DE102017107972B4

DE102017107972B4 - Verfahren zum Betreiben eines Oberflächenmessgerätes

Info

Publication number: DE102017107972B4
Application number: DE102017107972.6A
Authority: DE
Inventors: Rubin Müller
Original assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-04-13
Also published as: DE102017107972A1; DE202017007038U1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Oberflächenmessgeräts, das einen Taster mit einem um eine Achse schwenkbar gelagerten, auswechselbaren Tastarm aufweist, wobei der Achse eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Tastarmes und zur Einstellung einer Tastkraft und eine Positionsfeststellungseinrichtung zur Feststellung der Position des Tastarms zugeordnet sind,
wobei Ausgangssignale der Positionsfeststellungseinrichtung einer Regelungseinrichtung zugeführt werden, die in Regelungsverbindung mit der Positioniereinrichtung steht zur Positions- oder Tastkraftregelung des Tastarms,
wobei das Oberflächenmessgerät zwischen einem Messmodus und einem Regelungseinstellmodus umschaltbar ist,
wobei in dem Regelungseinstellmodus
a) die Positioniereinrichtung bei eingeschalteter Positionsregelung entsprechend einer Testfunktion angesteuert wird zur Auslenkung des Tastarms um die Achse,
b) mittels der Positionsfeststellungseinrichtung der Zeit-Weg-Verlauf der durch die Auslenkung initiierten Bewegung des Tastarms um die Achse erfasst und aufgezeichnet wird,
c) das Schwingverhalten des Tastarmes anhand des aufgezeichneten Zeit-Weg-Verlaufes analysiert wird und
d) wenigstens ein Regelungsparameter der Regelungseinrichtung zur Optimierung des Schwingverhaltens variiert wird,
wobei die Schritte a) bis d) iteriert werden, bis das Schwingverhalten entsprechend wenigstens einem Optimierungskriterium optimiert ist,
wobei die zugehörigen Regelungsparameter abgespeichert werden und
wobei die Regelungseinrichtung des Oberflächenmessgeräts im Messmodus mit den abgespeicherten Regelungsparametern betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Oberflächenmessgeräts.
Oberflächenmessgeräte sind, beispielsweise in Form von Rauheitsmessgeräten, allgemein bekannt und dienen zur Vermessung der Oberflächen von Werkstücken, beispielsweise zur Ermittlung der Rauheit von Werkstücken.
Die bekannten Oberflächenmessgeräte weisen einen Taster mit einem um eine Achse schwenkbar gelagerten, auswechselbaren Tastarm auf, der einen Tastkörper, beispielsweise in Form einer Tastspitze, trägt. Der Achse ist eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Tastarmes und zur Einstellung einer Tastkraft zugeordnet. Die Positioniereinrichtung weist einen Antrieb, beispielsweise in Form eines Tauchspulenmotors auf, mittels dessen der Tastarm um die Achse verschwenkbar und dadurch positionierbar ist. Um die jeweils tatsächliche Position des Tastarmes festzustellen, ist eine Positionsfeststellungseinrichtung vorgesehen. Ausgangssignale der Positionsfeststellungseinrichtung werden einer Regelungseinrichtung zugeführt, die in Regelungsverbindung mit der Positioniereinrichtung steht zur Positionsregelung oder Tastkraftregelung des Tastarms.
Die Positioniereinrichtung wird also bei einem entsprechenden Oberflächenmessgerät zunächst verwendet, um die Position des Tastarmes relativ zu einem zu vermessenden Werkstück einzustellen, beispielsweise um den Tastkörper auf das Werkstück aufzusetzen. Nach erfolgter Positionierung, also beispielsweise nach dem Aufsetzen des Tastkörpers auf das Werkstück, wird die Positioniereinrichtung dazu verwendet, eine Tastkraft aufzubringen, durch die der Tastkörper während der Abtastung des Werkstücks im Rahmen einer Messung in Eingriff mit der Oberfläche des Werkstücks gehalten wird.
