DE102019205145A1

DE102019205145A1 - Ausrichten von Komponenten relativ zu einem Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE102019205145A1
Application number: DE102019205145.6A
Authority: DE
Inventors: Jochen Mühlbacher; Kurt Brenner; Dominic Bulling
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: US20200333125A1; DE102019205145B4; US11274913B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten von Komponenten (24) relativ zu einem Koordinatenmessgerät (11), wobei an dem Koordinatenmessgerät (11) ein Taster (9) angeordnet ist und wobei das Verfahren umfasst:a) Positionieren von Taster (9) und Komponente (24) relativ zueinander gemäß einer definierten Anordnung;b) Erfassen von wenigstens einer Koordinate der Komponente (24); Ändern einer Position und/oder Orientierung der Komponente (24) relativ zu dem Koordinatenmessgerät (11) unter Aufrechterhalten der definierten Anordnung.Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung (60) mit einem Koordinatenmessgerät (11) und einer relativ hierzu auszurichtenden Komponente (24), einen Taster (9) für ein Koordinatenmessgerät (11) sowie eine Verwendung dieses Tasters (9).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten von Komponenten relativ zu einem Koordinatenmessgerät, eine Anordnung mit einem Koordinatenmessgerät und einer relativ hierzu auszurichtenden Komponente, einen Taster für ein Koordinatenmessgerät sowie eine Verwendung dieses Tasters.
Koordinatenmessgeräte dienen in bekannter Weise dazu, Objekte wie z.B. industriell gefertigte Werkstücke zu vermessen. Insbesondere können hierbei Koordinatenwerte von Objektorten (sog. Abtastpunkten) ermittelt und z.B. in Form einer 3D-Punktewolke zusammengefasst werden. Anhand dieser Messwerte kann beispielsweise auf die Abmessungen, die dreidimensionale Form und/oder das Einhalten vorbestimmter gewünschter Eigenschaften des Objekts geschlossen werden (z.B. zulässiger Formabweichungen).
Um Koordinatenwerte zu erfassen, kann das Objekt z.B. taktil oder berührungslos (z.B. optisch) abgetastet werden. Hierzu wird eine taktile oder berührungslose Sensoreinrichtung (z.B. ein Messsensor mit daran angebrachtem taktilen Taster) von dem Koordinatenmessgerät relativ zu dem Objekt positioniert und bewegt. Das Positionieren erfolgt mittels einer Maschinenkinematik, die mehrere mittels einer jeweiligen Antriebseinrichtung bewegbare Maschinenachsen umfasst. Für das Erfassen der Koordinatenwerte können die eingenommenen Achspositionen (d.h. Achswerte) der einzelnen Maschinenachsen erfasst und/oder ausgewertet werden.
Die Erfindung richtet sich, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich, sowohl auf optische als auch auf taktile Taster. Einzelne Ausführungsformen können jedoch auf die Verwendung taktiler Taster beschränkt sein.
Es ist ferner bekannt, dass zum Vermessen (d.h. zur Koordinatenerfassung) von Objekten durch ein Koordinatenmessgerät zusätzliche Komponenten im Arbeitsraum des Koordinatenmessgeräts angeordnet werden können. Hierbei kann es sich z.B. um sogenannte Gegenhalter handeln, die zur Fixierung insbesondere langer Werkstücke und insbesondere für Messanwendungen mit einem Drehtisch verwendet werden. Beispiele und Hintergrundinformationen zu derartigen Gegenhaltern finden sich in der WO 2015/014398 A1 der Anmelderin.
Genauer gesagt werden zur Vermessung langer zylindrische Werkstücke letztere häufig auf einem Drehtisch platziert und während der Messung um die Rotationsachse des Drehtisches rotiert, bei in der Regel feststehendender Sensoreinrichtung, beispielsweise einer taktilen Sensoreinrichtung. Typische Werkstücke sind Kurbelwellen, Nockenwellen und Zahnräder. Diese Werkstücke werden sinnvollerweise stehend vermessen, um die Durchbiegung aufgrund des Eigengewichts auszuschließen. Zur Vermessung werden die Werkstücke auf einen Präzisionsdrehtisch aufgespannt und gedreht, um alle Prüfmerkmale erfassen zu können. Dabei können die Werkstücke beispielsweise mittels einer Spitze (Kegelspitze) und eines Dreibackenfutters am unteren Ende, auf dem Drehtisch, aufgespannt werden. Gegenhalter werden bei einer solchen Vermessung eingesetzt, um das Werkstück an dem gegenüberliegenden oberen Ende zu fixieren und in Position zu halten. Eine obere Zentrierspitze (Kegelspitze) im Gegenhalter kann in der Höhe entlang einer Verlagerungsachse verstellt werden, um unterschiedlich lange Werkstücke aufspannen zu können. Um eine hohe Messgenauigkeit zu erhalten ist es bevorzugt, dass die Zentrierspitze des Gegenhalters sich immer genau über der Zentrierspitze des Drehtisches befindet, unabhängig von der Höhenposition der Zentrierspitze. Beide Zentrierspitzen liegen beispielsweise auf der Z-Achse des Koordinatensystems des KMG. Diese Ausrichtung des Gegenhalters wird bei der Installation bzw. Montage des Gegenhalters in dem KMG durchgeführt.
Wie geschildert, müssen also bestimmte Komponenten relativ zu einem Koordinatenmessgerät (KMG) justiert bzw. lagejustiert werden, worunter allgemein ein Relativausrichten der Position und/oder Orientierung der Komponente relativ zu dem Koordinatenmessgerät verstanden werden kann. Anders ausgedrückt kann im Rahmen einer Justage die räumliche Lage (oder auch Pose) eines Objekts, wobei die Lage die Position und Orientierung des Objekts im Raum zusammenfasst, relativ zu dem KMG geändert werden. Allgemein kann hierbei auf ein Koordinatensystem des KMG Bezug genommen werden, von dem zumindest einzelne Achsen vorzugsweise parallel zu Bewegungs- bzw. Maschinenachsen des KMG verlaufen können.
Bisher wird die Komponente vorzugsweise durch das KMG selbst vermessen, um eine aktuelle Position und/oder Orientierung der Komponente relativ zu dem KMG zu ermitteln (d.h. diese Informationen z.B. in KMG-Koordinaten zu ermitteln). Wird keine ausreichende Übereinstimmung festgestellt, wird die Position und/oder Orientierung der Komponente geändert. Dies erfolgt in der Regel manuell und unter Abschätzung eines erforderlichen Ausmaßes der Änderung von Position und/oder Orientierung. Nach diesem Eingriff wird die Komponente erneut vermessen und ermittelt, ob eine gewünschte (Soll-) Position und/oder (Soll-) Orientierung erreicht wurde. Es ergibt sich also ein iteratives Vorgehen mit mehreren manuellen Eingriffen und einer jeweiligen anschließenden Vermessung. Dies erfordert Erfahrung und ist zeitaufwendig.
In der erwähnten WO 2015/014398 A1 sind gemäß einigen Ausführungsbeispielen zusätzliche Sensoren vorgesehen, um Lageinformationen für Komponenten eines Gegenhalters zu erhalten. Das Verwenden derartiger zusätzlicher Sensoren kann jedoch aus Aufwands- oder Kostengründen unerwünscht sein.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Ausrichten von Komponenten relativ zu einem Koordinatenmessgerät zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es versteht sich, dass sämtliche der einleitend erwähnten Merkmale und Erläuterungen auch bei der vorliegenden Lösung vorgesehen sein bzw. auf diese zutreffen können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auch während einer Lageänderung der Komponente relativ zu dem Koordinatenmessgerät Lageinformationen zu erfassen (d.h. bevorzugt in Echtzeit zu erfassen) und somit einem Bediener Rückmeldung darüber zu geben, inwieweit eine aktuell vorgenommene Lageänderung sinnvoll ist bzw. zu einem gewünschten Zielzustand führt. Dies hebt sich von dem bisher gewählten iterativen Vorgehen ab, bei dem ein Bediener nach jeder Lageänderung einen vollständigen Messvorgang durchführen muss und erst anschließend Informationen über die Angemessenheit einer vorgenommenen Lageänderung erhält.
Stattdessen kann erfindungsgemäß eine Lageinformation zur Rückmeldung auch während oder vorzugsweise unmittelbar nach Beendigung einer Lageänderung der Komponente relativ zu dem KMG erhalten werden. Bevorzugt findet dies auch ohne Durchführen eines vollständigen Messvorgangs statt, sondern z.B. durch Aufrechterhalten einer Antastung der Komponente durch einen Taster des KMG auch während einer Lageänderung der Komponente relativ zum KMG.
Es können also sozusagen Online-Lageinformationen und/oder Lageinformationen in Echtzeit erhalten und einem Bediener vorzugsweise auch unmittelbar mitgeteilt werden, z.B. mittels einer Anzeigeeinrichtung. Basierend auf diesen aktuellen Lageinformationen kann der Bediener unmittelbar erfahren, inwieweit eine vorgenommene Lageänderung zielführend ist, um einen gewünschten Zielzustand (d.h. Soll-Zustand) zu erreichen. Beispielsweise kann dem Bediener mittels der Anzeigeeinrichtung eine Distanz zu bzw. eine Abweichung von einem entsprechenden Zielzustand dargestellt werden. Dies kann sich z.B. auf eine zweidimensionale Position der Komponente in einer Horizontalebene des KMG beziehen.
Im Detail schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten (oder mit anderen Worten Justieren und/oder Anordnen) von Komponenten relativ zu einem Koordinatenmessgerät vor, wobei an dem Koordinatenmessgerät ein Taster angeordnet ist, und wobei das Verfahren umfasst:

a) Positionieren von Taster und Komponente relativ zueinander gemäß einer definierten Anordnung (insbesondere durch Antasten der Komponente mit dem Taster unter Einnehmen der definierten Anordnung);
b) Erfassen von wenigstens einer Koordinate der Komponente;
c) Ändern (oder, mit anderen Worten, Justieren) einer Position und/oder Orientierung (d.h. der räumlichen Lage oder Pose) der Komponente relativ zu dem Koordinatenmessgerät unter Aufrechterhalten der definierten Anordnung (von Taster und Komponente relativ zueinander).

Bei der Komponente kann es sich um einen Gegenhalter handeln und insbesondere einzelne Komponenten des Gegenhalters, wie z.B. eine verlagerbare und in Richtung eines Drehtisches ausgerichtete Kegelspitze. Ebenso kann es sich um einen Halter und insbesondere an einem Drehtisch montierten Halter (zum Beispiel umfassend eine Kegelspitze) handeln, der mit einem Gegenhalter zum Klemmen eines Werkstücks zusammenwirken kann. Als Komponente kann aber auch eine beliebige Einspannvorrichtung, ein Werkzeug oder allgemein ein Werkstück vorgesehen sein.
Das Koordinatenmessgerät kann gemäß jeglicher herkömmlicher Bauart ausgebildet sein, beispielsweise als Koordinatenmessgerät mit drei orthogonal zueinander ausgerichteten Bewegungsachsen und/oder als ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise.
Der Taster ist bevorzugt nachgiebig an dem Koordinatenmessgerät gelagert. Dies kann derart erfolgen, dass er unabhängig von Bewegungen des Koordinatenmessgeräts bewegbar ist zwar bevorzugt in sämtlichen Raumrichtungen (d. h entlang sowie um sämtliche Raumachsen). Mit anderen Worten kann die nachgiebige Lagerung einen Bewegungsspielraum des Tasters bereitstellen, selbst dann, wenn die Bewegungsachsen des Koordinatenmessgeräts stillstehen. Dies kann insbesondere für taktile Taster relevant sein, die nach Maßgabe von im Rahmen der taktilen Antastung auftretenden Gegen- bzw. Kontaktkräften ihre Lage innerhalb des über die nachgiebige Lagerung verfügbaren Bewegungsspielraums ändern können.
