DE102019110508A1

DE102019110508A1 - Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmessgerätes und Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE102019110508A1
Application number: DE102019110508.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Staaden; Walter Puntigam; Franziska Schönig
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US11441891B2; US20200378746A1; CN111829436B; CN111829436A

Abstract

Ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von dimensionalen und/oder geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts besitzt ein Messelement, das einen Referenzpunkt definiert und entlang einer Vielzahl von Bewegungsachsen relativ zu einer Messobjektaufnahme bewegbar ist Die Vielzahl von Bewegungsachsen beinhaltet eine Vielzahl von Linearachsen und zumindest eine Drehachse. Um das Messelement relativ zu einem Messobjekt zu steuern, werden Sollpositionen des Referenzpunktes und Parameter, die Grenzwerte für zulässige Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen definieren, bereitgestellt. Es wird eine Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen für die Vielzahl von Bewegungsachsen in Abhängigkeit von den Sollpositionen des Referenzpunktes und den Parametern bestimmt. Die individuellen zeitlichen Folgen weisen jeweils individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden individuellen Achspositionen auf. Die individuellen zeitlichen Folgen werden auf einen gemeinsamen Zeittakt synchronisiert, der pro Zielposition das jeweils längste individuelle Zeitintervall verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmessgerätes, das eine Messobjektaufnahme und ein Messelement aufweist, wobei das Messelement einen Referenzpunkt zum Messen eines Messobjekts definiert und innerhalb eines Messvolumens relativ zu der Messobjektaufnahme entlang einer Vielzahl von Bewegungsachsen bewegbar ist, und wobei die Vielzahl von Bewegungsachsen eine Vielzahl von Linearachsen und zumindest eine Drehachse beinhalten, mit den Schritten:

- Bereitstellen einer Vielzahl von Sollpositionen des Referenzpunktes innerhalb des Messvolumens,
- Bereitstellen einer Vielzahl von Parametern, die Grenzwerte für zulässige Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen definieren,
- Bestimmen einer Vielzahl von Reihen von jeweils aufeinanderfolgenden Zielpositionen des Messelements entlang der Vielzahl von Linearachsen in Abhängigkeit von den Sollpositionen des Referenzpunktes und den Parametern,
- Bestimmen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Drehwinkelwerten, die jeweils geeignete Drehwinkel des Messelements um die zumindest eine Drehachse an den aufeinanderfolgenden Zielpositionen repräsentieren, und
- Bewegen des Messelements zu den aufeinanderfolgenden Zielpositionen in einem ersten definierten Zeittakt und Drehen des Messelements unter Verwendung der Vielzahl von Drehwinkelwerten.

Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von dimensionalen und/oder geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, mit einer Messobjektaufnahme und einem Messelement, das einen Referenzpunkt zum Messen des Messobjekts definiert und innerhalb eines Messvolumens relativ zu der Messobjektaufnahme entlang einer Vielzahl von Bewegungsachsen bewegbar ist, wobei die Vielzahl von Bewegungsachsen eine Vielzahl von Linearachsen und zumindest eine Drehachse beinhalten, mit einer Maschinensteuerung, die dazu eingerichtet ist, das Messelement in Abhängigkeit von Steuerdaten entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen zu bewegen, um Messwerte an dem Messobjekt aufzunehmen, und mit einem Bedienterminal, das aufweist:

- eine Schnittstelle, um eine Vielzahl von Sollpositionen des Referenzpunktes an dem Messobjekt zu empfangen,
- einen Speicher, in dem eine Vielzahl von Parametern speicherbar sind, die Grenzwerte für zulässige Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Messelements entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen definieren, und
- einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, die Steuerdaten für die Maschinensteuerung in Abhängigkeit von den Sollpositionen des Referenzpunktes und den Parametern zu bestimmen.

Ein solches Verfahren und ein solches Koordinatenmessgerät sind aus EP 0 866 390 B1 bekannt.
DE 195 29 547 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmessgerätes. Bei diesem Verfahren wird ein Taststift (taktiles Messelement) in Abhängigkeit von Solldaten bewegt. Die erforderlichen Steuerdaten für die Maschinensteuerung werden in einem Rechner des Koordinatenmessgerätes als Punktfolge aus den Geometriedaten des Messobjekts, wie z.B. CAD-Daten, bestimmt. Zu diesem Zweck bestimmt der Rechner ein Geschwindigkeitsprofil, das einen stoß- und ruckfreien Bewegungsvorgang und eine möglichst kurze Messzeit sicherstellen soll, durch geeignete Wahl der Abstände zwischen den Punkten der Punktfolge. Das bekannte Verfahren hat sich in der Praxis bewährt, ist aber auf die Steuerung eines Koordinatenmessgerätes mit einem taktilen Messelement beschränkt, das allein entlang von Linearachsen innerhalb des Messvolumens bewegt wird.
Die eingangs genannte EP 0 866 390 B1 offenbart ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren mit einem taktilen Messelement, wobei das Messelement nun entlang von Linearachsen und entlang von zumindest einer Drehachse relativ zu einem Messobjekt bewegt werden kann. Die Drehachse kann mithilfe eines Drehtisches realisiert sein, auf dem das Messobjekt gehalten ist. In anderen Varianten kann das Koordinatenmessgerät ein Dreh-Schwenk-Gelenk aufweisen, mit dessen Hilfe der Taststift in verschiedene Orientierungen gedreht und verschwenkt werden kann. Bei diesem bekannten Verfahren wird nach Bestimmung einer Zielposition des Tastkopfes unmittelbar ein zugehöriger Drehwinkelsollwert für den Taststift berechnet. Falls die zum Erreichen des Drehwinkelsollwerts erforderliche Winkelgeschwindigkeit und die dazugehörige Winkelbeschleunigung vordefinierte Maximalwerte überschreiten, werden die Abstände der Zielpositionen korrigiert, bis die Bedingungen hinsichtlich maximaler Winkelgeschwindigkeit und maximaler Winkelbeschleunigung eingehalten werden können. Der Taststift wird anschließend in einem definierten Zeittakt von Zielposition zu Zielposition bewegt und zusätzlich um die berechneten Drehwinkel gedreht. Dieses bekannte Verfahren macht es möglich, nahezu beliebige Konturen an einem Messobjekt automatisiert zu messen.
Die automatisierte Messung eines Messobjekts mit einem taktilen Messelement, das entlang von mehreren Linearachsen und entlang von einer oder mehreren Drehachsen relativ zu einem Messobjekt bewegbar ist, hat insbesondere eine schnelle Messung von Freiformflächen möglich gemacht. Allerdings liefert ein taktiles Messelement zu jedem Messzeitpunkt lediglich einen Koordinatenmesswert an dem Messobjekt. Eine vollständige 3D-Messung eines Messobjekts („3D-Scan“) ist daher mit einem taktilen Messelement nur schwer möglich.
