DE102021129526B4

DE102021129526B4 - Taktiles Rauheitsmesssystem

Info

Publication number: DE102021129526B4
Application number: DE102021129526.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Mayinger
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2041-11-13
Also published as: DE102021129526A1

Abstract

Taktiles Rauheitsmesssystem, das zur Befestigung an einem Koordinatenmessgerät (10), einem daran befestigten Gelenkarm (40) oder an einem Roboter eingerichtet ist, wobei das Rauheitsmesssystem aufweist:a) eine Vorschubeinheit (52),b) ein Gehäuse (59b), das mit der Vorschubeinheit (52) verbindbar und durch Betätigen der Vorschubeinheit (52) linear verfahrbar ist, wobei in dem Gehäuse (59b) ein Messarm (72) drehbar gelagert ist, der endseitig ein nadelförmiges Abtastelement (60) trägt,c) ein erstes Teilstück (T1) und ein zweites Teilstück (T2, T3), wobei- das erste Teilstück (T1) eine andere Form als das zweite Teilstück (T2, T3) hat,- jedes Teilstück (T1, T2, T3) ein Identifikationselement (70) enthält, über das Informationen abrufbar sind, die sich auf die Form des jeweiligen Teilstücks (T1, T2, T3) beziehen,- an einem ersten Ende eines jeden Teilstücks (T1, T2, T3) eine erste Schnittstelle ausgebildet ist, mit der eine elektrische und mechanische Verbindung zu der Vorschubeinheit (52) herstellbar ist, und an einem zweiten Ende eines jedes Teilstücks eine zweite Schnittstelle ausgebildet ist, mit der eine elektrische und mechanische Verbindung zu dem Gehäuse (59b) herstellbar ist, so dass die Vorschubeinheit wahlweise durch das erste Teilstück (T1) oder durch das zweite Teilstück (T2, T3) mit dem Gehäuse (59b) verbindbar ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
7. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein taktiles Rauheitsmesssystem, das an einem Koordinatenmessgerät, einem daran befestigten Gelenkarm oder an einem Roboter dauerhaft montiert oder austauschbar daran angekuppelt werden kann. Derartige Rauheitsmesssysteme werden benötigt, um die Oberflächengüte hochwertiger und kompliziert geformter Werkstücke zu messen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zu Messungen der Rauheit von Werkstückoberflächen werden Rauheitsmesssysteme eingesetzt, die meist an Koordinatenmessgeräten (CMM, coordinate measuring machine) befestigt werden. Derartige Koordinatenmessgeräte umfassen üblicherweise einen Tisch, der das zu vermessende Werkstück trägt, und eine Positioniereinrichtung, mit der sich der Rauheitssensor in drei orthogonalen Verfahrrichtungen x, y und z relativ zu dem Tisch mit hoher Genauigkeit verfahren lässt. Bekannt sind jedoch auch Koordinatenmessgeräte mit einem Verfahrtisch, der sich in zwei oder drei Verfahrrichtungen relativ zur Messvorrichtung bewegt.
Ferner weisen Koordinatenmessgeräte eine Auswerte- und Steuereinrichtung auf, welche die Bewegungen der Positioniereinrichtung steuert und die von dem Rauheitssensor gelieferten Messwerte auswertet.
Das Rauheitsmesssystem umfasst meist ein sogenanntes Tastschnittgerät. Dieses weist einen drehbar gelagerten Messarm auf, an dessen Ende eine Diamantnadel oder ein anderes Abtastelement befestigt ist, das während der Messung durch den Kontakt mit der Werkstückoberfläche ausgelenkt wird. Senkrecht zu seiner Auslenkrichtung wird das Abtastelements mit Hilfe eines Linearantriebs entlang einer Vorschubrichtung verfahren und auf diese Weise über die zu vermessende Werkstückoberfläche geführt.
In den letzten Jahren hat sich der Anwendungsbereich derartiger Rauheitsmesssysteme zunehmend erweitert. In modernen Produktionsabläufen müssen die Werkstücke häufig mit so geringen Toleranzen gefertigt werden, dass eine laufende Prozessüberwachung unverzichtbar ist.
Dabei stellt sich immer häufiger das Problem, dass die Werkstücke, deren Oberflächen automatisiert vermessen werden sollen, sehr komplexe Formen haben. Ein Motorblock eines Verbrennungsmotors beispielsweise weist eine Vielzahl von Bohrungen mit unterschiedlichen Innendurchmessern, zahlreiche Hinterschneidungen und unregelmäßige Ausnehmungen auf, an denen es zu vermessende Oberflächen gibt. Herkömmliche Koordinatenmessgeräte mit ihren meist sehr voluminösen Positioniereinrichtungen sind häufig nicht in der Lage, ein Tastschnittgerät so in den Öffnungen oder Ausnehmungen eines Motorblocks zu positionieren, dass eine Rauheitsmessung durchgeführt werden kann.
Moderne Rauheitsmesssysteme für Koordinatenmessgeräte sind deswegen gelegentlich an einem beweglichen und vergleichsweise schlank gebauten Gelenkarm befestigt, der das Tastschnittgerät trägt. Der Gelenkarm verfügt über mehrere rotatorische Freiheitsgrade und kann somit das Tastschnittgerät mit Hilfe von geeigneten Antrieben in praktisch jede beliebige Pose relativ zu dem Werkstück bringen. Unter der Pose versteht man die Kombination aus Position und Orientierung im dreidimensionalen Raum. Die Pose wird üblicherweise durch drei kartesische Koordinaten und drei Winkel angegeben. Beispiele für solche Gelenkarme sind in der DE 10 2009 019 129 A1 beschrieben.
Trotzdem ist es auch mit einem solchen beweglichen Gelenkarm gelegentlich schwierig, die Rauheit an stark zerklüfteten Oberflächen zu messen, weil das Tastschnittgerät wegen vorspringender Teile des Werkstücks nicht optimal zur Oberfläche ausgerichtet werden kann.
Aus der JP H06-213656 A ist ein Tastschnittgerät bekannt, das ein Gehäuse mit einem um 90° abgewinkelten Abschnitt hat, in dem der Messarm drehbar gelagert ist. Die Drehachse des Messarms verläuft dabei parallel zur Vorschubrichtung des Gehäuses. Auf diese Weise kann der abgewinkelte Abschnitt mit dem Messarm in Ausnehmungen eingeführt werden, die von der Seite her zugänglich sind.
