DE102016226087B4 - Dreh-Schwenk-Sensorsystem für ein Koordinatenmessgerät - Google Patents

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Abstract

Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) für ein Koordinatenmessgerät, aufweisendeine Kopplungseinrichtung (2), mit dem das Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) an einen Messkopf (32) eines Koordinatenmessgeräts ankoppelbar ist,ein Sensorhalteteil (5), das direkt oder indirekt mit der Kopplungseinrichtung (2) verbunden ist,einen Sensor (10), der drehbar um eine erste Drehachse (D1) an dem Sensorhalteteil (5) gelagert ist und um diese erste Drehachse (D1) in einem kontinuierlichen Winkelbereich verschwenkbar ist,gekennzeichnet durchein Winkelmesssystem (17), mit dem ein Schwenkwinkel des Sensors (10) bestimmbar ist, undeine mechanisch betätigbare Feststellvorrichtung (18), mit welcher der Sensor (10) in einer Schwenkposition fixierbar ist,wobei die Feststellvorrichtung (18) Reibflächen aufweist, die im feststehenden Zustand gegeneinander pressbar sind,wobei eine der gegeneinander pressbaren Reibflächen durch eine Backe (22; 23) eines Hebels (19; 20) und die andere der gegeneinander pressbaren Reibflächen durch eine gegenüberliegende Seite einer Scheibe (21) ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dreh-Schwenk-Sensorsystem für ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Einstellen eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems in einem Koordinatenmessgerät.
  • Für die Vermessung von Bauteilen werden Koordinatenmessgeräte (nachfolgend auch KMG) eingesetzt. Je nach Anwendungsfall werden verschiedene Sensorsysteme eingesetzt. Zusammen mit einem Messkopf, wie z.B. die VAST-Familie von Zeiss, bildet ein Sensorsystem ein sogenanntes Messkopfsystem. Ein Sensorsystem kann auf taktilen oder optischen Sensoren basieren und berührend oder berührungslos arbeiten. Als Beispiel eines taktilen, berührenden Sensorsystems werden beispielsweise Taststiftkonfigurationen eingesetzt. Diese können während eines Messprozesses aktiv gewechselt werden. Die Taststiftkonfigurationen werden in einem speziellen Magazinplatz vorgehalten.
  • Die verschiedenen Taststiftkonfigurationen werden mittels einer Wechselschnittstelle, die standardisiert ist, an den Messkopf angekoppelt. Jede an der Taststiftkonfiguration vorhandene Tastkugel muss einmal eingemessen werden. Nach dem Einmessen kann die Taststiftkonfiguration beliebig oft eingewechselt werden, ohne erneute Nachkalibrierung.
  • Bei großen und komplizierten Werkstücken, beispielsweise Motorblock und Zylinderkopf, mit vielen zu messenden Merkmalen, werden für die komplette Vermessung viele Taststiftkonfigurationen benötigt. Eine Taststiftkonfiguration weist beispielsweise mehrere Taster (aufweisend einen Schaft und beispielsweise eine Tastkugel) auf, die in verschiedene Richtungen orientiert sind. Der benötigte Platz für die Ablage verschiedener Taststiftkonfigurationen ist oft ein begrenzender Faktor, abgesehen von den Kosten. Bei der Vermessung komplizierter Werkstücke gibt es Merkmale, die mit hoher Genauigkeit gemessen werden müssen und welcher, die mit geringerer Genauigkeit gemessen werden müssen.
  • Für die weniger genau zu vermessenden Merkmale können prinzipiell Dreh-Schwenk-Messkopfsysteme verwendet werden, wie z.B. eine rastende Dreh-Schwenk-Einheit RDS® von Zeiss, welche erlaubt, den Taststift um zwei Achsen in diskreten 2,5°-Schritten zu drehen. Dadurch lässt sich die Anzahl der benötigten Taststiftkonfigurationen deutlich reduzieren. Nachteilig ist die geringere Genauigkeit solcher Systeme. Beispielsweise reicht bei einer Zylinderblock- und -kopfvermessung diese Genauigkeit oft nicht aus. Und wenn kleine schräge Bohrungen mit einer gewissen Tiefe gemessen werden müssen, sind die diskreten Schritte in der Winkeleinstellung problematisch. Es kommt dann in den Bohrungen zu einer nicht definierten Schaftantastung und dadurch zu einer Fehlmessung.
  • Die DE 10 2005 063 242 A1 offenbart eine Magnetkupplung zum Arretieren eines Drehgelenks bei einem Koordinatenmessgerät. Die DE 2016 201 466 B3 offenbart eine Dreheinheit für ein Koordinatenmessgerät mit Gegenrastelementen, um eine Vielzahl von Drehstellungen über entsprechende Einrastpositionen einstellen zu können. Die DE 20 2008 013 988 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Einsatz in Verbindung mit einer Koordinatenmessmaschine mit einer über eine Dreh-Schwenk-Einheit bewegbaren Messnadel. Die DE 10 2009 048 581 B3 offenbart ein magnetisch betätigbares Drehgelenk und ein Verfahren zum Betreiben des Gelenks.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abhilfe für das o.g. Problem zu schaffen.
