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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Bestimmen wenigstens einer Koordinate einer Struktur im Meßvolumen
eines auf Auflagern mit variabler Neigung gelagerten Koordinatenmeßgerätes mit
den Schritten: Erfassen eines Meßwertes für die wenigstens eine Koordinate
und Erfassen eines Wertes für die
Neigung des Koordinatenmeßgerätes.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
auf Auflagern mit variabler Neigung gelagertes Koordinatenmeßgerät mit einem
Meßvolumen
zum Bestimmen wenigstens einer Koordinate einer Struktur im Meßvolumen mit
Mitteln zum Erfassen eines Meßwertes
für die
wenigstens eine Koordinate und mit Mitteln zum Erfassen eines Wertes
für die
Neigung des Koordinatenmeßgerätes.
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Koordinatenmeßgeräte werden zur Messung der Längen von
industriell gefertigten Strukturen in drei Dimensionen und allen
daraus ableitbaren Größen verwendet.
Ein besonderes Merkmal ist die geringe Messunsicherheit, die bis
zur Größenordnung von
Bruchteilen eines Mikrometers (μm)
hinunter reicht. In der Regel messen die als Koordinatenmeßgeräte bezeichneten
Längenmeßeinrichtungen gleichzeitig
in drei kartesischen Koordinaten. Üblicherweise dienen dazu drei
senkrecht zueinander angeordnete Führungsachsen, die mit X, Y
und Z bezeichnet werden. Die auf den anderen zwei Achsen aufbauende
Z-Achse trägt
einen Meßkopf
mit einem taktil (antastend) oder optisch arbeitenden (berührungslosen)
Sensor, im Falle des taktil arbeitenden Meßkopfes einen Tastkopf. Der
Meßkopf
oder Tastkopf ist an einer in Z-Richtung beweglichen Pinole angebracht.
In jeder Achse ist ein Maßstab
angeordnet, der die jeweilige Position mit hoher Auflösung (z.B.
0,1 μm)
digital mißt.
Dazu werden beispielsweise optisch abgetastete Inkrementalmaßstäbe verwendet.
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Die Menge der durch die Pinole mit
dem Meßkopf
anfahrbaren Punkte repräsentiert
dabei das Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes.
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Zur Einhaltung der geforderten Genauigkeit werden
Koordinatenmeßgeräte häufig in
speziellen Meßräumen, die
beispielsweise keinen Schwingungen ausgesetzt sind, betrieben. Häufig ist
es jedoch wünschenswert,
Koordinatenmeßgeräte in direkter Nachbarschaft
zum Produktionsprozeß einzusetzen. Aufgrund
der direkten Nachbarschaft können Schwingungen
der Produktionsmaschinen über
den gemeinsamen Boden, der sowohl die Produktionsmaschine als auch
das Koordinatenmeßgerät trägt, auf
das Koordinatenmeßgerät übertragen
werden.
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Solche Schwingungen beeinträchtigen
die Meßgenauigkeit
des Koordinatenmeßgerätes. Zur Vermeidung
des Einflusses von Bodenschwingungen auf die Meßgenauigkeit kann das Koordinatenmeßgerät auf Auflagern
mit variabler Neigung ruhen, die für eine Schwingungsisolierung
zwischen Boden und Meßtisch
oder Grundplatte des Koordinatenmeßgerätes sorgen. Die schwingungsisolierenden
Auflager können
eine oder mehrere Federelemente mit oder ohne Dämpfungselementen, Gummielemente
oder Luftfederelemente aufweisen. Die Federn können auch als Spiral-, Blatt- oder Torsionsfedern
ausgestaltet sein.
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Ein Verfahren sowie ein Koordinatenmeßgerät der eingangs
genannten Art sind aus der
DE
38 14 181 A1 bekannt. Nach diesem Stand der Technik werden
sogenannte Luftfedern zur Schwingungsisolierung eingesetzt. Die
als Auflager für
ein Koordinatenmeßgerät dienenden
Luftfedern enthalten zwei durch eine Dämpfungsbohrung miteinander
verbundene Luftvolumina, ein sogenanntes Lastvolumen und ein sogenanntes
Dämpfungsvolumen,
und schirmen das Koordinatenmeßgerät gegen
Bodenschwingungen ab.
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Die Federelemente können aktiv
oder passiv sein, wobei sich ein aktives Federelement durch eine automatisch
bei Belastung erhöhende
Steifigkeit auszeichnet. In diesem Sinne stellt beispielsweise eine
Luftfeder, deren Druck bei Belastung und gleichbleibendem Volumen
erhöht
wird, ein aktives Federelement dar.
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Alle obengenannten Federelemente
besitzen die gemeinsame Eigenschaft, daß sich bei einer Verlagerung
des Schwerpunktes des Koordinatenmeßgerätes während des Fahrens des Meßkopfes im
Meßvolumen
eine Einfederung und damit eine statische Neigung der Grundplatte
des Koordinatenmeßgerätes ergibt.
Bisher wurde die Federsteifigkeit bei passiven Systemen so ausgelegt,
daß der
Einfluß einer
statischen Neigung des Koordinatenmeßgerätes auf die Meßgenauigkeit
unwesentlich war. Eine hohe Federsteifigkeit führt jedoch zwangsläufig zu
einer unerwünscht
hohen Eigenresonanzfrequenz der Schwingungsisolierung und damit
zu einer geringeren Isolierungswirkung im Vergleich zu Federelementen
mit niedrigerer Eigenresonanzfrequenz.
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Bei Koordinatenmeßgeräten, die mit hohen Meßkopfgeschwindigkeiten
und mit einem gewissen Abstand des Schwerpunktes des Koordinatenmeßgerätes zur
Schwingungsisolierung betrieben werden, ergibt sich zusätzlich eine
dynamische Neigung (Schräglage)
der Grundplatte des Koordinatenmeßgerätes bei positiven und negativen
Beschleunigungen des Meßkopfes.
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Es ist bekannt, die statische und
dynamische Neigung (Schräglage)
der Grundplatte durch eine aktiv geregelte Schwingungsisolierung,
beispielsweise durch druckgeregelte Luftfedern, zu minimieren. Die Einregelung
einer waagrechten Ausrichtung des Koordinatenmeßgerätes nach dem Auftreten einer
Neigung, beispielsweise einer beschleunigungsinduzierten Neigung
beim Abbremsen des Meßkopfes,
erfordert eine gewisse Einschwingzeit in der Größenordnung mehrerer Sekunden.