Ein aus der US 4,776,212 A bekanntes Tastschnittgerät weist einen Gehäuseabschnitt auf, der zur Vorschubrichtung leicht geneigt angeordnet ist.
Aus der DE 10 2017 103 954 A1 , der DE 10 2017 105 814 B3 und der DE 10 2020 108 406 A1 sind Tastschnittgeräte bekannt, bei denen ein Gehäuse für den Messarm einen abgewinkelten Abschnitt aufweist, der in einem Winkel zur Vorschubrichtung verläuft und einen Wandler aufnimmt, der die Drehstellung des Messarms erfasst.
Die vorstehend erläuterten Tastschnittgeräte sind jeweils für eine bestimmte Messaufgabe optimiert. Da die Messaufgaben sehr vielfältig sind, müssen in Fertigungsstätten sehr viele derartiger Tastschnittgeräte beschafft und vorgehalten werden, um die typischerweise auftretenden Messaufgaben bewältigen zu können. Die Kosten für die Tastschnittgeräte sind hoch, da jeder Typ von Tastschnittgeräten aufgrund der Anpassung an eine spezielle Messaufgabe nur in geringer Stückzahl von den Herstellern verkauft werden kann.
Eine gewisse Abhilfe schaffen Rauheitsmesssysteme, bei denen der Nutzer unterschiedlich geformte Gehäuse mit darin aufgenommenen Messarmen an der Vorschubeinrichtung des Tastschnittgeräts befestigen kann. Solche variabel konfigurierbare Tastschnittgeräte sind nur in handgeführter Ausführung erhältlich und werden unter der Marke Rugosurf von der Firma HEXAGON vertrieben. Da nur die Vorschubeinrichtung von allen Messarmen gemeinsam genutzt werden kann und die austauschbaren Gehäuse mit den Messarmen und den Wandlern mechanisch aufwendig sind, ist die Kostenersparnis gering.
Bekannt ist ferner, das Tastschnittgerät über unterschiedlich geformte Zwischenstücke an dem beweglichen Gelenkarm oder direkt an dem Koordinatenmessgerät zu befestigen, wie dies bei den unter der Marke Revo® vertriebenen Tastschnittgeräte der Firma Renishaw der Fall ist. Damit die Tastschnittgeräte in Bohrungen o.ä. eingeführt werden können, müssen sie jedoch sehr kompakt und klein sein. Dies begrenzt die Länge der Vorschubwege und bringt auch andere Nachteile mit sich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rauheitsmesssystem und ein Verfahren zur Messung der Rauheit einer Oberfläche eines Werkstücks anzugeben, mit dem sich flexibel und dennoch kostengünstig unterschiedlichste Messaufgaben bewältigen lassen.
Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Rauheitsmesssystems durch ein taktiles Rauheitsmesssystem, das zur Befestigung an einem Koordinatenmessgerät, einem daran befestigten Gelenkarm oder an einem Roboter eingerichtet ist. Das Rauheitsmesssystem weist eine Vorschubeinheit und ein Gehäuse auf, das mit der Vorschubeinheit verbindbar und durch Betätigen der Vorschubeinheit linear verfahrbar ist. In dem Gehäuse ist ein Messarm drehbar gelagert, der endseitig ein nadelförmiges Abtastelement trägt. Das System weist ferner ein erstes Teilstück und ein zweites Teilstück auf, wobei das erste Teilstück eine andere Form als das zweite Teilstück hat. Jedes Teilstück enthält ein Identifikationselement, über das Informationen abrufbar sind, die sich auf die Form des jeweiligen Teilstücks beziehen. An einem ersten Ende eines jeden Teilstücks ist eine erste Schnittstelle ausgebildet, mit der eine elektrische und mechanische Verbindung zu der Vorschubeinheit herstellbar ist. An einem zweiten Ende eines jedes Teilstücks ist eine zweite Schnittstelle ausgebildet, mit der eine elektrische und mechanische Verbindung zu dem Gehäuse herstellbar ist. Dadurch ist die Vorschubeinheit wahlweise durch das erste Teilstück oder durch das zweite Teilstück mit dem Gehäuse verbindbar.
Die Erfindung stellt somit ein modulares Rauheitsmesssystem bereit, bei dem die Verbindung zwischen der Vorschubeinheit und dem Gehäuse so ausgebildet ist, dass sie durch eines der beiden unterschiedlich geformten Teilstücke gebildet sein kann. Die beiden Teilstücke müssen im Gegensatz zur Vorschubeinrichtung und dem Gehäuse keinen Antrieb für die Vorschubbewegung und auch keinen mit dem Messarm zusammenwirkenden Wandler enthalten. Ferner wirken sich Maßabweichungen der Teilstücke nicht oder allenfalls geringfügig auf die Messgenauigkeit aus. Daher können die Teilstücke sehr einfach aufgebaut sein und entsprechend kostengünstig gefertigt werden. Der einfache Aufbau der Teilstücke ermöglicht es wiederum, diese in ganz unterschiedlichen Formen bereitzustellen.
Vorzugsweise enthalten die Teilstücke keinerlei beweglichen Bauteile. Dann lassen sich die Teilstücke besonders kostengünstig mit in weiten Grenzen beliebiger Form in einem Rapid Tooling Verfahren (insbesondere 3D-Druck) herstellen. Die dadurch sehr niedrigen Herstellungskosten erlauben eine Einzelanfertigung für eine einzige Messaufgabe oder sogar für eine einzige Messung.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die ersten Schnittstellen so auf die zweiten Schnittstellen abgestimmt, dass die Vorschubeinheit wahlweise direkt, durch das erste Teilstück oder das zweite Teilstücke oder durch ein Zwischenstück mit dem Gehäuse verbindbar ist, wobei das Zwischenstück durch Verbinden des ersten Teilstücks mit dem zweiten Teilstück erhalten ist. Durch so vereinheitlichte Schnittstellen wird die Flexibilität weiter erhöht. Insbesondere kann das Zwischenstück aus mehreren Teilstücken baukastenartig zusammengesetzt werden, wobei die dabei eingesetzten Teilstücke identisch oder verschieden sein können. Das Rauheitsmesssystem kann beispielsweise zwischen 5 und 15 verschiedene Teilstücke umfassen, die einzeln oder kombiniert als Zwischenstück verwendet werden können.