  • Gelöst wird das Problem mit einem Dreh-Schwenk-Sensorsystem sowie zwei Verfahren zum Einstellen eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in abhängigen Ansprüchen sowie in dieser Beschreibung angegeben.
  • Angegeben wird von der Erfindung ein Dreh-Schwenk-Sensorsystem für ein Koordinatenmessgerät, aufweisend
    eine Kopplungseinrichtung, mit dem das Dreh-Schwenk-Sensorsystem an einen Messkopf eines Koordinatenmessgeräts ankoppelbar ist,
    ein Sensorhalteteil, das direkt oder indirekt mit der Kopplungseinrichtung verbunden ist, einen Sensor, der drehbar um eine erste Drehachse an dem Sensorhalteteil gelagert ist und um diese erste Drehachse in einem kontinuierlichen Winkelbereich verschwenkbar ist,
    ein Winkelmesssystem, mit dem ein Schwenkwinkel des Sensors bestimmbar ist,
    sowie
    eine Feststellvorrichtung, mit welcher der Sensor in einer Schwenkposition fixierbar ist.
  • Das Dreh-Schwenk-Sensorsystem kann auch einfach als Sensorsystem bezeichnet werden.
  • Durch die Erfindung wird ein verstellbarer Sensor bereitgestellt, der kontinuierlich um eine Achse oder mehrere Achsen (vorzugsweise zwei) gedreht werden kann. Dieser Sensor lässt sich wie eine feste Sensorkonfiguration, beispielsweise eine Taststiftkonfiguration, an einen Messkopf ankoppeln. Eine Kombination aus einem erfindungsgemäßen Dreh-Schwenk-Sensorsystem und einem Messkopf wird auch als Dreh-Schwenk-Messkopfsystem bezeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird eine hohe Genauigkeit eines Systems mit einer festen Sensorkonfiguration mit einer Flexibilität einer verstellbaren Sensorkonfiguration erreicht.
  • Es entfällt die Notwendigkeit, eine feste Sensorkonfiguration gegen eine Dreh-Schwenkeinheit auszuwechseln, um eine höhere Flexibilität zu erhalten.
  • Das erfindungsgemäße Dreh-Schwenk-Sensorsystem benötigt keine eigene Sensorik zur Koordinatenmessung und es sind die Sensoren des Messkopfes verwendbar, wobei bekannte Messköpfe nach dem Stand der Technik verwendet werden können, wie z.B. VAST® von Zeiss. Vor einer Messung ist es lediglich erforderlich, Winkelpositionen vorhandener Dreh- und Schwenkachsen zu bestimmen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass vorhandene Messverfahren eines aktiven Messkopfs genutzt werden können, wenn das erfindungsgemäße Dreh-Schwenk-Sensorsystem mit einem solchen Messkopf gekoppelt wird.
  • Die Kopplungseinrichtung weist beispielsweise eine Schnittstelle auf, die passend zu einer Schnittstelle an einem Messkopf ist.
  • Das Dreh-Schwenk-Sensorsystem kann eine zweite Drehachse aufweisen, um die Teile des Dreh-Schwenk-Sensorsystems relativ zueinander drehbar sind. Eine erwähnte erste Drehachse und eine zweite Drehachse können vorzugsweise senkrecht zueinander sein. Die zweite Drehachse ist beispielsweise eine in Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems ausgerichtete Drehachse. In einer anderen Variante ist eine zweite Drehachse dort gebildet, wo das Sensorsystem an einen Messkopf angekoppelt wird. D.h. das Sensorsystem ist insgesamt relativ zu dem Messkopf drehbar.
  • Das Sensorhalteteil und die Kopplungseinrichtung sind vorzugsweise starr miteinander verbunden. Eine indirekte Verbindung kann über Zwischenelemente erfolgen. Anders ausgedrückt ist die Kopplungseinrichtung direkt oder indirekt an dem Sensorhalteteil befestigt.
  • Der Sensor ist insbesondere mittels eines Drehgelenks um die genannte erste Drehachse an dem Sensorhalteteil drehbar gelagert. Als Sensor ist ein berührender oder ein berührungsloser Sensor einsetzbar. Es ist ein taktiler (antastender) oder optischer Sensor verwendbar. Ein taktiler Sensor weist insbesondere einen Schaft und ein Tastelement auf. Ein besonders vorteilhafter optischer Sensor ist ein konfokaler Weißlichtsensor.