Eine Alternative zu taktilen Messelementen sind Messelemente, die Messpunkte an einem Messobjekt berührungslos und insbesondere optisch erfassen können. Beispielsweise offenbart WO 2013/144293 A1 ein Messelement mit einer Lichtquelle, die eine Lichtebene erzeugt, und mit einem Bildsensor, der von der Messobjektoberfläche reflektiertes Licht aufnimmt. Die Lichtebene erzeugt auf der Messobjektoberfläche eine Linie, die eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Messpunkten auf der Messobjektoberfläche bereitstellt. Ein weiteres bekanntes Messelement, das mithilfe einer auf das Messobjekt projizierten Laserlinie Koordinatenmesswerte nach dem Triangulationsprinzip bestimmt, wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung EagleEye II für die Qualitätssicherung bei der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien angeboten.
Die jeweils optimale Ausrichtung der Laserlinie auf der Messobjektoberfläche und die Bilderfassungsrate eines solchen Messelements stellen neue Anforderungen an die Steuerung eines Koordinatenmessgerätes, insbesondere wenn eine großflächige automatisierte Messung erwünscht ist.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmessgerätes anzugeben, das eine schnelle und genaue Bewegung eines Messelements entlang von mehreren Linear- und Drehachsen unter Berücksichtigung von zahlreichen unterschiedlichen Randbedingungen ermöglicht. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmessgerätes anzugeben, das eine effiziente und großflächige Messung eines Messobjekts mit einem Messelement ermöglicht, das eine Vielzahl von Messpunkten an dem Messobjekt zeitgleich erfassen kann. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Koordinatenmessgerät anzugeben, bei dem sich das Messelement auf effiziente Weise steuern lässt, um ein Messobjekt automatisiert zu scannen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei eine Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen für die Vielzahl von Bewegungsachsen in Abhängigkeit von den Sollpositionen des Referenzpunktes und den Parametern bestimmt wird, wobei die individuellen zeitlichen Folgen jeweils individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden individuellen Achspositionen aufweisen, und wobei die individuellen zeitlichen Folgen auf einen gemeinsamen zweiten Zeittakt synchronisiert werden, der für jede Zielposition das jeweils längste individuelle Zeitintervall verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei der Prozessor eingerichtet ist, eine Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen für die Vielzahl von Bewegungsachsen in Abhängigkeit von den Sollpositionen des Referenzpunktes und den Parametern zu bestimmen, wobei die individuellen zeitlichen Folgen jeweils individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden individuellen Achspositionen aufweisen, wobei der Prozessor ferner eingerichtet ist, die individuellen zeitlichen Folgen auf einen gemeinsamen Zeittakt zu synchronisieren, der pro Zielposition das jeweils längste individuelle Zeitintervall verwendet, und wobei der Prozessor ferner eingerichtet ist, die Steuerdaten für die Maschinensteuerung in Abhängigkeit von den individuellen zeitlichen Folgen mit dem gemeinsamen Zeittakt zu bestimmen.
Das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät bestimmen die zeitlich aufeinanderfolgenden Achspositionen entlang der Linear- und Drehachsen in einem ersten Verfahrensabschnitt zunächst einmal zeitlich unkorreliert voneinander. Daher besitzen die zeitlichen Folgen für jede Bewegungsachse zunächst einmal jeweils individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Achspositionen. Die zeitlichen Folgen sind unabhängig von den jeweils individuellen Achspositionen zusätzlich noch individuell, weil sie individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinander folgenden Achspositionen besitzen. Als eine Art Zwischenergebnis liefern das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät also individuelle zeitliche Folgen von Achspositionen für die einzelnen Linear- und Drehachsen, wobei diese Achspositionen im späteren Steuerablauf jeweils gleichzeitig erreicht werden sollen. Die zeitlichen Folgen sind zunächst unsynchronisiert.
Erst in einem zweiten Verfahrensabschnitt werden die individuellen zeitlichen Folgen miteinander synchronisiert. Dabei wird für jedes Zeitintervall, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Achspositionen liegt, die jeweils „langsamste“ Bewegungsachse als „Leitachse“ verwendet. „Langsam“ bezieht sich hier nicht unbedingt auf den absoluten Wert der Bewegungsgeschwindigkeit einer Achse, sondern auf die Zeitdauer, die die „langsamste“ Bewegungsachse unter Berücksichtigung der für diese Bewegungsachse relevanten Randbedingungen benötigt, um von einer vorhergehenden individuellen Achsposition zu einer nachfolgenden individuellen Achsposition zu gelangen. „Langsam“ kann daher auch daraus resultieren, dass die betroffene Bewegungsachse eine relativ langen Bewegungsweg zurücklegen muss.
Typischerweise wechselt daher die Leitachsenfunktion hier im Verlauf der Synchronisierung. Beispielsweise kann für ein erstes Zeitintervall, das benötigt wird, um von allen ersten Achspositionen entlang der Bewegungsachsen zu allen jeweils nachfolgenden zweiten Achspositionen zu gelangen, eine Linearachse des Koordinatenmessgerätes, wie zum Beispiel die X-Achse, die Leitachsenfunktion haben, während für ein späteres Zeitintervall zwischen den zweiten Achspositionen und jeweils nachfolgenden dritten Achspositionen eine Drehachse die Leitachsenfunktion besitzt. Es ist möglich, dass eine Bewegungsachse über mehrere aufeinanderfolgende Zeitintervalle die Leitachsenfunktion für die zeitliche Synchronisierung besitzt, aber typischerweise wird die Leitachsenfunktion bei dem neuen Verfahren und dem entsprechenden Koordinatenmessgerät mehrfach zwischen verschiedenen Bewegungsachsen hin- und herwechseln. Dabei bestimmt stets das jeweils längste Zeitintervall, d.h. das Zeitintervall derjenigen Bewegungsachse, die am längsten benötigt, um die nächstfolgende individuelle Achsposition einzunehmen, die Zeitdauer, die allen Bewegungsachsen für den Wechsel von der jeweils vorhergehenden ersten individuellen Achsposition zur nachfolgenden zweiten individuellen Achsposition zur Verfügung steht. Andererseits begrenzt das längste Zeitintervall auch die Zeitdauer für die Positionswechsel entlang aller Achsen, so dass die synchronisierten Positionswechsel unter Berücksichtigung aller individuellen Randbedingungen für alle Achsen schnellstmöglich erfolgen.