Das Identifikationselement ermöglicht es, das oder die Zwischenstücke einzubauen, ohne dass Softwareänderungen oder manuelle Einmessvorgänge vorgenommen werden müssen. Die über das Identifikationselement abrufbaren Informationen lassen Rückschlüsse auf die Form des jeweiligen Teilstücks zu, so dass ermittelt werden kann, wie sich die Pose der Spitze des Abtastelements durch den Einbau des jeweiligen Zwischenstücks verändert. Das Identifikationselement erlaubt damit auch einen automatisierten Umbau des Rauheitsmesssystems.
Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Identifikationselement um einen Speicherbaustein, in dem die Informationen gespeichert sind. Ist ein solcher Baustein z.B. als RFID-Tag realisiert, lassen sich die Informationen auf einfache Weise berührungslos auslesen. Die Informationen müssen aber nicht selbst im Identifikationselement gespeichert sein. Es genügt, wenn die Informationen mit Hilfe des Identifikationselements abrufbar sind. In Betracht kommt beispielsweise eine Ausbildung des Identifikationselements als optisch lesbaren QR-Code. Der Code enthält Angaben über einen externen Speicherort (z.B. auf einer Festplatte oder in einem Netzwerk), an dem die betreffenden Informationen gespeichert sind. Der QR-Code ermöglicht dann ein Auslesen der gewünschten Informationen von dem externen Speicherort.
Die über das Identifikationselement abrufbaren Informationen können Transformationsmatrizen umfassen, die Translationen und/oder Rotationen beschreiben. Die Transformationsmatrizen sind durch die Form des jeweiligen Teilelements vorgegeben und beschreiben, wie man von der Pose an einem Ende des Teilstücks die Pose des anderen Endes des Teilstücks berechnen kann. Ist das Teilstück z.B. zylindrisch, wird diese Transformation durch eine reine Translationsmatrix beschrieben; bei abgewinkelten Teilstücken tritt eine Rotationsmatrix hinzu. Mit Hilfe der abgerufenen Transformationsmatrizen kann eine Auswerte- und Steuereinrichtung aus der vom Koordinatenmessgerät bereitgestellten Pose seines Referenzpunktes und aus einer oder mehreren Transformationsmatrizen, welche die Pose der Spitze des Abtastelements bezüglich des Gehäuses beschreiben, die Position der Spitze im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts berechnen. Ist das Rauheitsmesssystem nicht direkt, sondern über einen Gelenkarm an dem Koordinatenmessgerät befestigt, müssen weitere Transformationen zwischengeschaltet werden, welche die momentane Stellung des Gelenkarms beschreiben. Durch eine entsprechend abgeänderte Verkettung der Transformationsmatrizen ist das leicht durchführbar. Entsprechendes gilt, wenn anstelle eines Koordinatenmessgeräts ein Roboter verwendet wird.
Die über das Identifikationselement abrufbaren Informationen können zusätzlich Informationen enthalten, die sich auf die äußeren Abmessungen des jeweiligen Teilstücks beziehen. Solche Informationen werden von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung benötigt, um beim Anfahren der Zielpose einen kollisionsfreien Weg zu berechnen.
Im Prinzip ist es auch möglich, über das Identifikationselement keine Transformationsmatrizen, sondern ausschließlich geometrische Informationen abzurufen, welche die Form des jeweiligen Teilstücks beschreiben. Die benötigten Transformationsmatrizen müssen dann erst aus den Forminformationen berechnet werden.
Über das Identifikationselement können zusätzliche Informationen abrufbar sein, die sich auf den Elastizitätsmodul beziehen, der die Biegesteifigkeit des jeweiligen Teilstücks beschreibt. Dies ermöglicht es, die Gesamtbiegesteifigkeit des Rauheitsmesssystems in der jeweils gewählten Konfiguration zu berechnen. Die Gesamtbiegesteifigkeit kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Antriebe beweglicher Teile im Gesamtsystem so zu steuern, dass für die Messung optimale Antastkräfte erzielt werden. Die Gesamtbiegesteifigkeit wirkt sich aber auch auf die Pose des Antastelements aus, so auch beim Anfahren im Rahmen eines Korrekturmodells eine bessere Annäherung an die Zielpose des Antastelements erzielt werden kann.
Andere Steifigkeiten wir z.B. die Torsionssteifigkeit spielen in der Praxis üblicherweise eine untergeordnete Rolle, können aber selbstverständlich ebenfalls über das Identifikationselement abrufbar sein.
Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit kann erzielt werden, wenn zusätzlich eine Kalibrierung der Biegesteifigkeit erfolgt. Dies kann manuell erfolgen, indem die Biegung durch Antastungen mit verschiedenen Antastkräften ermittelt wird. Wenn mindestens ein Bauteil des Rauheitsmesssystems einen Dehnmessstreifen trägt, können aus den vom Dehnmessstreifen erzeugten Messdaten Parameter für ein Modell abgeleitet werden, das die Verbiegungen quantitativ beschreibt und für Vorhersagen genutzt werden kann.
Ferner ist es möglich, auf der Grundlage der von den Dehnmessstreifen erzeugten Messwerte eine Fehlerkorrektur in Echtzeit durchzuführen. Die Biegungen, die von den Dehnmessstreifen erfasst werden, entsprechen nämlich Messfehlern. Diese entstehen zum Beispiel durch Schwingungen im Rauheitsmesssystem, wodurch die Regelung der Kraft, mit der das Abtastelement auf die Oberfläche gedrückt wird, nicht perfekt arbeiten kann. Schwankungen dieser Kraft bei endlicher Steifigkeit führen zu Bewegungen im Messkreis. Wenn über die Dehnmessstreifen diese Kraft gemessen und eine Beziehung zu der Auslenkung des Abtastelements hergestellt wird, können die vorstehend beschriebenen Messfehler direkt korrigiert werden.
Günstig ist es, wenn mindestens ein Teilstück ein Federelement enthält, das nur lineare Bewegungen entlang der Messrichtung (d.h. der Richtung, entlang der das Abtastelement ausgelenkt wird) zulässt, was z.B. mit einer linearen Führung oder einer entsprechenden Kinematik erreicht werden kann. Dadurch hat das mindestens eine Teilstück eine Biegesteifigkeit, die niedriger ist als die Biegesteifigkeiten der anderen Teile des Rauheitsmesssystems. Die Verbiegungen dieser anderen Teile können dann vernachlässigt werden mit der Folge, dass auch nur das mindestens eine Teilstück mit dem Federelement mit einem Dehnmessstreifen zu versehen ist. Besonders gut gelingt dieses Vorgehen, wenn das Rauheitsmesssystem als Kufentaster ausgebildet ist, da die Struktur, an der die Kufe ausgebildet oder befestigt ist, die mechanischen Eigenschaften des Rauheitsmesssystems dominiert.