  • Der Sensor ist vorzugsweise ein langgestreckter Sensor, insbesondere mit einem Längezu-Durchmesser-Verhältnis von größer als 3:1.
  • Das Winkelmesssystem kann ein absolut messendes oder in inkrementelles Winkelmesssystem sein. Das Winkelmesssystem kann auf einen beliebigen Nullpunkt bezogen sein. Beispielsweise ist eine Nullstellung auf einer Achse definiert, die parallel zur Z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems ist. Anders ausgedrückt kann im Falle eines taktilen Sensors mit einem Schaft die Winkel-Nullstellung dann eingestellt sein, wenn der Schaft senkrecht, in Z-Richtung ausgerichtet ist. Schwenkwinkel in die eine oder andere Richtung könne mit einem positiven bzw. einem negativen Vorzeichen versehen sein. Der Winkel-Nullpunkt kann aber auch an eine beliebige andere Position gesetzt sein.
  • Die Feststellvorrichtung kann ein erstes Feststellteil und ein zweites Feststellteil aufweisen, die durch Betätigen eines Feststellmechanismus gegeneinander fixiert werden können. Das erste Feststellteil kann mit dem Sensor starr verbunden sein, das zweite Feststellteil kann mit dem Sensorhalteteil fest (d.h. unbeweglich) verbunden sein. Das erste Teil der Feststellvorrichtung und das zweite Teil der Feststellvorrichtung werden vorzugsweise gegeneinander gepresst. Hierzu kann die Feststellvorrichtung einen geeigneten Pressmechanismus aufweisen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung stellt die Feststellvorrichtung im feststellenden Zustand eine kraftschlüssige Verbindung bereit. Anders ausgedrückt ist die Feststellvorrichtung dazu eingerichtet, im feststellenden Zustand eine kraftschlüssige Verbindung herzustellen. Vom feststellenden Zustand wird der gelöste Zustand unterschieden. Erfindungsgemäß weist die Feststellvorrichtung Reibflächen auf, die im feststellenden Zustand gegeneinander pressbar sind. Reibflächen sind anders ausgedrückt Flächen, zwischen denen eine Haftreibung besteht, wenn diese gegeneinander gepresst werden. Eine erste Reibfläche kann an einem ersten Teil der Feststellvorrichtung vorgesehen sein und eine zweite Reibfläche kann an einem zweiten Teil der Feststellvorrichtung vorgesehen sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt die Feststellvorrichtung im feststehenden Zustand eine formschlüssige Verbindung her. Diese Ausführungsform kann mit einer vorangehend genannten Ausführungsform mit einer kraftschlüssigen Verbindung kombiniert werden. Anders ausgedrückt ist die Feststellvorrichtung dazu eingerichtet, eine formschlüssige Verbindung im feststehenden Zustand herzustellen. insbesondere kann die Feststellvorrichtung eine Verzahnung mit ineinander greifenden Zähnen aufweisen. Ein erwähnter erster Teil der Feststellvorrichtung kann ein Formmerkmal in Form von Zähnen aufweisen und ein zweiter Teil der Feststellvorrichtung kann ebenfalls ein Formmerkmal in Form von Zähnen aufweisen. Beide Formmerkmale sind zueinander komplementär geformt, sodass im feststehenden Zustand erwähnte Zähne ineinander greifen und einen Formschluss bilden.
  • In einer Ausführungsform weist das Dreh-Schwenk-Sensorsystem einen Motor auf, mit dem die Feststellvorrichtung in den feststehenden Zustand bringbar oder, umgekehrt, lösbar ist. Ebenfalls kann ein Antrieb vorhanden sein. Der Motor kann einen erwähnten Feststellmechanismus antreiben. Diese Ausführungsform ist besonders gut für eine mechanisch betätigbare Feststellvorrichtung geeignet.
  • Die Feststellvorrichtung ist als mechanische Bremse ausgebildet. Nicht erfindungsgemäß kann die Feststellvorrichtung als elektrische, magnetische oder elektromagnetische Bremse ausgebildet sein.
  • Als nicht erfindungsgemäße Ausführungsform wird beschrieben, dass die Feststellvorrichtung eine magnetisch, insbesondere elektromagnetisch wirkende Bremse aufweist.
  • Wie erwähnt, ist der Sensor an dem Sensorhalteteil drehbar gelagert. Vorgesehen ist insbesondere ein hochpräzises Lager. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Wälzlager eingesetzt.
  • Nachfolgend werden Verfahren angegeben, in denen ein vorangehend beschriebenes Dreh-Schwenk-Sensorsystem einsetzbar ist.
  • Angegeben wird von der Erfindung auch ein Verfahren zum Einstellen eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems in einem Koordinatenmessgerät, aufweisend,
    1. a) Ankoppeln eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems nach einem der Ansprüche 1-5 an einen Messkopf des Koordinatenmessgeräts,
    2. b) Verschwenken des Sensors in eine Schwenkposition,
    3. c) Betätigen der Feststellvorrichtung in den feststehenden Zustand und Fixierung des Sensors in der Schwenkposition.