Man kann die zeitliche Synchronisation mit einer Vielzahl von Personen veranschaulichen, die alle einen jeweils individuellen Streckenplan mit individuellen Zielpunkten ablaufen. Jeder Person steht für ihren Wechsel von einem aktuellen individuellen Zielpunkt zu ihrem nächstfolgenden individuellen Zielpunkt eine einheitliche Zeitdauer zur Verfügung. Diese einheitliche Zeitdauer wird für jeden Positionswechsel von derjenigen Person bestimmt, die für ihren aktuellen Positionswechsel die längste Zeit benötigt. Alle anderen Personen richten sich dann danach. Sie könnten bei vorzeitigem Erreichen ihres nächsten individuellen Zielpunktes warten, bis auch alle anderen Personen ihren jeweiligen nächsten individuellen Zielpunkt erreicht haben, und/oder sie können ihre individuelle Bewegungsgeschwindigkeit bis zum Erreichen des nächsten Zielpunktes reduzieren, wobei Letzteres im allgemeinen bevorzugt ist.
In vergleichbarer Weise stehen allen Bewegungsachsen nach der Synchronisierung einheitlich lange Zeitintervalle zur Verfügung, um von einer vorhergehenden individuellen Achsposition zu einer nachfolgenden individuellen Achsposition zu kommen. Die jeweilige Länge der einheitlich langen Zeitintervalle wird für jedes Zeitintervall bestimmt, indem das jeweils längste Zeitintervall als einheitliches Synchronisationsintervall für alle Bewegungsachsen übernommen wird. Nach der so erfolgten Synchronisation kann dann die individuelle Bewegungsgeschwindigkeit entlang der einzelnen Bewegungsachsen in Abhängigkeit von dem einheitlichen Zeitintervall bestimmt werden.
Das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät empfangen also zunächst eine Vielzahl von Sollpositionen, an denen der Referenzpunkt des Messelements innerhalb des Messvolumens positioniert werden soll. Das Messelement kann prinzipiell ein taktiles Messelement sein. Vorzugsweise ist das Messelement jedoch ein optisches Messelement, das eine Vielzahl von Messpunkten an einem Messobjekt zeitgleich erfassen kann. Vorzugsweise liegen die zeitgleich erfassten Messpunkte entlang einer Linie, wie zum Beispiel bei einem Lasertriangulationssensor, und/oder innerhalb einer definierten Fläche, wie zum Beispiel bei einem Streifenprojektionssensor.
Vorzugsweise repräsentieren die Sollpositionen eine Vielzahl von ausgewählten Messpunkten auf der Messobjektoberfläche. Vorteilhaft können die Sollpositionen aus einem Datensatz bestimmt werden, der das Messobjekt repräsentiert, wie etwa einem CAD-Datensatz oder einem Messdatensatz, der an einem typgleichen Messobjekt erfasst wurde. Der Referenzpunkt kann in Ausführungsbeispielen, die mit einem taktilen Messelement arbeiten, der Kugelmittelpunkt einer Tastkugel sein. Bei einem optischen Messelement kann der Referenzpunkt ein Fokuspunkt der Messoptik sein. In einigen Fällen wird der Referenzpunkt ein sogenannter Toolcenterpoint (TCP) sein. Die Sollpositionen des Referenzpunktes definieren eine Sollmessbahn relativ zu der Messobjektoberfläche, entlang der sich der Referenzpunkt bewegen soll. In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Sollpositionen diskrete Stützstellen einer im Übrigen kontinuierlichen Sollmessbahn.
Des Weiteren verwenden das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät eine Vielzahl von Parametern, die obere und/oder untere Grenzwerte für Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Messelements entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen definieren. Weitere Parameter können die Größe und/oder das Gewicht des Messelements und/oder eine gewünschte Lage des Referenzpunktes und/oder eine Ausrichtung des Messelements relativ zu dem Messobjekt beinhalten. Die Sollpositionen und Parameter bilden Eingangsgrößen, aus denen die individuellen Steuerdaten bestimmt werden, mit denen das Messelement letztlich bewegt wird.
Basierend auf den Sollpositionen des Referenzpunktes und den Parametern werden eine Vielzahl der Zielpositionen des Messelements entlang der Linearachsen und der Drehachsen bestimmt. Im Unterschied zum Stand der Technik werden eine Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen entlang der Bewegungsachsen bestimmt, so als ob die verschiedenen Bewegungsabläufe entlang der Bewegungsachsen unkorreliert voneinander erfolgen könnten. Erst in dem nachfolgenden Verfahrensabschnitt werden die individuellen zeitlichen Folgen auf einem gemeinsamen Zeittakt synchronisiert und somit zu einem kombinierten Bewegungsablauf zusammengefügt. Vorteilhaft kann hierbei angenommen werden, dass die Bewegung des Messelements entlang jeder Bewegungsachse und in jedem Zeitintervall jeweils mit der maximal möglichen Beschleunigung und Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, die unter Berücksichtigung der eingangs genannten Parameter entlang der jeweiligen Achse möglich ist. Dies hat zur Folge, dass die Bewegung entlang aller Bewegungsachsen zunächst einmal schnellstmöglich angenommen wird. Das Messelement wird somit auch nach der Synchronisierung schnellstmöglich bewegt.
Darüber hinaus ermöglichen das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät eine koordinierte Gesamtbewegung des Messelements entlang einer Vielzahl von Bewegungsachsen unter Berücksichtigung einer Vielzahl von unterschiedlichen Randbedingungen, die zum Teil nur für einzelne Achsbewegungen gelten. Insbesondere eignen sich das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät zum automatischen Bewegen eines optischen Messelements, der einen vollständigen 3D-Scan eines Messobjekts auf effiziente Weise ermöglicht. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit von der Vielzahl von Sollpositionen eine Sollmessbahn des Referenzpunktes innerhalb des Messvolumens mithilfe von Interpolation bestimmt, wobei die Reihe von aufeinanderfolgenden Zielpositionen in Abhängigkeit von der Sollmessbahn bestimmt wird.
Vorzugsweise wird die Sollmessbahn mithilfe einer Spline-Interpolation bestimmt, insbesondere unter Verwendung von kubisch-quadratischen Beziersplines. Die Bestimmung der aufeinanderfolgenden Zielpositionen in Abhängigkeit von einer solchen Sollmessbahn ermöglicht eine stoß- und ruckfreie Steuerung des Messelements innerhalb des Messvolumens auf effiziente Weise.
In einer weiteren Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von den Parametern zunächst ein ortsabhängiges radiales Geschwindigkeitssollprofil und ein ortsabhängiges tangentiales Geschwindigkeitssollprofil des Referenzpunktes entlang der Vielzahl von Sollpositionen bestimmt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden genannten Geschwindigkeitssollprofile unter Verwendung der zuvor genannten Sollmessbahn bestimmt werden.