Außerdem kann mit einem solchen Federelement auf eine Kraftregelung verzichtet werden. Vor allem dann, wenn das Federelement eine sehr flache Kennlinie hat, kann z.B. eine Kufe ohne weitere Regelung einer beliebigen Oberfläche folgen, ohne dabei signifikant die Antastkraft zu ändern.
Die Teilstücke können grundsätzlich jede beliebige Form haben und z.B. bogenförmig ausgebildet sein. Bei einem Ausführungsbeispiel hat jedes Teilstück einen ersten langgestreckten Abschnitt mit einer ersten Längsachse. Mindestens eines der beiden Teilstücke hat einen zweiten langgestreckten Abschnitt mit einer zweiten Längsachse, die unter einem Winkel oder parallel versetzt zu der ersten Längsachse verläuft. Eine solche einfach oder zweifach abgewinkelte Form ist bei vielen Messaufgaben zweckmäßig und bei geringem Gewicht mit hoher Steifigkeit herstellbar, wobei sowohl rechteckige oder andere polygonale als auch kreisrunde oder ovale Querschnitte in Betracht kommen.
Das Gehäuse kann zum Zwecke einer Positionskalibrierung einen vorzugsweise kugelförmigen Referenzkörper tragen. Auf diese Weise ist es möglich, die Position der Spitze des Abtastelements exakt in Beziehung zum Referenzpunkt des Koordinatenmessgeräts oder dem TCP (Tool Center Point) des Roboters zu setzen. Hierzu wird die Position des Referenzkörpers über mehrfache Antastungen bestimmt. Wenn für das Gehäuse der vektorielle Abstand zwischen dieser Position und der Position der Spitze des Abtastelements hinterlegt ist, kann eine Auswerte- und Steuereinrichtung aus der Position des Referenzkörpers die Position der Spitze des Abtastelements durch einfache Vektoraddition berechnen.
Alternativ hierzu kann das Gehäuse selbst als Referenzkörper dienen, sofern durch mehrfache Antastung eine Positionsbestimmung möglich ist.
Bei einem Kufentaster kann sich der Referenzkörper auch an der Kufe oder einer die Kufe mit der Vorschubeinheit starr verbindenden Struktur befinden.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Schnittstelle zum Erzeugen der mechanischen Verbindung eine Überwurfmutter auf, die an der Vorschubeinheit und/oder an dem Gehäuse des Rauheitssensors gehalten ist. Dadurch lässt sich eine sehr zuverlässige mechanische Verbindung herstellen. Wenn die Überwurfmutter verliersicher mit dem Gehäuse verbunden ist, kann die Verbindung automatisch hergestellt werden.
Die Schnittstelle zum Erzeugen der elektrischen Verbindung kann an einem Bauteil ausgebildete Kontaktpins aufweisen, die in unterschiedlichen radialen Abständen angeordnet sind. Die Kontaktpins wirken mit kreisförmigen konzentrischen Kontaktbahnen zusammen, die an dem jeweils anderen Bauteil ausgebildet sind. Auf diese Weise lässt sich eine zuverlässige elektrische Verbindung in beliebigen relativen Drehstellungen herstellen.
Bezüglich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Messung der Rauheit einer Oberfläche eines Werkstücks, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen eines Rauheitsmesssystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;
b) Abrufen der Informationen über das Identifikationselement für jedes Teilstück;
c) Berechnen eines initialen Ortsvektors, der die Position eines an dem Messarm angeordneten Abtastelements in einem Koordinatensystem angibt, für verschiedene Teilstücke unter Verwendung der in Schritt b) abgerufenen Informationen;
d) Auswahl mindestens eines Teilstücks;
e) Verbinden des Gehäuses mit der Vorschubeinheit über das in Schritt d) ausgewählte mindestens eine Teilstück;
f) Ausrichten des Gehäuses und Anfahren einer Zielposition auf der Oberfläche des Werkstücks unter Berücksichtigung des in Schritt c) für das ausgewählte Teilstück berechneten Ortsvektors;
g) Durchführen der Messung, indem das Gehäuse mit dem Messarm mit Hilfe der Vorschubeinheit über die Oberfläche des Werkstücks geführt wird.

Wenn das Gehäuse einen vorzugsweise kugelförmigen Referenzkörper trägt, kann vor dem Schritt e) eine Positionskalibrierung unter Verwendung des Referenzkörpers stattfinden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Koordinatenmessgerät mit einem erfindungsgemäßen Rauheitssensor in einer perspektivischen Darstellung;
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1, in dem Einzelheiten des Rauheitssensors erkennbar sind;
3 der in der 2 gezeigte Rauheitssensor in einer vereinfachten Seitenansicht, wobei wichtige Teile im Inneren ebenfalls schematisch angedeutet sind;
4 und 5 zwei ein unterschiedliche Teilstücke in einer vereinfachten Seitenansicht;
6 ein aus zwei Teilstücken zusammengesetztes Zwischenstück in einer perspektivischen Darstellung;
7 ein erfindungsgemäßer und als Kufentaster ausgebildeter Rauheitssensor in einer stark schematischen Seitenansicht;
8 eine Schnittstelle an einem Ende eines Teilstücks in einer perspektivischen Darstellung;
9 eine weitere Schnittstelle in schematischer Darstellung, die zu der in der 8 gezeigten Schnittstelle korrespondiert.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Koordinatenmessgerät
Die 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Koordinatenmessgerät in einer perspektivischen Darstellung. Das Koordinatenmessgerät 10 weist einen Tisch 12 auf, der eine Basis 14 und eine Platte 16 aus Hartgestein umfasst. Die Platte 16 dient zur Aufnahme eines Werkstücks 18, an dessen Oberfläche eine ortsaufgelöste Rauheitsmessung durchgeführt werden soll.
Der Tisch 12 trägt eine Positioniereinrichtung 20, mit der sich ein Gelenkarm 40 und ein daran befestigter Rauheitssensor 22 relativ zu dem Tisch 12 mit hoher Genauigkeit positionieren lassen. Die Positioniereinrichtung 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in Portalbauweise ausgeführt und umfasst ein Portal 24, das mit zwei Füßen 26, 28 an den Rändern des Tisches 12 gelagert und in der horizontal verlaufenden x-Richtung entlang des Tisches 12 motorisch verfahrbar ist. An einem Portalquerbalken 30, der die beiden Füße 26, 28 miteinander verbindet, ist ein Ausleger 32 so gelagert, dass er entlang der Längsrichtung des Portalquerbalkens 30, d. h. in der ebenfalls horizontal verlaufenden y-Richtung, motorisch verfahren werden kann, wie dies durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. In einer vertikal ausgerichteten Aufnahme 34 des Auslegers 32 ist ein Messträger 36 aufgenommen und entlang der vertikal verlaufenden z-Richtung motorisch verfahrbar. Der Messträger 36 wird häufig auch als Pinole bezeichnet.