  • Der Messkopf des Koordinatenmessgeräts (KMG) kann insbesondere ein messender oder ein schaltender Messkopf sein. Bevorzugt ist ein messender Messkopf bzw. ein messendes Messsystem.
  • Das Verschwenken des Sensors in eine Schwenkposition wird vorzugsweise so vorgenommen, dass die eingestellte Schwenkposition zu einer gestellten Messaufgabe passt. Obige Schritte b) und c) können beliebig oft wiederholt werden, um verschiedene Schwenkpositionen einzustellen. An die Schritte b) und c) kann sich der Schritt der Koordinatenmessung an einem Werkstück anschließen. Soll eine andere Schwenkposition eingestellt werden, kann die Feststellvorrichtung gelöst werden, also in den gelösten Zustand verbracht werden, anschließend eine geänderte Schwenkposition eingestellt werden (Schritt b) oder auch bezeichnet als b'), wegen einer geänderten Schwenkposition). Danach kann Schritt c) erfolgen, also die Feststellvorrichtung in den feststehenden Zustand verbracht werden, um mit der geänderten Schwenkposition weitere Messungen vorzunehmen. Diese Schritte können beliebig oft vorgenommen werden, je nach Anzahl benötigter Schwenkpositionen.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens, die als gesonderter Aspekt weiterverfolgt wird, weist das Verfahren auf:
    • - Ermitteln eines Ist-Schwenkwinkels mit dem Winkelmesssystem vor und nach dem Betätigen der Feststellvorrichtung,
    • - Vergleich mit einem Soll-Schwenkwinkel,
    • - Korrektur des Ist-Schwenkwinkels, wenn bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen dem Ist-Schwenkwinkel und dem Soll-Schwenkwinkel festgestellt wird, wobei bei der Korrektur die Abweichung durch Ändern des Ist-Schwenkwinkels eliminiert oder im Wesentlichen eliminiert wird.
  • In dieser Verfahrensvariante kann in vorteilhafter Weise die Möglichkeit zur kontinuierlichen Winkeleinstellung bei dem erfindungsgemäßen Sensorsystem benutzt werden
  • Wenn der Ist-Schwenkwinkel nach dem Betätigen der Feststellvorrichtung ermittelt wird und eine Korrektur des Ist-Schwenkwinkels erfolgen soll, muss selbstverständlich die Feststellvorrichtung gelöst werden, um den Ist-Schwenkwinkel durch Verschwenken zu ändern. Darum umfasst das Verfahren in erwähntem drittem Schritt gegebenenfalls vor dem Ändern des Ist-Schwenkwinkels das Lösen der Feststellvorrichtung, sofern diese zuvor betätigt wurde.
  • In einer weiteren speziellen Verfahrensvariante, die als gesonderter Aspekt weiterverfolgt wird, weist das Verfahren auf:
    • - Ermitteln eines Ist-Schwenkwinkels mit dem Winkelmesssystem nach dem Betätigen der Feststellvorrichtung,
    • - Vergleich mit einem Soll-Schwenkwinkel,
    • - Ermitteln eines rechnerischen Korrekturwerts, wenn bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen dem Ist-Schwenkwinkel und dem Soll-Schwenkwinkel festgestellt wird.
  • Diese Verfahrensvariante wird eingesetzt, wenn geringe Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Schwenkwinkel verbleiben, nachdem die Feststellvorrichtung betätigt, d.h. in den feststellenden Zustand verbracht wurde. Bei größeren Abweichungen ist es bevorzugt, wie oben vorzugehen, d.h. die Abweichung durch tatsächliche Änderung des Ist-Schwenkwinkels zu korrigieren. Allerdings bleiben bei diesem Verfahren der tatsächlichen Korrektur durch Bewegung nach dem erneuten Feststellen häufig erwähnte minimale Restabweichungen, die vorzugsweise rechnerisch korrigiert werden.
  • Durch Betätigung der Feststellvorrichtung und Aufbringen einer Feststellkraft kann eine Winkelabweichung zu dem gewünschten Sollwinkel hervorgerufen werden, die im Allgemeinen aber nur sehr gering ist. Für Messaufgaben kann der Sollwinkel zugrunde gelegt werden. Eine real vorhandene Abweichung zwischen Ist- und Sollwinkel nach Feststellung kann rechnerisch korrigiert werden. Hierzu wird erwähnter rechnerischer Korrekturwert eingesetzt. Eine Weiterbildung des Verfahrens, die auch als Messverfahren bezeichnet werden kann, weist nämlich auf:
    • - Koordinatenmessung an einem Werkstück,
    • - Korrigieren von Messergebnissen aus der Koordinatenmessung unter Verwendung des rechnerischen Korrekturwerts.
