DE19601275C2

DE19601275C2 - Meßeinrichtung zur Ermittlung der Abmessungen von Objekten

Info

Publication number: DE19601275C2
Application number: DE1996101275
Authority: DE
Inventors: Hermann Tontsch
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: DE19601275A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Einrichtung ist aus der JP 3-235015 A bereits bekannt.

Dabei wird der Temperatursensor von den Teilungsstrichen der Abtastplatte gebildet. Diese Teilungsstriche befinden sich in der Praxis im hermetisch abgedichteten Innenraum der Abtasteinrichtung und können somit nicht die interessierende Momentantemperatur des Maßstabes bzw. der unmittelba ren Umgebung des Maßstabes korrekt erfassen.

Gemäß der DE 36 20 118 A1 wird die Temperatur der Maßstäbe von Koor dinatenmeßmaschinen durch an die Maßstäbe angesetzte Temperaturfühler erfaßt und temperaturbedingte Längenänderungen der Maßstäbe werden rechnerisch berücksichtigt.

Als Nachteil ist dort anzusehen, daß die Temperaturfühler nicht direkt am Ort des Interesses nämlich in unmittelbarer Nähe der Meßteilung beziehungs weise am momentanen Ort der Messung angeordnet sind. Örtliche Tempe raturgradienten können bei der dort beschriebenen Anbringung der Tempe ratur-Meßfühler unter Umständen nicht erfaßt und berücksichtigt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Meßeinrichtung an zugeben, die mit möglichst geringem Aufwand die Bestimmung des Tempe raturfehlers der Meßeinrichtung ermöglicht und mit der temperaturbedingte Meßfehler möglichst umfassend kompensiert werden können.

Diese Aufgabe wird von einer Meßeinrichtung mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung sind darin zu sehen, daß die Temperatur unmittelbar am Ort der Messung erfolgt, und daß so wohl die temperaturbedingten Längenänderungen der Maßverkörperung als auch der Temperaturgang der Abtastelemente erfaßt und bei der Messung berücksichtigt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Längen meßeinrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Längenänderun gen von Maßverkörperung und Werkstück.

Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Längenmeßeinrichtung 1 weist eine Maßverkörperung 2 auf, deren nicht dargestellte Meßteilung von einer Ab tasteinrichtung 3 abgetastet wird. Die Meßrichtung verläuft dabei senkrecht zur Zeichnungsebene. Mit der Längenmeßeinrichtung 1 werden Verlagerun gen einer Maschine gemessen, von der das Maschinenbett mit 4 und der Maschinenschlitten mit 5 bezeichnet ist. Mit der Längenmeßeinrichtung 1 werden dadurch indirekt die Abmessungen von Werkstücken gemessen, welche auf der Maschine bearbeitet und/oder vermessen werden.

Die Längenmeßeinrichtung 1 ist auf eine Bezugstemperatur geeicht, die beispielsweise mit 20° Celsius bestimmt ist. Genaue Messungen sind dem gemäß nur bei Bezugstemperatur zu erwarten.

Derartige Bedingungen können nur in einem temperierten Raum erfüllt wer den, wenn zudem sichergestellt ist, daß das Werkstück selbst nicht eine von der Bezugstemperatur abweichende Temperatur aufweist.

Eine Möglichkeit auch unter sogenannten Werkstattbedingungen korrekte Messungen zu erzielen besteht darin, das Meßergebnis temperaturabhängig zu korrigieren, indem die temperaturabhängigen Längenänderungen rech nerisch kompensiert werden. Dazu ist vor allem die Erfassung der Tempera tur zum Zeitpunkt der Messung erforderlich.

In der eingangs genannten DE 36 20 118 A1 ist dazu jeweils an einem Ende einer Maßverkörperung ein Temperatursensor vorgesehen, der die dort herrschende Temperatur mißt. Durch die an den Enden der Maßverkörpe rungen gemessenen Temperaturen werden die Temperaturabweichungen ermittelt und rechnerisch berücksichtigt. Die damit verbundenen Nachteile sind eingangs beschrieben.

Gemäß der Erfindung ist in der Abtasteinrichtung 3 ein Temperatursensor 6 angeordnet. Dieser befindet sich in der Nähe einer Abtastplatte 7, mit der die nicht dargestellte Meßteilung der Maßverkörperung 2 abgetastet wird. Der Temperatursensor 6 ist der Maßverkörperung 2 zugewandt und erfaßt unmittelbar die Temperatur der Maßverkörperung 2 am jeweiligen Messort. Durch diese besonders vorteilhafte Anordnung des Temperatursensors 6 immer in unmittelbarer Nähe des Ortes der Maßverkörperung 2, an dem gerade die Verlagerung der Maschinen-Bauteile gemessen wird, ist gewähr leistet, daß auch partielle Temperaturgradienten korrekt erfaßt werden.

Da sich der Temperatursensor 6 in der Abtasteinrichtung 3 befindet und mit Wärmeleitkleber 6a dort befestigt ist, wird auch die Momentan-Temperatur der Abtastplatte 7 und der elektronischen Bauteile 8 der Abtasteinrichtung 3 erfaßt. Mit der beschriebenen Anordnung des Temperatursensors 6 auf der der Maßverkörperung 2 zugewandten Seite der Abtasteinrichtung 3 kann die thermisch bedingte Längenänderung der Maßverkörperung 2 und auch der Temperaturgang der Abtasteinrichtung 3 kompensiert werden.