Es hat sich gezeigt, daß während dieser
Einschwingzeitspanne aufgenommene Koordinaten-Meßwerte stark streuen, so daß während der
Einschwingzeit keine zuverlässige
Meßwertaufnahme
möglich
ist.
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Besonders lang ist diese Einschwingzeit
bei Koordinatenmeßgeräten, die
für den
fertigungsnahen Meßeinsatz
mit niedriger Eigenresonanzfrequenz der Schwingungsisolierung konstruiert
sind und die gleichzeitig mit hohen Meßkopfbeschleunigungen betrieben
werden.
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Nach der obengenannten
DE 38 14 181 A1 soll die
Einschwingzeit durch eine Vorsteuerung der Regelung aktiver Luftfederelemente
verringert werden. Dabei wird bei einem rechnergesteuerten Meßablauf,
bei dem die Fahrstrecke des Meßkopfes
bis zum Antasten des Werkstückes
im Steuergerät
vor dem Auslösen
einer Meßkopfbewegung
bekannt ist, die Regelung für
die auf die am Zielort zu erwartenden Verhältnisse vorgesteuert. Ist beispielsweise beim
Abbremsen des Meßkopfes
eine Nickbewegung des Koordinatenmeßgerätes, also eine Drehung um die
zur Bewegungsrichtung des Meßkopfes senkrechte
Querachse, zu erwarten, die zu einer Einfederung eines bestimmten
Luftfederelementes führt, so
wird der Druck in diesem Luftfederelement bereits vor dem Eintreten
der Einfederung erhöht.
Im Idealfall bleibt eine eine abbremsungsinduzierte Neigung der
Grundplatte dann völlig
aus.
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Nachteilig bei diesen bekannten Systemen ist
der hohe Preis und der hohe Aufwand zur Anpassung der Regelcharakteristik
an die Verhältnisse
individueller Koordinatenmeßgeräte.
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Vor diesem Hintergrund besteht die
Aufgabe der Erfindung darin, jeweils ein Verfahren und ein Koordinatenmeßgerät der eingangs
genannten Art anzugeben, bei denen die Zeitspannen mit unzulässig stark
streuenden Meßwerten
mit vergleichsweise geringen Kosten und geringem Aufwand zur Anpassung
an individuelle Koordinatenmeßgeräte verringert
werden können.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art durch den weiteren Schritt eines Korrigierens
des Meßwertes
für die
wenigstens eine Koordinate in Abhängigkeit vom erfaßten Wert für die Neigung
des Koordinatenmeßgerätes gelöst.
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Bei einem Koordinatenmeßgerät der eingangs
genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Koordinatenmeßgerät eine Auswerteeinrichtung
in einem Steuergerät
aufweist, die den Meßwert
für die
wenigstens eine Koordinate in Abhängigkeit vom erfaßten Wert
für die
Neigung des Koordinatenmeßgerätes korrigiert.
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Dieses Verfahren und dieses Koordinatenmeßgerät ermöglichen
eine Korrektur des Einflusses der momentanen Neigung einer Grundplatte
des Koordinatenmeßgerätes auf
die Meßwertaufnahme,
so daß eine
dynamische Restneigung während
des Einregelns einer Sollage der Grundplatte (üblicherweise horizontal) berücksichtigt
werden kann. Damit ist der Vorteil verbunden, daß ein vollständiges Einschwingen
dieser Lage- oder Niveauregelung nicht abgewartet werden muß, bevor
ein zuverlässiger
Meßwert für eine Koordinate
im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes aufgenommen
werden kann. Vorteilhafterweise wird dadurch die erforderliche Wartezeit bis
zur Aufnahme eines Meßwertes
nach dem Antasten einer Struktur im Meßvolumen verkürzt.
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Es ist bevorzugt, daß das Verfahren
zum Bestimmen der wenigstens einen Koordinate zeitlich parallel
zu einem ersten Regelvorgang zur Einhaltung eines vorbestimmten
Wertes für
die Neigung des Koordinatenmeßgerätes in einem
ersten Regelkreis durchgeführt
wird.
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Dazu weist das Koordinatenmeßgerät vorteilhafterweise
ein Steuergerät
auf , das das Bestimmen der wenigstens einen Koordinate zeitlich
parallel zu dem ersten Regelvorgang zur Einhaltung des vorbestimmten
Wertes für
die Neigung des Koordinatenmeßgerätes in dem
ersten Regelkreis durchführt. Diese
Ausgestaltung stellt eine aktive Beeinflussung der Neigung dar.
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Die Regelung der Neigung des Koordinatenmeßgerätes entspricht
gewissermaßen
einer Regelung der Lage bzw. des Niveaus des Koordinatenmeßgerätes oder
der Grundplatte des Koordinatenmeßgerätes. Eine solche Regelung erlaubt
vorteilhafterweise eine Schwingungsisolierung des Koordinatenmeßgerätes von
seiner Umgebung, was einen Betrieb des Koordinatenmeßgerätes in räumlicher Nähe zu Fertigungsmaschinen
ermöglicht.
In Verbindung mit der obengenannten Meßwertkorrektur in Abhängigkeit
von der Neigung läßt sich
diese Schwingungsisolierung ohne Einbußen bei der Meßgenauigkeit
des Koordinatenmeßgerätes realisieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung wird der Meßwert
für die
wenigstens eine Koordinate durch Antasten der Struktur mit einem
beweglichen Tastkopf des Koordinatenmeßgeräts erfaßt. Dazu weist das Koordinatenmeßgerät vorteilhafterweise
einen beweglichen Tastkopf zum Antasten der Struktur auf.
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Das Antasten der Struktur mit einem
beweglichen Tastkopf des Koordinatenmeßgeräts erlaubt in Verbindung mit
den obengenannten Merkmalen und/oder Ausgestaltungen eine zuverlässige und
genaue Messung von Koordinaten im Meßvolumen des Koordinatenmeßgeräts.
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Es ist weiter bevorzugt, daß das Antasten der
Struktur mit einer vorbestimmten Antastkraft erfolgt, mit der der
Tastkopf die Struktur berührt.
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Diese Ausgestaltung verbessert vorteilhafterweise
die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse, die
im μm-Genauigkeitsbereich
wegen elastischer Verformungen der zu vermessenden Struktur und
der Meßeinrichtung,
insbesondere des Tastkopfes, von der jeweiligen Antastkraft abhängig sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung erfolgt das Antasten in einem zweiten Regelvorgang
mit Hilfe eines zweiten Regelkreises, in dem die Position einer
Halterung des Tastkopfes relativ zu dem Koordinatenmeßgerät so eingestellt
wird, daß sich
die Auslenkung des Tastkopfes aus einer Nullage in der Halterung
einem vorbestimmten Sollwert annähert.
