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Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Betreiben eines Oberflächenmessgeräts.
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Entsprechende Oberflächenmessgeräte sind beispielsweise in Form von Rauheitsmessgeräten allgemein bekannt und werden insbesondere in der industriellen Fertigungsmesstechnik eingesetzt. Sie weisen einen Taster mit einem um eine Schwenkachse winkelauslenkbaren Tastarm auf, der an seinem der Schwenkachse abgewandten Ende ein Tastelement trägt, wobei der Taster relativ zu einem Grundkörper des Oberflächenmessgeräts entlang einer linearen Achse verfahrbar ist. Die bekannten Oberflächenmessgeräte weisen ferner eine Auswertungseinrichtung, die derart ausgebildet und programmiert ist, dass Winkelauslenkungen des Tastarmes während der Abtastung der Oberfläche des Werkstücks in die Oberflächenform der Oberfläche des Werkstücks repräsentierende Messwerte umgesetzt werden, und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Messvorgangs auf.
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Zur Anpassung an unterschiedliche Messaufgaben ist bei den bekannten Oberflächenmessgerät der Tastarm austauschbar, wobei Tastarme mit unterschiedlicher Länge verwendet werden können und die Länge des Tastarmes den Messbereich des Tasters und damit des Oberflächenmessgerätes definiert.
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Um das Auswechseln des Tastarmes besonders einfach zu gestalten, kann der Tastarm beispielsweise über eine magnetische Ankopplung mit dem Taster verbunden sein.
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Da zu jedem Tastarm einer bestimmten Länge ein bestimmter Messbereich des Oberflächenmessgeräts gehört, ist es erforderlich, nach einem Wechsel des Tastarmes den Messbereich entsprechend dem verwendeten Tastarm einzustellen.
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Hierbei ist es bekannt, dass eine Bedienperson nach dem Wechsel des Tastarmes den Messbereich manuell in der Software der Auswertungseinrichtung des Oberflächenmessgeräts einstellt. Falls die Bedienperson das Einstellen des Messbereiches vergisst oder einen falschen Messbereich einstellt, sind die Messwerte der nachfolgend durchgeführten Messungen falsch, was unter Umständen nicht bemerkt wird. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass bei automatisierten Messabläufen eine fehlerhafte Einstellung des Messbereichs dazu führt, dass die gewünschte Messposition nicht getroffen wird und es dadurch zu einer Kollision des Tastarmes bzw. Tasters mit dem Werkstück kommt. Dann besteht die Gefahr, dass das Oberflächenmessgerät beschädigt wird.
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Es ist ferner bekannt, den Tastarm automatisch zu wechseln. Entsprechende automatisierte Vorrichtungen sind jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung.
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Es ist weiterhin bekannt, auswechselbare Tastarme mit einem Identifikationsmittel, beispielsweise in Form eines RFID-Chips zu versehen, sodass nach einem Wechsel des Tastarmes der verwendete Tastarm automatisch erkannt und der Messbereich des Oberflächenmessgeräts entsprechend eingestellt werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass das Identifikationsmittel den Tastarm verteuert. Außerdem steht beispielsweise bei Tastarmen für Rauheitsmessgeräte aufgrund ihrer geringen Größe nicht genügend Platz zur Verfügung, um ein Identifikationsmittel an dem Tastarm anzubringen, sodass dann eine automatische Erkennung des Tastarmes nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Oberflächenmessgeräts anzugeben, das Fehlmessungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine automatische Erkennung der Länge des Tastarmes und damit eine automatische Einstellung des zugehörigen Messbereichs zu realisieren, ohne dass hierzu zusätzliche Hardware erforderlich ist.
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Die Erfindung macht sich auf geschickte Weise zu Nutze, dass aufgrund des Aufbaus des Oberflächenmessgeräts, bei dem der Tastarm an seinem einen Ende ein Tastelement trägt und im Bereich seines anderen Endes um eine Schwenkachse winkelauslenkbar gelagert ist, beim Verfahren des Tasters um einen vorgegebenen Verfahrwegs entlang der linearen Achse unterschiedliche Längen des Tastarmes unterschiedlichen Winkelauslenkungen des Tastarmes um die Schwenkachse führen. Hiervon ausgehend sieht die Erfindung vor, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
- a) ein Werkstück durch Verfahren des Tasters entlang der linearen Achse mittels des Tastelements angetastet wird,
- b) nach dem Antasten des Werkstücks der Taster mit dem Tastarm entlang der linearen Achse um einen vorgegebenen Verfahrweg verfahren wird,
- c) die resultierende Winkelauslenkung des Tastarmes um die Schwenkachse gemessen wird und
- d) anhand des vorgegebenen Verfahrwegs und der gemessenen Winkelauslenkung des Tastarmes der Tastarm hinsichtlich seiner Länge klassifiziert wird.