  • Alternativ kann der Ist-Winkel, der sich nach der Feststellung ergibt und der feststellbar ist, der Messung zugrunde gelegt werden.
  • Allgemein kann in der Erfindung durch das erwähnte Winkelmesssystem der Schwenkwinkel des Sensors bestimmt werden, beispielsweise ein Winkel eines Taststifts oder eines Tasterschafts bei einem taktilen Sensor. Die Position eines Antastelements, beispielsweise einer Antastkugel, kann durch einen separaten Einmessvorgang bestimmt werden, beispielsweise mit einer Einmesskugel.
  • In einer Variante des Verfahrens wird ein erwähnter Motor zur Ansteuerung der Feststellvorrichtung mit einem elektronischen Bus-System angesteuert. Ebenfalls kann das erwähnte Winkelmesssystem über ein Bus-System kommunizieren bzw. ausgelesen werden.
  • In einer Verfahrensvariante wird das Bussystem deaktiviert, wenn die Feststellvorrichtung in den feststellenden Zustand verbracht ist, insbesondere wenn die Feststellvorrichtung nach einer Korrektur des Ist-Schwenkwinkels in den feststellenden Zustand verbracht wird. Ganz besonders vorteilhaft ist die Deaktivierung des Bussystems bei der Vermessung von Koordinaten an einem Werkstück. Durch die Deaktivierung des Bussystems wird eine Erwärmung gering gehalten oder eine weitere Erwärmung verhindert, was die Genauigkeit der Messergebnisse verbessert.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Dreh-Schwenk-Sensorsystems,
    • 2a, 2b, 2c verschiedene Anordnungen von Drehachsen und Aufbauten des Dreh-Schwenk-Sensorsystems,
    • 3 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.
  • Das in 1 gezeigte Dreh-Schwenk-Sensorsystem 1 weist die Kopplungseinrichtung 2 in Form eines Tellers 3 mit darin gelagerten Walzen 4 auf. Mit dieser Kopplungseinrichtung 2 ist das Dreh-Schwenk-Sensorsystem 1 an einen Messkopf 32 (s. 2b) eines Koordinatenmessgeräts ankoppelbar.
  • Mit der Kopplungseinrichtung 2 ist das Sensorhalteteil 5 verbunden, das auch eine tragende Struktur des Sensorsystems 1 ausmacht. Das Sensorhalteteil 5 ist von dem Gehäuse 6 umgeben.
  • In dem Sensorhalteteil 5 ist über Wälzlager 7, 8 eine Welle 9 des Sensors 10 drehbar um die Drehachse D gelagert. Der Sensor 10 weist das Verbindungsstück 11 auf, das an der Welle 9 befestigt ist, und den rechtwinklig zur Welle abstehenden Schaft 12, an dessen nicht gezeigtem Ende beispielsweise ein Tastelement, insbesondere eine Tastkugel, befestigt sein kann. Ebenso ist es möglich, dass der Sensor 10 ein optischer Sensor ist und das Teil 12 ein längliches Bauteil eines solchen optischen Sensors ist, das um die Drehachse D1 verschwenkbar ist.
  • Die Welle 9 ist von dem Motor 13 antreibbar. Der Motor 13 weist die Motorwelle 14 auf, die mit dem Zahnrad 15 verbunden ist. Das Zahnrad 15 greift in ein Zahnrad 16 ein, das in der 1 im Querschnitt zu sehen ist und an der Welle 9 befestigt ist.
  • Fluchtend zu der Drehachse D1 ist neben der Welle 9 das absolut messende Winkelmesssystem 17 angeordnet, das ein berührungslos arbeitendes Winkelmesssystem ist.
  • Ferner weist das Dreh-Schwenk-Sensorsystem 1 die Feststellvorrichtung 18 auf. Die Feststellvorrichtung 18 weist die Hebel 19, 20 sowie die Scheibe 21 auf, welche an dem Zahnrad 16 fixiert ist und radial zur Drehachse D1 über dieses hervorsteht. Die Scheibe 21 ist ebenfalls im Querschnitt gezeigt und ringförmig ausgebildet. Durch Pressen der Backen 22 und 23, die an den Hebeln 19, 20 ausgebildet sind, gegen gegenüberliegende Seiten der Scheibe 21 kann die Feststellvorrichtung 18 in den feststellenden Zustand gebracht werden, sodass der Sensor 10 nicht mehr um die Drehachse D1 drehbar ist. Die Hebel 19, 20 sind gegeneinander um die Drehachse 24 drehbar. Vorgesehen ist ein Motor 25, dessen Motorwelle 26 mit dem Ritzel 27 verbunden ist, welches wiederum ein Exzenterzahnrad 28 antreibt. Durch das Exzenterzahnrad 28 werden die Hebel 19, 20 auf Seiten des Motors, also in der 1 links von der Drehachse 24, auseinandergetrieben, sodass die Backen 22, 23 gegen die Scheibe 21 pressen und so den Sensor 10 in der momentanen Drehposition fixieren. Für den Fall, dass das Exzenterzahnrad 28 die Hebel 19, 20 nicht auseinanderbewegt, also keine Kraft auf die Hebel ausübt, ist ein Rückstellmechanismus vorgesehen, der nicht näher dargestellt ist, beispielsweise eine Feder.