Das Einnehmen (oder mit anderen Worten Einstellen) einer definierten Anordnung von Taster und Komponente kann ohne manuelle Eingriffe erfolgen, beispielsweise allein aufgrund der Relativbewegung von Taster und Komponente im Rahmen der Antastung. Insbesondere kann diese definierte Ausrichtung durch Inkontaktbringen von Taster und Komponente und den dabei wirkenden Kräften automatisch eingestellt werden. Dies kann auch als eine Zentrierung im Rahmen der Antastung und insbesondere als Selbstzentrierung von Taster und Komponente relativ zueinander beschrieben werden.
Die Selbstzentrierung kann umfassen, dass keine zusätzlichen Kräfte und/oder Bewegungen außerhalb der Antastbewegung und dabei auftretender Kontaktkräfte bereitgestellt werden müssen, um die gewünschte definierte Anordnung zu erreichen. Wie nachstehend geschildert, kann eine solche Selbstzentrierung (oder allgemein das Einnehmen der definierten Ausrichtung) z.B. durch besonders gestaltete Abschnitte im Kontakt- bzw. Eingriffsbereich von Taster und Komponente erfolgen. Diese können zum Beispiel den Taster in eine bevorzugte (zentrierte) Lage relativ zu der Komponente zwingen, beispielsweise durch Erzeugen von Rutsch- oder Gleitbewegungen des Tasters in eine vorbestimmte Richtung, wenn dieser noch nicht die gewünschte Anordnung aufweist.
Im Falle eines optischen Tasters kann die definierte Anordnung ein definierter Abstand sein, was über Messsignale des Tasters ermittelt und/oder über Nachstellbewegungen des Tasters infolge von Lageveränderungen der Komponente aufrechterhalten werden kann.
Die definierte Ausrichtung kann umfassen, dass zumindest ein Teil des Tasters und zumindest ein Teil der Komponente relativ zueinander in bestimmter Weise ausgerichtet sind. Zum Beispiel kann eine Antastkugel des Tasters an einer vorbestimmten Kontaktposition oder in einem vorbestimmten Kontakt- bzw. Eingriffsbereich der Komponente Eingreifen (nachstehend auch Zentrierbereich genannt). Ebenso kann dies umfassen, dass der Taster in einem vorbestimmten Bereich (z.B. Zentrierbereich) der Komponente an eben dieser anliegt bzw. diese zumindest abschnittsweise in sich aufnimmt, was zum Beispiel auf einen nachfolgend erläuterten Ringtaster zutrifft. Auch in diesen Zuständen kann der Taster vorzugsweise eine vorbestimmte Ausrichtung zu der Komponente einnehmen (beispielsweise in Bezug auf eine Längsachse der Komponente und insbesondere orthogonal hierzu).
Die wenigstens eine Koordinate, die ermittelt wird, kann für wenigstens einen Punkt der Komponente erfasst werden. Es kann sich auch um einen virtuellen Punkt der Komponente handeln, wie beispielsweise einen geometrischen Mittelpunkt hiervon, der nicht real antastbar ist, da er im Innern des Komponentenvolumens liegt. Mit anderen Worten kann das Erfassen der Koordinate auch ein rechnerisches Erfassen umfassen, vorzugsweise jedoch basierend auf mittels der Antastung gewonnenen Informationen (z.B. Oberflächenkoordinaten).
Das Ändern von Position und/oder Orientierung der Komponente kann manuell erfolgen. Das Aufrechterhalten der definierten Anordnung kann umfassen, dass im Falle einer taktilen Antastung ein Kontakt zwischen Tastern und Komponente aufrechterhalten wird, und zwar beispielsweise in demselben Kontaktbereich (z.B. Zentrierbereich) und/oder mit einer selben Relativanordnung zueinander. Im Rahmen einer optischen Antastung kann z.B. der gleiche Abstand zwischen Komponente und Taster aufrechterhalten werden (z.B. durch automatisches Anpassen einer Tasterposition durch Bewegen der KMG-Achsen). Ein solches automatisches Anpassen der Tasterposition kann auch bei einer taktilen Antastung vorgesehen sen. Zum Beispiel kann dann, wenn der Bewegungsspielraum eines nachgiebig am Messsensor gelagerten Tasters nicht mehr ausreichend und/oder aufgebraucht ist, das KMG entsprechend verfahren werden, um den Bewegungsspielraum zumindest teilweise wieder herzustellen.
Allgemein kann zum Aufrechterhalten der definierten Anordnung auch eine Kraft vom Koordinatenmessgerät auf den Taster aufgebracht werden, um ihn an der Komponente zu halten und/oder daran anzudrücken. Vorzugsweise ist diese Kraft derart bemessen, dass ein Bewegungsspielraum der nachgiebigen Lagerung nicht vollständig aufgebraucht wird bzw. zumindest teilweise verbleibt.
Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass durch die definierte Anordnung von Taster und Komponente und insbesondere deren Aufrechterhaltung auch nach einem Ändern der Position und/oder Orientierung (d.h. räumlichen Lage) der Komponente Koordinateninformationen der Komponente ohne ein erneutes Antasten oder einem allgemeinen Durchführen eines vollständigen Messvorgangs ermittelt werden können.
Anders ausgedrückt kann nach Einstellen der definierten Anordnung in Schritt a) und zum Beispiel in Kenntnis der Tasterdimensionen davon ausgegangen werden, dass Messinformation für einen bestimmten Komponentenbereich oder Punkt gewonnen werden können, beispielsweise für einen Zentrierbereich der Komponente oder einen Komponentenbereich (zum Beispiel geometrischen Mittelpunkt), der in bekannter Weise relativ zu dem Zentrierbereich positioniert ist. Es kann also davon ausgegangen werden, dass bei Erreichen der definierten Anordnung eine Umrechnungsvorschrift zum Umrechnen der vom KMG ermittelten Koordinaten auf die eigentlich interessierenden Koordinaten eines bestimmten Komponentenbereiches Gültigkeit besitzt.
Dadurch, dass die definierte Anordnung von Taster und Komponente aber auch während einer Lageänderung der Komponente im Schritt c) beibehalten wird, besitzt diese Umrechnungsvorschrift auch während bzw. nach dieser Lageänderung weiter Gültigkeit. Anhand der mit dem Koordinatenmessgerät ermittelten Messinformationen (insbesondere Koordinateninformationen) können also trotz Lageveränderungen der Komponente unmittelbar geänderte Koordinateninformation desselben Punktes und/oder Bereichs der der Komponente ermittelt werden, die in Schritt a) bzw. Schritt b) vermessen wurden. Dies bedeutet, dass in Echtzeit aktuelle Koordinateninformationen erhalten werden können bzw. bestehende Koordinateninformationen in Echtzeit fortlaufend aktualisiert werden können, ohne dass ein potenziell fehlerbehafteter und zeitaufwendiger separater Vermessungsvorgang der Komponente nach jeder Lageänderung durchgeführt werden muss. Die fortlaufend ermittelbaren und/oder aktualisierten Informationen können einem Bediener auch in Echtzeit dargestellt werden, beispielweise um diesem Rückmeldung darüber zu geben, ob eine gewünschte Soll-Relativlage von Komponente und KMG erreicht wurde bzw. ob eine aktuelle Lageänderung (zum Beispiel Verschiebung) der Komponente diese näher zu dem gewünschten Soll-Zustand bringt oder nicht.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass (vorzugsweise fortlaufend und/oder mehrmals) wenigstens eine Koordinate der Komponente nach und/oder während Schritt c) erfassbar ist bzw. erfasst wird. Es kann also ein wenigstens einmaliges erneutes Erfassen wenigstens einer Koordinate der Komponente nach und/oder während Schritt c) stattfinden. Hierbei kann es sich um dieselbe Koordinate handeln, die vormals im Schritt b) erfasst wurde, oder um eine andere Koordinate. Ebenso kann das Verfahren den Schritt umfassen, dass nach Durchführen von Schritt b) eine Abweichung von einem Soll-Zustand und insbesondere einer Soll-Lage der Komponente relativ zum Koordinatenmessgerät ermittelt wird. Diese kann einem Bediener vorzugsweise angezeigt werden.
Nach (oder während) wenigstens einmaligem Durchführen von Schritt c) kann ferner die geänderte Lage der Komponente angezeigt werden und/oder eine geänderte Abweichung zu der Soll-Lage. Wenn Koordinaten der Komponente während der Änderung gemäß Schritt c) erfasst werden, kann dies unmittelbar (d.h. in Echtzeit) einem Bediener angezeigt werden. Gleiches gilt für ermittelte Abweichungen zu einer Soll-Lage, die ebenfalls fortlaufend aktualisiert und/oder angezeigt werden können. Somit kann der Bediener bereits während, vorzugsweise aber zumindest unmittelbar nach Änderung der Relativlage von Komponente und KMG, Informationen darüber erhalten, ob ein gewünschter Zielzustand nun erreicht ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Taster nachgiebig an dem Koordinatenmessgerät angeordnet ist, wobei die nachgiebige Lagerung vorzugsweise über einen Messsensor des Koordinatenmessgeräts bereitgestellt wird. Messsensoren von KMGs können auch als Messkopf oder Tastkopf bezeichnet sein. Die Anmelderin vertreibt derartige Messsensoren unter der Bezeichnung VAST. In an sich bekannter Weise dienen diese dazu, Bewegungen eines (taktilen) Tasters, wie sie durch Antastung einer Komponente und z.B. nach Maßgabe dabei entstehender Gegenkräfte auftreten, zu erfassen und darauf basierend eine Koordinatenermittlung vorzunehmen. Hierfür stellen die Messsensoren Bewegungsspielräume zur Verfügung, die z.B. wenige Millimeter (beispielsweise mindestens zwei oder mindestens vier Millimeter) in jede Raumrichtung sowie vorzugsweise auch um jede Raumachse umfassen können. Ein Beispiel für einen Messsensor mit entsprechenden Bewegungsspielräumen (dort als Tastkopf bezeichnen) findet sich in der EP 1 279 918 A2 .
Das Verfahren kann insbesondere bei dem Verwenden eines solchen Messsensors zur Feinjustierung vorgesehen sein, wobei eine Relativlage von Komponente und Koordinatenmessgerät in geringem Umfang angepasst wird (zum Beispiel in vom Messsensor vorgegebenen Bewegungsspielräumen). Die Grobjustierung kann hingegen z.B. mit den bekannten iterativen Ansätzen oder allgemein nach Augenmaß erfolgen. Ein allgemeiner Vorteil ist, dass jegliche erfindungsgemäße Komponentenausrichtung ohne oder mit zumindest begrenztem zusätzlichen Hardwareaufwand erfolgen kann, beispielsweise da bereits am Koordinatenmessgerät vorhandene Hardwarekomponenten in Form des Messsensors verwendet werden können. Für bestimmte Ausführungsformen ist es jedoch vorteilhaft, wenn für die Durchführung des Verfahrens besonders ausgebildete Taster verwendet werden und/oder nachfolgend erläuterte Zentrierbereiche an dem Taster oder der Komponente vorgesehen sind. Hardwareanpassungen gegenüber einem gewöhnlichen Messbetrieb können zum Umsetzen der erfindungsgemäßen Lösung bei bestimmten Ausführungsformen somit erforderlich und sogar bevorzugt sein.
