DE10326247B4

DE10326247B4 - Koordinatenmessmaschine

Info

Publication number: DE10326247B4
Application number: DE2003126247
Authority: DE
Inventors: Christoph Mussong
Original assignee: Hexagon Metrology GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: DE10326247A1

Abstract

Verfahren zur Durchführung eines Gewichtsausgleiches bei einer Koordinatenmessmaschine mit einem Tastkopf mit wenigstens einer Tastkopfschaukel (3) und einer Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) mit folgenden Verfahrensschritten:
– die durch einen Tasterwechsel verursachte vertikale Auslenkung einer Tastkopfschaukel (3) wird erfasst,
– bei Überschreiten einer bestimmten vertikalen Auslenkung wird eine Umschaltung der Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) in eine andere diskrete Position (9, 10) durchgeführt,
– bei einer Über- oder Unterkompensation des Tastergewichtes wird nach dem mechanischen Gewichtsausgleich zusätzlich ein elektronischer Gewichtsausgleich und/oder ein Gewichtsausgleich per Software durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koordinatenmessmaschine mit einem Tastkopf mit einer Vorrichtung für einen Gewichtsausgleich für Taster.

Zum Stand der Technik ( DE 196 47 514 C2 ) gehören Koordinatenmessmaschinen, bei denen die Tastköpfe als Schaukeln ausgebildet sind, die über Federparallelogrammbleche miteinander verbunden sind.

Um möglichst viele unterschiedliche Messaufgaben erfüllen zu können, besitzen die Tastköpfe eine mechanische Schnittstelle, in die verschiedene Tasterkonfigurationen eingesetzt oder automatisch eingewechselt werden können. Diese unterschiedlichen Tasterkonfigurationen weisen üblicherweise unterschiedliche Massen auf, so dass nach jedem Einwechseln eines Tasters ein Gewichtsausgleich durchzuführen ist. Durch die zusätzliche eingewechselte Tastermasse wird die Z-Achse im Tastkopf aus ihrer Null-Lage ausgelenkt. Beim Vorgang des Gewichtsausgleiches wird diese Null-Lage wieder hergestellt.

Zum Stand der Technik gehören drei Verfahren für den Gewichtsausgleich, und zwar der elektronische Ausgleich, der Ausgleich allein durch Software und der mechanische Ausgleich.

Bei dem elektronischen Ausgleich wird das Signal des Wegmesssystems im Tastkopf an der aktuellen neuen Position in Z-Richtung elektronisch auf "Null" gesetzt. Das heißt, es wird ein Offset bestimmt, der die Nullpunktverschiebung durch das zusätzliche Gewicht beschreibt. Dieser Offset wird elektronisch vorzeichenrichtig auf das Tastersignal aufaddiert (beispielsweise durch eine Addierschaltung am Eingang des Verstärkers, der das Meßsignal des Tastkopfes auswertet) und damit vollständig kompensiert.

Beim Ausgleich allein durch Software wird der Offset rein zahlenmäßig erfaßt und bei der Auswertung des Tastersignals als Korrekturwert bei der Berechnung der Position berücksichtigt. Voraussetzung für beide Methoden ist ein genügend großer Mess- und Linearitätsbereich des Wegmesssystems im Tastkopf. Bei geringen Federkonstanten des Tastkopfes kann der Offset durch die Tastermasse und damit der Verlust an Messbereich ziemlich groß werden. Das bedeutet, dass dieses Verfahren den Nachteil hat, dass ein elektronischer Ausgleich oder ein Ausgleich rein durch Software in diesem Fall allein nicht mehr ausreicht.

Zum Stand der Technik gehört darüber hinaus ein mechanischer Ausgleich. Bei diesem mechanischen Ausgleich wird die Z-Schaukel, mit der die Tasterkonfiguration verbunden ist, über eine Feder mit einem Antrieb, bestehend aus Motor und Getriebe in Z-Richtung verbunden. Der Antrieb kann unterschiedlich ausgeführt sein, zum Beispiel als eine Spindel mit Spindelmutter, als kleine Seilwinde oder als ein Linearantrieb. Der Antrieb besitzt die Eigenschaft, dass er sehr genau positionieren kann und über einen Regler ansteuerbar ist.

Nach dem Einwechseln eines neuen Tasters wird der Offset zur Null-Lage am Messsystem bestimmt und der Antrieb durch den Regler so angesteuert, dass er die Auslenkung des Tastkopfes in Z-Richtung in die Null-Lage des Messsystems zieht. Ist der Ausgleichsvorgang beendet und die Achse genullt, schaltet der Gewichtsausgleichsregelkreis ab. Durch die Selbsthemmung in der Mechanik bleibt die erreichte Z-Position erhalten.