Für einen insbesondere im Sinne der Messgenauigkeit sicheren Messbetrieb kommt der Einstellung der Regelungsparameter der Regelungseinrichtung eine erhebliche Bedeutung zu, um insbesondere zu verhindern, dass der Tastarm in Schwingungen gerät. Insbesondere beim Aufsetzen auf die Oberfläche des Werkstücks und bei einem Zustandswechsel, also bei einem Übergang von einer Positions- zu einer Tastkraftregelung, können anderenfalls Schwingungen auftreten, die die Messgenauigkeit negativ beeinflussen.
Aus diesem Grund wird der Einstellung der Regelungsparameter im Rahmen der Fertigung des Oberflächmessgerätes eine erhebliche Bedeutung beigemessen.
Um das Oberflächenmessgerät an unterschiedliche Messaufgaben anpassen zu können, ist der Tastarm auswechselbar, wobei insbesondere für spezialisierte Messaufgaben teilweise kompliziert geformte Tastarmkonstruktionen erforderlich sind. Da sich mit einem Wechsel des Tastarmes die geometrischen Verhältnisse des Tasters ändern, ist es erforderlich, die Regelungsparameter nach einem Tastarmwechsel neu einzustellen und an die durch Wechsel des Tastarmes veränderten geometrischen Gegebenheiten des Tasters anzupassen. Insbesondere aufgrund der häufig äußerst geringen Tastkräfte von einigen mN ist nach jedem Tastarmwechsel eine präzise Anpassung der Regelungsparameter an die jeweilige Konfiguration erforderlich.
Durch DE 10 2006 055 005 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einer Vielzahl von Messpunkten bekannt. Entlang einer Kontur eines Messobjektes wird ein Tastkopf mit einem Tastelement bereitgestellt, das an dem Tastkopf beweglich gelagert ist. Beim Verfahren des Tastkopfes entlang der Kontur werden Positionsmesswerte des Tastkopfes und die Auslenkung des Tastelementes relativ zum Tastkopf bestimmt. Aus den Positionsmesswerten und Auslenkungen werden Raumkoordinaten für die Messpunkte entlang der Konturen bestimmt. Das Tastelement wird beim Verfahren des Tastkopfes in Kontakt mit der Kontur gehalten, indem mit Hilfe eines Aktors eine definierte Antastkraft erzeugt wird. Die Antastkraft wird in Abhängigkeit von einer Beschleunigung des Tastelementes relativ zu dem Tastkopf eingestellt.
Durch DE 10 2015 209 193 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung von dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgerätes bekannt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Relativbewegung des Rauheitssensors gegenüber dem Rauheitsmessgerät und/oder gegenüber einer zu vermessenden Oberfläche eines Werkstücks durch mindestens ein zusätzliches Messsystem im Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz mit einer Datenerfassungsrate von größer als 100 Hz erfasst wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die erfassten Daten der Relativbewegung für eine weitere Datenverarbeitung vorgehalten und/oder in einem dritten Verfahrensschritt abgespeichert werden.
Durch DE 10 2015 203 369 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Messbedingungen eines Rauheitssensors mit mindestens einer Messnadel bekannt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die mindestens eine Messnadel des Rauheitssensors auf einer Oberfläche positioniert wird und diese Oberfläche berührt, wobei in einem weiteren zweiten Verfahrensschritt die Messnadel auf dieser Oberfläche ruht und daher nicht aktiv entlang der Oberfläche bewegt wird und wobei der Rauheitssensor die Messsignale der mindestens einen Messnadel in diesem Ruhezustand registriert.