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Erfindungsgemäß wird also nach dem Antasten des Werkstücks der Taster entlang der linearen Achse, die beispielsweise die z-Achse ist und durch eine Messsäule des Oberflächenmessgeräts definiert sein kann, relativ zu dem Werkstück um einen vorgegebenen Verfahrweg verfahren. Der Verfahrweg kann durch ein Wegmesssystem gemessen werden, das bei Oberflächenmessgeräten in der Regel ohnehin an der Messsäule vorgesehen ist.
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Das Verfahren des Tasters und damit des Tastarmes entlang der linearen Achse führt zu einer Winkelauslenkung des Tastarmes um die Schwenkachse, die durch die Auswertungseinrichtung registriert wird. Bei einer vorgegebenen linearen Bewegung der Schwenkachse entsprechend dem vorgegebenen Verfahrwegs tritt bei Tastarmen unterschiedlicher Länge eine unterschiedliche Winkelauslenkung (Winkeländerung) um die Schwenkachse auf. Dies macht sich die Erfindung zu Nutze, um den jeweils verwendeten Tastarm entsprechend seiner Länge zu klassifizieren. Beispielsweise und insbesondere besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, hiervon ausgehend den zugehörigen Messbereich des Oberflächenmessgeräts automatisch einzustellen.
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Das auf diese Weise realisierte Verfahren zur automatischen Tastarmerkennung kann nach dem Wechseln eines Tastarmes gesteuert durch die Steuerungseinrichtung automatisch ablaufen. Es ist auch möglich, die automatische Tastarmerkennung vor jeder Messung durchzuführen, beispielsweise und insbesondere unmittelbar nach dem Antasten des Werkstücks.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die automatische Tastarm(längen-)erkennung keinerlei zusätzliche Hardware erfordert, sondern ausschließlich unter Verwendung der ohnehin vorhandenen Hardware möglich ist.
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Die Erfindung stellt damit ohne zusätzliche Kosten für Hardware eine neue und vorteilhafte Funktionalität für Oberflächenmessgeräte bereit.
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Die erfindungsgemäße automatische Tastarm(längen)erkennung macht eine manuelle Einstellung des Messbereichs durch eine Bedienperson überflüssig, wenn ausgehend von der vorgenommenen Klassifizierung des Tastarm sind sie seiner Länge der Messbereich des Messgerätes automatisch eingestellt wird. Dies spart Zeit und Kosten.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß eine automatische Tastarm(längen-)erkennung realisiert ist und dementsprechend nach erfolgter Tastarm(längen-)erkennung der zu dem betreffenden Tastarm gehörige Messbereich automatisch eingestellt werden kann, sind Messfehler, die von einer nicht zutreffenden Einstellung des Messbereichs herrühren, zuverlässig vermieden. Dies steigert die Messgenauigkeit und erhöht die Produktivität bei der Durchführung von Messungen mittels des erfindungsgemäßen Oberflächenmessgeräts.
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In Anwendung des Grundgedankens der Erfindung können bei einem Oberflächenmessgerät noch weitere Funktionalitäten realisiert werden.
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So ist es beispielsweise möglich, eine Funktionsprüfung des Tasters, beispielsweise eines Rauheitstasters, durchzuführen. Hierzu wird nach dem Antasten der Oberfläche eines Werkstücks der Taster entlang der linearen Achse so verfahren, dass der gesamte Messbereich des Rauheitstasters „durchfahren“ wird. Hierbei wird der Signalverlauf des Messwertes im Vergleich zu dem zugehörigen linearen Verfahrweg (Höhenänderung des Tasters entlang der z-Achse) beobachtet. Auf diese Weise ist feststellbar, ob der Verlauf des Messsignals in Abhängigkeit vom Verfahrwegs des Tasters entlang der linearen Achse stetig ist. Bei stetigem Verlauf ist sichergestellt, dass der Taster mechanisch funktioniert, also beispielsweise das Tasterlager nicht hängenbleibt.