Dieser zum Stand der Technik gehörende mechanische Ausgleich hat den Nachteil, dass er durch den Antrieb sehr aufwändig ausgestaltet ist. Damit ist diese Gewichtsausgleichsvorrichtung relativ teuer. Sie ist darüber hinaus auch nicht wartungsfrei.

Gemäß dem Stand der Technik ( DE 43 08 823 C2 ) ist ein klassischer Gewichtsausgleich für einen messenden Tastkopf (5) mit Feder, Motor und Spindel bekannt. Hier wird die vertikale Tastkopfschaukel mittels eines Null-Lagen-Indikators (61, 62) in immer dieselbe Nullposition gefahren.

Gemäß dem Stand der Technik ( DE 37 25 207 A1 ) ist auch ein klassischer Gewichtsausgleich für einen messenden Tast kopf mit Feder, Spindel und Motor für alle drei Tastkopfschaukeln bekannt, damit der Tastkopf in verschiedenen Einbaulagen verwendet werden kann. Die immer gleiche Nullposition wird über einen Null-Lagen-Indikator (38, 39) überwacht und gegebenenfalls eingeregelt.

Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( DE 195 45 802 C2 ) ein Gewichtsausgleich an einem vertikalen Schlitten, der zur Aufnahme verschiedener Messvorrichtungen dient. Das Gewicht der Gesamtanordnung (Schlitten plus Messvorrichtung) wird durch Auflegen von Ausgleichsgewichten konstant gehalten.

Stand der Technik ( DE 196 47 514 C2 ) ist auch ein Gewichtsausgleich für einen messenden Tastkopf, der ohne mechanische Maßnahmen allein durch elektronische oder softwaremäßige Kompensation der durch verschiedene Gewichtsbelastungen entstehenden Verschiebung der Null-Lage des Längenmesssystems der vertikalen Tastkopfschaukel bewerkstelligt wird.

Gemäß dem Stand der Technik ( DE 44 08 912 A1 ) ist ein pneumatischer Gewichtsausgleich für eine Pinole durch Konstanthalten des Druckes in einem Pneumatikzylinder bekannt, der sich in der Pinole befindet und die Gewichtskraft kompensiert.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Koordinatenmessmaschine mit einem Tastkopf mit einer Vorrichtung für einen Gewichtsausgleich anzugeben, der sehr günstig und einfach im Aufbau ist. Darüber hinaus soll ein vereinfachtes Verfahren zur Durchführung eines Gewichtsausgleiches angegeben werden.

Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch eine Koordinatenmessmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 2 gelöst.

Dadurch, dass der mechanische Gewichtsausgleich wenigstens zwei diskrete Stufen aufweist, ist diese Vorrichtung sehr einfach aufgebaut.

Wird in den Tastkopf ein Taster eingewechselt, so senkt sich durch das Zusatzgewicht die Tastkopfschaukel ab. Diese Absenkung wird durch ein Längenmesssystem erfasst. Bei zu großer Absenkung wird die Gewichtsausgleichsmechanik angesteuert und schaltet in eine andere Position um.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Gewichtsausgleichsmechanik zwei diskrete Stufen vorgesehen. Diese Gewichtsausgleichsmechanik lässt sich sehr einfach durch einen Pneumatikzylinder mit Ventil, einen Elektromagneten oder ein Piezoelement realisieren. Weiterhin ist auch die Verstellung per Hand durch eine von außen durch den Bediener zugängliche Hebelvorrichtung möglich.

Es ist auch möglich, mehr als zwei diskrete Stufen vorzusehen. Hierzu werden mehrere Pneumatikzylinder, Elektrozylinder oder dergleichen verwendet.

Die Gewichtsausgleichsmechanik ist vorteilhaft mittels einer geeigneten Feder mit der entsprechenden Tastkopfschaukel verbunden, um die Positionsänderung der Gewichtsausgleichsmechanik auf die Tastkopfschaukel zu übertragen, ohne die Beweglichkeit dieser Tastkopfschaukel einzuschränken.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren des Gewichtsausgleichsvorganges erfasst eine Elektronik die durch einen Tasterwechsel verursachte vertikale Auslenkung der Tastkopfschaukel und entscheidet, ob ein bestimmter Auslenkungsweg überschritten wurde. Ist dies der Fall, so wird die Gewichtsausgleichsmechanik angesteuert und in eine andere Position geschaltet. Durch die Gewichtsausgleichsmechanik wird hierdurch die Tastkopfschaukel beispielweise nach oben gezogen und kompensiert einen Teil des Gewichtes.