Durch DE 100 50 795 A1 ist ein Verfahren zum Scannen mit einem Messgerät, insbesondere Koordinatenmessgerät bekannt, das einen messenden Tastkopf und motorische Koordinatenachsen aufweist. Zur Erfassung einer unbekannten Werkstückkontur in einer vorgebbaren Scan-Ebene wird ein am Tastkopf befindliches auslenkbares Tastelement in der Scan-Ebene derart geführt, dass das Tastelement in ständigem Kontakt mit der Werkstückkontur bleibt. Der Tastkopf wird in einer Parallelebene zur Scan-Ebene mittels einer Leitachse und einer Scan-Achse verfahren, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander und in dieser Funktion gegeneinander austauschbar sind. Entsprechend einem Scan-Takt wird die absolute Tastelementposition im Koordinatensystem des Messgerätes gemessen und eine Weg-Zeit-Kurve für die Scan-Achse berechnet. Der Tastkopf wird mittels der Leitachse in einer Geschwindigkeit verfahren, die kleiner als eine vorgegebene Maximalgeschwindigkeit ist. Anhand der gemessenen absoluten Tastelementpositionen wird die gesuchte Werkstückkontur erfasst.
Durch DE 102 57 856 A1 ist ein Koordinatenmessgerät mit einem Tastkopf und wenigstens einem Antriebsregelkreis für die Achsenantriebe des Koordinatenmessgerätes bekannt, wobei das Koordinatenmessgerät eine Vorrichtung zur Erfassung von im Tastkopf auftretenden Schwingungen und eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des wenigstens einen Antriebsregelkreises in Abhängigkeit von den erfassten Schwingungen aufweist, um die im Tastkopf auftretenden Schwingungen zu eliminieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Oberflächenmessgerätes anzugeben, bei dem die Einstellung bzw. Anpassung der Regelungsparameter der Regelungseinrichtung an den jeweils verwendeten Tastarm vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die bisher angewendete manuelle Anpassung der Regelungsparameter durch einen Benutzer des Oberflächenmessgeräts nach einem Tastarmwechsel zeitaufwendig und wenig reproduzierbar ist, zumal aufgrund der hierzu erforderlichen manuellen Tätigkeit die Einstellung der Regelungsparameter von der „Tagesform“ des Benutzers abhängt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Einstellung der Regelungsparameter zu automatisieren.
Die Erfindung sieht vor, dass das Oberflächenmessgerät zwischen einem Messmodus und einem Regelungseinstellmodus umschaltbar ist, wobei in dem Regelungseinstellmodus

a) die Positioniereinrichtung bei eingeschalteter Positionsregelung entsprechend einer Testfunktion angesteuert wird zur Auslenkung des Tastarmes um die Achse
b) mittels der Positionsfeststellungseinrichtung der Zeit-Weg-Verlauf der durch die Auslenkung initiierten Bewegung des Tastarms um die Achse erfasst und aufgezeichnet wird,
c) das Schwingverhalten des Tastarmes anhand des aufgezeichneten Zeit-Weg-Verlaufes analysiert wird und
d) wenigstens ein Regelungsparameter der Regelungseinrichtung zur Optimierung des Schwingverhaltens variiert wird,

Erfindungsgemäß wird also der Tastarm entsprechend einer vorbestimmten Testfunktion, beispielsweise einer Impulsfunktion, um die Achse ausgelenkt. Die sich daran anschließende Bewegung des Tastarmes, deren zeitlicher Verlauf wesentlich davon abhängt, wie die Regelungsparameter der Regelungseinrichtung eingestellt sind und dementsprechend das Schwingverhalten des Tastarmes und der Regelung ist, wird aufgezeichnet. Erfindungsgemäß wird dann wenigstens ein Regelungsparameter in einem iterativen Verfahren variiert und der Tastarm erneut entsprechend der Tastfunktion ausgelenkt, wobei erneut das Schwingverhalten des Tastarmes aufgezeichnet und analysiert wird.