Die Bestimmung des radialen Geschwindigkeitssollprofils macht es auf einfache Weise möglich, Fliehkräfte infolge einer gekrümmten Bewegung des Messelements zu berücksichtigen und dafür zu sorgen, dass Querbeschleunigungen des Messelements unterhalb eines vorgegebenen Maximalwerts gehalten werden. Dies trägt zur Erhöhung der Messgenauigkeit und zur Reduzierung von Verschleiß vorteilhaft bei. Die Bestimmung des ortsabhängigen tangentialen Geschwindigkeitssollprofils macht es auf einfache Weise möglich, die Geschwindigkeit und Beschleunigung in Bewegungsrichtung innerhalb vordefinierter Grenzwerte zu halten. Auch dies trägt zur Erhöhung der Messgenauigkeit und zur Erreichung einer hohen Messauflösung vorteilhaft bei.
Bei Verwendung eines optischen Messelements mit einem Bild- bzw. Kamerasensor ist es zudem von Vorteil, wenn die Geschwindigkeit des Messelements entlang der Sollmessbahn an die Bildaufnahmegeschwindigkeit des Bild- bzw. Kamerasensors angepasst wird. Wird das Messelement entlang der Sollmessbahn zu schnell bewegt, ist dies ungünstig für die Messauflösung. Wird der Messelement hingegen zu langsam bewegt, geht dies zu Lasten der Produktivität. Die Bestimmung der beiden Geschwindigkeitssollprofile macht es möglich, die Bewegung des Messelements relativ zu dem Messobjekt in Bezug auf Messgenauigkeit, Messauflösung und Messgeschwindigkeit auf einfache Weise zu optimieren.
In einer weiteren Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von dem ortsabhängigen radialen Geschwindigkeitssollprofil und in Abhängigkeit von dem ortsabhängigen tangentialen Geschwindigkeitssollprofil ein zeitliches Geschwindigkeitssollprofil für den Referenzpunkt innerhalb des Messvolumens bestimmt.
In dieser Ausgestaltung werden die beiden separaten ortsabhängigen Geschwindigkeitssollprofile zu einem gemeinsamen zeitlichen Geschwindigkeitssollprofil zusammengeführt. Die Ausgestaltung stellt eine einfache Möglichkeit bereit, um die Bewegungen des Messelements entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen aus einer gemeinsamen Bezugsgröße abzuleiten.
In einer weiteren Ausgestaltung definiert das Messelement eine Messlinie mit einer Vielzahl von Messpunkten, wobei die Messlinie durch den Referenzpunkt verläuft.
In dieser Ausgestaltung verwenden das neue Verfahren und das entsprechende Koordinatenmessgerät insbesondere einen Laserliniensensor, der nach einem Triangulationsprinzip arbeitet. Ein derartiges Messelement ermöglicht die zeitgleiche Aufnahme einer Vielzahl von Messpunkten entlang der Messlinie und eignet sich daher für einen vollständigen 3D-Scan eines Messobjekts in besonderer Weise. Die Vorteile des neuen Verfahrens und des entsprechenden Koordinatenmessgerätes treten in Kombination mit einem solchen Messelement besonders zutage.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die Reihen von aufeinanderfolgenden Zielpositionen des Messelements und die aufeinanderfolgenden Drehwinkelwerte in Abhängigkeit von einer räumlichen Ausrichtung der Messlinie bestimmt. Vorzugsweise werden die Zielpositionen und Drehwinkelwerte ferner in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausrichtung der Messobjektoberfläche bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit eines jeweiligen lokalen Normalenvektors der Messobjektoberfläche.
Diese Ausgestaltung trägt vorteilhaft dazu bei, die Messlinie des Messelements jeweils optimal auf die Messobjektoberfläche und insbesondere auf die zu jedem Messzeitpunkt jeweils lokale Ausrichtung der Messobjektoberfläche zu optimieren. Infolgedessen trägt diese Ausgestaltung dazu bei, eine gleichmäßig hohe Messgenauigkeit bei einem 3D-Scan eines Messobjekts zu erreichen.
In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen wird zu jeder Sollposition entlang der Sollmessbahn ein Hilfspunkt in konstantem Abstand und in Richtung der jeweiligen Oberflächennormalen der Messobjektoberfläche an dem Sollpunkt erzeugt, und es wird eine zweite Interpolationskurve, insbesondere in Form einer Spline-Interpolation, parallel zu der Sollmessbahn bestimmt. Die Sollmessbahn wird somit um eine Information zu der Normalenrichtung der Messobjektoberfläche an jeder Sollposition ergänzt und die ergänzte Sollmessbahn macht es auf einfache Weise möglich, für jeden Messpunkt an der Messobjektoberfläche eine optimale Ausrichtung des Messelements zu bestimmen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die räumliche Ausrichtung der Messlinie quer zu einer Bahn entlang der Vielzahl von Sollpositionen des Referenzpunktes gewählt, mithin also quer zu der oben erwähnten Sollmessbahn. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Ausrichtung der Messlinie jeweils senkrecht zu der Sollmessbahn gewählt. Es ist in weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen möglich, den Winkel, den die Messlinie mit der Sollmessbahn einschließt, wählbar zu gestalten, so dass ein Bediener einen gewünschten Winkel zwischen der Messlinie und der Sollmessbahn als Parameterwert eingeben kann.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die räumliche Ausrichtung der Messlinie so gewählt, dass der Referenzpunkt dem Messelement entlang der Vielzahl von Sollpositionen vorauseilt oder nachläuft.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, um Messfehler durch unerwünschte Reflektionen an einer spiegelnden Messobjektoberfläche zu reduzieren.
In einer weiteren Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von der Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen eine Folge von Steuerdaten für eine Maschinensteuerung des Koordinatenmessgerätes bestimmt.
Vorteilhaft wird die Folge von Steuerdaten unter Verwendung der auf einen gemeinsamen Zeittakt synchronisierten zeitlichen Folgen bestimmt. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass die zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen sehr einfach und schnell in Steuerdaten für die einzelnen Achsen des Koordinatenmessgerätes umgewandelt werden können. Vorzugsweise beinhalten die Steuerdaten für die Steuerung des Koordinatenmessgerätes (KMG-Steuerung) separate Steuerdatenfolgen für jede Bewegungsachse, die direkt aus den jeweils zugehörigen zeitlichen Folgen und synchronisierten Achspositionen bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Folge von Steuerdaten mit einem vorgegeben Steuerdatenzeittakt bestimmt, der durch Bestimmen von Zwischenpositionen aus dem gemeinsamen zweiten Zeittakt abgeleitet wird.