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Auch diese Ausgestaltung verbessert
die Reproduzierbarkeit von Meßergebnissen,
da Meßwerte
bei jeweils vergleichbaren Stellungen des Tastkopfes in seiner Halterung
aufgenommen werden.
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Es ist weiter bevorzugt, daß der Meßwert für die wenigstens
eine Koordinate als Summe der Position der Halterung des Tastkopfes
und der Auslenkung des Tastkopfes bestimmt wird.
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Dadurch wird vorteilhafterweise die
Genauigkeit der erhaltenen Meßwerte
gegenüber
der Auswertung lediglich einer Position erheblich gesteigert. Dabei
wird die Position der Halterung des Tastkopfes beispielsweise durch
die oben erwähnte
optische Abtastung von Inkrementalmaßstäben erfaßt und bei einer bestimmten
Position des Tastkopfes in der Halterung gewissermaßen als erste
Näherung
für die
zu messende Koordinate betrachtet. Die verbleibende Restauslenkung
des Tastkopfes, die beispielsweise durch Induktivweggeber im Tastkopf
erfassbar ist, wird gewissermaßen
zur Korrektur dieser Näherung verwendet.
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Es ist weiter bevorzugt, daß der zweite
Regelkreis schneller arbeitet als der erste Regelkreis.
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Durch die unterschiedlich schnell
arbeitenden Regelkreise ergibt sich die Möglichkeit, Störeinflüsse, die
aus dem langsamen Regelkreis resultieren, nach dem Einschwingen
des schnelleren Regelkreises isoliert zu erfassen.
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Es ist weiter bevorzugt, daß der Meßwert für die Koordinate
dann erfaßt
wird, wenn der zweite, schnellere Regelkreis eingeschwungen ist.
Dabei kann die Erfassung des Meßwertes
eine Mittelwertbildung einschließen, wie sie in der
US 5,764,540 beschrieben
ist.
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Damit ist der Vorteil verbunden,
daß ein Meßwert für die Koordinate
nicht erst dann erfaßt wird,
wenn auch der langsamere Regelkreis eingeschwungen ist, sondern
vielmehr bereits dann erfaßt wird,
wenn der schnellere Regelkreis für
die Tastkopfposition eingeschwungen ist und damit reproduzierbare
Verhältnisse
bezüglich
des Einflusses der Tastkopfposition relativ zur Tastkopfhalterung
auf den Meßwert
herrschen.
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Es ist weiter bevorzugt, daß der Wert
für die Neigung
des Koordinatenmeßgerätes ebenfalls
erfaßt
wird, wenn der zweite Regelkreis eingeschwungen ist.
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Damit ist der Vorteil verbunden,
daß der
Einfluß der
im langsamen Regelkreis auszuregelnden Neigung zum Zeitpunkt der
Meßwerterfassung
bestimmbar ist und zu einer Korrektur des Meßwertes verwendet werden kann.
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Es ist weiter bevorzugt, daß der zweite
Regelkreis als eingeschwungen gilt, wenn seit seiner Aktivierung
eine vorbestimmte Zeit vergangen ist.
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Dies liefert den Vorteil einer einfachen
Festlegung des Zeitpunktes der Meßwertaufnahme auf der Basis
einer Zeitmessung.
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Als Alternative dazu kann der zweite
Regelkreis als eingeschwungen gelten, wenn die Abweichung der Auslenkung
des Tastkopfes von ihrem Sollwert einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
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Diese Alternative besitzt den Vorteil
einer sehr genauen Berücksichtigung
des tatsächlichen Einschwingverhaltens
im zweiten Regelkreis, da die Tastkopfauslenkung selbst die entscheidende
Größe darstellt.
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Es ist weiter bevorzugt, daß dem erfaßten Wert
für die
Neigung ein Korrekturfaktor zugeordnet wird, daß ein Korrekturwert als Produkt
des Wertes für
die Neigung und des zugeordneten Korrekturfaktors gebildet wird,
und daß der
Meßwert
für die
wenigstens eine Koordinate durch additives Verknüpfen mit dem Produkt zu einem
korrigierten Meßwert
für die
wenigstens eine Koordinate korrigiert wird.
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Damit ist der Vorteil verbunden,
daß genaue und
reproduzierbare korrigierte Meßwerte
für die
wenigstens eine Koordinate mit vergleichsweise geringem Aufwand
erhalten werden.
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Eine Ausgestaltung des Koordinatenmeßgerätes sieht
vor, daß die
Mittel zum Erfassen eines Wertes für die Neigung des Koordinatenmeßgerätes wenigstens
eine elektronische Neigungswaage aufweisen.
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Die elektronische Neigungswaage kann
beispielsweise eine elektronische Wasserwaage sein.
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Elektronische Wasserwaagen sind auf
dem Markt erhältlich.
Sie bieten die Möglichkeit,
die Neigung direkt als Spannung an analogen und/oder digitalen Schnittstellen
abzulesen.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weisen
die Mittel zum Erfassen eines Wertes für die Neigung des Koordinatenmeßgerätes wenigstens
einen ersten Weggeber an wenigstens einem Auflager des Koordinatenmeßgerätes auf.
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Auch diese Ausgestaltung besitzt
den Vorteil, auf der Verwendung am Markt erhältlicher Sensoren (z.B. induktiver
Wegaufnehmer) zu basieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung bilden die Auflager des Koordinatenmeßgerätes ein
Schwingungsdämpfungssystem/Schwingungsisolierungssystem.
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Auch diese Ausgestaltung ermöglicht es,
das Koordinatenmeßgerät in räumlicher
Nähe zu
einem Fertigungsprozeß mit
Fertigungs maschinen zu betreiben, die Schwingungen in der Umgebung
des Koordinatenmeßgerätes hervorrufen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht
vor, daß das
Koordinatenmeßgerät Luftfedern
als Auflager aufweist.
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Luftfedern besitzen den Vorteil einer
besonders guten Schwingungsisolierung und Ansprechempfindlichkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen
die Luftfedern eine je nach Belastung veränderliche Höhe auf, wobei das Steuergerät die Höhe der Luftfedern
in dem ersten Regelkreis so einstellt, daß eine Neigung des Koordinatenmeßgerätes reduziert
wird.