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Eine weitere Funktionalität besteht darin, die Linearität des Tasters zu überprüfen, indem wiederum der Messbereich des Tasters „durchfahren“ und festgestellt wird, ob ein linearer Verfahrweg zu einem linearen Anstieg des Tasterausgangssignals führt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Schritt d)
- d1) aus dem vorgegebenem Verfahrweg und der gemessenen resultierenden Winkelauslenkung des Tastarmes die Länge des Tastarmes berechnet wird und
- d2) die Klassifizierung des Tastarmes durch Vergleich der berechneten Länge des Tastarmes mit den Längen vorgegebener Tastarme vorgenommen wird.
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Da in der Regel nur relativ wenige Tastarme mit vorbekannten, sich deutlich unterscheidenden Längen zur Verfügung stehen, ist es ausreichend, die Berechnung der Länge des Tastarmes mit einer relativ geringen Genauigkeit auszuführen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um eine von einer Bedienperson des Oberflächenmessgeräts getroffene Auswahl der Tastarmlänge zu überprüfen. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die ermittelte Tastarmlänge anzuzeigen und von einer Bedienperson des Oberflächenmessgeräts bestätigen zu lassen. Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Messbereich des Oberflächenmessgeräts entsprechend der Klassifizierung des Tastarms hinsichtlich seiner Länge automatisch eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Einstellung des Messbereichs des Oberflächenmessgeräts automatisch, sodass auf einer fehlerhaften Einstellung des Messbereichs durch eine Bedienperson beruhende Messfehler zuverlässig vermieden sind.
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Bei dem Oberflächenmessgerät, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird, kann es sich entsprechend den jeweiligen Anforderungen um ein beliebiges Oberflächenmessgerät handeln. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass das Oberflächenmessgerät ein Rauheitsmessgerät, ein Konturmessgerät oder ein Formmessgerät ist. Die Erfindung ist insbesondere für Rauheitsmessgeräte besonders geeignet, weil die Tastarme von Rauheitsmessgeräten aufgrund ihrer geringen Abmessungen häufig eine Anbringung eines Identifikationsmittels, beispielsweise in Form eines RFID-Chips, nicht zulassen und damit eine automatische Tastarmerkennung unter Verwendung eines entsprechenden Identifikationsmittels ausscheidet.
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Eine andere zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass die lineare Achse eine vertikale Achse ist, wobei entsprechend einer anderen Weiterbildung die lineare Achse durch eine Messsäule des Oberflächenmessgeräts definiert ist.
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Gemäß einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Taster ein taktiler Taster.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Taster mittels einer Vorschubeinrichtung mit dem Grundkörper des Oberflächenmessgeräts verbunden ist und die Vorschubeinrichtung eine lineare Vorschubachse definiert, wobei eine Neigung der linearen Vorschubachse relativ zur Waagerechten ermittelt und in die Klassifizierung des Tastarmes hinsichtlich seiner Länge einbezogen wird. Diese Ausführungsform geht von der Erkenntnis aus, dass aus einer nicht waagerechten Ausrichtung der linearen Vorschubachse der Vorschubeinrichtung eine Projektion des Tastermesswertes resultiert, die von der Neigung der Vorschubachse abhängt. Die Neigung der Vorschubachse kann durch Verwendung einer motorischen Kippeinrichtung berücksichtigt werden. Sie können jedoch auch durch einen in der Vorschubeinrichtung angeboten Neigungssensor berücksichtigt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Oberflächenmessgerät zur Vermessung einer Oberfläche eines Werkstücks während eines Messvorgangs ist im Anspruch 10 angegeben. Es weist einem Grundkörper und einen Taster auf, der einen um eine Schwenkachse winkelauslenkbaren Tastarm aufweist, der an seinem der Schwenkachse abgewandten Ende ein Tastelement zur Abtastung der Oberfläche des Werkstücks trägt, wobei der Taster relativ zu dem Grundkörper entlang einer linearen Achse verfahrbar ist. Das erfindungsgemäße Oberflächenmessgerät weist ferner eine Auswertungseinrichtung, die derart ausgebildet und programmiert ist, dass Winkelauslenkungen des Tastarmes während der Abtastung der Oberfläche des Werkstücks in die Oberflächenform der Oberfläche des Werkstücks repräsentierende Messwerte umgesetzt werden, und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Messvorgangs auf. Erfindungsgemäß ist, ist die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet und programmiert, dass
- a) ein Werkstück durch Verfahren des Tasters entlang der linearen Achse mittels des Tastelements angetastet wird,
- b) nach dem Antasten des Werkstücks der Taster mit dem Tastarm entlang der linearen Achse um einen vorgegebenen Verfahrweg verfahren wird,
- c) die resultierende Winkelauslenkung des Tastarmes um die Schwenkachse gemessen wird,
- d) anhand des vorgegebenen Verfahrwegs und der gemessenen Winkelauslenkung des Tastarmes der Tastarm hinsichtlich seiner Länge klassifiziert wird.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Oberflächenmessgeräts sind in den Ansprüchen 11 bis 18 angegeben. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile und Eigenschaften, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Weiterbildungen.
