DE19543763B4

DE19543763B4 - Verfahren zur automatischen Erkennung von verschiedenen Sensoren bei Koordinatenmeßgeräten sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19543763B4
Application number: DE1995143763
Authority: DE
Inventors: Falk Dipl.-Ing. Dettmar; Heinz-Eckhard Dr. Habermehl
Original assignee: Leitz Messtecknik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2015-11-25
Also published as: DE19543763A1

Abstract

Verfahren zur automatischen Erkennung von Sensoren bei Koordinatenmeßgeräten, bei denen die Sensoren vollautomatisch gewechselt werden, wobei eine für jeden Sensortyp spezifische Kenngröße des Sensors (1, 2, 3) erfaßt wird, die für jeden Sensortyp spezifische Kenngröße mit einer im Sensor (1, 2, 3) angeordneten Schaltung (7, 8, 9) unter Verwendung wenigstens einer Diode (10 bis 15) erzeugt wird, eine Durchlaßspannung von den in Reihe geschalteten Dioden (10 bis 15) als Kenngröße des Sensors (1, 2, 3) erfaßt wird und mit Hilfe der Kenngröße eine Selektion der nachverarbeitenden Elektronik durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung von verschiedenen Sensoren bei Koordinatenmeßgeräten sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Nach dem Stand der Technik werden Sensoren vom Bedienpersonal je nach Anwendungsfall ausgewählt und für die betreffende Messung eingesetzt. Hierbei werden beispielsweise schaltende oder messende Tastköpfe eingesetzt, das heißt, es werden dimensionelle Messungen mit dem Koordinatenmeßgerät durchgeführt.
Andere Prüfungen oder Messungen, die mit nichtdimensionellen Sensoren durchgeführt werden, werden nach dem Stand der Technik auf zusätzlichen Geräten durchgeführt, wobei die Sensoren entweder an der Pinole oder an anderen nicht auswechselbaren Teilen des Koordinatenmeßgerätes fest angeordnet werden.
Bei der Auswechslung der verschiedenen mechanischen und/oder optischen Taster zur dimensionellen Antastung, beziehungsweise bei der Auswechslung von Hilfssensoren, zum Beispiel Temperatursensoren, kann aufgrund von Bedienfehlern ein falscher Sensortyp ausgewählt und ausgewechselt werden, wodurch Fehler verursacht werden, wie zum Beispiel Meßfehler. Die Auswechslung eines Sensors gegen einen falschen Sensortyp kann sogar zur Zerstörung des Sensors führen.

Gemäß den Druckschriften DE 43 30 873 A1 und WO 87/01798 A1 ist es bekannt, eine Sensorerkennung durchzuführen, wobei zur Sensorerkennung eine Schaltung mit Wider ständen unterschiedlicher Widerstandswerte verwendet wird. Die zum Stand der Technik gehörende Sensorerkennung mittels Widerständen hat den Nachteil, daß bei diesen Bauteilen sich die Eigenschaften in weiten Bereichen oft über viele Größenordnungen unterscheiden, und daß hierbei häufig Fehler bei der Sensorerkennung auftreten. Darüber hinaus erfolgt die Auswertung durch eine Konstant-Stromquelle, so daß eine durch Einflüsse, wie Alterung, Temperatur oder dergleichen, hervorgerufene Veränderung der Stromstärke zu einer proportionalen Veränderung des Erkennungssignals führt, wodurch wiederum Fehler bei der Sensorerkennung auftreten.

Zum Stand der Technik ( US-PS 5,150,529 ) gehört darüber hinaus eine Einrichtung zur Datenübertragung zwischen einem auswechselbaren Tastkopf und einer Empfangseinrichtung außerhalb des Arbeitsraumes einer Werkzeugmaschine. Gemäß dieser Druckschrift wird ein Frequenzsignal für ein Switch-on des Tasters verwendet. Jeder Taster weist eine eigene Frequenz auf. In dieser Druckschrift ist eine Modulationsfrequenzcodierung vorgesehen, die allerdings nicht zur Erkennung eines Sensors dient. Gemäß dieser Druckschrift ist bekannt, daß Taster, die gerade nicht verwendet werden, auf das Switch-on-Signal nicht reagieren, und so beispielsweise Energien von Batterien gespart werden.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren anzugeben, bei dem unterschiedliche Sensortypen vollautomatisch gewechselt werden können, ohne daß Bedienpersonal den Sensortyp wählen und die nachverarbeitende Elektronik und/oder Software an den Sensortyp anpassen muß, und bei dem bei der Sensorerkennung häufig auftretende Fehler vermieden oder minimiert werden.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 14 gelöst.

