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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Koordinate einer Struktur im Meßvolumen eines Koordinatenmeßgerätes mit den Schritten: Erfassen eines Meßwertes für die wenigstens eine Koordinate, wobei der Meßwert für die wenigstens eine Koordinate durch Antasten der Struktur mit einem beweglichen Tastkopf des Koordinatenmeßgeräts erfaßt wird, Erfassen eines Wertes für die Neigung des Koordinatenmeßgerätes, und Korrigieren des Meßwertes für die wenigstens eine Koordinate in Abhängigkeit vom erfaßten Wert für die Neigung des Koordinatenmeßgerätes, wobei 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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Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmeßgerät mit einem Meßvolumen zum Bestimmen wenigstens einer Koordinate einer Struktur im Meßvolumen mit Mitteln zum Erfassen eines Meßwertes für die wenigstens eine Koordinate, wobei das Koordinatenmeßgerät einen beweglichen Tastkopf zum Antasten der Struktur aufweist, mit Mitteln zum Erfassen eines Wertes für die Neigung des Koordinatenmeßgerätes, und einer Auswerteeinrichtung in einem Steuergerät, die den Meßwert für die wenigstens eine Koordinate in Abhängigkeit vom erfaßten Wert für die Neigung des Koordinatenmeßgerätes korrigiert.
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Ein solches Verfahren sowie ein solches Koordinatenmeßgerät sind aus
US 4,663,852 bekannt.
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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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Die eingangs genannte
US 4,663,852 beschreibt ein Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise. Ein Taster ist an einer verschiebbaren Pinole angebracht. Zudem ist an einem tasterseitigen Ende der Pinole ein Sensor angebracht, der eine räumliche Lage der Pinole erfassen kann. Zusätzlich ist an einem Meßtisch des koordinatenmeßgerätes ein weiterer Sensor angebracht, der eine Lage des Meßtisches erfassen kann. Es wird vorgeschlagen, Meßwerte, die mittels des Tasters erfaßt wurden, in Abhängigkeit einer Differenz der durch die Sensoren erfaßte Lage der Pinole und des Meßtisches zu korrigieren. Koordinatenmeßgeräte mit Auflagern für eine variable Neigung bleiben von diesem Stand der Technik unberührt.
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DE 195 26 773 A1 beschreibt ein Koordinatenmeßgerät in Ständerbauweise. Es wird vorgeschlagen Fehlereinflüsse aufgrund einer Biegung bzw. einer Neigung des Ständers dadurch zu vermeiden, daß der Ständer mit einem Neigungsmeßgerät, bspw. einem elektronischen Inklinometer, versehen wird. Das Ausgangssignal des Neigungsmeßgeräts kann dann entweder für eine Korrektur der gemessenen Koordinatenwerte oder als Meßgröße für einen Regelkreis dienen, der die Neigung des Ständers mit Hilfe geeigneter Aktuatoren kompensiert.
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DE 32 41 074 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fehlerkompensation bei dreidimensionalen Meß- und/oder Anreißgeräten. Dabei wird eine Abbiegung einer Säule des jeweiligen Meßgeräts in zwei lotrechten, zueinander rechtwinkligen Ebenen mittels elektronischer Richtwaagen gemessen und einem Rechner zugeführt. Nach Tangenswinkelfunktionen werden daraus in Abhängigkeit von einer Querarmauskraglänge und dessen Vertikalabstand von einer Planfläche eines Meßtischs je Koordinate zu einem Meßpunkt die Fehler ermittelt. Diese werden dann mit einem gemessenen Wert zur Korrektur rechnerisch verknüpft. Hierdurch werden Fehler, unter anderem auch Temperatureinflüsse, Fehler der Führungssysteme und sonstige äußere Einwirkungen auf das Gerät, mit berücksichtigt.
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DE 37 23 466 A1 beschreibt eine Nachstelleinrichtung zum Korrigieren einer Lage einer Meßmaschine. Die Nachstelleinrichtung weist einen ersten Teil auf, der relativ zu einem zweiten Teil der Maschine mittels einer Positioniervorrichtung längs einer vorbestimmten Bahn bewegbar ist. Weiter weist die Maschine Stellglieder auf, die eine Federung der Maschine bewirken und die durch Stellsignale beaufschlagt werden können, so daß die Maschinen in einer vorbestimmten Lage oberhalb eines die Stellglieder abstützenden Bodens gehalten wird. Es wird weiter vorgeschlagen, daß die Stellsignale für die Stellglieder der Nachstelleinrichtung für jeden Punkt einer Bahn des bewegten Teils der Maschine vorherbestimmt sind. Sie sind den Stellgliedern in einem Zeitpunkt zuführbar, der um den Betrag der Gesamtlaufzeit der Stellglieder und der Maschine vom Zeitpunkt der Zuführung eines Stellsignals bis zum Erreichen des diesem Stellsignal zugeordneten Bahnpunktes durch den bewegten Teil vor dem Erreichen dieses Bahnpunktes liegt.
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US 6,123,312 beschreibt eine aktive Vibrationsisolierung für Maschinen mit sich bewegenden Teilen wie einem Koordinatenmeßgerät. Es wird vorgeschlagen ein Steuersignal für eine Veränderung einer Steifheit und/oder einer Dämpfung des Vibrationsisolationssystems zu verwenden, das zum Steuern des bewegten Teils eingesetzt ist.
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Ein Verfahren sowie ein Koordinatenmeßgerät 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 Eigenresonanzfrequeriz 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 sind 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, die gegenüber Vibrationen aus ihrer Umwelt robust sind und 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 dadurch gelöst, daß das Koordinatenmeßgerät auf Auflagern mit variabler Neigung gelagert ist, wobei 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, wobei das Antasten einen zweiten Regelvorgang in einem zweiten Regelkreis umfaßt, 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, wobei der zweite Regelkreis schneller arbeitet als der erste Regelkreis, und wobei der Meßwert für die Koordinate erfaßt wird, wenn der zweite Regelkreis eingeschwungen ist.
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Bei einem Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Koordinatenmeßgerät auf Auflagern mit variabler Neigung gelagert ist, wobei das Koordinatenmeßgerät ein Steuergerät aufweist, das das 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 durchführt, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, einen zweiten Regelvorgang in einem zweiten Regelkreis für das Antasten auszuführen, 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, wobei der zweite Regelkreis schneller arbeitet als der erste Regelkreis, und wobei der Meßwert für die Koordinate erfaßt wird, wenn der zweite Regelkreis eingeschwungen ist.
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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 vorgesehen, 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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Weiter 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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Zudem 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 dies verbessert die Reproduzierbarkeit von Meßergebnissen, da Meßwerte bei jeweils vergleichbaren Stellungen des Tastkopfes in seiner Halterung aufgenommen werden.
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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 vorgesehen, 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 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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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 Fertigungsmaschinen 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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Es ist vorgesehen, 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 Testkopfes 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 Kombination 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 Proportionalitätskanstante 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 NW_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.