Wie bereits erwähnt, kann allgemein vorgesehen sein, dass die Achsen des Koordinatenmessgeräts während Schritt c) (z.B. zumindest anfänglich oder zumindest vorübergehend) stillstehen oder nach Maßgabe der Änderung der Position und/oder Orientierung der Komponente bewegt werden (z.B. dieser Änderung folgen und/oder mit den Komponenten mitfahren, z.B. unter der hierin geschilderten Aufrechterhaltung oder dem Ausgleichen einer Komprimierung einer nachgiebigen Lagerung). In diesem Fall wird der Bewegungsspielraum zur Lageänderung in Schritt c) vorzugsweise über die nachgiebige Lagerung bereitgestellt. Die Komponente wird dann bevorzugt aktiv zum stillstehenden KMG bewegt (beispielsweise durch manuelles Verschieben). Wird für die nachgiebige Lagerung ein Messsensor verwendet, kann dieser laufend Messsignale liefern, aus denen die sich ändernden Koordinateninformationen zum Beispiel in Echtzeit ermittelt werden können. Dies kann im Vergleich zu sich bewegenden KMG-Achsen eine schnellere und zuverlässigere Ermittlung der Relativausrichtung von Komponente und KMG ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst wenigstens einer von Taster und Komponente einen Zentrierbereich und in Schritt a) wird die definierte Anordnung (von Taster und Komponente) durch in Eingriff Bringen von Taster und Komponente im Zentrierbereich erhalten. Beispielsweise kann der Zentrierbereich ein besonders geformter Bereich sein, der Ausnehmungen, schräge Flächen, Vorsprünge oder allgemein freistehende Komponentenabschnitte umfassen kann.
Durch das in Eingriff Bringen im Zentrierbereich können Taster und Komponente sozusagen in die definierte Anordnung relativ zueinander gezwungen und/oder gehalten werden, beispielsweise da ein Zentrierbereich der Komponente den Taster zumindest teilweise aufnimmt oder aber ein Zentrierbereich des Tasters die Komponente zumindest teilweise aufnimmt. Anders ausgedrückt kann zwischen dem Zentrierbereich und dem jeweils anderen von Taster und Komponente somit allgemein ein Formschluss erzeugt werden, der die definierte Anordnung definiert oder vorgibt.
Während der Änderung der Relativlage in Schritt c) kann dieser Formschluss und somit auch die definierte Anordnung von Taster und Komponente aufrechterhalten werden. Dies stellt eine zuverlässige Möglichkeit dar, um trotz Änderung der Relativlage von Komponente und KMG die definierte Anordnung aufrechtzuerhalten und ermöglicht allgemein die vorstehend erläuterte Selbstzentrierung im Rahmen des Antastvorgangs der Komponente. Beispielsweise kann der Taster sozusagen in einen Zentrierbereich der Komponente hineinrutschen (oder umgekehrt) und dann auch im Zentrierbereich gehalten werden, sodass der Kontaktabschnitt des Tasters (z.B. ein Antastelement wie eine Antastkugel) definiert und konstant relativ zu der Komponente ausgerichtet ist. Unter einer definierten Relativanordnung kann hierin allgemein eine vorbestimmte Relativanordnung verstanden werden.
Gemäß einer Variante ist der Zentrierbereich an der Komponente ausgebildet. In diesem Fall kann der Zentrierbereich z.B. eine Ausnehmung umfassen, beispielsweise eine Einkerbung oder allgemein eine mit wenigstens einer Kante oder wenigstens einer schrägen Fläche versehene Ausnehmung (z.B. eine keilförmige Ausnehmung oder Nut). Die Ausnehmung kann z.B. wenigstens zwei zueinander angewinkelte Flächen umfassen und vorzugsweise drei oder vier zueinander angewinkelte Flächen (z.B. pyramidenförmig ausgebildet sein). Ebenso möglich ist eine Kegelsenkung, zum Beispiel zum Zentrieren eines kugelförmigen Tastelements. Auch kann das Tastelement eine Bohrung oder eine anderweitige Ausnehmung aufweisen (zum Beispiel mit wenigstens drei inneren Anlageflächen) und mit einem Vorsprung der Komponente zusammenwirken, insbesondere mit einem kugelförmigen Abschnitt der Komponente. In diese Ausnehmung kann z.B. ein kugelförmiger Taster bzw. ein kugelförmiges Antastelement des Tasters (eine Antastkugel) während des Antastvorgangs eingreifen und insbesondere hineinrutschen und hierdurch die definierte Relativanordnung einnehmen.
Alternativ kann der Zentrierbereich als freistehender Komponentenabschnitt (z.B. als ein Vorsprung oder eine Kegelspitze) an der Komponente ausgebildet sein. Dieser freistehende Komponentenabschnitt kann dann z.B. in einen korrespondierenden Abschnitt (z.B. einen ringförmigen Abschnitt) des Tasters aufgenommen werden, um die vorbestimmte Relativanordnung einzunehmen. Das in Eingriff Bringen kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Taster auf diesen freistehenden Komponentenabschnitt aufgeschoben wird, z.B. bis eine vorbestimmte Gegenkraft erreicht ist. Die Aufschubbewegung des Tasters kann entlang einer Komponentenlängsachse erfolgen (z.B. einer Kegellängsachse, wenn der Komponentenabschnitt als Kegelspitze ausgebildet ist). Insbesondere mittels der bevorzugten nachgiebigen Lagerung kann sich der Taster aber auch quer zu dieser Achse bewegen, um die vorstehend geschilderte Selbstzentrierung zu bewerkstelligen. Der freistehende Komponentenabschnitt kann auch einen Kegelstumpf, eine Kugelspitze (Kegel mit eingesetzter Kugel an bzw. anstelle von dessen Kegelspitze), wenigstens ein Halbkugelelement und/oder wenigstens ein Zylinderelement umfassen bzw. als ein solches ausgebildet sein.
Gemäß einer Variante der Erfindung weist der Taster einen Aufnahmeabschnitt auf, zum Beispiel einen (geschlossenen oder geöffneten) ringförmigen Abschnitt, der in Schritt a) die Komponente zumindest abschnittsweise aufnimmt und dadurch vorzugsweise die definierte Anordnung von Taster und Komponente erreicht. Bei dem aufgenommenen Abschnitt der Komponente kann es sich z.B. um den vorstehend erläuterten freistehenden Komponentenabschnitt oder allgemein um einen Zentrierbereich handeln. Ein Aufnahmeabschnitt umfassend einen solchen Taster kann auch als Ringtaster bezeichnet werden.
Der ringförmige Abschnitt kann, wie erwähnt, einen geöffneten oder vollständig geschlossenen Ring definieren, in dem die Komponente aufnehmbar ist. Der ringförmige Abschnitt ist jedoch bevorzugt zu wenigstens 200° geschlossen und/oder um nicht mehr als 120° geöffnet.
Innerhalb des Aufnahmeabschnitt können vorzugsweise kugelförmige Elemente (Kontaktkugeln) positioniert sein, um Verkantungen des Aufnahmeabschnitts und der Komponente zu vermeiden und/oder um definierte Kontaktpunkte zwischen dem Aufnahmeabschnitt und der Komponente einzustellen (typischerweise ein Kontaktpunkt je Kugel). Diese können prinzipiell rotierbar gelagert sein, sind zum Erreichen einer hohen Positioniergenauigkeit aber bevorzugt feststehend in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen. Anders ausgedrückt kann der Aufnahmeabschnitt (und insbesondere ein ringförmiger Abschnitt) also eine Mehrzahl von Kontaktkugeln umfassen, beispielsweise wenigstens drei, die vorzugsweise in gleichartigen Winkelabständen zueinander positioniert sind (also um 120° voneinander beabstandet sind im Fall von drei Kontaktkugeln).
Zur Aufnahme des Komponentenabschnittes, bei dem es sich insbesondere um die vorstehend erwähnte Kegelspitze handeln kann, kann der Aufnahmeabschnitt (und insbesondere ein ringförmiger Abschnitt) des Tasters auf den Komponentenabschnitt zubewegt werden. Bevorzugt ist der Aufnahmeabschnitt dabei im Wesentlichen orthogonal zu einer Bewegungsrichtung ausgerichtet. Diese Bewegung kann so lange erfolgen, bis eine vorbestimmte Gegenkraft entgegen der Bewegungsrichtung registriert wird (beispielsweise mittels des vorstehend erwähnten Messsensors des KMG). Diese Gegenkraft kann darauf hindeuten, dass der Aufnahmeabschnitt den Komponentenabschnitt vollständig aufnimmt bzw. mit einer maximalen Distanz oder in einem maximalen Ausmaß darauf aufgeschoben wurde. Durch die nachgiebige Lagerung und/oder die erwähnten optionalen Kontaktkugeln können dabei aber Verkantungen des Tasters an der Komponente vermieden werden. Anschließend können Koordinateninformationen der Komponente erfasst werden.
Unter einer orthogonalen Ausrichtung einer Achse zu dem Aufnahmeabschnitt und insbesondere dem optionalen ringförmigen Abschnitt kann allgemein verstanden werden, dass eine Raumebene, in der eine von dem Aufnahmeabschnitt definierte (geschlossene oder geöffnete) Umfangslinie liegt, orthogonal zu dieser Achse verläuft. Gleiches gilt für allgemeine Winkel des Aufnahmeabschnitts zu einer Achse, welche ebenfalls zwischen dieser Ebene und der Achse gemessen werden können. Diese Ebene kann auch einen geometrischen Mittelpunkt des Aufnahmeabschnitts enthalten, beispielsweise einen Mittelpunkt einer vom Aufnahmeabschnitt definierten beziehungsweise umgebenen Öffnung. Allgemein kann der Aufnahmeabschnitt eine kreisförmige Öffnung umfassen bzw. definieren oder eine solche zumindest teilweise umgeben (z.B. bei einem geöffneten Ringabschnitt).
Wie vorstehend bereits angedeutet, sieht eine erfindungsgemäße Variante vor, die Komponente relativ zu einer Achse des Koordinatenmessgeräts auszurichten, wobei (bzw. sodass) sich ein Winkel zwischen dem Aufnahmeabschnitt und der Achse nach zumindest einmaligem Durchführen von Schritt c) ändert und insbesondere vergrößert. Insbesondere kann der der Aufnahmeabschnitt anschließend im Wesentlichen orthogonal zu der Achse angeordnet sein. Der Winkel ist bevorzugt der (kleinere) Schnittwinkel zwischen dem Aufnahmeabschnitt und der Achse. Dieser gemäß bekannter vektorbasierter Formeln bestimmt werden kann. Bei der Achse kann es sich um eine Rotationsachse eines Drehtisches handeln oder um eine Werkstückachse. Es sind aber auch Ausrichtungen zu beliebigen Punkten und Achsen im Messvolumen möglich.
Bei einer Achse des Koordinatenmessgeräts kann es sich hierin allgemein um jegliche im Koordinatensystem des KMG definierte Achse handeln und auch um die Koordinatenachsen dieses Koordinatensystems selbst. Insbesondere kann es sich hierbei um eine virtuelle Achse handeln, die jedoch auch mit Bewegungsachsen des KMG zusammenfallen oder parallel hierzu verlaufen kann. Bewegungsachsen des KMG können allgemein durch Maschinenachsen definiert sein, mit denen der Taster im Raum bewegbar ist. Es kann sich hierbei aber auch um Achsen handeln, mit denen z.B. ein Werkstück relativ zu dem KMG bewegbar ist, beispielsweise um die Rotationsachse eines Drehtisches, der im Arbeitsraum des KMG positioniert ist.
Folglich kann bei der vorstehend erwähnten Varianten vorgesehen sein, die Komponente relativ zu einer Drehtischachse (Rotationsachse) des KMG auszurichten, um die ein Werkstück relativ zu einem Taster des KMG rotierbar ist, mittels derer aber der Taster selbst vorzugsweise nicht bewegbar ist. Beispielsweise kann nach Aufnahme des Komponentenabschnitts im Aufnahmeabschnitt und Einstellen der definierten Relativanordnung von Taster und Komponente ermittelt werden, wie der Aufnahmeabschnitt (z.B. eine hiervon umfasste Öffnungsebene) relativ zu einer entsprechenden Rotationsachse liegt und dann die Komponente gemeinsam mit dem daran angeordneten Aufnahmeabschnitt relativ zu der Drehachse verkippt werden, bis eine orthogonale Ausrichtung des Aufnahmeabschnitts zu der Achse bzw. Koordinatenachse vorliegt.
