufweist.A
In
Bei einem herkömmlichen Verfahren wird die Tastkugel 6 an dem Punkt A1 angesetzt und bis zu dem Punkt A2 unter ständiger Berührung der Mantelfläche 7 verfahren. Die Punkte A1 und A2 können auf dem Äquator des Werkstücks 1 liegen, also etwas tiefer als in
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in
Bei dem zweiten Teilscan wird von dem Anfangspunkt A2 bis zu dem Endpunkt E2 gescannt, in Bewegungsrichtung B2. Der Scan erfolgt entlang der Wegstrecke A2-E2. Es ist erkennbar, dass die Bewegungsrichtung B2 der Bewegungsrichtung B1 entgegengesetzt ist. Der Maximumpunkt M liegt auch auf der Wegstrecke A2-E2.In the second partial scan, scanning takes place from the starting point A2 to the end point E2, in the direction of movement B2. The scan takes place along the route A2-E2. It can be seen that the direction of movement B2 is opposite to the direction of movement B1. The maximum point M also lies on the route A2-E2.
Es ist erkennbar, dass die Wegstrecken A1-E1 und A2-E2 überlappen, und zwar in einem Überlappungsbereich, der sich von dem Endpunkt E1 der ersten Wegstrecke bis zu dem Endpunkt E2 der zweiten Wegstrecke erstreckt. Der Überlappungsbereich ist durch eine Strich-Punkt-Linie angedeutet. Aus den beiden Teilscans bzw. den beiden Wegstrecken A1-E1 und A2-E2 wird die Gesamtwegstrecke A1-A2 gebildet, die den erwähnten Überlappungsbereich E1-E2 aufweist. Alternativ könnte der erste Teilscan von A1 bis M erfolgen und der zweite Teilscan von A2 bis M, sodass beide Wegstrecken A1-M und A2-M sich in Punkt M treffen würden. In einer weiteren Variante könne der Treffpunkt der beiden Teilscans auch in einem Punkt neben M liegen. D.h. der Treffpunkt muss nicht unbedingt der höchste Punkt M auf der Werkstückoberfläche 7 sein.It can be seen that the routes A1-E1 and A2-E2 overlap, specifically in an overlapping area that extends from the end point E1 of the first route to the end point E2 of the second route. The overlapping area is indicated by a dash-dot line. The total distance A1-A2, which has the mentioned overlapping area E1-E2, is formed from the two partial scans or the two distances A1-E1 and A2-E2. Alternatively, the first partial scan could be from A1 to M and the second partial scan from A2 to M, so that both paths A1-M and A2-M would meet at point M. In a further variant, the meeting point of the two partial scans can also be at a point next to M. I.e. the meeting point does not necessarily have to be the highest point M on the
In
In
Gezeigt sind vier Berührpunkte des Tastelements 6, nämlich an dem Anfangspunkt A1, dem Endpunkt E1, dem Anfangspunkt A2 und dem Endpunkt E2, welche vorangehend anhand
Wie erwähnt erfolgt der erste Teilscan in Bewegungsrichtung B1 von Punkt A1 bis Punkt E1. Der Taststift und das Tastelement 6 sind in den entsprechenden Situationen dargestellt. Bei Berührung des Anfangspunktes A1 durch das Tastelement 6 wird zwischen der Tangente und dem Taststift 5 der Winkel α1 gebildet. Der Winkel α1 wird in der Bewegungsrichtung B1 betrachtet. Erkennbar ist der Winkel α1 kleiner als 90°. Erreicht das Tastelement 6 den Maximumpunkt M, beträgt der Winkel α1 genau 90°. Wird das Tastelement in Bewegungsrichtung B1 über den Maximumpunkt M hinaus verfahren, wird in Bewegungsrichtung B1 zwischen dem Taststift 5 und der entsprechenden Tangente im Berührpunkt ein Winkel a2 von größer als 90° ausgebildet. Der Winkel a2 an dem Endpunkt E1 ist in
Bei dem zweiten Teilscan, der von Punkt A2 bis Punkt E2 verläuft, werden die Winkel β1 und β2 gebildet. In analoger Weise beträgt der Winkel β1 von dem Punkt A2 bis Punkt M maximal 90° und ist zwischen Punkt M und E2 größer als 90°.In the second partial scan, which runs from point A2 to point E2, the angles β1 and β2 are formed. In an analogous manner, the angle β1 from point A2 to point M is a maximum of 90° and is greater than 90° between point M and E2.
Links in
In
Es ist daher in dem Verfahren bevorzugt, Messwerte, die in Bewegungsrichtung B1 zwischen Punkt M und Punkt E1 erhalten werden, sowie Messwerte, die in Bewegungsrichtung B2 zwischen Punkt M und Punkt E2 erhalten werden, zu eliminieren. Zugrunde gelegt werden für das Messergebnis im Überlappungsbereich die Messwerte in Bewegungsrichtung B1 zwischen E2 und M und in Bewegungsrichtung B2 zwischen E1 und M. Anders gesagt werden nur Messwerte berücksichtigt, bei denen ein Winkel α1 und ein Winkel β1 eingestellt werden.It is therefore preferable in the method to eliminate measurement values obtained in movement direction B1 between point M and point E1, as well as measurement values obtained in movement direction B2 between point M and point E2. The measurement result in the overlapping area is based on the measurement values in the direction of movement B1 between E2 and M and in the direction of movement B2 between E1 and M. In other words, only measurement values are taken into account for which an angle α1 and an angle β1 are set.
In
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