  • 2a, 2b, 2c zeigen drei verschiedene Ausprägungen eines Dreh-Schwenk-Gelenks, die der Einfachheit halber alle mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet werden. In 2a ist der in 1 gezeigte Aufbau dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente zeigen. Diese Anordnung wird auch als fliegende Anordnung einer Drehachse bezeichnet. In 2a ist im Gegensatz zu 1 auch eine am Ende des Schaftes 12 vorgesehene Tastkugel 29 dargestellt. In 2b ist eine sogenannte mittige Anordnung der Drehachse bzw. des verschwenkbaren Teils, bestehend aus dem Verbindungsstück 11, dem Schaft 12 und der Tastkugel 29, gezeigt. In 2c weist das Dreh-Schwenk-Sensorsystem eine erste Drehachse D1 auf, die auch in vorangehenden Figuren gezeigt ist, sowie eine zweite Drehachse D2. Es ist ein Zwischenstück 30 vorgesehen, das relativ zu der Kopplungseinrichtung 2 um die Achse D2 verdrehbar ist. Somit weist das Dreh-Schwenk-Sensorsystem in sich bereits zwei Drehachsen, D1 und D2, auf. Bei den Ausführungsformen in 2a und 2b hingegen ist ein Drehgelenk auf Seiten des Messkopfes 32 vorgesehen, an welchen das Dreh-Schwenk-Sensorsystem mit der Kopplungseinrichtung 2 angekoppelt wird. Beispielsweise kann eine an dem Messkopf vorgesehene Gegenkopplungseinrichtung 31, die mit der Kopplungseinrichtung 2 zusammenwirkt, gegenüber dem Messkopf 32 verdrehbar sein.
  • In 3 ist ein erfindungsgemäßer Verfahrensablauf schematisch dargestellt.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann so erfolgen, dass das Dreh-Schwenk Sensorsystem 1 an den Messkopf 32 angekoppelt wird (siehe 2b). Anschließend wird gemäß dem Aufbau nach 2b der Sensor 10 in eine erwünschte Schwenkposition verbracht, beispielsweise kann er aus der in 2b gezeigten Position senkrecht nach unten in eine horizontale Position gedreht werden, sodass der Schaft 12 senkrecht zu den Drehachsen D1 und D2 steht. Anschließend wird die Feststellvorrichtung 18 wie in 1 beschrieben betätigt und der Sensor 10 in dieser Schwenkposition fixiert. Der Schritt des Ankoppelns ist in 3 als Sa bezeichnet, der Schritt des Verschwenkens als Sb und der Schritt des Betätigens der Feststellvorrichtung als Schritt Sc. Der Schritt Sc kann alternativ, statt vor dem nachfolgend noch erläuterten Schritt S1, auch nach dem nachfolgend noch erläuterten Schritt S3 erfolgen.
  • Dann wird in Schritt S1 ein Ist-Schwenkwinkel mit dem Winkelmesssystem 17 ermittelt, wobei die Feststellvorrichtung 18 betätigt, d.h. die Schwenkposition des Schaftes 12 fixiert sein kann, oder nicht betätigt sein kann. Mit dem Winkelmesssystem 17 wird ein absoluter Winkel, bezogen auf einen Nullpunkt, ermittelt.
  • Anschließend wird in Schritt S2 mit einem Soll-Schwenkwinkel verglichen, der in der Regel ein vorgegebener Schwenkwinkel ist. Falls bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen Ist-Schwenkwinkel und Soll-Schwenkwinkel festgestellt wird, wird in Schritt S3 eine Korrektur vorgenommen, um den Ist-Schwenkwinkel auf den Soll-Schwenkwinkel einzustellen oder weitgehend anzunähern. Stattdessen kann bei einer minimalen Abweichung statt eines tatsächlichen Veränderns des Schwenkwinkels in einem Schritt S4 ein rechnerischer Korrekturwert ermittelt werden, beispielsweise wenn die Abweichung zwischen Ist-Schwenkwinkel und Soll-Schwenkwinkel so klein ist, dass dieser Fehler durch ein Verstellen entweder nicht behoben werden kann oder nur vergrößert wird. Diese Variante ist ganz rechts in 3 dargestellt.