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Damit ist der Vorteil verbunden,
daß eine gute
Schwingungsisolierung auch bei schnellen Bewegungen des Meßkopfes
(Tastkopfes) im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes keine
dauerhaften Neigungen (Schrägstellungen)
des Koordinatenmeßgerätes hervorruft,
die die Meßgenauigkeit
beeinträchtigen
würden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet
sich dadurch aus, daß das
Signal des wenigstens einen ersten Weggebers, der elektronischen
Neigungswaage oder des Wertes für
die Neigungen des Koordinatenmeßgerätes, zusätzlich als
Eingangssignal des ersten Regelkreises verwendet wird, der zur Einhaltung
eines vorbestimmten Wertes für
die Neigung des Koordinatenmeßgerätes dient.
Diese Verwendung als Eingangsgröße für den ersten
Regelkreis erfolgt zusätzlich
zur Verwendung zur Korrektur des Meßwertes für die wenigstens eine Koordinate.
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Diese Mehrfachnutzung des Wertes
für die Neigung,
bzw. der Signale von Gebern, aus denen die Neigung bestimmt wird,
ermöglicht
eine Realisierung der Erfindung mit einem geringstmöglichen
apparativen Aufwand.
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Eine weitere Ausgestaltung zeichnet
sich dadurch aus, daß die
Auflager passive Federelemente mit oder ohne Dämpfungselementen aufweisen.
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Passive Federelemente besitzen gegenüber aktiven
Federelementen den Vorteil, einfacher und kostengünstiger
zu sein. Allerdings bleibt bei passiven Systemen ein Restneigung
bestehen, die ohne Neigungskorrektur zu systematischen Fehlern und damit
zu einer abnehmenden Genauigkeit führen würde. Die Neigungskorrektur
macht daher die Verwendung der einfachen und kostengünstigen
passiven Federelemente bei Einhaltung einer Genauigkeit, wie sie
ohne Neigungseinflüsse
erzielbar ist, erst möglich.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht
vor, daß das
Koordinatenmeßgerät einen
beweglichen Tastkopf zum Antasten der Struktur aufweist.
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Dabei kann der Tastkopf ein messender
Tastkopf sein, der eine bewegliche Halterung aufweist und der einen
zweiten Weggeber zum Erfassen der Position der Halterung aufweist,
und der aus einer Nullage in der Halterung auslenkbar ist und der
einen dritten Weggeber zur Erfassung der Auslenkung aufweist, und
der ferner ein Stellelement zum Aufbringen einer vorbestimmten Antastkraft
aufweist.
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Alternativ kann der Tastkopf ein
Tastkopf vom schaltenden Typ sein.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
der Beschreibung und den beigefügten
Figuren.
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Es versteht sich, daß die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 schematisch
ein auf Auflagern mit variabler Neigung gelagertes Koordinatenmeßgerät;
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2 schematisch
eine Ausgestaltung einer Auflagerung für ein Koordinatenmeßgerät, die eine variable
Neigung des Koordinatenmeßgerätes zuläßt;
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3 schematisch
mögliche
Beschleunigungen des Tastkopfes oder Meßkopfes des Koordinatenmeßgerätes über der
Zeit;
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4 einen
zur Darstellung der 3 zeitlich
korrelierten Verlauf einer resultierenden Neigung N des Koordinatenmeßgerätes;
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5 schematisch
die Ausrichtung einer einen Tastkopf oder Meßkopf tragenden Pinole in einer Halterung
des Koordinatenmeßgerätes unter
dem Einfluß einer
Neigung N des Koordinatenmeßgerätes;
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6 schematisch
die Pinole beim Heranfahren an eine meßtechnisch zu erfassende Struktur;
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7 schematisch
die Pinole nach dem Erreichen und Berühren der Struktur;
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8 qualitativ
den Verlauf verschiedener Signale beim Antasten einer Struktur im
Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes ohne
den Einfluß einer
Neigung;
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9 vergleichbare
Signale wie in 7, jedoch
unter dem Einfluß einer
Neigung N des Koordinatenmeßgerätes;
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10 ein
Flußdiagramm
als Ausführungsbeispiel
einer möglichen
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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11 einen
möglichen
Verlauf eines Korrekturwertes K über
der Neigung N des Koordinatenmeßgerätes.
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In 1 bezeichnet
Ziffer 10 eine Gesamtansicht eines Koordinatenmeßgerätes zur
meßtechnischen
Erfassung wenigstens einer Koordinate 12 einer Struktur 14,
beispielsweise eines Werkstückes, im
Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes.
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Das Koordinatenmeßgerät 10 besitzt eine Grundplatte 16,
die durch Auflager 18, 20 und 22 gegen
einen Boden abgestützt
ist. Die Zahl der Auflager ist nicht wesentlich für die Erfindung.
In der dargestellten Ausführung
mit einer viereckigen Grundplatte 16 wird man bevorzugt
an jeder der vier Ecken ein Auflager vorsehen. Die Grundplatte 16 kann
aber auch beispielsweise durch drei Auflager abgestützt werden.
Wenigstens eines der Auflager 18, 20 oder 22 ist
so ausgestaltet, daß eine
variable Neigung der Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 möglich ist.
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Eine Neigung der Grundplatte 16 ergibt
sich dann, wenn die Grundplatte 16, beispielsweise durch Verlagerungen
des Schwerpunktes des Koordinatenmeßgerätes, zu verschieden großen Einfederungen der
Auflager 18, 20 und/oder 22 führt. Derartige Einfederungen
werden in 1 durch Pfeile 19, 21 und 23 symbolisiert.
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Die Ziffer 24 bezeichnet
einen Tastkopf, der in einer Halterung 26 des Koordinatenmeßgerätes 10 in
Z-Richtung beweglich geführt
ist. Die Halterung 26 stellt damit die oben erwähnte Pinole
dar. Dabei wird die Z-Richtung in 1 durch
das mit der Ziffer 25 bezeichnete Koordinatensystem definiert.
Die Halterung 26 ist über
eine Führung 28 in
X-Richtung und über
Führungen 30 in
Y-Richtung beweglich. In der dargestellten Ausführung bildet die Führung in X-Richtung
gewissermaßen
die Traverse einer Brücke,
die als Ganzes in Y-Richtung verschiebbar ist. Die Erfindung beschränkt sich
aber selbstverständlich
nicht auf die Verwendung bei einem solchen Koordinatenmeßgerät, sondern
ist allgemein bei jedem Koordinatenmeßgerät verwendbar, das über Auflagerungen,
die eine variable Neigung zulassen, mit seiner Umgebung verbunden
ist.