Beispielsweise und insbesondere kann das Optimierungskriterium so gewählt werden, dass sich bei der Durchführung des Verfahrens das Schwingverhalten des Tastarmes dem aperiodischen Grenzfall annähert. Auf diese Weise sind auch in kritischen Betriebszuständen des Oberflächenmessgeräts, beispielsweise bei einem Übergang von einer Positionsregelung zu einer Tastkraftregelung, Schwingungen des Tastarmes zuverlässig vermieden.
Erfindungsgemäß werden also die Regelungsparameter iterativ optimiert.
Unter einer Optimierung wird erfindungsgemäß eine Annäherung an ein Optimum verstanden, unabhängig davon, ob das Optimum tatsächlich erreicht wird.
Die Variation wenigstens eines Regelungsparameters der Regelungseinrichtung kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend einem beliebigen geeigneten Schema oder auch Algorithmus folgen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Regelungsparameter der Regelungseinrichtung nach einem Tastarmwechsel automatisch auch ohne Mitwirkung eines Benutzers eingestellt und angepasst werden können. Dies spart Arbeitszeit und damit Kosten.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Einstellung der Regelungsparameter zuverlässig erfolgt und nicht mehr von der „Tagesform“ eines Benutzers abhängig ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass keine zusätzliche Hardware an dem Oberflächenmessgerät erforderlich ist, sondern das erfindungsgemäße Verfahren als Software implementiert werden kann.
Da die Regelungsparameter erfindungsgemäß automatisch eingestellt bzw. optimiert werden, ist die Schwingneigung des Tastarmes bzw. der Regelung reduziert, so dass die Messgenauigkeit verbessert ist. Insbesondere bei der Optimierung der Regelungsparameter derart, dass das Schwingverhalten des Tastarmes sich dem aperiodischen Grenzfall soweit wie möglich annähert, ergibt sich ein optimales Verhalten der Regelung.
Nach der Ermittlung der Regelungsparameter kann das erfindungsgemäße Messgerät aus dem Regelungseinstellmodus in den Messmodus geschaltet und mit den zuvor ermittelten Regelungsparametern betrieben werden.
Das Umschalten aus dem Regelungseinstellmodus in den Messmodus kann grundsätzlich von Hand erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch insoweit vor, dass das Oberflächenmessgerät nach Abschluss der Optimierung des Schwingverhaltens automatisch aus dem Regelungseinstellmodus in den Messmodus geschaltet wird.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann die Testfunktion, mit der der Tastarm angeregt wird, eine beliebige geeignete Funktion sein. Zweckmäßigerweise ist die Testfunktion eine Impulsfunktion, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht. Auf diese Weise wird der Tastarm impulsartig um die Achse angeregt.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Positioniereinrichtung einen Tauchspulenmotor aufweist und die Testfunktion einen Strom definiert, mit dem der Tauchspulenmotor angesteuert wird.
Die Regelungseinrichtung kann erfindungsgemäß einen beliebigen geeigneten Regler aufweisen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass eine Regelungseinrichtung mit einem PID-Regler verwendet wird.
Ein erfindungsgemäßes Oberflächenmessgerät ist im Anspruch 7 angegeben. Das erfindungsgemäße Oberflächenmessgerät ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und programmiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte 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 Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
Es zeigt:

1 eine Perspektivansicht eines Messplatzes mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes in Form eines Rauheitsmessgerätes,
2 blockschaltbildartig Bestandteile des Oberflächenmessgeräts gemäß 1
3 ein ablaufplanartiges Diagramm zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 mögliche Zeit-Wegverläufe bei einer Anregung des Tastarmes und
5 rein exemplarisch sich bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ergebende Zeit-Weg-Verläufe.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
In 1 ist ein Messplatz mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes 2 in Form eines Rauheitsmessgeräts dargestellt, das einen Taster 3 mit einem Tastarm 4 aufweist, der einen in 1 nicht erkennbaren Tastkörper zur Antastung einer Oberfläche eines zu vermessenden Werkstücks trägt. Das Oberflächenmessgerät 2 weist eine Vorschubeinrichtung 6 auf, deren feststehender Grundkörper 8 höhen- und neigungsverstellbar an einer Messsäule 10 angeordnet ist, die an einer Grundplatte 12 montiert ist. Der Tastarm 4 ist über eine mechanische Schnittstelle 14 mit einem beweglichen Teil 16 der Vorschubeinrichtung 6 verbunden.