Hierbei kann es bevorzugt sein, dass die definierte Anordnung in Schritt a) derart erfolgt, dass der Aufnahmeabschnitt orthogonal zu einer Längsachse der Komponente liegt und insbesondere zu einer Kegellängsachse, wenn es sich bei der Komponente um die Kegelspitze eines Gegenhalters und/oder Halters an einem Drehtisch handelt.
Eine weitere Variante sieht vor, dass der Taster einen Schaft mit einem daran angeordneten Antastelement aufweist (z.B. eine Antastkugel), das bzw. die in Schritt a) in Kontakt mit der Komponente gebracht wird. Dieser Taster kann alternativ oder zusätzlich zu einem Aufnahmeabschnitt vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Taster ein kombinierter ring- und schaftförmiger Taster mit z.B. einer Antastkugel sein. Der Schaft mit Antastkugel kann hierfür an einer Außenseite des ringförmigen Abschnitts angeordnet sein. Ein solcher kombinierter Taster kann zur Durchführung verschiedener Justagevorgänge verwendet werden, beispielsweise einer Justage der Lage der Komponente in Bezug auf verschiedene (Koordinaten-) Achsen, wobei je nach aktueller Justageaufgabe dann einer der Taster (Schaft mit Antastelement oder Ringtaster) ausgewählt werden kann. Insbesondere kann dieser Taster für absolute Koordinatenmessungen verwendet werden. Ein Taster mit Aufnahmeabschnitt kann hingegen für Koordinatenmessungen relativ zu bzw. in Bezug auf weitere Achsen und insbesondere eine Drehachse verwendet werden, wie nachstehend noch näher erläutert.
Gemäß einer Variante greift der Taster mit Antastelement in einen vorstehend erläuterten Zentrierbereich der Komponente ein, insbesondere in eine keil- oder pyramidenförmige Ausnehmung, welche den Zentrierbereich bildet, und hierdurch wird die definierte Anordnung von Tastenkomponente erreicht.
Ein Taster mit Schaft und Antastelement kann z.B. dann zum Einsatz kommen, wenn die Komponente innerhalb einer Raumebene (insbesondere einer horizontalen bzw. X-Y-Ebene im Koordinatensystem von vorzugsweise dem KMG) relativ zu dem Koordinatenmessgerät angeordnet werden soll und mit dem Taster eine Koordinate der Komponente in dieser Raumebene ermittelt wird.
Wie erwähnt, kann es sich bei der Komponente allgemein um die Komponente einer Werkstück-Haltevorrichtung handeln, wie z.B. eines an einem Drehtisch positionierten Halter oder einem Gegenhalter, wobei das Werkstück zwischen dem Halter und dem Gegenhalter einspannbar ist. Vorzugsweise ist der Halter drehfest mit dem Drehtisch verbunden und der Gegenhalter entlang einer Achse relativ zum Drehtisch verlagerbar. Weiter kann der Gegenhalter um die Rotationsachse des Drehtisches rotierbar gelagert sein. Sowohl der Halter als auch der Gegenhalter umfassen bevorzugt Kegelspitzen. Eine Lage dieser Kegelspitzen kann mittels der erfindungsgemäßen Lösungen ermittelt werden.
Beispielsweise kann die Komponente Bestandteil einer Gegenhalteranordnung mit einer Verlagerungsachse sowie einem entlang dieser Verlagerungsachse verlagerbaren (Werkstück-)Gegenhalter sein (zum Beispiel einer Kegelspitze), wobei die Verlagerungsachse durch wenigstens einmaliges Durchführen von Schritt c) parallel zu einer Achse (Koordinatenachse) des Koordinatenmessgeräts ausgerichtet wird. Bei dieser Achse kann es sich um die Rotationsachse eines Drehtisches des KMG handeln bzw. um eine mit dieser Rotationsachse zusammenfallende Achse.
Der Gegenhalter kann gemäß jeglicher der hierin geschilderten Varianten ausgebildet sein. Die Verlagerungsachse kann eine Linearachse sein. Eine Neigung der Verlagerungsachse kann in an sich bekannter Weise über Stellschrauben angepasst werden, die zu einer Verkippung der Verlagerungsachse relativ zu einer Ebene des KMG und insbesondere einer horizontalen Ebene hiervon führen können.
Der Gegenhalter und die Verlagerungsachse können zueinander definiert ausgerichtet sein, sodass aus einer Ausrichtung des Gegenhalters auch auf eine Ausrichtung der Verlagerungsachse geschlossen werden kann (und umgekehrt). Entsprechend kann als Komponente der Gegenhalter angetastet werden (insbesondere mit einem ringförmigen Tasterabschnitt gemäß einer der vorstehenden Varianten) und auch eine Ausrichtung des Gegenhalters kann in Schritt c) geändert werden, was jedoch mit einer analogen Ausrichtungsänderung der Verlagerungsachse einhergehen kann. Beispielsweise kann eine Längsachse des Gegenhalters (insbesondere eine Kegellängsachse) und der Verlagerungsachse derart erfolgen, dass diese parallel zueinander verlaufen und diese Ausrichtung ist vorzugsweise konstant bzw. wird während des Verfahrens nicht geändert (d.h. eine Lageänderung der Gegenhalterlängsachse ist in eine entsprechende Lageänderung der Verlagerungsachse umsetzbar bzw. geht mit dieser einher und umgekehrt).
Es kann vorgesehen sein, dass eine Koordinate des Gegenhalters an wenigstens zwei Positionen entlang der Verlagerungsachse ermittelt wird. Bei diesen Positionen handelt es sich vorzugsweise um maximale Positionen am Ende und am Anfang der Verlagerungsachse (d.h. um eine oberste und unterste Position entlang der Verlagerungsachse). Weiter handelt es sich bei der wenigstens einen Koordinate bevorzugt um eine Position entlang der Achse (Koordinatenachse) des Koordinatenmessgeräts, relativ zu der die Verlagerungsachse ausgerichtet werden soll. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine vertikale Koordinatenachse bzw. Z-Achse. Diese kann parallel zu einer Richtung ausgerichtet sein, in der eine Gravitationskraft wirkt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Information zur Ausrichtung der Verlagerungsachse relativ zu der Achse (Koordinatenachse) des KMG bestimmt wird, wobei dies insbesondere aus den anhand der Koordinaten bestimmt wird, die in den wenigstens zwei Positionen entlang der Verlagerungsachse ermittelt wurden.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Komponente Bestandteil einer Gegenhalteranordnung mit einer Verlagerungsachse und einem entlang der Verlagerungsachse verlagerbaren Gegenhalter ist, und durch wenigstens einmaliges Durchführen von Schritt c) eine Position der Komponente in einer nicht parallel und z.B. orthogonal zur Verlagerungsachse verlaufenden Ebene in Übereinstimmung mit einer Soll-Position in dieser Ebene gebracht wird. Dies erfolgt bevorzugt nachdem die Verlagerungsachse in der vorstehend erläuterten Weise relativ zu einer Achse (Koordinatenachse) des KMG ausgerichtet wurde, wobei diese Achse vorteilhafterweise orthogonal zu der oben genannten Ebene verläuft.
Hierzu kann eine Antastung mit einem schaftförmigen Taster samt daran angebrachtem Antastelement erfolgen. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass Messungen mit einem Ringtaster infolge einer etwaigen Schiefstellung des Ringtasters relativ zu der Raumebene einen unerwünschten Positionsversatz bzw. -fehler in dieser Ebene aufweisen können. Dies kann zu einem Versatz des Ringtasters bzw. eines Mittelpunktes hiervon relativ zu der Raumebene führen, wie nachstehend noch anhand der Figuren erläutert. Das Verwenden des schaftförmigen Tasters mit Antastelement kann hingegen eine höhere Absolutgenauigkeit erreicht werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung mit:

- einem Koordinatenmessgerät;
- einem an dem Koordinatenmessgerät angeordneten Taster; und
- einer relativ zu dem Koordinatenmessgerät auszurichtenden Komponente,

Das Aufrechterhalten der definierten Anordnung trotz Lageänderung der Komponente kann allgemein durch eine Kraftregelung erreicht werden, bei der der Taster (durch die KMG-Achsen) mit einer bestimmten Kraft in Kontakt mit der Komponente gehalten wird. Hierfür kann auf die Signale eines vorstehend erwähnten Messsensors zurückgegriffen werden. Für optische Taster wurde vorstehend die Möglichkeit einer Abstandswahrung durch Nachstellbewegungen des Tasters erläutert.
Insbesondere kann die Anordnung dazu eingerichtet sein, ein Verfahren gemäß sämtlicher der nachstehenden und vorstehenden Ausführungsformen auszuführen. Beispielsweise kann der Taster gemäß jeglicher der vorstehenden und nachstehenden Varianten ausgebildet sein. Gleiches gilt auch für die anzutastende Komponente.
Jegliche Erläuterungen, Weiterbildungen oder Varianten, die im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert werden, können auch auf die gleichlautenden Anordnungsmerkmale zutreffen. Allgemein kann die Anordnung sämtliche hierin erläuterten Funktionsweisen, Wechselwirkungen oder Schritte bereitstellen, die im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen Verfahren erläutert werden.
Gemäß einer Variante umfasst die Anordnung eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß jeglichen der hierin erläuterten Varianten auszuführen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Schritte a) bis c) des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen wie auch jegliche anderen optionalen Schritte und Maßnahmen. Demnach betrifft die Erfindung ebenso eine Anordnung mit:

- einem Koordinatenmessgerät;
- einem an dem Koordinatenmessgerät angeordneten Taster;
- einer relativ zu dem Koordinatenmessgerät anzuordnenden Komponente; und
- einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, zumindest die vorstehend erläuterten Schritte a) bis c) auszuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, dass Koordinatenmessgerät derart anzusteuern, dass diese Schritte bereitstellen weisen. Für Schritt a) kann allgemein ein Antasten in einem hierin geschilderten Zentrierbereich unter Überwachung auftretender Gegenkräfte durch die Steuereinrichtung vorgegeben bzw. veranlasst werden. Für Schritt c) kann durch eine von der Steuereinrichtung durchgeführte bzw. veranlasste Kraftregelung die definierte Anordnung aufrechterhalten werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Taster für ein Koordinatenmessgerät, insbesondere einen taktilen Taster, der einen Aufnahmeabschnitt (zum Beispiel einen ringförmigen Abschnitt) aufweist, in dem ein Abschnitt einer angetasteten Komponente zumindest teilweise aufnehmbar ist. Beispielsweise kann der Aufnahmeabschnitt und insbesondere dessen etwaiger (vollständig geschlossener oder zumindest teilweise geöffneter) ringförmiger Abschnitt zumindest bereichsweise und insbesondere an mehreren Punkten an einer Außenumfangsfläche der Komponente anliegen. Allgemein kann dieser Taster bzw. dessen Aufnahmeabschnitt gemäß jeglicher der hierin geschilderten Varianten ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Taster ferner einen Schaft auf (z.B. einen zylindrischen und/oder geradlinigen Schaft) mit einem daran angeordneten Antastelement (insbesondere einer Antastkugel), das in Kontakt mit der Komponente bringbar ist. Erneut kann dieser Schaft bzw. dieses Antastelement gemäß jeglicher der hierin erläuterten Varianten ausgebildet sein.
Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines Tasters nach einem der vorangehenden Aspekte für das Vermessen einer Position und/oder einer Orientierung einer Komponente einer Werkstückhalteanordnung relativ zu einem Koordinatenmessgerät. Insbesondere wenn ein kombinierter ring- und schaftförmiger Taster verwendet wird, kann eine solche Komponente vorteilhafterweise ohne Tasterwechsel relativ zu dem Koordinatenmessgerät ausgerichtet werden. Wie nachstehend anhand der Figuren erläutert, betrifft dies insbesondere eine Ausrichtung von kegelförmigen Werkstückhaltern, wie zum Beispiel kegelförmige Halter und/oder Gegenhalter, die zum Einspannen eines Werkstücks in einer Werkstückhalteanordnung zusammenwirken können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Merkmale können dabei figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt;
2 ist eine Detailabbildung der Anordnung aus 1 mit jedoch hinsichtlich einzelner Merkmale abweichender Darstellung sowie mit einer zusätzlichen Gegenhalteranordnung im Arbeitsraum;
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Taster, der sich aus einem Taststift mit schaftförmigem Abschnitt und einem Ringtaster zusammensetzt und bei den Anordnungen der 1 und 2 zum Einsatz kommen kann;
4 zeigt eine Detaildarstellung des Ringtasters aus 3;
5 zeigt den Ringtaster aus 3 beim Wechselwirken mit der Anordnung aus 2;
6 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Zustands aus 5;
7 zeigt den Taststift des Tasters aus 3 beim Wechselwirken mit einer Komponente;
8 zeigt den möglichen Inhalt einer Anzeigeeinrichtung, um einem Bediener erfindungsgemäß ermittelte Justageinformationen anzuzeigen;
9 bis 12 zeigen verschiedene Zustände während der Justierung einer Werkstückhalteranordnung analog zu derjenigen aus 2 mit einem erfindungsgemäßen Verfahren; und
13 zeigt ein Ablaufschema, zu dem anhand der 9 bis 12 erläuterten Verfahren.

In 1 ist ein Koordinatenmessgerät (KMG) 11 gezeigt, das von einer Anordnung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ist und das ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Die Anordnung 60 umfasst ferner einen Taster 9 und eine anzutastende und auszurichtende Komponente 24 (sh. 2), die anhand der weiteren Figuren noch näher erläutert werden.
Das KMG 11 dient allgemein dazu, Koordinatenwerte von Oberflächenorten bzw.positionen der Komponente 24 in Form eines Werkstücks zu erfassen, beispielsweise um darauf basierend sogenannte Prüfmerkmale zu überprüfen (zum Beispiel eine Formabweichung, eine Rundheit oder eine Parallelität). In an sich bekannter Weise ist das KMG 11 in Portalbauweise ausgebildet und umfasst einen Messtisch 1, über dem Säulen 2, 3 in Z-Richtung verfahrbar sind. Die Säulen 2, 3 bilden zusammen mit einem Querträger 6 ein Portal des KMG 11. Genauer gesagt ist der Querträger 6 an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 2 bzw. 3 verbunden, die auf dem Messtisch 1 längsverschieblich gelagert sind.
Der Querträger 6 ist mit einem Querschlitten 7 kombiniert, welcher luftgelagert entlang dem Querträger 6 (in X-Richtung) beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 7 relativ zu dem Querträger 6 kann anhand einer Maßstabs 8 festgestellt werden.
An dem Querschlitten 7 ist eine in vertikaler Richtung (d.h. in Z-Richtung) bewegliche Pinole 10 gelagert, die an ihrem unteren Ende einen Messkopf (bzw. Messsensor) 5 für eine taktile Antastung verbunden ist. An dem Messkopf 5 ist ein Taster 9 abnehmbar angeordnet. Der Taster 9 ist ein Taststift 20 mit einem schaftförmigen Abschnitt 21 und daran angeordneten Tastkugel 22 als Antastelement. Wie anhand von 2 erläutert, kann der Taststift 20 auch mit einem Ringtaster kombiniert werden.
Auf dem Messtisch 1 ist ein zusätzlicher drehbarer Drehtisch 13 angeordnet, auf dem das Werkstück 24 angeordnet ist, welches durch Drehung des Drehtisches 13 um eine vertikale Rotationsachse R (welche parallel zur Z-Achse des KMG 11 sowie zur Wirkrichtung der Gravitationskraft verläuft) gedreht werden kann. Die Rotationsachse R kann eine Maschinenachse des KMG 11 bilden, da sie vorzugsweise mittels der nachstehenden Steuereinrichtung 12 ansteuerbar ist.
Entsprechend zeigt 1 schematisch eine Steuereinrichtung 12 des KMG 11, die beispielsweise durch einen Computer (zum Beispiel mit einem Mikroprozessor) realisiert werden kann, der über Software und zumindest einen Datenspeicher 15 verfügt. Die Steuereinrichtung 12 ist über Signal- und Steuerleitungen mit ansteuerbaren Komponenten des Koordinatenmessgerätes 11 verbunden, insbesondere mit Antriebseinrichtungen von dessen Achsen. Außerdem ist die Steuereinrichtung 12 über eine Messdatenverbindung mit denjenigen Elementen des KMG 11 verbunden, die zur Ermittlung von bei einer Messobjekt- bzw. Komponenten-Vermessung ermittelten Messwerten eingesetzt werden (zum Beispiel mit dem Messkopf 5).
2 zeigt eine Detailabbildung des KMG 11 aus 1 mit zum Teil jedoch abweichender Darstellung der einzelnen Merkmale und in einer um die Z-Achse verdrehten Perspektive. Zusätzlich ist in dieser Darstellung ferner eine Gegenhalteranordnung 32 ist im Arbeitsraum des KMG 11 angeordnet, die ein Werkstück 25 eingespannt ist (in Abweichung von 1 eine Nockenwelle). Die Gegenhalteranordnung 32 entspricht einer herkömmlichen Bauart und ist mit Befestigungsmitteln 3 an einer Oberfläche des KMG 11 befestigt ist, hier an einer Oberfläche des Messtisches 1. Die Gegenhalteranordnung 32 bildet gemeinsam mit einer nachfolgend erläuterten Kegelspitze 38 eines am Drehtisch 13 montierten Werkstückhalters einer Werkstückhalteanordnung 39.
Eine Komponente 24 im Sinne der Patentansprüche kann in dem gezeigten Beispiel eine Komponente der Werkstückhalteanordnung 39 sein oder aber jegliche hiervon umfasster (Unter-) Komponente. Insbesondere kann dies Komponenten der Gegenhalteranordnung 32 betreffen oder aber die untere Kegelspitze 38.
Die Gegenhalteranordnung 32 weist eine längliche Verlagerungsachse 35 auf (Linearachse), die von der Oberfläche des Messtisches 1 nach oben in Z-Richtung absteht (sh. Koordinatensystem in 2, wobei die X-Y-Achsen eine horizontale Raumebene definieren und dessen Achsen jeweils analog zu den gleich bezeichneten Bewegungsachsen des KMG aus 1 ausgerichtet sind).
An der Verlagerungsachse 35 ist ein Arm 36 mit einer relativ zum Arm 36 drehbaren Kegelspitze 37 angebracht (größtenteils verdeckt). Die Kegelspitze 37 ist der Messtischoberfläche zugewandt und bildet den eigentlichen Gegenhalter 33 der Gegenhalteranordnung 32. Gegenüberliegend befindet sich der Drehtisch 13 mit einer dem Arm 36 bzw. dessen Kegelspitze 37 zugewandten Kegelspitze 38 (verdeckt). Letztere ist drehfest mit dem Drehtisch 13 verbunden.
Eine Rotationsbewegung des Drehtisches 13 kann über die untere Kegelspitze 38 auf das Werkstück 25 übertragen und von der oberen Kegelspitze 37 gestützt bzw. gelagert werden. Über eine Verlagerung des Arms 36 kann eine Spann- bzw. Haltekraft auf das Werkstück 25 ausgeübt werden, damit dieses während einer Drehung nicht verrutscht. Dies entspricht einer herkömmlichen Konfiguration und einem herkömmlichen Betrieb von Werkstückhalteanordnungen 39, wie sie auch in der eingangs genannten WO 2015/014398 A1 erläutert werden.
Ein allgemeines Ziel bei der Anordnung 60 von 2 ist es, die Lage der Komponenten der Werkstückhalteanordnungen 39 zu justieren (d. h. bevorzugt auszurichten) und insbesondere relativ zu dem im Koordinatensystem des KMG bereits justierten (d.h. bevorzugt ausgerichteten) Drehtisch 13 zu justieren. Eine Ausrichtung der Gegenhalteranordnung 32 relativ zu dem Drehtisch 13 entspricht aufgrund der bereits eingestellten und festgelegten Relativausrichtung von Drehtisch 13 und KMG 11 somit auch einer Anordnung bzw. Ausrichtung der Gegenhalteranordnung 32 relativ zum KMG 11.
In an sich bekannter Weise soll die Justierung der Gegenhalteranordnung 32 dabei derart erfolgen, dass die Verlagerungsachse 35 parallel zur Drehtischachse 38 ausgerichtet ist, wobei Letztere entsprechend der Z-Achse des KMG 11 bzw. senkrecht zur Oberfläche des Messtisches 1 ausgerichtet ist. Dadurch kann der Arm 36 inklusive seiner Kegelspitze 37 in der Höhe (Z-Richtung) verfahren werden, ohne dass sich die Position der Kegelspitze 37 in XY-Ebene sowie relativ zum Drehtisch 13 verändert. Nachstehend werden Beispiele erläutert, wie eine solche Ausrichtung mittels der erfindungsgemäßen Lösungen zuverlässig und effizient erreicht werden kann.
In 3 ist ein Taster 9 und dessen Tasterschnittstelle 50 (Tasterteller) zum Anschließen an dem Messsensor 5 aus 2 gezeigt, wobei der Messsensor 5 z.B. als herkömmlicher Sensor der Baureihe VAST der Anmelderin ausgebildet sein kann. Der Taster 9 weicht von dem Taster 9 der 1 und 2 ab, ist jedoch bei den dort gezeigten Lösungen anwendbar und stellt eine bevorzugte Variante eines erfindungsgemäßen Tasters 9 dar.
Der Taster 9 umfasst zwei Tasterkomponenten, die jeweils für sich genommen und unabhängig voneinander eine Werkstückantastung vornehmen und auch jeweils für sich genommen als Taster im Sinne der Erfindung verwendet werden können.
Dabei erkennt man zunächst den anhand von 1 bereits erläuterten Taststift 20. Eine weitere Tastkomponente ist in Form eines Ringtasters bzw. Tastrings 40 ausgebildet, der einen Aufnahmeabschnitt 43 des Tasters 9 bildet. Der Ringtaster 40 weist eine Öffnung 41 auf, die im gezeigten Fall kreisförmig ist. Der Ringtaster 40 umgibt die Öffnung 41 vollständig oder, mit anderen Worten, weist ein geschlossenes Ringprofil auf. An einer Innenseite des Ringtasters 40 sind drei Kontaktkugeln 42 angeordnet, die in Winkelabständen von jeweils 120° zueinander positioniert sind sowie einen Innenumfang der Öffnung 41 festlegen bzw. radial am weitesten innenliegende Punkte innerhalb der Öffnung 41 definieren. Wie nachstehend noch erläutert, wird bei einem Einführen eines Komponentenabschnitts in die Öffnung 41 ein Kontakt von Punkten an der Oberfläche der Komponente zu den Kontaktkugeln 42 und vorzugsweise nur zu diesen Kontaktkugeln 42 aufgebaut (d.h. nicht zu weiteren Punkten an einer Innenumfangsfläche des Ringtasters 40).