Dadurch, daß für jeden Sensortyp eine spezifische Kenngröße erfaßt wird und mit Hilfe der Kenngröße eine Selektion der nachverarbeitenden Elektronik durchgeführt wird, kann bei einem vollautomatischen Einwechseln der Sensoren keine Fehlbedienung vorkommen.

Das Koordinatenmeßgerät erkennt, welcher Sensortyp vorhanden ist und schaltet die Signalpfade mittels elektrischer Weichen derart, daß die Signalpfade in der nachverarbeitenden Elektronik direkt zu der entsprechenden Signalanpassung des betreffenden Sensortyps führen.

An die Elektronik ist die entsprechende Software angeschlossen, so daß vom Bedienpersonal bezüglich der verschiedenen Sensortypen keine Einstellung mehr vorzunehmen ist.

Die für die verschiedenen Sensortypen spezifische Kenngröße wird von einer Schaltung in jedem Sensor geliefert.

Die Schaltungen der verschiedenen Sensoren weisen erfindungsgemäß unterschiedliche Anzahlen von Dioden auf, beispielsweise Silizium-Dioden.

Der erste Sensor vom Typ 1 weist beispielsweise eine Diode auf, der zweite Sensor vom Typ 2 weist zwei Dioden auf, der dritte Sensor vom Typ 3 weist drei Dioden auf und so weiter.

Diese Schaltungen werden über zwei Kontakte, nach Anordnung des Sensors an dem Koordinatenmeßgerät, mit der Meßelektronik des Koordinatenmeßgerätes in Verbindung gebracht.

Durch Aufschalten einer Referenzspannung mit Arbeitswiderstand an einen Kontakt und Anlegen eines Bezugspotentials an dem anderen Kontakt ist für jeden Sensor eine andere Dioden-Durchlaßspannung meßbar.

Der Sensortyp 1 mit einer Diode weist eine Dioden-Durchlaßspannung von 0,7 Volt auf. Der Sensortyp 2 weist eine Dioden-Durchlaßspannung von 1,4 Volt auf, der Sensortyp 3 eine Dioden-Durchlaßspannung von 2,1 Volt und so weiter.

Eine Komparatorschaltung, die die entsprechende Hard- und/oder Software aufweist, erfaßt die Kenngröße des betreffenden Sensortyps, im vorliegenden Fall die Dioden-Durchlaßspannung.

Mittels der Komparatorschaltung nachgeschalteter Relais werden die Signalpfade geschaltet, und zwar derart, daß bei einer Dioden-Durchlaßspannung von 0,7 Volt (Kenngröße für den Sensortyp 1) die Signalanpassung für den Sensortyp 1 direkt die Meßsignale erhält.

Wird eine Dioden-Durchlaßspannung von 1,4 Volt von der Komparatorschaltung erfaßt, schaltet das betreffende Relais die Signalpfade so, daß die Signale direkt zur Signalanpassung für den Sensortyp 2 geleitet werden.

Dieses wird für sämtliche Sensortypen in gleicher Weise durchgeführt.

Da die Signalpfade durch die Relais in beschriebener Art und Weise auf die Signalanpassung geschaltet werden, können sich die nachverarbeitenden elektronischen Schaltungen nicht gegenseitig beeinflussen.

Durch diese Art der Sensortyperkennung ist die Zahl der Kontakte, die am Sensor und am Koordinatenmeßgerät benötigt werden, beschränkt. Erfindungsgemäß werden mit einer geringfügigen Anzahl von Kontakten 10 bis 15 verschiedene Sensoren oder auch mehr Sensoren an dem Koordinatenmeßgerät angeordnet, und es kann über die wenigen Kontakte zum einen die Sensortyperkennung durchgeführt werden und zum anderen die sensorspezifische Messung.

Vorteilhaft sind die Kontakte multifunktionell ausgebildet, so daß erfindungsgemäß fünf Kontakte bei einem Sensor ausreichen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können nicht nur dimensionelle Sensoren vollautomatisch eingewechselt wer den, sondern es ist auch möglich, nichtdimensionelle Sensoren automatisch einzuwechseln und über die Erfassung der entsprechenden Kenngröße zu erkennen.