Diese Ausgestaltung trägt vorteilhaft dazu bei, die Steuerdaten mit einem an die Maschinensteuerung angepassten Zeittakt bereitzustellen, wobei sich der Steuerdatenzeittakt von dem gemeinsamen Zeittakt der Folgen von individuellen Achspositionen unterscheiden kann. Die Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Adaption des neuen Verfahrens bei verschiedenen Koordinatenmessgeräten mit unterschiedlichen Steuerdatenzeittakten. Das Bestimmen von Zwischenpositionen ist eine sehr effiziente Möglichkeit, um die zeitlichen Folgen an einen höheren Steuerdatenzeittakt anzupassen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes,
2 eine vereinfachte Darstellung des Messelements von dem Koordinatenmessgerät aus 1 bei einer Bewegung entlang einer Messobjektoberfläche,
3 eine beispielhafte Sollmessbahn mit einer Vielzahl von Sollpositionen, und
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des neuen Verfahrens.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt eine Basis 12, auf der ein Portal 14 in Y-Richtung bewegbar angeordnet ist. Das Portal 14 trägt einen Schlitten 16, der hier in X-Richtung bewegbar gelagert ist. Der Schlitten 16 trägt eine Pinole 18, die hier in Z-Richtung bewegbar gelagert ist. Mit dem Bezugszeichen 20 sind Linearmaßstäbe bezeichnet, die entlang der drei Bewegungsachsen X, Y, Z angeordnet sind, so dass mithilfe geeigneter Sensoren (hier nicht dargestellt) die jeweilige Position des Portals 14, Schlittens 16 und der Pinole 18 entlang der Achsen X, Y, Z bestimmt werden kann.
Das Koordinatenmessgerät 10 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Koordinatenmessgerät mit drei orthogonal zueinander angeordneten Linearachsen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das neue Koordinatenmessgerät ein Horizontalarm-Koordinatenmessgerät, ein Koordinatenmessgerät in Auslegerbauweise, ein Koordinatenmessgerät in Brückenbauweise mit feststehenden Säulen und einer beweglichen Brücke oder beispielsweise ein Koordinatenmessgerät mit einem feststehenden Portal sein, bei dem die Werkstückaufnahme entlang von einer oder zwei Linearachsen beweglich ist. Allgemein können Ausführungsbeispiele des neuen Koordinatenmessgerätes jeden kinematischen Aufbau besitzen, der es möglich macht, ein Messelement entlang einer Vielzahl von Linearachsen relativ zu einem Messobjekt zu bewegen. Dies beinhaltet Koordinatenmessgeräte, bei denen ein Messobjekt auf einem Drehtisch oder in einer anderweitig beweglichen Messobjektaufnahme beweglich gehalten ist.
Am unteren freien Ende der Pinole 18 ist eine Wechselschnittstelle 22 angeordnet, an der hier ein mehrachsiges Drehgelenk 24 befestigt ist. Das Drehgelenk 24 trägt ein Messelement 26, das entlang der Linearachsen X, Y, Z und entlang von nachfolgend erläuterten Drehachsen relativ zu einem Messobjekt 28 bewegbar ist. In 1 ist beispielhaft dargestellt, wie das Messobjekt 28 mithilfe des Messelements 26 im Bereich einer Bohrung 29 gemessen wird.
Mit der Bezugsziffer 30 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet. Die Auswerte- und Steuereinheit 30 beinhaltet eine KMG-Steuerung 32, die die Antriebe des Koordinatenmessgerätes 10 (hier nicht gesondert dargestellt) in Abhängigkeit von Steuerdaten ansteuert und dementsprechend für eine Bewegung des Messelements 26 relativ zu dem Messobjekt 28 entlang der Linearachsen und Drehachsen sorgt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 30 beinhaltet ferner ein Bedienterminal 34 mit einem Monitor 36 und einer Tastatur 38. Das Bedienterminal 34 ist in typischen Ausführungsbeispielen mithilfe eines handelsüblichen Personal-Computers realisiert, der mit einem Betriebssystem wie Windows®, Linux oder MacOS betrieben werden kann und auf dem eine Software ausgeführt wird, die es einerseits möglich macht, Steuerdaten für die Maschinensteuerung 32 zu erzeugen und die andererseits zur Auswertung der erhaltenen Messergebnisse dient. Beispielhaft sei auf die Mess- und Auswertesoftware CALYPSO® verwiesen, die von der Anmelderin kommerziell angeboten wird.
Das Bedienterminal 34 besitzt in an sich bekannter Weise einen Prozessor 40, auf dem die Mess- und Auswertesoftware in einem Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens ausgeführt wird. Das Bedienterminal 34 besitzt ferner einen Speicher 42, in dem eine Vielzahl von Parametern gespeichert sind oder gespeichert werden können, die Grenzwerte für zulässige Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Messelements 26 entlang der Bewegungsachsen des Koordinatenmessgerätes 10 definieren. In einigen Ausführungsbeispielen können die Parameter über das Bedienterminal 34 eingegeben, ausgewählt und/oder editiert werden.
Wenngleich Ausführungsbeispiele des neuen Koordinatenmessgerätes und des neuen Verfahrens mit einem taktilen Messelement implementiert sein können, besitzt das Koordinatenmessgerät 10 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen ein berührungslos messendes, vorzugsweise optisches Messelement 26. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Messelement 26 ein Lasertriangulationssensor, wie er beispielsweise von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung EagleEye II kommerziell angeboten wird. 2 zeigt ein solches Messelement in einer stark vereinfachten Darstellung.
Wie in 2 gezeigt ist, kann das Messelement 26 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen um eine, zwei oder sogar drei Drehachsen relativ zu dem Messobjekt 28 gedreht oder verschwenkt werden. Beispielhaft sind hier drei Drehachsen A, B und C dargestellt. Vorteilhaft verläuft die B-Achse hier orthogonal zu der A-Achse und der C-Achse. Besonders vorteilhaft verlaufen die A-Achse und die C-Achse hier in etwa parallel zueinander und sind in Richtung der B-Achse seitlich versetzt zueinander. Darüber hinaus kann das Messobjekt 28 in weiteren Ausführungsbeispielen auf einem Drehtisch gelagert sein und/oder um eine, zwei oder drei Drehachsen relativ zu dem Messelement 26 drehbar sein (hier nicht dargestellt).