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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.
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Es zeigt:
- 1 in einer Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgeräts zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 2A und 2B eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung.
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In 1 ist ein Messplatz mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oberflächenmessgerätes 2 in Form eines Rauheitsmessgeräts dargestellt, das einen Taster 3 (Messtaster) mit einem Tastarm 4 aufweist, der ein in 1 nicht erkennbares Tastelement 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 (Grundkörper) montiert ist. Der Tastarm 4 ist über eine mechanische Schnittstelle 14 mit einem Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 auswechselbar verbunden.
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Bei Betrieb des Oberflächenmessgerätes 2 bewegt sich der Schlitten 16 der Vorschubeinrichtung 6 relativ zu dem Grundkörper 8 entlang einer linearen Vorschubachse, sodass mittels des an dem Tastarm 4 angebrachten Tastelements ein zu vermessendes Werkstück abgetastet werden kann. Der grundsätzliche Aufbau eines entsprechenden Oberflächenmessgeräts einschließlich Taster und Vorschubeinrichtung ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
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Während der Abtastung des Werkstücks gibt der Taster 3 die Oberflächenform des Werkstücks repräsentierende Tasterrohdaten aus. Die Tasterrohdaten werden in einer mit dem Taster 3 in Datenübertragungsverbindung stehenden oder bringbaren Auswertungseinrichtung 18 ausgewertet. Die Auswertungseinrichtung 18 ist in 1 rein symbolisch dargestellt und die Datenübertragungsverbindung zwischen dem Taster 3 und der Auswertungseinrichtung 18 durch eine gestrichelte Linie 20 symbolisiert.
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Die Auswertungseinrichtung 18 ist derart ausgebildet und programmiert ist, dass Winkelauslenkungen des Tastarmes während der Abtastung der Oberfläche des Werkstücks in die Oberflächenform der Oberfläche des Werkstücks repräsentierende Messwerte umgesetzt werden.
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Zur Steuerung des Messvorgangs ist eine Steuerungseinrichtung 22 vorgesehen.
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Der Tastarm 4 ist um eine Schwenkachse 24 winkelauslenkbar an dem Taster 3 gelagert (vgl. 2A) und trägt an seinem der Schwenkachse abgewandten Ende ein Tastelement 26, beispielsweise in Form einer Tastspitze, zur Abtastung der Oberfläche des Werkstücks, wobei der Taster relativ zu der Messsäule entlang einer linearen Achse verfahrbar ist, die in 1 durch eine strickpunktierte Linie 28 symbolisiert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die lineare Achse 28 die z-Achse.
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Zur Anpassung an unterschiedliche Messaufgaben ist der Tastarm 4 auswechselbar, wobei sich die Tastarme hinsichtlich ihrer Länge unterscheiden und jeder Tastarmlänge ein Messbereich des Oberflächenmessgeräts 2 zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß wird nach einem Wechsel eines Tastarmes 4 automatisch der zugehörige Messbereich des Oberflächenmessgeräts 2 mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Oberflächenmessgeräts 2 eingestellt.