Bei den nichtdimensionellen Sensoren ist es möglich, Härteprüfer, Wirbelstromprüfer, Ultraschallprüfer, Spektrometer mit Funkenanregung, Streulichtsensoren, Potentialsonden, Leitfähigkeitsprüfer, Rauhigkeitsprüfer, elektrostatische Oberflächensensoren, Schichtdickenmesser, Kameras, Temperaturfühler, Farbsensoren, Feuchte-Sensoren und chemische Sensoren einzuwechseln.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Sensor des Koordinatenmeßgerätes gegen einen Farbstift zum Markieren und/oder Beschriften von Werkstücken einzuwechseln oder gegen einen Sensor, mit dem Markierungen an Paletten oder Werkstücken gelesen werden können.

Für die vollautomatische Wechslung der Sensoren weist das Koordinatenmeßgerät erfindungsgemäß eine Adapterhälfte auf und die einzuwechselnden Sensoren die korrespondierende Adapterhälfte.

Die Adapterhälfte am Koordinatenmeßgerät weist Kontakte zur Übertragung der Sensorsignale und mindestens einen Kontakt zur Übertragung des Sensortyps auf.

Die Adapterhälfte am Sensor weist ebenfalls die entsprechenden Kontakte zur Übertragung der Sensorsignale sowie mindestens einen Kontakt zur Übertragung des Sensortyps auf. Darüber hinaus weist der Sensor die Schaltung zur Erzeugung der Kenngröße für den Sensortyp auf.

Erfindungsgemäß kann die Schaltung anstelle der Dioden Zenerdioden aufweisen.

Die Adapterhälften am Koordinatenmeßgerät sowie am Sensor müssen eine reproduzierbare Lagerung zueinander aufweisen. Dieses wird vorteilhaft durch mechanische Lager erreicht, beispielsweise durch die Anordnung von Triple-, V- oder Planlagern am Koordinatenmeßgerät sowie mit drei gelagerten Kugeln in der Adapterhälfte des Sensors, die sich in die Triple-, V- oder Planlager einsetzen und den Sensor orientieren.

Die Adapterhälfte am Koordinatenmeßgerät weist darüber hinaus eine Spannvorrichtung auf, zum Beispiel einen Haken, der pneumatisch betätigt wird und die beiden Adapterhälften miteinander arretiert.

Mit Hilfe der elektronischen Schaltung zur Erkennung des Sensortyps ist eine Plausibilitätsprüfung möglich durch Redundanz, wobei beispielsweise bei der oben beschriebenen Dioden-Kaskadenschaltung eine Dioden-Durchlaßspannung von 0 Volt einen Kurzschluß und somit eine Fehlererkennung bedeutet und beispielsweise 5 Volt einen Leitungsbruch und damit ebenfalls eine Fehlererkennung.

Es ist möglich, daß jeder der Kontakte für die Signalübertragung je nach Sensor und je nach nachverarbeitender Elektronik ein Ein- und/oder Ausgangssignal übertragen kann.