  • Es kann auch nach dem Schritt des tatsächlichen Änderns des Ist-Schwenkwinkels in Schritt S3 noch einmal ein Vergleich gemäß Schritt S2 mit dem Sollwinkel erfolgen und anschließend ein rechnerischer Korrekturwert im Schritt S4 ermittelt werden. Beispielsweise wird nach einem Korrigieren in Schritt S3 die Feststellvorrichtung in die feststellende Position gebracht. Hierbei kann durch mechanische Einwirkung, zwischen der Scheibe 21 und den Backen 22, 23 in 1, eine minimale Winkelverstellung erfolgen. Diese minimale sich ergebende Abweichung zwischen Ist-Schwenkwinkel und Soll-Schwenkwinkel ist durch nochmaliges Lösen der Feststellvorrichtung 18, Verdrehen des Schaftes 12 und nochmaliges Feststellen der Feststellvorrichtung 18 nicht korrigierbar, da bei erneutem Feststellen der Feststellvorrichtung 18 wiederum eine Abweichung zwischen Ist-Schwenkwinkel und Soll-Schwenkwinkel erzeugt wird. Also wird nach einem nochmaligen Schritt S2 in einem Schritt S4 ein rechnerischer Korrekturwert ermittelt. Diese Verfahrensvariante ist bei 3, mittlerer Ast des Verfahrensschemas dargestellt.
  • Der linke Ast des Verfahrensschemas in 3 zeigt den eher seltenen Fall, dass überhaupt keine Abweichung zwischen Ist-Schwenkwinkel und Soll-Schwenkwinkel vorliegt. In diesem Fall kann sofort in Schritt S5 eine Koordinatenmessung an einem Werkstück vorgenommen werden. Ansonsten wird die Koordinatenmessung S5 nach Ermitteln des rechnerischen Korrekturwerts in Schritt S4 vorgenommen. Alternativ könnte Schritt S5 auch direkt nach Schritt S3 vorgenommen werden, wenn man mit der verbleibenden Abweichung zwischen Ist-Schwenkwinkel und Soll-Schwenkwinkel auch ohne Korrektur eine Messung vornehmen möchte. In Schritt S6 werden Messergebnisse aus der Koordinatenmessung an einem Werkstück mit Hilfe des rechnerischen Korrekturwerts, der in Schritt S4 ermittelt wurde, korrigiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dreh-Schwenk-Sensorsystem
    2
    Kopplungseinrichtung
    3
    Teller
    4
    Walzen
    5
    Sensorhalteteil
    6
    Gehäuse
    7, 8
    Wälzlager
    9
    Welle
    10
    Sensor
    11
    Verbindungsstück
    12
    Schaft
    13
    Motor
    14
    Motorwelle
    15
    Zahnrad
    16
    Zahnrad
    17
    Winkelmesssystem
    18
    Feststellvorrichtung
    19, 20
    Hebel
    21
    Scheibe
    22, 23
    Backen
    24
    Drehachse
    25
    Motor
    26
    Motorwelle
    27
    Ritzel
    28
    Exzenterzahnrad
    29
    Tastkugel
    31
    Gegenkopplungseinrichtung
    32
    Messkopf
    D1, D2
    Drehachsen
    Sa
    Schritt des Ankoppelns der Feststellvorrichtung
    Sb
    Schritt des Verschwenkens der Feststellvorrichtung
    Sc
    Schritt des Betätigens der Feststellvorrichtung
    S1
    Schritt des Ermittelns eines Ist-Schwenkwinkels
    S2
    Schritt des Vergleichs mit einem Soll-Schwenkwinkel
    S3
    Schritt der Korrektur des Ist-Schwenkwinkels
    S4
    Schritt des Ermittelns eines rechnerischen Korrekturwerts
    S5
    Schritt der Koordinatenmessung an einem Werkstück
    S6
    Schritt des Korrigierens von Messergebnissen aus der Koordinatenmessung

Claims (9)

  1. Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) für ein Koordinatenmessgerät, aufweisend eine Kopplungseinrichtung (2), mit dem das Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) an einen Messkopf (32) eines Koordinatenmessgeräts ankoppelbar ist, ein Sensorhalteteil (5), das direkt oder indirekt mit der Kopplungseinrichtung (2) verbunden ist, einen Sensor (10), der drehbar um eine erste Drehachse (D1) an dem Sensorhalteteil (5) gelagert ist und um diese erste Drehachse (D1) in einem kontinuierlichen Winkelbereich verschwenkbar ist, gekennzeichnet durch ein Winkelmesssystem (17), mit dem ein Schwenkwinkel des Sensors (10) bestimmbar ist, und eine mechanisch betätigbare Feststellvorrichtung (18), mit welcher der Sensor (10) in einer Schwenkposition fixierbar ist, wobei die Feststellvorrichtung (18) Reibflächen aufweist, die im feststehenden Zustand gegeneinander pressbar sind, wobei eine der gegeneinander pressbaren Reibflächen durch eine Backe (22; 23) eines Hebels (19; 20) und die andere der gegeneinander pressbaren Reibflächen durch eine gegenüberliegende Seite einer Scheibe (21) ausgebildet ist.