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Hierzu ist die Steuerungseinrichtung 22 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet und programmiert, dass
- a) ein Werkstück durch Verfahren des Tasters 3 entlang der linearen Achse 28 mittels des Tastelements angetastet wird,
- b) nach dem Antasten des Werkstücks der Tastarm 4 entlang der linearen Achse 28 um einen vorgegebenen Verfahrweg verfahren wird,
- c) die resultierende Winkelauslenkung des Tastarmes 4 um die Schwenkachse gemessen wird,
- d) anhand des vorgegebenen Verfahrwegs und der gemessenen Winkelauslenkung des Tastarmes 4 der Tastarm 4 hinsichtlich seiner Länge klassifiziert wird und
- e) entsprechend der Klassifizierung des Tastarmes 4 hinsichtlich seiner Länge ein Messbereich des Oberflächenmessgeräts 2 automatisch eingestellt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vollzieht sich wie folgt:
- 2A und 2B zeigen eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung des Grundprinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens. In 2B ist aus Gründen der Veranschaulichung ein Tastarm 4` dargestellt, dessen Länge doppelt so groß ist wie die Länge eines Tastarmes 4 gemäß 2A.
- In 2A und 2B ist ein Tastelement 30 dargestellt, das der Tastarm 4 bzw. 4` an seinem der Schwenkachse 24 abgewandten Ende trägt.
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Ein zu vermessendes Werkstück ist in 4A bzw. 4B symbolisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet.
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Zur Durchführung eines Messvorgangs, bei dem die Oberfläche des Werkstücks 32 vermessen wird, wird das Werkstück 32 zunächst durch Verfahren des Tasters 3 entlang der linearen Achse 28 angetastet (Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens). In 2A ist beispielhaft dargestellt, dass das Tastelement 30 an der Oberfläche des Werkstücks 32 anliegt und der Tastarm 4 annähernd waagerecht angeordnet ist.
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Nach dem so vollzogenen Antasten des Werkstücks 32 wird der Taster 3 mit dem Tastarm 4 entlang der linearen Achse 28 (z-Achse) um einen vorgegebenen Verfahrweg z1 verfahren, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 2A nach oben (Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens).
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Hierbei bleibt das das Tastelement 30 in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks 32, sodass sich die Winkelauslenkung des Tastarmes 4 um die Schwenkachse 24 ändert. Diese Änderung der Winkelauslenkung (Winkel α1 in 2A) wird gemessen und durch die Auswertungseinrichtung 18 registriert (Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens).
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In der in 2B dargestellten Konstellation mit einem Tastarm 4' doppelter Länge führt ein Verfahren des Tasters 3 mit den Tastarm 4 um denselben linearen Verfahrweg z1 zu einer geringeren Winkelauslenkung des Tastarmes 4 (Winkel α2 in 2B) .
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Da also bei vorgegebenem Verfahrweg entlang der linearen Achse 28 die resultierende Winkelauslenkung des Tastarmes 4 bzw. 4` unmittelbar von der Länge des Tastarmes 4 bzw. 4` abhängt, kann aus der gemessenen Winkelauslenkung unmittelbar auf die Länge des Tastarmes 4 bzw. 4` geschlossen werden.
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In Schritt d) kann damit anhand des vorgegebenen Verfahrwegs und der gemessenen Winkelauslenkung des Tastarmes 4 bzw. 4' der Tastarm 4 bzw. 4` hinsichtlich seiner Länge klassifiziert werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet und programmiert, dass in Schritt d)
- d1) aus dem vorgegebenem Verfahrweg und der gemessenen resultierenden Winkelauslenkung des Tastarmes die Länge des Tastarmes berechnet wird und
- d2) die Klassifizierung des Tastarmes durch Vergleich der berechneten Länge des Tastarmes mit den Längen vorgegebener Tastarme vorgenommen wird.
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Nachdem der Tastarm 4 bzw. 4` durch Berechnung seiner Länge und Vergleich der berechneten Länge mit den Längen vorgegebener Tastarme klassifiziert und durch Erkennung seiner Länge identifiziert worden ist, kann der Messbereich des Oberflächenmessgeräts 2 automatisch entsprechend eingestellt werden.
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Die Erfindung ermöglicht damit auf besonders einfache Weise ohne zusätzliche Hardware eine automatische Erkennung von Tastarmen unterschiedlicher Länge und eine entsprechend automatische Einstellung des zugehörigen Messbereichs des Oberflächenmessgeräts 2. Messfehler durch eine nach einem Wechsel des Tastarmes nicht oder fehlerhaft vorgenommene Einstellung des zugehörigen Messbereichs des Oberflächenmessgeräts sind damit zuverlässig vermieden.