Der Ringtaster 40 ist in 4 noch einmal in Einzelteildarstellung gezeigt, wobei man wiederum die Öffnung 41 sowie die an ihrer Innenseite verteilten Kotaktkugeln 42 erkennt. Über die Schraube 44 ist der Ringtaster 40 mit einem in 3 erkennbaren starren Schaftabschnitt 46 und hierüber auch mit dem Messsensor 5 verbunden, sodass Bewegungen des Ringtasters 40 bzw. daran aufgebrachte Kräfte auf den Messsensor 5 übertragbar und von diesem in an sich bekannter Weise erfassbar sind.
Nicht erkennbar in 4 ist ein Aufnahmebereich für den Taststift 20 (z.B. eine Gewindebohrung). Wie aus 3 ersichtlich, kann der Taststift 20 z.B. an einer Außenumfangsfläche des Ringtasters 40 in diesen eingeschraubt werden. Es ist aber ebenso möglich, den Taststift 20 an einer anderen Position anzuordnen, wie z.B. direkt an dem Schaftabschnitt 46 oder auch an einem gesondert bereitgestellten Schaftabschnitt 46.
Anhand der 5 und 6 wird im Folgenden noch einmal eine Antastvorgang einer Komponente 24 mit dem Ringtaster 40 der 3 und 4 erläutert. Bei der Komponente 24 handelt es sich, wie in 5 gezeigt, um die untere Kegelspitze 38 des Drehtisches 13.
Wie in 6 gezeigt, fällt eine Längsachse L dieser Kegelspitze 38 mit der Rotationsachse R des Drehtisches 13 zusammen, was z.B. durch eine anderweitige Vermessung beim Zusammenbau des Drehtisches 13 bereits überprüft wurde. Selbst bei einer noch nicht vollständig abgeschlossenen Justierung der räumlichen Lage des Drehtisches 13 bzw. der Kegelspitze 38 im Arbeitsraum des KMG 11 ist die Längsachse L bzw. die Rotationsachse R im Wesentlichen entlang der Z-Achse des Koordinatensystems aus 2 angeordnet.
Der an dem KMG 11 angebrachte Taster 9 wird demnach zunächst in negativer Z-Richtung (d.h. nach unten) auf die Kegelspitze 38 zugefahren, und zwar derart, dass diese in der Öffnung 41 des Ringtasters 48 aufnehmbar ist. Die Verfahrbewegung kann z.B. durch eine manuelle Bedienung aktiviert werden. In an sich bekannter Weise ist der Taster 9 über die von dem Messsensor 5 bereitgestellten Bewegungsspielräume dabei nachgiebig an dem KMG 11 gelagert. Anders ausgedrückt kann sich der Taster 9 relativ zu dem KMG 11 und auch der Kegelspitze 38 entlang vorzugsweise sämtlicher Raumachsen bewegen (insbesondere durch Verschieben und/oder Verkippen), und zwar im Rahmen der vorstehend erläuterten Bewegungsspielräume. Auch wenn diese Bewegungsspielräume vergleichsweise gering ausfallen können (beispielsweise nur wenige Millimeter und insbesondere weniger ca. 4 Millimeter betragen können), kann dies für eine zumindest Feinjustierung der Kegelspitze 38 bzw. des Drehtisches 13 gemäß dem nachstehend geschilderten Vorgehen ausreichend sein.
Wie erwähnt, können die Bewegungsspielräume auch dadurch wiederhergestellt werden, dass die Achsen des Koordinatenmessgeräts 11 geeignet nachgestellt bzw. nachverfahren werden (z.B. in Richtung der und/oder in dem Ausmaß der Lage- und/oder Orientierungsänderung der Komponente 24). Dies kann z.B. derart erfolgen, dass ein Mindestabstand einer Sensorschnittstelle des Koordinatenmessgeräts 11 und einer Tasterspitze (z.B. in Form eines Tastelements oder eines Aufnahmeabschnitts) und/oder der Tasterspitze zur Sensorschnittstelle nicht unterschritten wird. Letzteres könnte auftreten, falls die nachgiebige Lagerung (z.B. im Messkopf) zu stark komprimiert werden würde. Das Koordinatenmessgerät 11 kann den Lage- und/oder Orientierungsänderung der Komponente 24 also durch Achsverstellungen in gleichen Richtungen nachgeben und/oder ausweichen. Das Ausmaß der Achsverstellungen kann durch ein Kompressionsmaß der nachgiebigen Lagerung bestimmt sein. Informationen zum Kompressionsmaß und/oder zu den relevanten Richtungen können von einem Messkopf erhalten werden. Sämtliche Aspekte dieses Absatzes können getrennt oder in jeglicher Kombination miteinander beansprucht werden und sind zudem unabhängig von den weiteren Details des Ausführungsbeispiels.
Wird also durch geeignetes (manuelles) Ansteuern ungefähr gewährleistet, dass ein Mittelpunkt der Öffnung 41 bzw. des Ringtasters 40 ungefähr mit der Längs- und Rotationsachse L, R zusammenfällt, wird zumindest eine der Kontaktkugeln 42 bei einem Herabfahren in Z-Richtung auf die Kegelspitze 38 zu mit einer Außenumfangsfläche der Kegelspitze 38 in Kontakt gelangen. Durch die bereitgestellten Bewegungsspielräume erfolgt dann bei fortgesetzter Bewegung in negativer Z-Richtung eine Selbstjustierung des Ringtasters 40 relativ zu der Kegelspitze 38, zum Beispiel durch Verlagerungen quer zur eigentlichen vom KMG 11 erzeugten Z-Bewegungsrichtung des Ringtasters 40.
Genauer gesagt erfolgt die Selbstjustierung in der Form, dass der Ringtaster 40 sich in einer Ebene orthogonal zur Bewegungsrichtung (d.h. in der X-Y-Ebene) selbst ausrichtet, bis sämtliche Kontaktkugeln 42 in Anlage mit der Außenumfangsfläche der Kegelspitze 38 stehen. Es ist aber ebenso möglich, dass der Ringtaster 40 dabei um eine der horizontalen Koordinatenachse X, Y bzw. um eine Achse in der hiervon aufgespannten X-Y-Ebene geringfügig verschwenkt, bis wiederum sämtliche der Kontaktkugeln 42 in Anlage mit der Kegelspitze 38 stehen.
Die Außenfläche der Kegelspitze, die ein freistehender vorsprungartiger Komponentenabschnitt ist, bildet folglich einen einleitend geschilderten Zentrierabschnitt 52, der von dem Taster 9 aufgenommen wird.
Der Messsensor 5 kann die auftretenden und auf den Taster 9 aufgebrachten Gegenkräfte erfassen und wenn diese einen vorbestimmten Schwellenwert erreichen, den Anfahrvorgang automatisch abbrechen. Der Schwellenwert ist derart gewählt, dass dieser einem Zustand entspricht, in dem sämtliche Kontaktkugeln 42 in Anlage mit der anzutastenden Komponente (der Kegelspitze 38) stehen. Hierfür können geeignete Werte vorab experimentell ermittelt werden, insbesondere schon vor einer Auslieferung des KMG 11 seitens des Herstellers.
Der schlussendlich erhaltene Zustand, bei dem sämtliche Kontaktkugeln 42 an der Außenumfangsfläche der Kegelspitze 38 anliegen, ist in der schematischen Darstellung aus 6 gezeigt. Dargestellt ist, dass in diesem Zustand ein geometrischer Mittelpunkt der Öffnung 41 des Ringtasters 40 auf der Längs- bzw. Rotationsachse L, R liegt, wobei die Längsachse L durch den nicht gesondert dargestellten geometrischen Mittelpunkt der Kegelspitze 38 verläuft. Dieser Zustand entspricht einer definierten (d.h. vorbestimmten) Anordnung des Tasters 9 (und in dem gezeigten Fall von dessen Ringtaster 40) relativ zu der anzutastenden Komponente 24 in Form der Kegelspitze 38. Diese definierte Anordnung wird in dem gezeigten Beispiel im Wege der vorstehend genannten Selbstjustierung sowie aufgrund der nachgiebigen Lagerung des Tasters 9 an dem KMG 11 aufwandsarm erreicht.
Ist die definierte Anordnung erreicht worden, kann bei bekannten Abmessungen der Kegelspitze 38 sowie des Ringtasters 40 auf die Position des Mittelpunkts M des Ringtasters 40 geschlossen werden und somit z.B. auch zumindest auf die X- und Y-Koordinaten eines Mittelpunkts der Kegelspitze 38. Hierfür wird ein mittels des Messsensors 5 in an sich bekannter Weise ermittelter Koordinatenwert (insbesondere ein dreidimensionaler Koordinatenwert) z.B. mit den genannten Abmessungen verrechnet.
Eine noch genauere Vermessung gelingt dann, wenn nach selbstzentrierender Antastung der Drehtisch samt Kegelspritze 38 relativ zu dem bevorzugt feststehenden Ringtaster 40 rotiert wird. Die Koordinaten des Mittelpunkts M können dann fortlaufend bestimmt werden und sollten bevorzugt einen gleichmäßigen Kreis mit gleichmäßigem Durchmesser bilden. Mit den ermittelten Koordinaten kann eine rechnerische Kreiseinpassung erfolgen und ein Kegelmittelpunkt in der Ebene des Ringtasters 40 bestimmt werden relativ zur Rotationsachse R.
Eine Erkenntnis der Erfindung besteht darin, dass dann, wenn die entsprechend definierte Anordnung von Taster 9 und Komponente 24 (z.B. der Kegelspitze 38) beibehalten wird, auch bei Änderungen einer Lage der anzutastenden Komponente 24 im Arbeitsraum des KMG 11 fortlaufend eine Ermittlung von Koordinatenwerten dieser Komponente 24 möglich ist. Dies kann beispielsweise durch fortlaufendes Ermitteln und Umrechnen von Koordinatenwerten des Tasters 9 in Koordinatenwerte für relevante (virtuelle oder reale) Punkte, Achsen oder Ebenen der angetasteten Komponente 24 erfolgen.
Anders ausgedrückt wird durch die anfänglich eingestellte und im Anschluss aufrechterhaltene definierte Relativausrichtung und insbesondere definierte Zentrierung des Tasters 9 und der anzutastenden Komponente 24 relativ zueinander sichergestellt, dass Koordinatenwerte des Tasters 9 auch bei fortlaufender Lageanpassung bzw. Justage der räumliche Lage Komponente 24 brauchbare Informationen hinsichtlich der Relativanordnung von Komponente und KMG 11 in Echtzeit ermittelbar sind. Diese können einem Bediener dann ebenfalls bevorzugt in Echtzeit angezeigt werden.
Eine solche beispielhafte Anzeige der ermittelten Koordinatenwerte ist in 8 gezeigt. Diese Anzeige kann mittels jeglicher Anzeigeeinrichtungen erfolgen, beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung der in 1 gezeigten Steuereinrichtung 12.
In dem dargestellten Fall soll nicht der Drehtisch 13 als solches relativ zum KMG 11 ausgerichtet werden, was aber mit mechanischen Anpassung prinzipiell möglich wäre. Stattdessen soll die Spitze 38 bzw. deren Längsachse L derart ausgerichtet werden, dass diese mit der Rotationsachse R zusammenfällt. Dies kann über nicht gesondert dargestellte Einstellelemente (z.B. Justageschrauben) erfolgen, mit denen die Kegelspitze 38 in der X-Y-Ebene verlagerbar ist.
Dabei wird beispielhaft davon ausgegangen, dass eine Lage der Rotationsachse R im KMG-Koordinatensystem bereits bekannt ist und insbesondere parallel zu der Z-Achse des KMG 11 ausgerichtet wurde. Anders ausgedrückt ist somit eine X- und Y-Koordinate der Rotationsachse R im KMG-Koordinatensystem bekannt. Wird folglich in dem Zustand aus 6 der Mittelpunkt M der Kegelspitz 38 in denselben X-Y-Koordinaten wie die Rotationsachse R angeordnet, kann davon ausgegangen werden, dass bei einer ausreichenden Fertigungsgenauigkeit der Kegelspitze 38 deren Längsachse L mit der Rotationsachse R des Drehtisches 13 zusammenfällt.