Der Gelenkarm 40 ist an dem Messträger 36 mit Hilfe einer Automatikkupplung befestigt. Die Automatikkupplung umfasst zu diesem Zweck z.B. eine Dreipunktlagerung und einen Elektromagneten, der automatisch nach Erkennen eines an einem Kupplungsteller des Gelenkarms 40 angebrachten ID-Chips angeschaltet wird. Die Automatikkupplung stellt neben einer mechanischen Verbindung auch eine Kommunikationsverbindung her, damit zwischen dem von dem Gelenkarm getragenen Rauheitssensor 22 und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 Steuer- und Messdaten ausgetauscht werden können. Alternativ hierzu kann diese Kommunikation über eine Funkschnittstelle erfolgen.
Die Positioniereinrichtung 20 verfügt für jede der drei Verfahrrichtungen x, y, z über mindestens einen Wandler, die an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 Informationen über die zurückgelegten Verfahrwege zurückgibt. Dadurch ist eine Referenzposition der Automatikkupplung, an welcher der Gelenkarm 40 befestigt ist und die im Wesentlichen dem Tool Center Point (TCP) bei Robotern entspricht, in allen Verfahrstellungen mit hoher Genauigkeit bekannt.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung 38 steuert die Bewegungen der Positioniereinrichtung 20 und wertet die von dem Rauheitssensor 22 übergebenen Messwerte aus. Die Auswertung umfasst auch die rechnerische Korrektur der von dem Rauheitssensor 22 gelieferten Messwerte. Damit können statische und dynamische Einflüsse der Positioniereinrichtung 20, thermische Verformungen des Tisches 12 oder Verbiegungen des Gelenkarms 40 berücksichtigt werden.
2. Aufbau des Gelenkarms und des Rauheitssensors
Die 2 zeigt den Gelenkarm 40 und den davon getragenen Rauheitssensor 22 in einer vergrößerten Darstellung.
Der Gelenkarm 40 umfasst ein Kupplungsglied 45 sowie mehrere beweglich miteinander verbundene Armabschnitte G1 bis G3. Das Kupplungsglied 45 ist dazu vorgesehen, den Gelenkarm 40 mit einem entsprechenden Gegenstück der Automatikkupplung am Messträger 36 des Portals 24 zu verbinden.
Der Gelenkarm 40 umfasst ferner einen ersten Armabschnitt G1, der unmittelbar an dem Kupplungsglied 45 befestigt ist. Der erste Armabschnitt G1 ist relativ zu dem Kupplungsglied 45 um eine erste Drehachse A1 drehbar und verfügt zu diesem Zweck über einen ersten Antrieb, der in der 2 nur schematisch angedeutet und mit M1 bezeichnet ist. Ein zweiter Armabschnitt G2 ist relativ zu dem ersten Armabschnitt G1 um eine zweite Drehachse A2 mithilfe eines zweiten Antriebs M2 drehbar, wobei die zweite Drehachse A2 senkrecht zur ersten Drehachse A1 verläuft. Ein dritter Armabschnitt G3 ist relativ zu dem zweiten Armabschnitt G2 mithilfe eines dritten Antriebs M3 drehbar, und zwar um eine dritte Drehachse A3, die zur zweiten Drehachse A2 senkrecht verläuft. Der Gelenkarm 40 ist dabei so ausgelegt, dass die zweite Drehachse A2 sowohl die erste Drehachse A1 als auch die dritte Drehachse A3 schneidet.
Zur Übertragung der Mess-, Regel- und Steuersignale zwischen den zueinander beweglichen Armabschnitten G1 bis G3 können beispielsweise dünne Flexleiterplatten (FPC, Flexible Printed Circuit) verwendet werden, die elektronische Bauteile tragen und sehr flexibel sind.
Am dritten Armabschnitt G3 ist der Rauheitssensor 22 auswechselbar befestigt. Der Rauheitssensor 22 hat eine sich radial vom dritten Armabschnitt G3 nach außen erstreckende Vorschubeinheit 52, die eine Antriebseinheit 54 und eine Befestigungseinheit 56 umfasst. Die Befestigungseinheit 56 ist linear entlang einer Vorschubrichtung V relativ zu der Antriebseinheit 54 mit Hilfe eines Antriebs M4 verfahrbar, wie dies durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Die Vorschubrichtung V verläuft dabei senkrecht zur dritten Drehachse A3 und wird mit dieser mitgedreht.
An der Befestigungseinheit 56 ist über ein noch näher zu erläuterndes Zwischenstück 57, das durch ein erstes Teilstück T1 gebildet wird, ein Rauheitstaster 58 befestigt. Dieser hat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein erstes Gehäuseteil 59a und ein daran befestigtes zweites, im Wesentlichen röhrenförmiges Gehäuseteil 59b, das endseitig um 90° abgewinkelt ist. An diesem abgewinkelten Ende ragt aus einer Öffnung ein taktiles Abtastelement 60 hervor.
Die 3 zeigt das Zwischenstück 57 und den Rauheitstaster 58 in einer vereinfachten Seitenansicht, wobei wichtige Teile im Inneren des Rauheitstasters 58 ebenfalls schematisch angedeutet sind.
Das Zwischenstück 57 hat einen ersten langgestreckten Abschnitt 62 mit einer ersten Längsachse, die in der 3 horizontal verläuft, und einen zweiten langgestreckten Abschnitt 64 mit einer zweiten Längsachse, die parallel versetzt zu der ersten Längsachse verläuft. Die beiden Abschnitte 62, 64 sind über einen dritten langgestreckten Abschnitt 66 miteinander verbunden, der rechtwinkelig zu den beiden Abschnitten 62, 64 angeordnet ist und sich somit in der 3 in vertikaler Richtung erstreckt.