  2. Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Feststellvorrichtung (18) im feststehenden Zustand eine kraftschlüssige Verbindung bereitstellt.
  3. Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Feststellvorrichtung (18) im feststehenden Zustand eine formschlüssige Verbindung bereitstellt.
  4. Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) nach Anspruch 3, wobei die Feststellvorrichtung (18) eine Verzahnung mit ineinander greifenden Zähnen aufweist.
  5. Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen Motor (25), mit dem die Feststellvorrichtung (18) in einen feststehenden Zustand bringbar ist oder lösbar ist.
  6. Verfahren zum Einstellen eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems (1) in einem Koordinatenmessgerät, aufweisend: a) Ankoppeln (Sa) eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems (1) an einen Messkopf (32) des Koordinatenmessgeräts, wobei das Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) aufweist: eine Kopplungseinrichtung (2), mit dem das Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) an einen Messkopf (32) eines Koordinatenmessgeräts ankoppelbar ist, ein Sensorhalteteil (5), das direkt oder indirekt mit der Kopplungseinrichtung (2) verbunden ist, einen Sensor (10), der drehbar um eine erste Drehachse (D1) an dem Sensorhalteteil (5) gelagert ist und um diese erste Drehachse (D1) in einem kontinuierlichen Winkelbereich verschwenkbar ist, ein Winkelmesssystem (17), mit dem ein Schwenkwinkel des Sensors (10) bestimmbar ist, und eine Feststellvorrichtung (18), mit welcher der Sensor (10) in einer Schwenkposition fixierbar ist, b) Verschwenken (Sb) des Sensors (10) in eine Schwenkposition, c) Betätigen (Sc) der Feststellvorrichtung (18) in den feststellenden Zustand und Fixierung des Sensors (10) in der Schwenkposition, gekennzeichnet durch - Ermitteln (S1) eines Ist-Schwenkwinkels mit dem Winkelmesssystem (17) vor und nach dem Betätigen der Feststellvorrichtung (18), - Vergleich (S2) mit einem Soll-Schwenkwinkel, - Korrektur (S3) des Ist-Schwenkwinkels, wenn bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen dem Ist-Schwenkwinkel und dem Soll-Schwenkwinkel festgestellt wird, wobei bei der Korrektur die Abweichung durch Ändern des Ist-Schwenkwinkels eliminiert oder im Wesentlichen eliminiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, aufweisend - Ermitteln (S4) eines rechnerischen Korrekturwerts, wenn bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen dem Ist-Schwenkwinkel und dem Soll-Schwenkwinkel festgestellt wird.
  8. Verfahren zum Einstellen eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems (1) in einem Koordinatenmessgerät, aufweisend: a) Ankoppeln (Sa) eines Dreh-Schwenk-Sensorsystems (1) an einen Messkopf (32) des Koordinatenmessgeräts, wobei das Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) aufweist: eine Kopplungseinrichtung (2), mit dem das Dreh-Schwenk-Sensorsystem (1) an einen Messkopf (32) eines Koordinatenmessgeräts ankoppelbar ist, ein Sensorhalteteil (5), das direkt oder indirekt mit der Kopplungseinrichtung (2) verbunden ist, einen Sensor (10), der drehbar um eine erste Drehachse (D1) an dem Sensorhalteteil (5) gelagert ist und um diese erste Drehachse (D1) in einem kontinuierlichen Winkelbereich verschwenkbar ist, ein Winkelmesssystem (17), mit dem ein Schwenkwinkel des Sensors (10) bestimmbar ist, und eine Feststellvorrichtung (18), mit welcher der Sensor (10) in einer Schwenkposition fixierbar ist, b) Verschwenken (Sb) des Sensors (10) in eine Schwenkposition, c) Betätigen (Sc) der Feststellvorrichtung (18) in den feststellenden Zustand und Fixierung des Sensors (10) in der Schwenkposition, gekennzeichnet durch - Ermitteln (S1) eines Ist-Schwenkwinkels mit dem Winkelmesssystem (17) nach dem Betätigen der Feststellvorrichtung (18), - Vergleich (S2) mit einem Soll-Schwenkwinkel, - Ermitteln (S4) eines rechnerischen Korrekturwerts, wenn bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen dem Ist-Schwenkwinkel und dem Soll-Schwenkwinkel festgestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, aufweisend - Koordinatenmessung (S5) an einem Werkstück, - Korrigieren (S6) von Messergebnissen aus der Koordinatenmessung unter Verwendung des rechnerischen Korrekturwerts.
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