Die zu übertragenden Signale können unterschiedlicher Art sein, beispielsweise können sie analog, digital, nieder- oder hochfrequent sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen:
1 eine Schaltungsskizze;
2 einen Querschnitt durch ein auswechselbares Tastsystem;
3 einen Schnitt nach der Linie III-III der 2.
1 zeigt Sensoren (1, 2, 3). Die Sensoren (1, 2, 3) sind Sensoren unterschiedlichen Typs. Beispielsweise stellt der Sensor (1) einen messenden Tastkopf dar, der Sensor (2) einen Temperatursensor und der Sensor (3) einen Rauhigkeitssensor.
Die Sensoren weisen Kontakte (4a bis 4e; 5a bis 5e; 6a bis 6e) auf.
Je nach Auswahl des Sensors (1, 2 oder 3) wird von einem Koordinatenmeßgerät eine Verbindung zu den Kontakten (4a bis 4e), den Kontakten (5a bis 5e) oder den Kontakten (6a bis 6e) mit Kontakten (47 bis 51) hergestellt.
Die Kontakte (4d, 4e; 5d, 5e; 6d, 6e, 50, 51) dienen hierbei zur Übermittlung der Kenngröße der verschiedenen Sensortypen. Die Sensoren (1, 2, 3) weisen Schaltungen (7, 8, 9) auf. In der Schaltung (7) ist eine Diode (10), in der Schaltung (8) sind zwei Dioden (11, 12), in der Schaltung (3) drei Dioden (13, 14, 15) angeordnet.
Wird ein Sensor ausgewählt, beispielsweise der Sensortyp (2), so greifen die Signalleitungen (16, 17) mit Kontakten (47, 48) an die Rontakte (5a, 5b). Der Kontakt (5c) ist frei, und die Leitungen (18, 19) greifen mit Kontakten (50, 51) an die Kontakte (5d, 5e). Die an den Kontakten (5d, 5e) angeordnete Schaltung (8) weist zwei Dioden (11, 12) auf, so daß bei Aufschalten einer Referenzspannung an dem Kontakt (5d) und Anlegen eines Bezugspotentials an dem Kontakt (5e) eine Dioden-Durchlaßspannung von 1,4 Volt gemessen wird.
Die in der 1 dargestellten Schaltungen (7, 8, 9) weisen folgende Dioden-Durchlaßspannungen auf:
0 Volt → Kurzschluß (Fehlererkennung),
0,7 Volt → Sensortyp 1,
1,4 Volt → Sensortyp 2,
2,1 Volt → Sensortyp 3,
2,8 Volt, 3,5 Volt, 4,2 Volt → weitere mögliche Sensortypen,
5 Volt → Leitungsbruch (Fehlererkennung).
Die Dioden-Durchlaßspannung der Schaltungen (7, 8, 9) wird von einer Komparatorschaltung (20) erfaßt. Von der Komparatorschaltung (20) werden Relais (21, 22, 23) gesteuert. Die Relais (21, 22, 23) schalten die Signalpfade (16, 17) je nach Dioden-Durchlaßspannung auf die Leitungen (24, 25; 26, 27; 28, 29). Die Leitungen (24, 25) führen zur Signalanpassung des Sensortyps (1), die Leitungen (26, 27) zur Signalanpassung des Sensortyps (2) und die Leitungen (28, 29) zur Signalanpassung des Sensorstyps (3).
Ist nun der Sensor (2) an dem Koordinatenmeßgerät angeschlossen, so erkennt die Komparatorschaltung eine Dioden-Durchlaßspannung von 1,4 Volt und schaltet das Relais (22), so daß die Leitungen (16, 17) an den Leitungen (26, 27) anliegen und die Signale, die über die Kontakte (5a, 5b) kommen, direkt zur Signalanpassung (31) weitergeleitet werden.
Ist der Sensor (1) angeschlossen, so sind die Leitungen (18, 19) über Kontakte (47, 48) mit den Kontakten (4d, 4e) verbunden. Die Komparatorschaltung erkennt eine Dioden-Durchlaßspannung von 0,7 Volt und schaltet das Relais (23), so daß die Leitungen (16, 17) an den Leitungen (24, 25) und somit an der Signalanpassung (30) anliegen.
Dieses wird entsprechend für die weiteren Sensortypen durchgeführt.
Es ist möglich, eine höhere Referenzspannung anzulegen, so daß mehr als sechs Sensortypen erkannt werden können.
Der Signalanpassung (30, 31, 32) ist eine nachverarbeitende Elektronik mit einer entsprechenden Software nachgeschaltet.
2 zeigt eine Adapterhälfte (33) an einem Koordinatenmeßgerät sowie eine Adapterhälfte (34) an einem Sensor (1).
Eine Tasteraufnahmeplatte (35) mit einem Taststift (36) ist auswechselbar in der Adapterhälfte (33) angeordnet.
Die Adapterhälfte (34) weist Kugeln (37, 38) auf, die in Lagern (39, 40) der Adapterhälfte (33) angeordnet sind. Hierdurch wird eine reproduzierbare Lagerung der Adapterhälfte (34) des Sensors (1) zu der Adapterhälfte (33) des Koordinatenmeßgerätes erreicht.
Fixiert wird die Adapterhälfte (34) über eine Spannvorrichtung (41). Die Spannvorrichtung (41) weist einen Haken (42) der Adapterhälfte (33) auf, der hinter einen Haken (43) der Adapterhälfte (34) des Sensors greift. Der Haken (42) der Adapterhälfte (33) des Koordinatenmeßgerätes ist in Richtung des Pfeiles A bewegbar. Zur Fixierung wird der Haken (42) pneumatisch betätigt und fixiert die Adapterhälfte (34) an der Adapterhälfte (33).
Die Lager (38, 39) können gemäß 3 als Planlager (44), V-Lager (Prismenlager (45)) oder Triple-Lager (Kegellager (46)) ausgebildet sein.