Bei Betrieb des Oberflächenmessgerätes 2 bewegt sich das bewegliche Teil 16 der Vorschubeinrichtung 6 relativ zu dem Grundkörper 8, so dass mittels des an den Tastarm 4 angebrachten Tastkörpers ein zu vermessendes Werkstück abgetastet wird. Der grundsätzliche Aufbau eines entsprechenden Oberflächenmessgerätes einschließlich Taster und Vorschubeinrichtung ist allgemein bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
2 zeigt blockschaltbildartig den Aufbau des erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes 2. Der Tastarm 4 des Tasters 3 ist um eine Achse schwenkbar gelagert, wobei der Achse eine Positioniereinrichtung 18 zugeordnet ist. Die Positioniereinrichtung 18 dient sowohl zur Positionierung des Tastarmes 4 relativ zu einem zu vermessenden Werkstück, um beispielsweise den Tastarm an das Werkstück anzunähern, als auch zur Einstellung einer Tastkraft, nachdem der Tastkörper des Tastarmes 4 in Kontakt mit dem zu vermessenden Werkstück gelangt ist.
Die Positioniereinrichtung 18 kann beispielsweise einen Tauchspulenmotor aufweisen. Der Aufbau einer entsprechenden Positioniereinrichtung ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Zur Regelung des Motorstromes des Tauchspulenmotors ist eine Regelungseinrichtung 20 vorgesehen.
Um ein Feedback über die tatsächliche Position des Tastarmes 4 zu erhalten, ist eine Positionsfeststellungseinrichtung 22 vorgesehen, mittels derer die tatsächliche Schwenkposition des Tastarmes 4 um die Achse festgestellt wird. Das Ausgangssignal der Positionsfeststellungseinrichtung 22 wird zu der Regelungseinrichtung 20 übertragen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen PID-Regler aufweist und den Motorstrom des Tauchspulenmotors der Positioniereinrichtung 18 regelt. Die Regelungsparameter der Regelungseinrichtung 20 sind mittels einer Auswertungseinrichtung 24 einstellbar.
Wie aus 2 ersichtlich, ist die Positioniereinrichtung 18 durch die Auswertungseinrichtung 24 ansteuerbar, um die Positioniereinrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend einer Testfunktion anzusteuern, wie dies weiter unten näher erläutert wird.
3 verdeutlicht ablaufplanartig ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Um einen Betrieb des Oberflächenmessgeräts 2 mit hoher Messgenauigkeit zu gewährleisten, sind Regelungsparameter, mit denen die Regelungseinrichtung 20 betrieben wird, werkseitig so eingestellt, dass bei Betrieb des Oberflächenmessgerätes 2 Schwingungen des Tastarmes 4 so weit wie möglich vermieden sind. Insofern sind insbesondere Zustandswechsel der Regelungseinrichtung 20, beispielsweise bei einem Übergang von einer Positions- zu einer Tastkraftregelung, kritisch.
4 zeigt anhand von verschiedenen Signalverläufen ein mögliches Reglerverhalten der Regelungseinrichtung.
Mit dem Bezugszeichen 24 ist in 4 eine Schwingung bezeichnet, die entsprechend einer Einhüllenden 28 abklingt. Ein entsprechendes Reglerverhalten würde bei Betrieb des Oberflächenmessgerätes 2 zu Schwingungen des Tastarmes 4 führen und ist im Sinne eines stabilen Messbetriebs nicht akzeptabel. Die Regelungsparameter der Regelungseinrichtung 20 werden daher so eingestellt, dass Schwingungen vermieden sind. Durch eine Kurve 30 ist in 4 ein Reglerverhalten verdeutlicht, das einem Kriechfall entspricht, bei dem ein Überschwingen vermieden ist, die Amplitude der Auslenkung des Tastarmes 4 jedoch nur relativ langsam abklingt. Im Sinne eines stabilen Messbetriebs ist ein Reglerverhalten wünschenswert, das einem aperiodischen Grenzfall entspricht, der in 4 durch eine Kurve 32 symbolisiert ist. Bei einem entsprechenden Reglerverhalten werden Schwingungen in der gewünschten Weise gedämpft.