Verliersicher gehaltene Überwurfmuttern 68 und 69 verbinden das Zwischenstück 57 mechanisch mit der Vorschubeinheit 52 bzw. mit dem ersten Gehäuseteil 59a des Rauheitstasters 58. Nicht in den 2 und 3 erkennbar sind elektrische Verbindungen zwischen diesen Teilen. Zur Herstellung dieser mechanischen und elektrischen Verbindungen verfügt das Zwischenstück 57 an jedem Ende über eine geeignete Schnittstelle. Die Schnittstelle kann z.B. zum Zwecke der mechanischen Verbindung ein Schraubgewinde oder die bereits erwähnte Überwurfmutter umfassen. Ein Beispiel für die elektrische Verbindung wird weiter unten mit Bezug auf die 8 und 9 erläutert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schnittstellen des Zwischenstücks 57 so aufeinander abgestimmt, dass das erste Gehäuseteil 59a des Rauheitstasters 58 auch ohne das Zwischenstück 57 an der Vorschubeinheit 52 befestigt werden kann. Die erste, zur Vorschubeinheit 52 weisende Schnittstelle des Zwischenstücks 57 ist somit genauso ausgebildet wie die Schnittstelle des Rauheitstasters 58. Entsprechendes gilt für die zweite Schnittstelle des Zwischenstücks auf der gegenüberliegenden Seite, d.h. die zweite Schnittstelle ist genauso ausgebildet wie die Schnittstelle der Vorschubeinheit 52.
Diese Vereinheitlichung der Schnittstellen ermöglicht es, das Gehäuseteil 59a direkt an der Vorschubeinheit 52 zu befestigen oder anstelle des Teilstücks T1 ein anderes Teilstück als Zwischenstück 57 zu verwenden.
Die 4 und 5 zeigen in Seitenansichten zwei anders geformte Teilstücke T2 bzw. T3 jeweils in einer Seitenansicht. Während das erste Teilstück T1 zweifach um jeweils 90° abgewinkelt ist, was zu einem Parallelversatz führt, haben die beiden in den 4 und 5 gezeigten Teilstücke jeweils nur zwei langgestreckte Abschnitte. Diese sind in einem Winkel von 45° bzw. 135° abgewinkelt. Während sich die Formen der Teilstücke T1, T2, T3 unterscheiden, sind die Teilstücke T1, T2, T3 bezüglich ihrer Schnittstellen gleich ausgebildet. Dadurch kann jedes der Teilstücke T1, T2, T3 als Zwischenstück 57 eine Verbindung zwischen der Vorschubeinheit 52 und dem Rauheitstaster 58 bewirken.
Aufgrund der vereinheitlichten Schnittstellen können mehrere Teilstücke T1, T2, T3 miteinander verbunden werden und gemeinsam das Zwischenstück 57 bilden. Die 6 zeigt dies am Beispiel eines Zwischenstücks 57, das aus den beiden Teilstücken T1 und T2 zusammengesetzt ist. Die Teilstücke T1, T2, T3 bilden somit eine Art Baukastensystem, das die Bereitstellung von in weiten Grenzen beliebig geformten Zwischenstücken 57 ermöglicht, indem Teilstücke aus einfachen geometrischen Grundformen zusammengesetzt werden. Dadurch lassen sich geeignet aufgebaute Rauheitssensoren 22 auch für sehr spezielle Messaufgaben aufbauen, etwas für Messungen an Oberflächen in mehrfach abgewinkelten Bohrungen.
Sollten sich auch durch Verbinden vorhandener Teilstücke T1, T2, T3 eine benötige Form des Zwischenstücks 57 nicht realisieren lassen, so kann ein geeignet geformtes Teilstück im Wege eines 3D-Drucks oder ein anderes Rapid Tooling-Verfahrens einfach und kostengünstig hergestellt werden, da die Teilstücke T1, T2, T3 keine beweglichen oder komplexen Teile wie Motoren oder Wandler enthalten. Die erforderlichen elektrische Leitungen hingegen lassen sich leicht durch 3D-Druck herstellen.
Jedes Teilstück T1, T2, T3 trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel an seiner Außenseite einen RFID-Tag 70. Die darin gespeicherten Informationen lassen sich berührungslos mit einem Lesegerät auslesen und umfassen Transformationsmatrizen, welche die formbedingte Verlagerung des Referenzpunktes beschreiben. Enthalten sind außerdem Informationen zu den äußeren Abmessungen der jeweiligen Teilstücke T1, T2, T3.
Im Folgenden wird zur Erläuterung des Rauheitstasters 58 wieder auf die 3 Bezug genommen. Der Rauheitstaster 58 enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel einen abgewinkelten Messarm 72, der um eine Drehachse 74 drehbar gelagert ist. Das abgewinkelte Ende des Messarms 72 trägt das Abtastelement 60. Am gegenüber liegenden Ende des Messarms 72 befindet sich ein Wandler 76, der in dem ersten Gehäuseteil 59a aufgenommen ist. Wenn während eines Messvorgangs der Rauheitstaster 58 mit Hilfe der Vorschubeinheit 52 entlang der Vorschubrichtung V über die Oberfläche 80 des Werkstücks 18 geführt wird, bewirkt die Rauigkeit der Oberfläche 80, dass das Abtastelement 60 senkrecht zur Oberfläche 80 ausgelenkt wird. Diese Auslenkung überträgt sich in eine Drehbewegung des Messarms 72 und eine Auslenkung des gegenüberliegenden Endes des Messarms 72. Diese Auslenkung wird vom Wandler 76 erfasst und in elektrische Messsignale übersetzt, welche die Auslenkung des Abtastelements 60 repräsentieren. Der Wandler kann die Drehstellung des Messarms 72 dabei induktiv, optisch, magnetisch oder auch pneumatisch abgreifen.
Das erste Gehäuseteil 59a des Rauheitstasters 58 trägt zum Zwecke einer Positionskalibrierung einen kugelförmigen Referenzkörper 82, dessen Bedeutung im folgenden Abschnitt beschrieben wird.
3. Funktion
Vor Beginn einer Rauheitsmessung steht die Festlegung, welche Form der Rauheitssensor 22 insgesamt haben muss, muss an der gewünschten Oberfläche eines gegebenen Werkstücks 18 eine Rauheitsmessung durchführen zu können. Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass der Rauheitssensor 22 nicht nur in einer bestimmten Pose die Messung durchführen, sondern diese Pose auch kollisionsfrei anfahren muss.