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Das Koordinatenmeßgerät 10 weist ein Steuergerät 32 zur
Steuerung verschiedener Funktionen des Koordinatenmeßgerätes 10 und
zur Auswertung von Signalen auf, die dem Steuergerät 32 aus
dem Bereich des Koordinatenmeßgerätes 10 geliefert werden.
Beispielsweise wird dem Steuergerät 32 das Signal N
wenigstens einer Neigungswaage 34 geliefert, die an der
Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 oder auch an
einer beliebigen anderen Stelle des Koordinatenmeßgerätes angebracht
ist. Dargestellt ist eine einzelne Neigungswaage 34, mit der
beispielsweise die Neigung N längs
der X-Richtung erfaßt
werden kann. Alternativ oder ergänzend können weitere
Neigungswaagen vorgesehen sein, die die Neigung der Grundplatte 16 des
Koordinatenmeßgerätes 10 längs der
Y-Richtung liefern.
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Alternativ oder ergänzend zu
einer oder mehreren Neigungswaagen 34 kann ein erster Weggeber 35 oder
ein Ensemble von ersten Weggebern 35 vorgesehen sein. Ein
solcher erster Weggeber 35 wird so an dem Koordinatenmeßgerät 10 bzw.
an wenigstens einem der Auflager 18, 20 und/oder
22 angebracht, daß sein
Signal ein Maß für die Einfederung
des entsprechenden Auflagers bildet. In der dargestellten Anordnung
liefert der erste Weggeber 35 beispielsweise ein Signal über das
Ausmaß der
Einfederung 21 des Auflagers 20. Aus diesem Signal, gegebenenfalls
in Verbindung mit Signalen über
weitere Einfederungen 19, 23, kann das Steuergerät 32 die
Neigung der Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 ermitteln.
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Die Grundaufgabe eines Koordinatenmeßgerätes der
dargestellten Art besteht jedoch nicht in der Erfassung der Neigung
seiner Grundplatte, sondern in der meßtechnischen Bestimmung wenigstens einer
Koordinate 12 einer Struktur 14 im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10.
Zu diesem Zweck wird der Tastkopf 24 des Koordinatenmeßgerätes 10 im
Meßvolumen
so bewegt, daß sich
eine berührende
Antastung der Struktur 14 durch den Tastkopf 24 ergibt.
Die dazu notwendige Bewegung des Tastkopfes 24 wird durch
zweite Weggeber 36 in Verbindung mit Markierungen 37 sowie
dritte Weggeber 38 erfaßt. Dabei liefert beispielsweise
der dargestellte Weggeber 36 die Position der Halterung 26 relativ
zu Markierungen 37 längs
der X-Richtung. Analog dazu sind bei üblichen Koordinatenmeßgeräten Weggeber
und korrespondierende Markierungen für die Y- und Z-Richtung vorhanden.
Diese sind jedoch in 1 aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Der bereits erwähnte dritte Weggeber 38 liefert
ein Signal über
die Position des Tastkopfes 24 relativ zur Halterung 26.
Wie weiter unten noch im Detail erläutert wird, ist der Tastkopf 24 in
der Halterung 26 beweglich, wobei für das weitere Verständnis nur die
Beweglichkeit in Richtung der X-Achse interessiert. Bei einem Antasten
der Struktur 14 im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10 ergibt
sich also die angetastete X-Koordinate als Summe der Signale der
dargestellten zweiten Weggeber 36 und dritten Weggeber 38.
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2 zeigt
eine Ausgestaltung eines Auflagers 18 als druckgeregelte
Luftfeder. Das Auflager 18 weist einen hohlen, stabilen
Stützkörper 39 auf,
aus dem ein Luftspalt 40, der durch eine Membran 42 begrenzt
sein kann, mit Luft gespeist wird. Im Inneren des Stützkörpers 39 und
im Luftspalt 40 herrscht der Druck P2, der die auf dem
Auflager 18 ruhende Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 abstützt. Die
Höhe des
Auflagers 18 und damit der Abstand der Unterkante der Grundplatte 16 des
Koordinatenmeßgerätes 10 vom
Boden 43 wird in der Darstellung der 2 durch den ersten Weggeber 35 erfaßt und an
das Steuergerät 32 geliefert.
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Der erste Weggeber 35 kann
beispielsweise als induktiver Meßwertgeber mit Trägerfrequenz-Meßverstärker oder
als photoelektrischer Längenmeßtaster
realisiert sein. Im Steuergerät 32 wird das
Signal des ersten Weggebers 35 mit einem Sollwert verglichen,
der eine gewünschte,
meist horizontale Stellung der Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 repräsentiert.
Bei Abweichungen des Istwerts von diesem Sollwert steuert das Steuergerät 32 Ventile 44 und/oder
46 an, über
die das Innere des hohlen stabilen Stützkörpers 39 mit einem
Druckreservoir 48, in dem ein Druck P1 herrscht, sowie
einem Druckreservoir 50, in dem ein Druck P3 herrscht,
verbunden werden kann. Beispielsweise ist P1 < P2 < P3,
so daß eine Öffnung des
Ventils 44 zu einer Verringerung des Drucks P2 und damit
zu einer Absenkung der Grundplatte 16 führt. P3 ist dann beispielsweise
größer als
P2, so daß eine Öffnung des Ventils 46 zu
einer Erhöhung
des Drucks P2 eine Anhebung der Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 bewirkt.
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Die geschlossene Wirkungskette aus
Steuergerät 32,
Ventilen 44, 46, Stützkörper 39, Grundplatte 16 und
erstem Weggeber 35 stellt damit eine mögliche Realisierung eines ersten
Regelkreises zur Regelung des Niveaus oder der Lage der Grundplatte 16 des
Koordinatenmeßgerätes 10 dar.
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Die Erfindung beschränkt sich
jedoch nicht auf diesen speziellen Regelkreis, sondern setzt in
einer einfachen Realisierung lediglich ein Auflager 18 voraus,
auf dem die Grundplatte 16 mit variabler Neigung, d.h.
mit variabler Höhe über dem
Boden 43, aufliegt.
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Bei einer anderen möglichen
Realisierung einer geregelten Luftfeder 18 kann beispielsweise
auf die Membrane 42 verzichtet werden, so daß die Grundplatte 16 des
Koordinatenmeßgerätes 10 auf einem
seitlich offenen Luftspalt 40 ruht, der durch permanentes
Nachliefern von Luft aus einem Druckreservoir, beispielsweise dem
Druckreservoir 50, aufrechterhalten wird. Durch Ansteuern
des Ventils 46 läßt sich
bei einer solchen Ausgestaltung die Höhe des Luftspaltes 40 über eine
Regulierung der Menge der nachgelieferten Luft einstellen.