Um das Oberflächenmessgerät 2 an unterschiedliche Messaufgaben anpassen zu können, ist der Tastarm 4 austauschbar, wobei sich bei einem Austausch des Tastarmes 4 die geometrischen Verhältnisse des Tasters 3 verändern. Es ist dann eine Anpassung der Regelungsparameter der Regelungseinrichtung 20 erforderlich.
Erfindungsgemäß erfolgt die Anpassung der Regelungsparameter automatisch im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierzu wird das Oberflächenmessgerät 2 zunächst aus einem Messmodus in einen Regelungseinstellmodus umgeschaltet.
4 verdeutlicht den grundsätzlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Verfahrensschritt a) wird die Positioniereinrichtung 18 bei eingeschalteter Positionsregelung entsprechend einer Testfunktion angesteuert zur Auslenkung des Tastarmes 4 um die Achse. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steuert die Auswertungseinrichtung 24 den Tauchspulenmotor der Positioniereinrichtung 18 mit einem Stromimpuls an, wie in 3 durch den Block 34 symbolisiert. Über eine Endstufe (Block 36) wird der Motor (Block 38) angesteuert, so dass der Tastarm entsprechend der impulsartigen Testfunktion um seine Schwenkachse ausgelenkt wird. In einem Verfahrensschritt b) wird mittels der Positionsfeststellungseinrichtung 22 der Zeit-Weg-Verlauf der durch die Auslenkung initiierten Bewegung des Tastarmes 4 um die Achse erfasst und aufgezeichnet, wie in 3 durch einen Block 40 symbolisiert. In einem Verfahrensschritt c) wird das Schwingverhalten des Tastarmes anhand der aufgezeichneten Zeit-Weg-Verläufe analysiert, wie in 3 durch einen Block 42 symbolisiert.
Auf der Grundlage dieser Analyse wird wenigstens ein Regelungsparameter der Regelungseinrichtung zur Optimierung des Schwingverhaltens in einem Verfahrensschritt d) variiert, wie in 3 durch einen Block 44 symbolisiert.
Die Schritte a) bis d) werden iteriert, bis das Schwingverhalten entsprechend wenigstens einem Optimierungskriterium optimiert ist. Die Iteration ist in 3 durch einen Block 46 symbolisiert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Optimierungskriterium so gewählt, dass sich bei der Durchführung des Verfahrens das Schwingverhalten Reglung und damit des Tastarmes 4 dem aperiodischen Grenzfall (vgl. Bezugszeichen 32 in 4) annähert. Die Iteration kann dabei solange ausgeführt werden, bis ein Abbruchkriterium erreicht ist. Beispielsweise kann als Abbruchkriterium definiert werden, dass innerhalb einer vorgegebenen Antwortzeit eine vorgegebene Amplitude der Auslenkung des Tastarmes 4 unterschritten wird.
Die Variation der Regelungsparameter erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel so, dass sich das Schwingverhalten der Regelung dem aperiodischen Grenzfall annähert.
In 5 ist der aperiodische Grenzfall durch eine Kurve 48 symbolisiert, während die Annäherung an den aperiodischen Grenzfall im Rahmen des erfindungsgemäßen Iterationsverfahrens rein exemplarisch durch Kurven 50, 52 symbolisiert ist.
Beim Erreichen des Abbruchkriteriums endet das erfindungsgemäße Iterationsverfahren, wobei die dann geltenden Regelungsparameter abgespeichert werden.