Der Messelement 26 besitzt hier in an sich bekannter Weise eine Lichtquelle (nicht dargestellt), die eine Lichtlinie 44 auf die Messobjektoberfläche projiziert. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Lichtquelle eine Laserdiode, die eine Laserlinie 44 auf die Messobjektoberfläche projiziert. Der Messelement 26 besitzt hier ferner einen Kamerasensor (nicht dargestellt), der in einer definierten Position und Ausrichtung relativ zu der Lichtquelle angeordnet ist. Der Messelement 26 nimmt mit Hilfe des Kamerasensors Bilder von der Objektoberfläche zusammen mit der Lichtlinie 44 auf. Anhand von trigonometrischen Beziehungen kann dann aus den Bildern der Abstand der von der Lichtlinie 44 beleuchteten Objektoberfläche zu dem Messelement 26 berechnet werden. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel könnte das Messelement 26 in anderen Ausführungsbeispielen andere Lichtmuster auf die Objektoberfläche projizieren, etwa ein Lichtmuster mit einer Vielzahl von parallelen Streifen.
In allen bevorzugten Ausführungsbeispielen definiert das Messelement 26 einen Referenzpunkt 46 zum Messen des Messobjekts. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Referenzpunkt 46 in der Mitte der Messlinie 44 und vorzugsweise im Fokus des Kamerasensors. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Referenzpunkt an anderer Stelle des Messelements 26 definiert sein, wie etwa im Kugelmittelpunkt der Tastkugel eines taktilen Messelements. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Referenzpunkt der sogenannte Toolcenterpoint (TCP) des Messelements 26.
Um ein Messobjekt mit dem Messelement 26 zu messen, wird das Messelement 26 relativ zu dem Messobjekt so bewegt, dass sich der Referenzpunkt 46 entlang einer Bahn 48 bewegt, die hier genau auf der Oberfläche des Messobjekts verläuft. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen nimmt der Kamerasensor des Messelements 26 in definierten Zeitintervallen während der Bewegung jeweils ein Bild von der Messobjektoberfläche mit der Messlinie 44 auf. In 2 sind vier zeitlich aufeinanderfolgende Positionen der Messlinie 44 entlang der Bahn 48 bei den Bezugsziffern 44', 44, 44'' und 44''' angedeutet.
Des Weiteren ist in 2 mit der Bezugsziffer 46' eine Variante angedeutet, bei der der Referenzpunkt 46 dem Messelement 26 in der Bewegung entlang der Bahn 48 vorauseilt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Messelement 26 in Richtung der Bahn 48 verschwenkt wird. In anderen Ausführungsbeispielen könnte das Messelement 26 während der Messbewegung so verschwenkt sein, dass der Referenzpunkt 46 dem Messelement 26 in der Bewegung hinterherläuft. Des Weiteren können die Messlinien 44, 44', 44'', 44''' in weiteren Ausführungsbeispielen schräg zu der Bahn 48 ausgerichtet sein. Wie im Folgenden näher erläutert ist, wird eine gewünschte Ausrichtung der Messlinie 44 relativ zu der Bewegungsbahn 48 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens bei der Bestimmung der Steuerdaten für die Maschinensteuerung 32 berücksichtigt.
In 3 ist eine Sollmessbahn, entlang welcher der Referenzpunkt 46 an einer Messobjektoberfläche bewegt werden soll, mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Sollmessbahn 50 mithilfe einer Spline-Interpolation bestimmt, die eine Vielzahl von Sollpositionen S1, S2, S3, S4 als Stützstellen verwendet. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird durch die Folge der Sollpositionen S_i ein kubisch-quadratischer Bezier-Spline gelegt, um die Sollmessbahn 50 zu bestimmen. Die Sollpositionen können hierbei als Vektoren in einem prinzipiell frei definierbaren Koordinatensystem angegeben sein.
Vorteilhaft wird hier zu jeder Sollposition ein Hilfspunkt H_i bestimmt, wie dies in 3 mit dem Hilfspunkt H₁ angedeutet ist. Die Hilfspunkte H_i liegen in einem konstanten Abstand in Richtung der jeweiligen Oberflächennormalen N_i von den Sollpunkten S_i entfernt, wie dies bei der Oberflächennormale N₁ angedeutet ist. Durch die Hilfspunkte wird hier ein weiterer kubisch-quadrischer Bezier-Spline gelegt. Die beiden Splines verlaufen somit ähnlich wie ein Bahngleis, wobei die jeweiligen Oberflächennormalen an den Sollpositionen die „Bahnschwellen“ bilden. Der Hilfs-Spline durch die Hilfspunkte H_i kann vorteilhaft verwendet werden, um in den bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens eine jeweils optimale Ausrichtung der Messlinie 44 auf der Objektoberfläche zu erhalten.
Bezugnehmend auf 4 wird nun ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens erläutert.
Ausgangspunkt sind eine Vielzahl von Sollpositionen S_i , die beispielsweise ein Bediener eines Koordinatenmessgerätes 10 anhand von CAD-Daten des Messobjekts 28 auswählt und/oder festlegt. Die Sollpositionen werden gemäß Schritt 54 über das Bedienterminal 34 eingelesen, beispielsweise indem der Bediener die Sollpositionen mit Hilfe der Tastatur 38 und/oder mit einer Maus, einem Zeigestift oder einem anderen Eingabegerät anhand einer CAD-Darstellung des Messobjekts auswählt. Gemäß Schritt 56 werden eine Vielzahl von Parametern 58 aus dem Speicher 42 gelesen und/oder von dem Bediener des Bedienterminals 34 eingegeben. Die Parameter 58 beinhalten insbesondere einen oder mehrere der nachfolgend genannten Parameter: Geschwindigkeit v_TCP des Referenzpunktes 46, Beschleunigung/Verzögerung a_TCP des Referenzpunktes 46, Geschwindigkeit v_KMG des Messelements 26 entlang der Linearachsen, Beschleunigung a_KMG des Messelements entlang der Linearachsen, Winkelgeschwindigkeiten ω und/oder Winkelbeschleunigungen α des Messelements um die Drehachsen A, B, C, Vorlaufwinkel oder Nachlaufwinkel des Referenzpunktes 46 entlang der Bewegungsbahn 48 (siehe Bezugsziffer 46 in 2) sowie Winkel zwischen der Messlinie 44 und der Bewegungsbahn 48.
Gemäß Schritt 60 wird eine Sollmessbahn 50 mit einer Spline-Interpolation durch die eingelesenen Sollpositionen bestimmt. Gemäß Schritt 62 wird hier der Hilfs-Spline 64 (siehe 3) in konstantem Abstand d zu der Sollmessbahn 50 bestimmt.