Bei einer Über- oder Unterkompensation des Tastergewichtes wird nach dem mechanischen Gewichtsausgleich zusätzlich noch ein elektronischer Gewichtsausgleich oder ein Gewichtsausgleich per Software durchgeführt.

Sind mehrere mechanische Elemente wie Pneumatikzylinder, Elektromagnete oder dergleichen in der Gewichtsausgleichsmechanik vorgesehen, lassen sich mehr als zwei diskrete Stufen aufbauen. Dadurch kann der verfügbare Bereich des Gewichtsausgleiches gespreizt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gewichtsausgleichsmechanik nur beispielhaft dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt die
Figur eine schematische Darstellung einer Tastergewichtsausgleichsmechanik.
Wird in einem Tastkopf (1) ein Taster (2) eingewechselt, so senkt sich durch das Zusatzgewicht eine Tastkopf schaukel (3) ab. Diese Absenkung wird an einem Längenmesssystem (4) erfasst. Die Tastkopfschaukel (3) ist mechanisch über eine Feder (5) mit einer Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) verbunden, die lineare Bewegungen in Richtung der Absenkung ausführen kann. Die Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) kann die dargestellte Position (9) und die gestrichelt dargestellte Position (10) annehmen und lässt sich von außen ansteuern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antrieb als Pneumatikzylinder (6) mit einem Ventil (7) ausgebildet.
Bei einem Gewichtsausgleichsvorgang erfasst eine Elektronik (8) unter Mithilfe eines Softwaremoduls (11) die Absenkung der Tastkopfschaukel (3) und entscheidet, ob ein bestimmter Absenkungsweg (Schwelle) überschritten wurde. Ist dies der Fall, so wird die Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) angesteuert und von der unteren Position (9) in die obere Position (10) geschaltet. Hierdurch zieht die Gewichtsausgleichsmechanik (6) über die Feder (5) die Tastkopfschaukel (3) nach oben und kompensiert einen Teil des Gewichtes.
Kommt es hierbei zu einer Über- oder Unterkompensation, das heißt die Schaukel (3) steht nicht exakt in der mechanischen Nullposition, wird in dieser neuen mechanischen Nullposition ein elektronischer Gewichtsausgleich oder ein Gewichtsausgleich per Software ausgeführt.
Wurde die Absenkungsschwelle beim Einwechseln des Tasters (2) nicht überschritten, so kann lediglich ein elektronischer Ausgleich in der unteren mechanischen Position erfolgen.
Die erfindungsgemäße Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) hat den Vorteil, dass durch diese Stufung der Gewichtsausgleichsvorgang sehr schnell durchgeführt werden kann und keine Positionsregelung erfordert.

1: Tastkopf
2: Taster
3: Tastkopfschaukel
4: Längenmesssystem
5: Feder
6: Pneumatikzylinder der Gewichtsausgleichsmechanik
7: Ventil
8: Elektronik
9: Position
10: Position
11: Softwaremodul

Claims

Verfahren zur Durchführung eines Gewichtsausgleiches bei einer Koordinatenmessmaschine mit einem Tastkopf mit wenigstens einer Tastkopfschaukel (3) und einer Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) mit folgenden Verfahrensschritten: – die durch einen Tasterwechsel verursachte vertikale Auslenkung einer Tastkopfschaukel (3) wird erfasst, – bei Überschreiten einer bestimmten vertikalen Auslenkung wird eine Umschaltung der Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) in eine andere diskrete Position (9, 10) durchgeführt, – bei einer Über- oder Unterkompensation des Tastergewichtes wird nach dem mechanischen Gewichtsausgleich zusätzlich ein elektronischer Gewichtsausgleich und/oder ein Gewichtsausgleich per Software durchgeführt.
Koordinatenmessmaschine mit einem Tastkopf mit einer Vorrichtung für einen Gewichtsausgleich für Taster, wobei die Vorrichtung als mechanische Vorrichtung ausgebildet ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) mit wenigstens zwei diskreten Stufen (9, 10) vorgesehen ist, und dass zusätzlich eine elektronische Vorrichtung und/oder ein Softwaremodul für den Gewichtsausgleich vorgesehen ist.
Koordinatenmessmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsausgleichsmechanik elektrisch oder pneumatisch oder per Hand ansteuerbar ist.
Koordinatenmessmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tastkopfschaukel (3) des Tastkopfes (1) der Koordinatenmessmaschine mittels wenigstens ei ner Feder (5) mit der Gewichtsausgleichsmechanik (6, 7) verbunden ist.