Für jedes vorhandene Teilstück T1, T2, T3 des Rauheitsmesssystems werden dazu die Informationen über das am Teilstück angebrachte Identifikationselement abgerufen. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch Auslesen des RFID-Tags 70. Der Vektor, der die Pose der Spitze des Abtastelements 60 im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts 10 beschreibt, wird durch Verketten mehrerer Transformationsmatrizen berechnet. Hierzu gehören die Transformationsmatrizen des Koordinatenmessgeräts 10, die Transformationsmatrizen des Gelenkarms 40 sowie die Transformationsmatrizen des Rauheitssensors 22. Letztere umfassen Transformationsmatrizen für die Vorschubeinheit und den Rauheitstaster 58 sowie die aus dem RFID-Tag 70 ausgelesene Transformationsmatrizen für das oder die Teilstücke T1, T2, T3. Während einige der vorgenannten Transformationsmatrizen feste Werte haben (etwa die den Rauheitstaster 58 beschreibenden Transformationsmatrizen), hängen andere Transformationsmatrizen von dem motorisch einstellbaren Translations- oder Rotationsbewegungen ab. Ein zusätzlicher Freiheitsgrad wird durch das Zwischenstück 57 bereitgestellt, das je nach Auswahl des oder der verwendeten Teilstücke T1, T2, T3 eine unterschiedliche Form haben kann.
Durch Simulation wird nun ermittelt, welche Form des Zwischenstücks 57 optimal ist, um eine gegebene Messaufgabe bewältigen zu können. Hierbei ist nicht nur berücksichtigen, dass das Abtastelement 60 den gewünschten Ort auf der Oberfläche 80 des Werkstücks 18 erreichen kann, sondern dass auch ein Vorschub entlang der gewünschten Vorschubrichtung V möglich ist. Außerdem muss bei der Auswahl des Zwischenstücks 57 berücksichtigt werden, dass die Antastposition kollisionsfrei angefahren werden kann.
Stellt man bei dieser Simulation fest, dass man mit den vorhandenen Teilstücken T1, T2, T3 (in der Praxis werden typischerweise 5 bis 15 Teilstücke vorhanden sein) die Messaufgabe nicht bewältigen kann, so kann ein speziell geformtes Teilstück im Wege eines 3D-Druckverfahrens hergestellt werden, das die für die Messaufgabe benötigte Form hat.
Das im Wege der Simulation ausgewählte mindestens eine Teilstück wird nun mit dem ersten Gehäuseteil 59a des Rauheitstasters 58 und der Befestigungseinheit 56 der Vorschubeinheit 52 mithilfe der Überwurfmuttern 68, 69 verbunden, wodurch man beispielsweise die in den 1 bis 3 Konfiguration erhält.
Aufgrund der eingelesenen Transformationsmatrizen ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung 38 in der Lage, das Antastelement 60 an praktisch jede beliebige Pose innerhalb des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts 10 zu überführen.
In einem optionalen zusätzlichen Kalibrierschritt kann die Position des Referenzkörpers 82 im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts 10 gemessen werden. Hierzu wird der Referenzkörper 82 in Kontakt zu einem weiteren Referenzkörper gebracht, dessen Position im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts 10 exakt bekannt ist. Hierzu kann ein an sich bekannter Tastkopf verwendet werden, der den Messträger 36 mit dem Gelenkarm 40 verbindet und kleinste Antastkräfte erfasst. Die durch Antasten gemessenen Orte des Referenzkörpers 82 werden mit den berechneten Orten abgeglichen, um Korrekturwerte für die Kalibrierung zu bestimmen.
Um die gewünschte Zielpose noch genauer anfahren zu können, kann zusätzlich die Verbiegung der gesamten Messanordnung berücksichtigt werden. Für das Koordinatenmessgerät 10 und den Gelenkarm 40 sind die auftretenden Verbiegungen im Allgemeinen bekannt und können rechnerisch berücksichtigt werden. Für die Teilstücke T1, T2, T3 können die entsprechenden Elastizitätsmodule auf dem RFID-Tag 70 hinterlegt sein, so dass mögliche Verbiegungen der Teilstücke T1, T2, T3 ebenfalls berücksichtigt werden können. Ähnlich wie bei der Positionsmessung ist auch eine Kalibrierung der Biegesteifigkeit möglich. Wenn die Teilstücke T1, T2, T3 oder auch andere Bauteile des Rauheitssensors 22 einen oder mehrere Dehnmessstreifen tragen, wie dies in der 5 mit 83 angedeutet ist, so lässt sich die Verbiegung bei Antastungen mit verschiedenen Antastkräften direkt messen. Daraus lässt sich ein verbessertes Modell ableiten, dass die Verbiegungen quantitativ beschreibt und noch genauere Vorhersagen ermöglicht.
4. Kufentaster
Die 7 zeigt in einer stark schematischen Seitenansicht einen Rauheitssensor 22, der als Kufentaster ausgebildet ist. Eine Kufe 84, mit der sich der Rauheitstaster 58 während der Messung an der Oberfläche 80 des Werkstücks 18 abstützt, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei Kufen-Teilstücke K1 und K4 mit der Vorschubeinheit 52 verbunden. Wichtig ist dabei, dass die Kufe 84 des Rauheitstasters 58 direkt und möglichst steif über die Kufen-Teilstücke K1 und K4 mit der Befestigungseinheit 56 der Vorschubeinheit 52 verbunden ist. Die getrennten Schnittstellen für die Kufen-Teilstücke K1 und K4 und für die Teilstücke T1, T4 sind in der 7 durch separate Schraubverbindungen 89 angedeutet.
5. Elektrische Schnittstelle
Die 8 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Schnittstelle an einem Ende eines Teilstücks T1. Die Schnittstelle enthält zur Herstellung einer mechanischen Verbindung die bereits erwähnte Überwurfmutter 68. Für die elektrische Verbindung enthält die Schnittstelle 4 Kontaktpins 90a, 90b, 90c und 90d, die in unterschiedlichen radialen Abständen angeordnet sind.
Die 9 zeigt schematisch die notwendigen elektrischen Komponenten einer korrespondierenden Schnittstelle, die mit der in der 8 gezeigten Schnittstelle zusammenwirkt. Erkennbar sind vier voneinander getrennte und konzentrisch angeordnete Leiterbahnen 92a, 92b, 92c und 92d. Beim Zusammenstecken zweier Teilstücke oder eines Teilstücks mit einem anderen Teil berühren sich die Kontaktpins 90a, 90b, 90c und 90d und die Leiterbahnen 92a, 92b, 92c und 92d jeweils paarweise. Aufgrund der unterschiedlichen radialen Abstände ist sichergestellt, dass jeder der N Kontaktpins 90n, n = 1, ..., N nur eine einzige Leiterbahn 92n berührt. Die elektrische Kontaktierung wird auf diese Weise für alle beliebigen Drehstellungen zuverlässig bewirkt.