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Für
das Verständnis
der 3 wird zunächst auf 1 zurückverwiesen, die unter anderem
eine längs
der X-Richtung in der Führung 28 geführte Halterung 26 für den Tastkopf 24 zeigt.
Beim Antasten der Struktur 14 in Längsrichtung wird die Halterung 26 zunächst aus
dem Stillstand auf die Struktur 14 zu beschleunigt und
beim Berühren
der Struktur 14 durch den Tastkopf 24 abgebremst.
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3 zeigt
in idealisierter und vereinfachter Form zugehörige Beschleunigungsimpulse
d2x/dt2 über der
Zeit t. Der in 3 linke
Rechteckimpuls, der größer als
Null ist, entspricht dabei einer Beschleunigung, und der linke Rechteckimpuls,
der kleiner als Null ist, entspricht einer Verzögerung der Halterung 26 mit
dem Tastkopf 24.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, findet die in X-Richtung
beschleunigte und verzögerte
Bewegung oberhalb des Schwerpunkts des Koordinatenmeßgeräts 10,
der im Bereich oder in der Nähe
der Grundplatte 16 liegen dürfte, statt. Aus diesem Grund
führen
die in 3 dargestellten
positiven und negativen Beschleunigungen zu Nickmomenten um eine zur
Y-Achse parallele Drehachse. Bei Auflagern 18, 20, 22,
die eine Neigung der Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 zulassen,
bewirken diese Nickmomente Kippbewegungen oder Neigungen der Grundplatte 16.
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In 4 ist
das Ausmaß einer
Neigung N, die durch die in 3 dargestellten
Beschleunigungsimpulse induziert ist, qualitativ dargestellt. Der erste,
positive Beschleunigungsimpuls löst
eine erste Neigungsspitze aus, an die sich bei fehlender Beschleunigung
eine Phase näherungsweise
konstanter Neigung anschließt.
Diese Phase wird durch eine weitere Neigungsspitze abgelöst, die
sich als Folge des Verzögerungspeaks
in 3 ergibt.
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Anschließend regelt eine Lageregelung,
wie sie beispielsweise in 2 dargestellt
ist, wieder die horizontale Lage der Grundplatte 16 des
Koordinatenmeßgeräts 10 ein.
Dieser Regelvorgang zeigt sich qualitativ in der mit tau_1 bezeichneten
Zeitspanne in 4 durch
ein langsames Wiedereinschwingen auf Neigungswerte N, die betragsmäßig in der
Nähe von Null
liegen. Die Zeitspanne tau_1 stellt ein Maß für die Zeitkonstante des ersten
Regelkreises dar, die, wie bereits erwähnt, größer ist als die Zeitkonstante der
Einregelung der Tastkopfposition oder Tastkopfauslenkung. Dabei
entspricht eine größere Zeitkonstante
einer langsameren Regelung.
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4 verdeutlicht
damit das Auftreten von beschleunigungsinduzierten vorübergehenden
Neigungen oder Schräglagen
des Koordinatenmeßgerätes 10 beim
Antasten eines ruhenden Werkstückes im
Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10 mit einem
schnellbeweglichen Tastkopf oder Meßkopf 24.
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Das Auftreten von Schräglagen oder
Neigungen N beeinträchtigt
die Reproduzierbarkeit von Koordinatenbestimmungen und damit die
Genauigkeit des Koordinatenmeßgerätes. Mögliche Ursachen
dafür werden
im folgenden mit Bezug auf die 5 bis 9 erläutert.
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5 zeigt
den an einer Pinole 51 angebrachten Tastkopf 24,
wie er, zusammen mit Pinole 51 in einer geschnitten dargestellten
Halterung 26 unter der Wirkung einer Neigung N geführt wird.
Die gestrichelte Linie 52 verläuft parallel zu den Führungskanten
der Halterung 26 und gibt damit die Sollrichtung für die Ausrichtung
der Pinole 51 vor. Eine Neigung der Grundplatte 16 des
Koordinatenmeßgerätes 10 um
einen Winkel N aus der waagerechten Lage heraus führt aufgrund
geometrischer Gesetzmäßigkeiten
dazu, daß sich
der gleiche Neigungswinkel N auch zwischen der Schwerkraft und den Führungsbahnen
der Halterung 26, bzw. der gestrichelten Linie 52,
einstellt.
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Bei in der Halterung 26 nachgiebig
gelagerter Pinole 51 wird sich der Tastkopf 24 bei
geneigter Halterung 26 unter dem Einfluß der Schwerkraft FG tendenziell
so ausrichten, wie es in 5 qualitativ dargestellt
ist. D.h., er wird sich etwas in die Richtung der Schwerkraft hineindrehen,
so daß sich
die Lage des Taststiftes 54 am unteren Ende des Tastkopfes 24 gegenüber der
Halterung 26 verschiebt, was in 5 durch einen Winkel N_1 angedeutet ist.
Diese Verschiebung um den Winkel N_1 ist mitverantwortlich für den Einfluß einer
Neigung N des Koordinatenmeßgerätes 10 auf
die Erfassung von Meßwerten
für Koordinaten
im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10.
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Zum Verständnis dieses Sachverhaltes
betrachte man zunächst
die 6 und 7. 6 zeigt schematisch die Pinole 51 mit
dem Tastkopf 24 und der Halterung 26 beim Heranfahren
in X-Richtung an die Struktur 14 im Meßvolumen des Koordinatenmeßgerätes 10.
Das untere Ende des Tastkopfes 24 mit dem Taststift 54 ist über ein
Federparallelogramm aus Federn 56 an den Tastkopfkörper angelenkt.
Ein dritter Weggeber 38, beispielsweise ein mittels Tauchspulen
arbeitender Induktivgeber, erfaßt
gewissermaßen
die Verformung des Parallelogramms beim Antasten einer Struktur 14 und
damit gewissermaßen
eine Auslenkung des Taststiftes 54, bzw. des Tastkopfes 24 gegenüber der
Halterung 26 des Tastkopfes 24.
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Die Position der Tastkopfhalterung 26 wird über den
zweiten Weggeber 36 erfaßt, wobei der zweite Weggeber 36 beispielsweise
die Markierungen 37 eines Inkrementalmaßstabes abtastet und damit
ein Inkrementalsignal bereitstellt. Die zu messende Koordinate der
Struktur 14 ergibt sich damit als Summe des Signals des
Weggebers 36 und des Weggebers 38, also als Summe
des Inkrementalsignals und des Induktivsignals.