In 8 ist die entsprechende X-Y-Position der Rotationsachse R mit P1 bezeichnet und ein strichlierter Zielkorridor um diese Position P1 angedeutet. Eine aktuelle Ist-Position des Mittelpunkts M bzw. der Längsachse L in der X-Y-Ebene ist mit P2 bezeichnet. Diese Darstellung ist bereits dann erzielbar, wenn der Ringtaster 40 in der vorstehend geschilderten Weise erstmals relativ zu der Kegelspitze 38 zentriert wurde.
Anschließend kann der Bediener z.B. durch Betätigen der vorstehend erwähnten Justageschrauben die Kegelspitze 38 in der X-Y-Ebene verschieben, sodass die als Fadenkreuz dargestellte Position P2 innerhalb der Darstellung von 8 sowie relativ zu der Position P1 analog verschoben wird.
Die benötigten Informationen können dabei durch fortlaufendes Auslesen des Messsensors 5 gewonnen werden, der die sich ändernde Position des Ringtasters 40 bzw. von dessen Mittelpunkt M während einem Verschieben der Kegelspitze 38 erfasst. Der Bediener erhält also unmittelbar eine Rückmeldung darüber, inwieweit eine von ihm vorgenommene Justierung zielführend ist und insbesondere auch, ob er eine Soll-Position P1 bzw. den dazugehörigen Zielkorridor erreicht hat. Hierfür muss der Ringtaster 40 nicht abgehoben werden und muss nach einer Lageänderung der Kegelspitze 38 kein erneuter Antastvorgang durchgeführt werden. Stattdessen bleiben der Taster 9 und die Kegelspitze 38 in der erläuterten definierten Relativanordnung zueinander, wodurch Zeit gespart wird und aus der Bedienkomfort steigt.
Anhand von 7 wird im Folgenden auf die Möglichkeit zum Antasten einer andersartigen und an sich beliebigen Komponente 24 eingegangen. Diese weist einen Zentrierabschnitt 52 auf, der als eine Ausnehmung in einer Außenfläche der Komponente 24 ausgebildet ist. Genauer gesagt ist die im Querschnitt dargestellte Komponente 24 bzw. deren Zentrierabschnitt 52 derart ausgebildet, dass wenigstens zwei zueinander geneigte Flächen 54 vorhanden sind. Insbesondere können die geneigten Flächen 54 derart zahlreich und angeordnet sein, dass sich eine (hohl-) pyramidenförmige Ausnehmung als Zentrierabschnitt 52 ergibt.
Gezeigt ist, dass analog zu den vorstehenden Erläuterungen von 6 eine selbstzentrierende Antastung mit dem Taster 9 möglich ist. Hierfür wird der Taststift 20 verwendet und dessen Tastkugel 22 in den Zentrierabschnitt 52 bewegt bzw. mit diesem in Eingriff gebracht. Sobald die Tastkugel 22 mit einer der Flächen 54 in Kontakt gelangt, gibt sie im Rahmen der ermöglichten Bewegungsspielräume des Messsensors 5 nach und weicht aufgrund der Kontaktkräfte in entgegengesetzte Richtungen aus. Somit ergibt sich ein analoger Zentrierungseffekt bzw. eine analoge Selbstzentrierung, wie vorstehend erläutert.
Der in 7 dargestellte selbstzentrierte Zustand ist dann erreicht, wenn die Antastkugel 22 an sämtlichen geneigten Flächen 54 anliegt. Dies entspricht der definierten Anordnung von Taster 9 und Komponente 24, wobei es auf die Ausrichtung des Schaftes 21 nicht zwingend ankommt. Genauer gesagt kann sich die Ausrichtung des Schaftes 21 bei Verlagerungen der Komponente 24 gegebenenfalls ändern, ohne dass sich der Eingriffszustand der Tastkugel 22 und des Zentrierabschnittes 52 verändert. Folglich kann auch bei einer solchen geänderten Ausrichtung des Schaftes 21 immer noch von der gleichen definierten (Relativ-)Anordnung von Taster 9 und Komponente 24 gesprochen werden, da der selbstzentrierte Eingriffszustand beibehalten wird.
Auch in diesem Fall kann aus Koordinaten der Antastkugel 22 auf Koordinaten von Bereichen, Achsen, Punkten oder Flächen der Komponente 24 geschlossen werden, da diese Umrechnung infolge der eingestellten definierten Relativanordnung mit ausreichender Genauigkeit möglich ist. Erneut kann dies auch dann durchgeführt werden und insbesondere fortlaufend durchgeführt werden, wenn eine Lage der Komponente 24 relativ zu dem KMG 11 verändert wird. Sich dabei ändernde Koordinatenwerte können analog zur Darstellung von 8 einem Bediener angezeigt werden.
Im Folgenden wird anhand der 9 bis 12 und unter Bezugnahme auf das Ablaufschema aus 13 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Anordnen und insbesondere Lagejustieren verschiedener Komponenten einer Werkstückhalteranordnung 39 analog zu derjenigen aus 2 relativ zu einem KMG 11 erläutert. Das KMG 11 ist ebenfalls analog zu demjenigen aus 2 ausgebildet. Dabei sind nur ausgewählte Bestandteile der Werkstückhalteranordnung 39 und KMG 11 gezeigt, die jedoch in der anhand von 2 erläuterten Weise zusammenwirken können.
Zunächst wird in einem Schritt S1 (siehe wie auch bei allen nachfolgend erwähnten Schritten das Ablaufschema aus 13) die räumliche Lage der Rotationsachse R des Drehtisches 13 in KMG-Koordinaten ermittelt. Hierfür wird auf herkömmliche Lösungen zurückgegriffen, bei denen z.B. eine Einmesskugel auf dem Drehtisch positioniert und von diesem rotiert wird. Die Koordinaten der Einmesskugel werden kann in z.B. wenigstens 3, vorzugsweise aber wenigstens 6 Drehpositionen ermittelt. Anhand dieser Koordinaten kann ein Kreis eingepasst und dessen Ebene bestimmt werden. Darauf basierend kann ein Mittelpunkt des Kreises ermittelt werden, durch den die Rotationsachse R orthogonal zur Ebene des Kreises verläuft. Somit ist die Ausrichtung und auch die X-Y-Position der Rotationsachse R zu bzw. in der Ebene des Drehtisches 13 bekannt.
In einem Schritt S2 wird anschließend die untere Kegelspitze 38 des Drehtisches 13 zum ermittelten Mittelpunkt (d.h. Zentrum) des Drehtisches 13 ausgerichtet. Genauer gesagt sollen die Mittelpunkte (bzw. die Kegellängsachse L, welche durch den Mittelpunkt verläuft) von Kegelspitze 37 und Drehtisch 13 derart ausgerichtet werden, dass sie entlang einer gemeinsamen Achse liegen oder, mit anderen Worten, sich die Kegellängsachse L und die Rotationsachse R überdecken, wie dies in 6 gezeigt ist.
Hierfür wird die Kegelspitze 37 auf dem Drehtisch zunächst grob positioniert und der Ringtaster 40 wird analog zum Zustand aus 6 auf die Kegelspitze 37 aufgeschoben. Man erhält dann bereits eine Mittelpunktkoordinate M (siehe 6), die zur Ausrichtung der Kegelspitze 37 relativ zum Drehtisch 13 ermöglicht, dessen Koordinaten und insbesondere Mittelpunktkoordinaten vorstehend mittels der Einmesskugel bereits ermittelt wurden. Vorzugsweise wird jedoch die Kegelspitze 37 mittels des Drehtisches 13 rotiert, und zwar um wenigstens 360° rotiert. Dabei bleibt der Ringtaster 40 auf der Kegelspitze 37 bzw. behält die selbstzentrierte Ausrichtung relativ hierzu bei. Aus den während der Rotation fortlaufend ermittelten Mittelpunktskoordinaten M des Ringtasters 40 wird ein Kreis ermittelt.
Bei Erreichen des Zielzustands aus 6 ist dieser Kreis möglichst gleichmäßig und weist einen möglichst kleinen Durchmesser auf. Liegt hingegen eine unerwünscht hohe Exzentrizität (d.h. radialer Abstand) der Kegellängsachse L zur Rotationsachse R vor, ergibt sich ein ungleichförmiger Kreis und/oder ein Kreis mit einem vergleichsweise großen Durchmesser. Derartige Messinformationen bzw. Kreise können einem Bediener angezeigt werden. Ebenso kann hieraus ermittelt werden, in welchem Ausmaß und in welcher Richtung eine Verschiebung der Kegelspitze 37 relativ zum Drehtisch 13 in der X-Y-Ebene angemessen ist und dies kann ihm analog zur 8 angezeigt werden.
Aufgrund des betrachteten Relativverhältnisses von Kegelmittelpunkt zu Drehtisch-Rotationsachse R können Schiefstellungen des Tasters 9 in der X-Y-Ebene keinen verfälschenden Einfluss haben. Diese Schiefstellungen können auch als mechanische Winkelfehler bezeichnet werden und trotz selbstzentrierender Antastung z.B. aufgrund von Fertigungstoleranzen oder mangelnder Justage beim Anbringen des Tasters 9 auftreten. Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens sind diese jedoch vorliegend vernachlässigbar.
Im Folgenden wird anhand von 9 sowie Schritt S3 die Lage der oberen Kegelspitze 37 bzw. allgemein der Gegenhalteranordnung 32 und insbesondere von deren Verlagerungsachse 35 justiert. Hierbei wird auf die vorstehend ermittelte Drehtischposition (bzw. Mittelpunktposition) und Ausrichtung von dessen Rotationsachse R Bezug genommen.
In der schematischen Darstellung von 9 erkennt man zunächst die Verlagerungsachse 35 der Gegenhalteranordnung 32, deren Bewegung mit einem Doppelpfeil angedeutet ist. Ferner erkennt man den daran angebrachten und entlang der Verlagerungsachse 35 verlagerbaren Arm 36, an dessen freien Ende die (Gegenhalter-) Kegelspitze 37 positioniert ist.
Zunächst wird die Kegelspitze mit dem Ringtaster 40 vermessen (d.h. die Kegelspitze 37 wird selbstzentrierend in dem Ringtaster 40 aufgenommen), wenn der Arm 36 in einer untersten Position entlang der Verlagerungsachse 35 ist (d.h. in einer untersten Z-Position Z1). In diesem Zustand werden die Mittelpunktkoordinaten der Kegelspitze 37 analog zu dem Beispiel aus 6 bestimmt.
Anschließend wird im Schritt S4 der Arm 36 in die oberste Position Z2 entlang der Verlagerungsachse 35 bewegt, wie dies in 10a gezeigt ist. Dort findet erneut eine Mittelpunktkoordinatenbestimmung mittels des Ringtasters 40 statt. Anhand der insgesamt ermittelten Mittelpunktkoordinaten in den beiden Positionen Z1, Z2 des Arms 36 aus 9 und 10a kann eine Orientierung der sogenannten Gegenhalterachse G im Raum bestimmt werden. Bei ausreichenden Fertigungstoleranzen kann die Gegenhalterachse G als parallel zu der Verlagerungsachse 35 angenommen werden kann (in 10a aufgrund der schematischen Vereinfachung nicht entsprechend dargestellt).