1 bis 3: Sensoren
4a bis 4e: Kontakte
5a bis 5e: Kontakte
6a bis 6e: Kontakte
7, 8, 9: Schaltungen
10 bis 15: Dioden
16 bis 19: Leitungen
20: Komparatorschaltung
21 bis 23: Relais
24 bis 29: Leitungen
30: Signalanpassung
31: Signalanpassung
32: Signalanpassung
33: Adapterhälfte
34: Adapterhälfte
35: Tasteraufnahmeplatte
36: Taststift
37, 38: Kugeln
39, 40: Lager
41: Spannvorrichtung
42: Haken
43: Haken
44: Planlager
45: V-Lager
46: Triple-Lager
47 bis 51: Kontakte
A: Pfeil

Claims

Verfahren zur automatischen Erkennung von Sensoren bei Koordinatenmeßgeräten, bei denen die Sensoren vollautomatisch gewechselt werden, wobei eine für jeden Sensortyp spezifische Kenngröße des Sensors (1, 2, 3) erfaßt wird, die für jeden Sensortyp spezifische Kenngröße mit einer im Sensor (1, 2, 3) angeordneten Schaltung (7, 8, 9) unter Verwendung wenigstens einer Diode (10 bis 15) erzeugt wird, eine Durchlaßspannung von den in Reihe geschalteten Dioden (10 bis 15) als Kenngröße des Sensors (1, 2, 3) erfaßt wird und mit Hilfe der Kenngröße eine Selektion der nachverarbeitenden Elektronik durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signalpfade (16, 17) von Meßsignalen je nach Sensortyp mittels einer elektrischen Weiche (20, 21, 22, 23) gestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der elektrischen Weiche (20, 21, 22, 23) über eine Komparatorschaltung (20) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparatorschaltung (20) nachgeordnete Relais (21, 22, 23) die von dem Sensor (1, 2, 3) kommenden Meßsignale an die nachfolgende Elektronik mit Signalanpassung (30, 31, 32) weiterschalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plausibilitätsprüfung durch Redundanz durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessorsystem zur Erfassung der Kenngröße vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße von Sensoren zur nichtdimensionellen Messung erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße von Sensoren zur dimensionellen Messung erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Meßsignale analog sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Meßsignale digital sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Meßsignale hochfrequent sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Meßsignale niederfrequent sind.
Sensor für ein Koordinatenmeßgerät, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Sensor vollautomatisch wechselbar ist, wobei der Sensor (1, 2, 3) des Koordinatenmeßgerätes eine Schaltung (7, 8, 9) zur Erzeugung einer für den Sensortyp spezifischen Kenngröße aufweist, die Schaltung (7, 8, 9) wenigstens eine Diode (10 bis 15) aufweist und die Durchlaßspannung von den in Reihe geschalteten Dioden (10 bis 15) als Kenngröße des Sensors (1, 2, 3) erfassbar ist. Sensor
Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (7, 8, 9) wenigstens eine Zenerdiode aufweist.
Koordinatenmeßgerät mit einem Sensor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät eine Adapterhälfte (33) und der Sensor (1) eine korrespondierende Adapterhälfte (34) aufweisen.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterhälfte (34) des Sensors (1, 2, 3) und die Adapterhälfte (33) des Koordinatenmeßgerätes wenigstens je einen Kontakt (4a, 4b; 5a, 5b; 6a, 6b; 47, 48) zur Übertragung der Meßsignale aufweisen.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterhälfte (34) des Sensors (1, 2, 3) und die Adapterhälfte (33) des Koordinatenmeßgerätes wenigstens einen Kontakt (4d, 4e; 5d, 5e; 6d, 6e; 50, 51) zur Übertragung des Sensortyps aufweisen.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterhälfte (34) des Sensors (1, 2, 3) und die Adapterhälfte (33) des Koordinatenmeßgerätes mechanische Lager (39, 40) zur reproduzierbaren Orientierung des Sensors (1) aufweisen.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanische Lager (39, 40) ein Triple-Lager (46), ein V-Lager (45) und ein Planlager (44) vorgesehen sind.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanische Lager drei V-Lager (45) vorgesehen sind.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterhälfte (33) des Koordinatenmeßgerätes eine Spannvorrichtung (41) zur Fixierung des Sensors (1, 2, 3) aufweist.
Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (41) einen Haken (42) aufweist.