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7 zeigt
die Struktur
14 der
6 in
einem Zustand, in dem der Taststift
54 die Struktur
14 berührt, wobei
die Antastkraft gewissermaßen
durch die Rückstellkräfte der
Federn
56 aufgebracht wird. In den
5 und
6 ist
schematisch ein messender Tastkopf für die X-Richtung vorgesehen.
Durch Kombinati on mit weiteren Federelementen, die jeweils in Y-Richtung
und in Z-Richtung elastisch sind, erhält man einen Tastkopf mit dreidimensional
elastisch messendem Taststift. Ein solcher Tastkopf ist im Detail
in der
DE 44 24 225
A1 beschrieben, die insofern in die Offenbarung der vorliegenden
Anmeldung mit einbezogen wird.
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In der Darstellung der
6 und
7 wird die Antastkraft durch Rückstellkräfte der
Federn
56 aufgebracht. Alternativ oder ergänzend dazu
ist es möglich,
die Antastkraft beispielsweise elektromagnetisch durch als Tauchspulen
ausgeführte
Meßkraftgeneratoren,
die im Tastkopf angebracht sind, aufzubringen. Auch dies ist im
Detail in der
DE 44
24 225 A1 beschrieben.
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Aus der Darstellung der 6 und 7 ist jedenfalls ersichtlich, daß die relative
Stellung der Weggeber 36 und 38 zueinander für die Genauigkeit der
Messung mitentscheidend ist. Die in 5 qualitativ
skizzierte Schrägstellung
der Pinole 51 mit dem Tastkopf 24 innerhalb der
Halterung 26 bewirkt eine Änderung der relativen Lage
der Weggeber 36 und 38 zueinander und ist damit
mit ursächlich
für eine Änderung
von Meßwerten
für die
gleiche Koordinate im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10 unter
dem Einfluß einer
Neigung N.
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8 zeigt
den Verlauf der einzelnen Weggebersignale und des Summensignals
ohne den Einfluß einer
Neigung beim Antasten einer Struktur. Dabei bezeichnet die Ziffer 62 das
Induktivsignal des dritten Weggebers 38, die Ziffer 60 das
korrespondierende Signal des zweiten Weggebers 36 und die
Ziffer 64 das resultierende Summensignal über der
Zeit t.
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Die Signale links vom Zeitpunkt t0
korrespondieren zum Zustand des Meßsystems nach 6. Die Halterung 26 mit dem
Tastkopf 24 wird auf die Struktur 14 zu bewegt.
Daher verändert
sich das Signal 60 des zweiten Weggebers 36 mit
der Zeit, wobei in 8 der
Sonderfall einer linearen Veränderung
entsprechend einer gleichförmigen
Bewegung dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t0 berührt der Taststift 54 die
Struktur 14. Diese Berührung
löst einen
zweiten Regelvorgang aus, in dem eine Berührung der Struktur 14 durch
den Taststift 54 mit einer vorbestimmten Antastkraft eingeregelt
wird.
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Wie am Verlauf des Signals 60 des
zweiten Weggebers 36 erkennbar ist, wird die Bewegung der Tastkopfhalterung 26 nach
der Berührung
zunächst abgebremst
(flacherer Anstieg), und anschließend wird die Halterung 26 noch
ein Stück
zurückgefahren. In
der gleichen Zeit wird der Taststift 54 nach der Berührung der
Struktur 14 durch die Weiterbewegung der Halterung 26 relativ
zur Halterung 26 verschoben, was der in 7 gezeigten Stellung entspricht.
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Das Signal 62 des dritten
Weggebers entspricht in diesem Fall qualitativ dem an der Nullinie gespiegelten
Signal 60 des zweiten Weggebers 36. Das Signal 62 des
dritten Weggebers 38 gibt gewissermaßen die Taststift- oder Tastkopf-Auslenkung an,
die als Eingangsgröße für den zweiten
Regelkreis verwendet wird.
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In dem zweiten Regelkreis, der aus
Steuergerät 32,
Antrieb der Halterung 26, gegebenenfalls Meßkraftspulen
im Tastkopf 24 und drittem Weggeber 38 im Tastkopf 24 besteht,
wird ein Sollwert für die
Tastkopfposition eingeregelt. Nach dem Einschwingen dieses Regelvorganges
wird zum Zeitpunkt tm das Summensignal 64 als Meßwert für die Koordinate
gebildet.
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Der in 8 dargestellte
Verlauf der Signale ist idealisiert. In der Realität treten
durch den Regelvorgang anfänglich
größere Schwingungen
auf, so daß das
Summensignal 64 anfänglich
nicht so ruhig und konstant verläuft
wie in 8 dargestellt.
Auch in der Realität
tritt jedoch nach dem Einschwingen des Regelkreises zum Zeitpunkt
tm eine Beruhigung ein, so daß zu
diesem Zeitpunkt ein zuverlässig
reproduzierbares Summensignal gebildet werden kann.
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9 zeigt
Verläufe
der Signale aus 8 unter
dem Einfluß einer
Neigung des Koordinatenmeßgerätes 10.
Bereits genannt wurde eine Verschiebung der relativen Lage des Weggebers 36 zum Weggeber 38 als
Folge einer Neigung des Koordinatenmeßgerätes 10. Diese Verschiebung
zeigt sich in 9 daran,
daß das
Signal 62 des dritten Weggebers 38 bereits eine
Berührung
der Struktur 14 signalisiert, bevor das Signal 60 des
Weggebers 36 den an sich zugehörigen Nullwert erreicht hat.
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Das Signal 60 des zweiten
Weggebers 36 erreicht den Nullwert in der Darstellung der 9 um eine Zeitspanne dt
verzögert,
also gewissermaßen phasenverschoben
zum Signal 62 des Weggebers 38. Diese Phasenverschiebung
wird durch die Neigung N des Koordinatenmeßgerätes 10 in Verbindung
mit einer nachgiebigen Führung
der Pinole 51 mit dem Tastkopf 24 in seiner Halterung 26,
beziehungsweise in der kinematischen Kette der Halterungen unf Führungen,
hervorgerufen.
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Als Folge der Phasenverschiebung
ist das Summensignal 64 in seiner Höhe gegenüber dem wahren Wert um eine
Differenz dMW verschoben, solange die Neigung N besteht. Wenn die
Neigung N zu einem späteren
Zeitpunkt durch den ersten Regelkreis ausgeregelt ist, verschwindet
auch die Phasenverschiebung zwischen den Signalen der Weggeber 36 und 38,
und der zweite Regelkreis regelt die Position des Tastkopfes 24 relativ
zur Halterung 26 den wahren Verhältnissen entsprechend ein.