Die elektrische Verdrahtung 94 über die Länge des Teilstücks T1, T2, T3 hinweg ist in der 9 als Drahtspirale angedeutet, die ebenfalls Verdrehungen zulässt. Die Zentrierung der beiden Schnittstellen erfolgt vorzugweise über einen nicht dargestellten Zentrierbolzen.
Die in den 8 und 9 erkennbaren Kontaktpins 90 und Leiterbahnen 92 können auch in einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden.

Claims

Taktiles Rauheitsmesssystem, das zur Befestigung an einem Koordinatenmessgerät (10), einem daran befestigten Gelenkarm (40) oder an einem Roboter eingerichtet ist, wobei das Rauheitsmesssystem aufweist: a) eine Vorschubeinheit (52), b) ein Gehäuse (59b), das mit der Vorschubeinheit (52) verbindbar und durch Betätigen der Vorschubeinheit (52) linear verfahrbar ist, wobei in dem Gehäuse (59b) ein Messarm (72) drehbar gelagert ist, der endseitig ein nadelförmiges Abtastelement (60) trägt, c) ein erstes Teilstück (T1) und ein zweites Teilstück (T2, T3), wobei - das erste Teilstück (T1) eine andere Form als das zweite Teilstück (T2, T3) hat, - jedes Teilstück (T1, T2, T3) ein Identifikationselement (70) enthält, über das Informationen abrufbar sind, die sich auf die Form des jeweiligen Teilstücks (T1, T2, T3) beziehen, - an einem ersten Ende eines jeden Teilstücks (T1, T2, T3) eine erste Schnittstelle ausgebildet ist, mit der eine elektrische und mechanische Verbindung zu der Vorschubeinheit (52) herstellbar ist, und an einem zweiten Ende eines jedes Teilstücks eine zweite Schnittstelle ausgebildet ist, mit der eine elektrische und mechanische Verbindung zu dem Gehäuse (59b) herstellbar ist, so dass die Vorschubeinheit wahlweise durch das erste Teilstück (T1) oder durch das zweite Teilstück (T2, T3) mit dem Gehäuse (59b) verbindbar ist.
Rauheitsmesssystem nach Anspruch 1, wobei die ersten Schnittstellen so auf die zweiten Schnittstellen abgestimmt sind, dass die Vorschubeinheit (52) wahlweise direkt, durch das erste Teilstück (T1) oder das zweite Teilstück (T2) oder durch ein Zwischenstück (57) mit dem Gehäuse (59b) verbindbar ist, wobei das Zwischenstück (57) durch Verbinden des ersten Teilstücks (T1) mit dem zweiten Teilstück (T2) erhalten ist.
Rauheitsmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei a) jedes Teilstück (T1, T2, T3) einen ersten langgestreckten Abschnitt (62) mit einer ersten Längsachse hat, b) mindestens eines der beiden Teilstücke (T1, T2, T3) einen zweiten langgestreckten Abschnitt (64) mit einer zweiten Längsachse hat, die unter einem Winkel oder parallel versetzt zu der ersten Längsachse verläuft.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (59b) zum Zwecke einer Positionskalibrierung einen vorzugsweise kugelförmigen Referenzkörper (82) trägt.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Informationen Transformationsmatrizen umfassen, die Translationen und/oder Rotationen beschreiben.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über das Identifikationselement (70) zusätzliche Informationen abrufbar sind, die sich auf den Elastizitätsmodul beziehen, der die Biegesteifigkeit des jeweiligen Teilstücks (T1, T2, T3) beschreibt.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Identifikationselement ein Speicherbaustein (70) ist, in dem die Informationen gespeichert sind.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilstücke (T1, T2, T3) keine beweglichen Bauteile enthalten.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittstelle zum Erzeugen der mechanischen Verbindung eine Überwurfmutter (68, 69) aufweist, die an der Vorschubeinheit (52) und/oder an dem Gehäuse (59b) des Rauheitssensors (22) gehalten ist.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittstelle zum Erzeugen der elektrischen Verbindung an einem Bauteil ausgebildete Kontaktpins (90a bis 90d) aufweist, die in unterschiedlichen radialen Abständen angeordnet sind und mit kreisförmigen konzentrischen Leiterbahnen (92a bis 92d) zusammenwirken, die an dem jeweils anderen Bauteil ausgebildet sind.
Rauheitsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teilstück ein Federelement aufweist, das nur lineare Bewegungen entlang einer Messrichtung zulässt.
Verfahren zur Messung der Rauheit einer Oberfläche (80) eines Werkstücks (18), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Rauheitsmesssystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; b) Abrufen der Informationen über das Identifikationselement (70) für jedes Teilstück (T1, T2, T3); c) Berechnen eines initialen Ortsvektors, der die Position eines an dem Messarm (72) angeordneten Abtastelements (60) in einem Koordinatensystem angibt, für verschiedene Teilstücke (T1, T2, T3) unter Verwendung der in Schritt b) abgerufenen Informationen; d) Auswahl mindestens eines Teilstücks (T1, T2, T3); e) Verbinden des Gehäuses (59b) mit der Vorschubeinheit (52) über das in Schritt d) ausgewählte mindestens eine Teilstück (T1, T2, T3); f) Ausrichten des Gehäuses (59b) und Anfahren einer Zielposition auf der Oberfläche (80) des Werkstücks (18) unter Berücksichtigung des in Schritt d) für das ausgewählte Teilstück (T1, T2, T3) berechneten Ortsvektors; g) Durchführen der Messung, indem das Gehäuse (59b) mit dem Messarm (72) mit Hilfe der Vorschubeinheit (52) über die Oberfläche (80) des Werkstücks (18) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Gehäuse (59a, 59b) einen vorzugsweise kugelförmigen Referenzkörper (82) trägt, und bei dem vor dem Schritt e) eine Positionskalibrierung unter Verwendung des Referenzkörpers (82) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei mindestens ein Bauteil des Rauheitsmesssystems einen Dehnmessstreifen aufweist, und wobei auf der Grundlage von Messwerten, die von den Dehnmessstreifen erzeugt wurden, eine Fehlerkorrektur in Echtzeit durchgeführt und/oder ein Modell abgeleitet wird, das die Verbiegungen quantitativ beschreibt und für Vorhersagen genutzt wird.