Daran anschließend kann das Oberflächenmessgerät 2 automatisch aus dem Regelungseinstellmodus in den Messmodus umgeschaltet werden. In den Messmodus wird das Oberflächenmessgerät 2 dann mit den im Rahmen des erfindungsgemäßen Iterationsverfahrens ermittelten Regelungsparametern betrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht automatisch eine Anpassung der Regelungsparameter an den jeweiligen Tastarm. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen automatischen Anpassung der Regelungsparameter an den jeweiligen Tastarm erübrigt sich die aus dem Stand der Technik bekannte Anpassung durch einen Benutzer des Oberflächenmessgerätes 2, die zeit- und damit kostenaufwendig und wenig reproduzierbar ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Oberflächenmessgeräts, das einen Taster mit einem um eine Achse schwenkbar gelagerten, auswechselbaren Tastarm aufweist, wobei der Achse eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Tastarmes und zur Einstellung einer Tastkraft und eine Positionsfeststellungseinrichtung zur Feststellung der Position des Tastarms zugeordnet sind, wobei Ausgangssignale der Positionsfeststellungseinrichtung einer Regelungseinrichtung zugeführt werden, die in Regelungsverbindung mit der Positioniereinrichtung steht zur Positions- oder Tastkraftregelung des Tastarms, wobei das Oberflächenmessgerät zwischen einem Messmodus und einem Regelungseinstellmodus umschaltbar ist, wobei in dem Regelungseinstellmodus a) die Positioniereinrichtung bei eingeschalteter Positionsregelung entsprechend einer Testfunktion angesteuert wird zur Auslenkung des Tastarms um die Achse, b) mittels der Positionsfeststellungseinrichtung der Zeit-Weg-Verlauf der durch die Auslenkung initiierten Bewegung des Tastarms um die Achse erfasst und aufgezeichnet wird, c) das Schwingverhalten des Tastarmes anhand des aufgezeichneten Zeit-Weg-Verlaufes analysiert wird und d) wenigstens ein Regelungsparameter der Regelungseinrichtung zur Optimierung des Schwingverhaltens variiert wird, wobei die Schritte a) bis d) iteriert werden, bis das Schwingverhalten entsprechend wenigstens einem Optimierungskriterium optimiert ist, wobei die zugehörigen Regelungsparameter abgespeichert werden und wobei die Regelungseinrichtung des Oberflächenmessgeräts im Messmodus mit den abgespeicherten Regelungsparametern betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Optimierungskriterium so gewählt wird, dass sich bei der Durchführung des Verfahrens das Schwingverhalten des Tastarms dem aperiodischen Grenzfall annähert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Oberflächenmessgerät nach Abschluss der Optimierung des Schwingverhaltens automatisch aus dem Regelungseinstellmodus in den Messmodus geschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Testfunktion eine Impulsfunktion ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Positioniereinrichtung einen Tauchspulenmotor aufweist und die Testfunktion einen Strom definiert, mit dem der Tauchspulenmotor angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Regelungseinrichtung mit einem PID-Regler verwendet wird.
Oberflächenmessgerät (2), das einen Taster (3) mit einem um eine Achse schwenkbar gelagerten, auswechselbaren Tastarm (4) aufweist, mit einer der Achse zugeordneten Positioniereinrichtung (18) zur Positionierung des Tastarmes (4) und zur Einstellung einer Tastkraft, mit einer Positionsfeststellungseinrichtung (22) zur Feststellung der Position des Tastarms (4), mit einer Regelungseinrichtung (20), die in Regelungsverbindung mit der Positioniereinrichtung (18) steht zur Positions- oder Tastkraftregelung des Tastarms (4), wobei Ausgangssignale der Positionsfeststellungseinrichtung (22) der Regelungseinrichtung (20) zugeführt werden, wobei das Oberflächenmessgerät (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet und programmiert ist.