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Dies ist in 9 zum Zeitpunkt tm_alt der Fall. Bisher
mußte
das Einschwingen beider Regelkreise abgewartet werden, bevor zu
diesem Zeitpunkt tm_alt ein zuverlässig reproduzierbarer Meßwert für eine Koordinate
im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10 aufgenommen
werden konnte.
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Nach der hier vorgestellten neuer
Vorgehensweise wird dagegen ein Meßwert bereits zum Zeitpunkt
tm_neu aufgenommen. Dieser Zeitpunkt zeichnet sich dadurch aus,
daß der
zweite Regelkreis für
die Tastkopfposition eingeschwungen ist, der Regelkreis für die Lage
der Grundplatte 16 des Koordinatenmeßgerätes 10 aber noch nicht
notwendig eingeschwungen ist.
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Folglich muß zu diesem Zeitpunkt tm_neu damit
gerechnet werden, daß eine
dynamische Restneigung, die insbesondere durch das Abbremsen der Halterung 26 beim
Antasten der Struktur 14 induziert sein kann, besteht.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wird zu diesem Zeitpunkt die Neigung des Koordinatenmeßgerätes 10,
bzw. seiner Grundplatte 16, bestimmt und zur Korrektur
des zum Zeitpunkt tm_neu aufgenommenen Meßwertes für die Koordinate verwendet.
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Ein Programmablauf als mögliche Ausgestaltung
dieser Korrektur ist in 10 offenbart.
Dabei werden nach einem Start im Schritt 70 zum Zeitpunkt tm neu
in einem Schritt 72 die Signale von Weggebern WG_2 und WG_3 aufgenommen.
Dabei entspricht WG_2 dem zweiten Weggeber 36, der das Signal 60 liefert,
und WG 3 entspricht dem dritten Weggeber 38, der das Induktivsignal 62 liefert.
Anschließend
erfolgt in einem Schritt 74 die Bildung eines unkorrigierten Meßwertes
MW_0 als Summe der Signale WG_2 und WG_3.
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Simultan oder zumindest in zeitlicher
Nähe zur
Erfassung der Signale WG_2 und WG_3 wird in einem Schritt 76 die
Neigung N des Koordinatenmeßgerätes 10 erfaßt oder
aus Signalen verschiedener Sensoren gebildet.
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Anschließend erfolgt im Schritt 78
die Bestimmung einer Proportionalitätskonstante F, die zwischen
der gemessenen Neigung N und der zur Korrektur des Einflusses dieser
Neigung erforderlichen Korrektur K vermittelt. Entsprechend wird
in einem Schritt 80 eine solche Korrektur K als Produkt der Proportionalitätskonstante
F und der Neigung N gebildet, bevor in einem Schritt 82 ein korrigierter
Meßwert
MW_K als Summe des unkorrigierten Meßwertes MW_0 und des Korrekturwertes
K bestimmt wird.
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11 zeigt
eine annähernd
lineare Beziehung zwischen der Neigung N und der zugehörigen erforderlichen
Korrektur K. Beim Vorliegen einer solchen Beziehung wird die Proportionalitätskonstante F
entsprechend als tangens des in 11 dargestellten
Winkels α bestimmt.
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Selbstverständlich können notwendige Korrekturwerte
auch anders bestimmt werden, beispielsweise durch Zugriff auf in
Kennlinien oder Kennfeldern abgespeicherte Korrekturwerte K. Insbesondere können im
Steuergerät 32 verschiedene
Kennlinien K (N) abgelegt sein, wobei jede einzelne Kennlinie beispielsweise
die Verhältnisse
für eine
bestimmte Tastermasse repräsentiert.
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Der zweite Regelvorgang kann eine
Regelung der Antastkraft mit Hilfe von Meßkraftspulen einschließen, wie
es ebenfalls in der
DE
44 24 225 A1 dargestellt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung messender
Tastköpfe
beschränkt
sondern kann beispielsweise auch bei berührungslos, beispielsweise optisch
messenden Meßköpfen verwendet
werden.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise entfaltet
die dargestellten Vorteile immer dann, wenn es aufgrund einer Neigung
zu einer Phasenverschiebung zwischen zwei Weggebersystemen kommt,
die an der Bildung eines Meßwertes
für eine
Koordinate im Meßvolumen
des Koordinatenmeßgerätes 10 beteiligt
sind.
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Ähnliche
Verhältnisse
herrschen bei sogenannten schaltenden Tastköpfen, bei denen anstelle eines
Weggebers ein Schalter im Tastkopf angeordnet ist. Ein schaltender
Tastkopf ist beispielsweise in der
DE 43 30 873 A1 offenbart, die insofern in
die Offenbarung der vorliegenden Erfindung integriert wird.
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Bei der Berührung des Werkstückes durch die
Tastkugel des schaltenden Tastkopfes löst dieser Schalter ein Einlesen
der Signale der eingangs erwähnten
optisch abtastbaren Inkrementalmaßstäbe aus.
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Der bei einer Neigung des Koordinatenmeßgerätes auftretende
Winkel N1 (vergleiche 5) zwischen
der nachgiebig gelagerten Pinole und ihren Führungen beeinflußt auch
bei einem schaltenden Tastkopf die Meßwertaufnahme.
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Dabei tragen letztlich alle nachgiebigen
Lager der kinematischen Kette aus Meßschlittenträger, Meßschlitten
und Pinole zu dem beschriebenen Einfluß der Neigung des Koordinatenmeßgerätes auf
die Meßwertaufnahme
bei.
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Zusätzliche Einflüsse resultieren
aus neigungsinduzierten Änderungen
der Meßkraft.
Da bei der Antastung stets eine Meßkraft von 0,01 bis 0,2 Newton
wirkt, kommt es zu einer Durchbiegung der Tastelemente, die bei
genauen Messungen nicht vernachlässigt
werden darf. Sie wird beim Einmessen der Taster mit ermittelt und
bei den folgenden Messungen automatisch korrigiert.
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Eine Neigung des Koordinatenmeßgerätes führt durch
das Auslenken der Pinole aus der Schwerkraftrichtung zum Auftreten
einer aus der Schwerkraft resultierenden Querkraftkomponente, die
sich der Meßkraft überlagert
und diese daher verfälscht.
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Wesentlich ist jedoch, daß alle diese
neigungsinduzierten Effekte durch eine Korrekturkennlinie, wie sie
in der 11 qualitativ
dargestellt ist, erfaßt
werden können.