Gemäß Schritt 66 wird dann ein ortsabhängiges radiales Geschwindigkeitssollprofil (krümmungsabhängiges Geschwindigkeitssollprofil) des Referenzpunktes 46 entlang der Sollmessbahn 50 bestimmt. Dies kann vorteilhaft unter Verwendung des Grenzwertes für die zulässige Beschleunigung amax_TCP des Referenzpunktes 46 erfolgen. An jeder Sollposition S_i soll die radiale Beschleunigung v_i ²/r kleiner als die Beschleunigung amax_TCP sein. Somit muss an jeder Sollposition für die radiale Geschwindigkeit gelten: $\overset{\approx}{ν} ({\overset{\approx}{S}}_{i}) = {\overset{\approx}{ν}}_{i} (s_{i}) = {\overset{\approx}{ν}}_{i} \leq \sqrt{\frac{a {max}_{T C P}}{ρ_{i}}},$
wobei ρ_i die gemittelte Krümmung der Krümmungen aufeinanderfolgender Polynome an der Sollposition Si ist. Außerdem soll die radiale Geschwindigkeit $\overset{\approx}{ν} \leq ν {max}_{T C P}$
sein, das heißt die krümmungsabhängige Geschwindigkeit soll den Grenzwert für die maximal zulässige Geschwindigkeit nicht überschreiten. Somit erhält man hier im Schritt 66 ein krümmungsabhängiges/radiales Geschwindigkeitsprofil entlang der Sollmessbahn 50.
Im Schritt 68 wird ein ortsabhängiges tangentiales Geschwindigkeitsprofil (beschleunigungsabhängiges Geschwindigkeitsprofil) für die Bewegung des Referenzpunktes 46 entlang der Sollmessbahn 50 bestimmt. Am Anfang und am Ende des tangentialen Geschwindigkeitsprofils gilt $ν'_{0} = ν'_{n - 1} = 0,$
das heißt die Geschwindigkeit zu Beginn und am Ende der Bewegung ist 0.
Bei gegebenem amax und gegebenen Abständen gilt rekursiv für die Zunahme der Geschwindigkeit im tangentialen Geschwindigkeitsprofil mit aufsteigenden Indizes $ν'_{i} = \sqrt{ν^{' 2}_{i - 1} + 2 * a {max}_{s o l l} * Δ s_{i}}, Δ s_{i} = s_{i} - s_{i - 1} u n d i = 1, n - 2,$
wobei die Geschwindigkeit des tangentialen Geschwindigkeitsprofils die Geschwindigkeit ≈ ν_i des krümmungsunabhängigen Geschwindigkeitsprofils nicht übersteigen darf $ν^{'}_{i} = M I N (v^{'}_{i}, {\overset{\approx}{ν}}_{i}) .$
Im Schritt 70 wird dann ein zeitabhängiges Geschwindigkeitsprofil ν = ν(t_j) über die ≈ Beziehung Δs = ν* Δt aus dem ortsabhängigen Geschwindigkeitsprofil ν = ν(s_i) bestimmt. Hierbei gilt $t_{0} = 0$
und rekursiv $t_{i} = t_{i - 1} + \frac{Δ s}{\overset{\approx}{ν}} = t_{i - 1} + \frac{s_{i} - s_{i - 1}}{0,5 * (ν_{i - 1} + ν_{i})}, i = 1, n - 1.$
In den Schritten 72 und 74 werden nun die jeweils geeigneten Achspositionen entlang der Linearachsen X, Y, Z und entlang der Drehachsen A, B bestimmt. Über die Randbedingung, dass der Vektor T_i von dem Messelement 26 auf die Messobjektoberfläche an jeder Sollposition antiparallel zu dem Normalenvektor N_i sein soll und dass die Messlinie 46 an jeder Sollposition senkrecht zu der Bewegungsbahn 48 verlaufen soll, können die Drehwinkel an den Sollpositionen berechnet werden. Des Weiteren können die Achspositionen des Messelements 26 entlang der Linearachsen hier mit einer Spline-Interpolation für die Sollpositionen des Messelements 26 im Messvolumen bestimmt werden. Im Ergebnis der Schritte 72 und 74 erhält man eine zeitliche Folge von Zielpositionen entlang jeder Linearachse und eine zeitliche Folge von Drehwinkeln für jede Drehachse, mithin also zeitliche Folgen von individuellen Achspositionen.
Gemäß Schritt 76 werden die erhaltenen Zeitfolgen nun in Abhängigkeit von den jeweils maximal möglichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen entlang der Achsen synchronisiert, um eine Korrelation der einzelnen Bewegungen herzustellen. Abhängig von den maximal zulässigen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen benötigt jeder Wechsel von einer ersten Achsposition i zu der nächstfolgenden Achsposition i+1 ein individuelles Zeitintervall und die individuellen Zeitintervalle entlang der einzelnen Achsen können von Sollposition zu Sollposition variieren. Es wird nun für jede Sollposition das jeweils längste Zeitintervall als Basis verwendet: $t s_{i} = t s_{i - 1} + max (t a_{i} - t a_{i - 1}) mit i = 1,2,3 \dots n - 1 und t s_{0} = 0.$
Der Buchstabe a steht hier für die Bewegung entlang jeder der Achsen. Dementsprechend wird für jedes synchronisierte Zeitintervall ts_i-1, ts_i die zeitlich jeweils längste Bewegung als Basis für die Synchronisation übernommen und die jeweils kürzeren Bewegungsdauern der anderen Achsen werden auf die zeitlich längste Achsbewegung gestreckt. Auf diese Weise erhalten alle zeitlichen Folgen von Achspositionen entlang der Linearachsen und Drehachsen eine gemeinsame Zeitbasis und sind zeitlich und örtlich korreliert.
Typischerweise benötigt die Maschinensteuerung 32 Steuerdaten zum kontinuierlichen Steuern des Messelements 26 mit einem festgelegten Steuerdatenzeittakt, der sich von dem synchronisierten Zeittakt der Achspositionen aus den Schritten 74, 76 unterscheidet. Daher werden hier im Schritt 78 Zwischenpositionen Z_i für jede Bewegungsachse bestimmt, so dass alle Δt_Steuerung jeweils aktuelle Steuerdaten für die einzelnen Achsbewegungen zur Verfügung stehen.
In 3 sind zwei Zwischenpositionen Z₁ und Z₂ auf der Sollmessbahn 50 dargestellt. Die Zwischenpositionen Z_i können beispielsweise in einem rekursiven Verfahren auf der Sollmessbahn 50 eingefügt werden, um basierend darauf modifizierte synchronisierte Zeitfolgen entsprechend den Schritten 72 bis 76 zu bestimmen. Dies ist in 3 bei der Bezugsziffer angedeutet.