Beispielhaft dargestellt in 10a sind die Z-Koordinaten Z1 und Z2 in den unterschiedlichen Positionen des Arms 36. Ziel ist es, die Gegenhalterachse G parallel zu der Rotationsachse R des Drehtisches 13 auszurichten. Wie erwähnt, ist diese Ausrichtung der Rotationsachse R zu Beginn des Verfahrens bereits ermittelt worden. Somit können, wie per Pfeil in 10a angedeutet, erforderliche Rotationen R_x und R_y um die X- und Y-Achse der Gegenhalteranordnung 32 ermittelt werden, damit die Gegenhalterachse G parallel zu der Rotationsachse R ist (sh. Zustand in 10c). Aus diesen erforderlichen Rotationen R_x, R_y können Korrekturversätze z.B. entlang der linearen Achsen X, Y, Z berechnet werden, die vom Mittelpunkt M in der oberen Position Z2 umzusetzen sind, um die entsprechenden Rotationen R_x, R_y zu verwirklichen. Diese können einem Bediener dann für eine jede oder nur für ausgewählte dieser Achsrichtungen X, Y, Z angezeigt werden (siehe 10b, bei der P2 die Ist- und P1 die Soll-Position des Mittelpunkts M in der oberen Position Z2 in der X-Y- Ebene ist). Bei der geschilderten Umrechnung wird vorteilhafterweise der wahre Rotationspunkt der Verlagerungsachse 35 berücksichtigt, der von der unteren Position Z1 um einen festen Betrag (Offset) in Z beabstandet ist, wobei dieser Wert durch die Messung in der unteren Position Z1 gewonnen werden kann.
Aus einem Vergleich der 10a und 10c erkennt man, dass sich ein Schnittwinkel (bzw. der kleinste Schnittwinkel) in 10a zwischen der Ebene des Aufnahmeabschnitts 43 und der Rotationsachse R beim Übergang zu 10c vergrößert.
In einem darauffolgenden Schritt S5 wird dann die absolute Positionierung der Gegenhalteranordnung 32 und beispielsweise von dessen Verlagerungsachse 35 in der X-Y-Ebene unter Beibehaltung der zuvor eingestellten Neigung geeignet angepasst. Auch hierbei bleibt der Ringtaster 40 in der definierten Relativanordnung zur Kegelspitze 37, sodass diese zentrisch zur Rotationsachse R des Drehtisches 13 angeordnet werden kann. Hierdurch wird letztlich der Zustand aus 6 erreicht. Aktuelle Abweichungen von diesem Zustand können aufgrund der Kenntnis der Ausrichtung der Rotationsachse R und der Mittelpunktkoordinate der Kegelspitze 37 einem Bediener analog zu 8 angezeigt werden kann.
Noch genauer ist aber eine Variante von Schritt S5, bei der für die Positionsermittlung in der X- und Y-Ebene der Taststift 20 verwendet wird, wie dies in 12 dargestellt ist. Grund ist, dass der Ringtaster 40 bei geneigter Gegenhalteranordnung 32 bzw. Kegelspitze 37 relativ zu der X-Y-Ebene schiefgestellt sein kann. Beispielweise kann dieser im Rahmen der Neigungsjustage gemeinsam mit der Kegelspitze 37 zu dieser Ebene verkippt werden. Diese Schiefstellung kann einen unerwünschten, da ungenauen Versatz einer mit dem Ringtaster 40 bestimmten X-Y-Position bewirken. Insbesondere können die vorstehend diskutierten mechanischen Winkelfehler auftreten, die eine entsprechende Schiefstellung hervorrufen. Da im Schritt S5 aber die absolute Kegelposition (bzw. Mittelpunktposition) im Raum und nicht nur die relative Position zur Drehachse R bestimmt werden soll, sind diese Winkelfehler nur unter entsprechenden Genauigkeitseinbußen hinnehmbar. Um die Genauigkeit zu verbessern, erfolgt daher im Fall von 12 eine Antastung mit dem Taststift 20 und nicht mit dem Ringtaster 40 und zwar bevorzugt für beide Kegelspitzen 37, 38, um die X-Y-Position von deren Mittelpunkten M sowie einen daraus resultierenden X-Y-Versatz (sh. u.) präzise zu bestimmen.
Wie in 12 dargestellt, tastet der Taststift 20 die Außenumfangsfläche der Gegenhalter-Kegelspitze 37 an, die in 12 in umgekehrter Orientierung dargestellt. Anschließend wird der Taststift 20 um wenigstens 180° relativ zu bzw. entlang der Außenumfangsfläche der Kegelspitze 37 bewegt (z.B. mittels der entsprechenden KMG-Achsen). Hieraus können dann die Koordinaten eines Kreismittelpunktes M bestimmt werden, der wiederum auf der Kegellängsachse L liegt.
Eine Soll-Position des Kegelmittelpunktes M an der oberen Position des Arms 36 (wie in 11 dargestellt), in der dieser der unteren Kegelspitze 38 entlang der Rotationsachse R unmittelbar gegenüberliegt, kann durch den anfänglich ermittelten Drehtischmittelpunkt und die Ausrichtung der Rotationsachse R bestimmt werden, die in vorigen Verfahrensschritten ermittelt wurden. Dies erfolgt in Schritt S6. Im Detail wird hierfür die Vermessung der oberen Kegelspitze 37 mit dem Taststift 20 und dessen Verlagerung mittels des Koordinatenmessgeräts 11 entsprechend der Variante aus 12 durchgeführt und werden somit die absoluten Koordinaten des Kreismittelpunkts M bestimmt. Aus dem Versatz der Kreismittelpunkte M der oberen und unteren Kegelspitzen 37, 38, unter Berücksichtigung der Rotationsachse R, wird der Positionsfehler des der Gegenhalteranordnung 35 bzw. der oberen Kegelspitze 37 in der X-Y-Ebene berechnet.
Genauer gesagt können aus den Mittelpunktskoordinaten der unteren Kegelsptize 38 und in Kenntnis der Ausrichtung der Rotationsachse R die Soll-Mittelpunktskoordinaten der oberen Kegelspitze 37 bestimmt werden (z.B. auf der Höhe Z2). Die Differenz zur Ist-Position der oberen Kegelspitze 37 bildet dann den zu korrigierenden Positionsfehler. Um diesen Positionsfehler, der einem Relativversatz der Kegelspitzen 37, 38 in der X-Y-Ebene entspricht, zu korrigieren, erfolgt dann bevorzugt wieder eine selbstzentrierende Antastung der oberen Kegelspitze 37 mit dem Ringtaster 40, sodass eine Korrektur in der vorstehend geschilderten Weise in Echtzeit überwacht und dargestellt werden kann.
Diese Soll-Koordinate wird dann in Schritt S7 der gemäß 12 ermittelten Kegelspitzen-Mittelpunktkoordinate gegenübergestellt werden und wie in 8 einem Bediener angezeigt werden. Der Bediener erhält also erneut eine Echtzeitrückmeldung hinsichtlich der aktuellen räumlichen Lage (bzw. zumindest der Mittelpunktlage der oberen Kegelspitze 37 in der X-Y-Ebene) und der diesbezüglichen Soll-Lage.
Schlussendlich kann hierdurch eine genaue Lageausrichtung der Gegenhalteranordnung 32 im Arbeitsraum des KMG 11 erzielt werden und insbesondere relativ zum Drehtisch 13. Vorteile der vorliegenden Erfindung z.B. aufgrund der aufrechterhaltenen definierten Anordnung von Taster und vermessener Komponente (z.B. der Kegelspitze 37, 38) kommen dabei insbesondere im Zustand von 10a zum Tragen sowie bei der Zentrierung der unteren Kegelspitze 38 relativ zu Drehtisch 13.
Es versteht sich aber, dass die vorliegende Erfindung auch unabhängig von dem hierin geschilderten Vorgehen bezüglich der Gegenhalteranordnung 32 Vorteile besitzt und auch gänzlich andersartige Komponenten 24 hiermit vermessen und lagejustiert werden können, wie z.B. im Zusammenhang mit 7 erläutert.
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

WO 2015/014398 A1 [0005, 0009, 0076]
EP 1279918 A2 [0031]

Claims

Verfahren zum Ausrichten von Komponenten (24) relativ zu einem Koordinatenmessgerät (11), wobei an dem Koordinatenmessgerät (11) ein Taster (9) angeordnet ist und wobei das Verfahren umfasst: a) Positionieren von Taster (9) und Komponente (24) relativ zueinander gemäß einer definierten Anordnung; b) Erfassen von wenigstens einer Koordinate der Komponente (24); c) Ändern einer Position und/oder Orientierung der Komponente (24) relativ zu dem Koordinatenmessgerät (11) unter Aufrechterhalten der definierten Anordnung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: - erneutes Erfassen wenigstens einer Koordinate der Komponente (24) nach und/oder während Schritt c).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Taster (9) nachgiebig an einem Messsensor (5) des Koordinatenmessgeräts (11) gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Achsen des Koordinatenmessgeräts (11) während Schritt c) stillstehen oder nach Maßgabe der Änderung der Position und/oder Orientierung der Komponente (24) bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer von Taster (9) und Komponente (24) einen Zentrierbereich (52) umfasst und in Schritt a) die definierte Anordnung durch in Eingriff Bringen von Taster (9) und Komponente (24) im Zentrierbereich (52) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Zentrierbereich (52) an der Komponente (24) ausgebildet ist und eine Ausnehmung oder einen freistehenden Komponentenabschnitt umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Taster (9) einen Aufnahmeabschnitt (43) aufweist, der in Schritt a) die Komponente (24) zumindest abschnittsweise aufnimmt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Komponente (24) relativ zu einer Achse des Koordinatenmessgeräts (11) ausgerichtet wird und sich ein Winkel zwischen dem Aufnahmeabschnitt (43) und der Achse nach zumindest einmaligem Durchführen von Schritt c) ändert, insbesondere wobei es sich bei der Achse um eine Rotationsachse (R) eines Drehtisches (13) handelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Taster (9) einen Schaft (21) mit einem daran angeordneten Antastelement (22) aufweist, das in Schritt a) in Kontakt mit der Komponente (24) gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Komponente (24) Bestandteil einer Gegenhalteranordnung (32) mit einer Verlagerungsachse (35) und einem entlang der Verlagerungsachse (35) verlagerbaren Gegenhalter (33) ist, wobei die Verlagerungsachse (35) durch wenigstens einmaliges Durchführen von Schritt c) parallel zu einer Achse des Koordinatenmessgeräts (11) ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Komponente (24) Bestandteil einer Gegenhalteranordnung (32) mit einer Verlagerungsachse (35) und einem entlang der Verlagerungsachse verlagerbaren Gegenhalter (33) ist und durch wenigstens einmaliges Durchführen von Schritt c) eine Position der Komponente (24) in einer nicht-parallel zur Verlagerungsachse (35) verlaufenden Ebene in Übereinstimmung mit einer Soll-Position in dieser Ebene gebracht wird.
Anordnung (60), mit: - einem Koordinatenmessgerät (11); - einem an dem Koordinatenmessgerät (11) angeordneten Taster (9); sowie - einer relativ zu dem Koordinatenmessgerät (11) auszurichtenden Komponente (24), wobei die Komponente (24) und der Taster (9) relativ zueinander definiert anordenbar sind und eine Position und/oder Orientierung der Komponente (24) relativ zu dem Koordinatenmessgerät (11) unter Aufrechterhalten der definierten Anordnung von Taster (9) und Komponente (24) änderbar ist.
Taster (9) für ein Koordinatenmessgerät (11), wobei der Taster (9) einen Aufnahmeabschnitt (43) aufweist, in dem ein Abschnitt einer angetasteten Komponente (24) zumindest teilweise aufnehmbar ist.
Taster (9) nach Anspruch 13, ferner aufweisend einen Schaft (21) mit einem daran angeordneten Antastelement (22), das in Kontakt mit der Komponente (24) bringbar ist.
Verwendung eines Tasters (9) nach Anspruch 13 oder 14 zum Vermessen einer Position und/oder Orientierung einer Komponente (24) von einer Werkstückhalteanordnung (39) relativ zu einem Koordinatenmessgerät (11).