Gemäß Schritt 80 werden die Steuerdaten im Steuerdatenzeittakt Δt_Steuerung an die KMG-Steuerung 32 übergeben und das Messelement 26 wird mit den übergebenen Steuerdaten in an sich bekannter Weise bewegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0866390 B1 [0003, 0005]
DE 19529547 A1 [0004]
WO 2013/144293 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Koordinatenmessgerätes (10), das eine Messobjektaufnahme (12) und einen Messelement (26) aufweist, wobei der Messelement (26) einen Referenzpunkt (46) zum Messen eines Messobjekts (28) definiert und innerhalb eines Messvolumens relativ zu der Messobjektaufnahme (12) entlang einer Vielzahl von Bewegungsachsen bewegbar ist, und wobei die Vielzahl von Bewegungsachsen eine Vielzahl von Linearachsen (X, Y, Z) und zumindest eine Drehachse (A, B, C) beinhalten, mit den Schritten: - Bereitstellen einer Vielzahl von Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) des Referenzpunktes (46) innerhalb des Messvolumens, - Bereitstellen einer Vielzahl von Parametern (58), die Grenzwerte für zulässige Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen definieren, - Bestimmen (72) einer Vielzahl von Reihen von jeweils aufeinanderfolgenden Zielpositionen des Messelements (26) entlang der Vielzahl von Linearachsen (X, X, Z) in Abhängigkeit von den Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) des Referenzpunktes (46) und den Parametern (58), - Bestimmen (74) einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Drehwinkelwerten, die jeweils geeignete Drehwinkel des Messelements (26) um die zumindest eine Drehachse (A, B, C) an den aufeinanderfolgenden Zielpositionen repräsentieren, und - Bewegen des Messelements (26) zu den aufeinanderfolgenden Zielpositionen in einem ersten definierten Zeittakt sowie Drehen des Messelements (26) unter Verwendung der Vielzahl von Drehwinkelwerten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen für die Vielzahl von Bewegungsachsen in Abhängigkeit von den Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) des Referenzpunktes (46) und den Parametern (58) bestimmt wird, wobei die individuellen zeitlichen Folgen jeweils individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden individuellen Achspositionen aufweisen, und dass die individuellen zeitlichen Folgen auf einen gemeinsamen zweiten Zeittakt (76) synchronisiert werden, der für jede Zielposition das jeweils längste individuelle Zeitintervall verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Vielzahl von Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) eine Sollmessbahn (50) des Referenzpunktes (46) innerhalb des Messvolumens mithilfe von Interpolation bestimmt wird, wobei die Reihe von aufeinanderfolgenden Zielpositionen in Abhängigkeit von der Sollmessbahn (50) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den Parametern (58) ein ortsabhängiges radiales Geschwindigkeitssollprofil (66) und ein ortsabhängiges tangentiales Geschwindigkeitssollprofil (68) des Referenzpunktes (46) entlang der Vielzahl von Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem ortsabhängigen radialen Geschwindigkeitssollprofil und in Abhängigkeit von dem ortsabhängigen tangentialen Geschwindigkeitssollprofil ein zeitliches Geschwindigkeitssollprofil für den Referenzpunkt (46) innerhalb des Messvolumens bestimmt (70) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (26) eine Messlinie (44) mit einer Vielzahl von Messpunkten definiert, wobei die Messlinie durch den Referenzpunkt (46) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Reihen von aufeinanderfolgenden Zielpositionen des Messelements (26) und die Vielzahl von aufeinanderfolgenden Drehwinkelwerten in Abhängigkeit von einer räumlichen Ausrichtung der Messlinie (44) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Ausrichtung der Messlinie (44) quer zu einer Bahn (50) entlang der Vielzahl von Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) des Referenzpunktes gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Ausrichtung der Messlinie (44) so gewählt wird, dass der Referenzpunkt (46) dem Messelement (26) entlang der Vielzahl von Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) vorauseilt oder nachläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen eine Folge von Steuerdaten für eine Maschinensteuerung (32) des Koordinatenmessgerätes bestimmt (10) wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge von Steuerdaten mit einem vorgegebenen Steuerdatenzeittakt bestimmt wird, der durch Bestimmen von Zwischenpositionen (Z_i) aus dem gemeinsamen zweiten Zeittakt abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messobjektaufnahme (12) einen Drehtisch beinhaltet.
Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von dimensionalen und/oder geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts (28), mit einer Messobjektaufnahme (12) und einem Messelement (26), das einen Referenzpunkt (46) zum Messen des Messobjekts (28) definiert und innerhalb eines Messvolumens relativ zu der Messobjektaufnahme (12) entlang einer Vielzahl von Bewegungsachsen bewegbar ist, wobei die Vielzahl von Bewegungsachsen eine Vielzahl von Linearachsen (X, Y, Z) und zumindest eine Drehachse (A, B, C) beinhalten, mit einer KMG-Steuerung (32), die dazu eingerichtet ist, das Messelement (26) in Abhängigkeit von Steuerdaten entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen zu bewegen, um Messwerte an dem Messobjekt (28) aufzunehmen, und mit einem Bedienterminal (34), das aufweist: - eine Schnittstelle (38), um eine Vielzahl von Sollpositionen des Referenzpunktes (46) an dem Messobjekt (28) zu empfangen, - einen Speicher (42), in dem eine Vielzahl von Parametern speicherbar sind, die Grenzwerte für zulässige Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen des Messelements (26) entlang der Vielzahl von Bewegungsachsen definieren, und - einen Prozessor (40), der dazu eingerichtet ist, Steuerdaten für KMG-Steuerung (32) in Abhängigkeit von den Sollpositionen des Referenzpunktes (46) und den Parametern zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (40) eingerichtet ist, eine Vielzahl von individuellen zeitlichen Folgen von jeweils individuellen Achspositionen für die Vielzahl von Bewegungsachsen in Abhängigkeit von den Sollpositionen (S1, S2, S3, S4) des Referenzpunktes (46) und den Parametern (58) zu bestimmen, wobei die individuellen zeitlichen Folgen jeweils individuelle Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden individuellen Achspositionen aufweisen, wobei der Prozessor (40) ferner eingerichtet ist, die individuellen zeitlichen Folgen auf einen gemeinsamen Zeittakt zu synchronisieren, der pro Zielposition das jeweils längste individuelle Zeitintervall verwendet, und wobei der Prozessor (40) ferner eingerichtet ist, die Steuerdaten für die KMG-Steuerung (32) in Abhängigkeit von den individuellen zeitlichen Folgen mit dem gemeinsamen Zeittakt zu bestimmen.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn der Programmcode auf dem Prozessor (40) eines Koordinatenmessgerät nach Anspruch 12 ausgeführt wird.