Mittels eines Kabels 9 ist die Abtasteinrichtung 3 mit einer elektronischen Vorrichtung 10 verbunden, in welcher die Auswertung der Messung erfolgt. Über das Kabel 9, welches über eine Vielzahl von Leitungen verfügt, werden sowohl die Meßsignale zur Positionsmessung als auch das Meßsignal des Temperatursensors 6 in die elektronische Vorrichtung 10 geleitet.

Anders als beim Stand der Technik ist also für den Temperatursensor 6 kei ne separate elektrische Anschlußleitung außerhalb der Meßeinrichtung 1 erforderlich.

In der elektronischen Vorrichtung 10 ist eine Aufbereitungsschaltung 11 vor handen, die sowohl die Positionsmeßsignale als auch das Temperaturmeß signal mit Hilfe von Operationsverstärkern und Analog/Digitalwandlern so aufbereitet, daß sie von nachgeschalteten Digital-Prozessoren 12 verarbei tet werden können. Diese Digital-Prozessoren 12 sind Bestandteile eines Rechners 13 im weitesten Sinne, der auch über ein Anzeigefeld 14 und eine Eingabeeinheit 15 verfügt.

Die Meßeinrichtung 1 wird bei einer Bezugstemperatur von beispielsweise 20° Celsius abgeglichen. In den Rechner 13 können mittels der Eingabeein heit 15 Korrekturwerte eingespeichert werden, mit deren Hilfe die Meßer gebnisse bei Temperaturabweichungen von der Bezugstemperatur korrigiert werden. Diese Korrektur kann auch mit Hilfe von Korrekturwerten erfolgen, die bereits im Rechner 13 abgespeichert sind, und auf die die Prozessoren 12 Zugriff haben.

Wenn die vom Temperatursensor 6 gemessene Temperatur von der Be zugstemperatur abweicht, addiert oder subtrahiert der Proszessor 12 Zähl signale vom Meßergebnis, das ihm im Rechner 13 zur Verfügung steht und korrigiert dadurch die Veränderungen der Meßteilung der Maßverkörperung 2, wobei der Temperaturgang der Bauteile 7 und 8 der Abtasteinrichtung 3 gleich mit berücksichtigt wird.

Anhand des Anzeigefeldes 14 kann der Benutzer wahlweise oder in Kombi nation das Meßergebnis, das korrigierte Meßergebnis, die Bezugstempera tur und die vom Temperatursensor 6 ermittelte Temperatur ablesen. Diese Daten können von einer nachgeschalteten NC-Steuerung zur Steuerung der Maschine weiterverarbeitet werden. Die elektronische Vorrichtung 10 kann dabei bereits Bestandteil einer NC-Steuerung sein.

Das Werkstück, dessen Abmessungen gemessen werden sollen, unterliegt ebenfalls Temperaturschwankungen, deren Auswirkungen mit der erfin dungsgemäßen Meßeinrichtung 1 kompensiert werden können.

Um diese Kompensation vornehmen zu können, wird der Längen- Ausdehnungskoeffizient des jeweiligen Werkstoffes mit der vom Tempera tursensor 6 ermittelten Temperatur in der elektronischen Vorrichtung 10 ver rechnet und somit die temperaturbedingte Längenänderung des Werkstüc kes kompensiert.

Es ist vorteilhaft, in der elektronischen Vorrichtung 10 eine Tabelle abzu speichern, in der die Längen-Ausdehnungskoeffizienten der zur Bearbeitung und Messung vorgesehenen Werkstück-Werkstoffe enthalten sind. Über die Eingabeeinheit 15 wird dann lediglich der Werkstoff des Werkstückes auf gerufen, und die Prozessoren 12 errechnen mit dem zugehörigen abgespei cherten Längen- Ausdehnungskoeffizienten und der vom Temperatursensor 6 gemessenen Temperatur die korrekten Abmessungen des Werkstückes.

Falls der Werkstoff des zu messenden Werkstückes nicht in der abgespei cherten Tabelle enthalten sein sollte, ist auch eine manuelle Eingabe des Längen-Ausdehnungskoeffizienten mittels der Eingabeeinheit 15 möglich.

Anhand von Fig. 3 soll beispielhaft eine Korrektur nach der vorangegange nen Beschreibung im Detail verdeutlicht werden.

Die Abtasteinrichtung 3 wurde bei einer Temperatur von 20° Celsius abge glichen. Zu bearbeiten ist ein Stab W aus Aluminium, der bei einer Tempe ratur von 20° Celsius eine Länge LW von 200 mm haben soll. Die Umge bungstemperatur beträgt 25° Celsius. Der Ausdehnungskoeffizient von Aluminium ist 23,8 × 10^-6 1/K. Die Maßverkörperung 2 ist aus Glas, dessen Ausdehnungskoeffizient 6,5 × 10^-6 1/K ist. Da sich nun die Maßverkörperung 2 bei einer Länge LM von ursprünglich 200 mm um 6,5 × 10^-6 1/K × 0,2 m × 5 K = 6,5 µm ausdehnt, muß der Prozessor 12 so viele Meßschritte zu den abgetasteten Meßsignalen addieren, die der Längenänderung ΔLM von 6,5 µm entsprechen. Somit erkennt die elektrische Vorrichtung 10 diese Länge LM als 200 mm.

Die zweite Korrektur bezieht sich auf den Aluminium-Stab W, der sich bei der Temperatur von 25° Celsius um den Wert ΔLW = 23,8 µm ausdehnt. Damit der Aluminium-Stab W bei einer Temperatur von 20° Celsius die ge naue Länge LW von 200 mm hat, muß die Steuerung bei 25° Celsius um 23,8 µm weiter fahren, das heißt, der Prozessor 12 muß Meßsignale, die dem Wert von 23,8 µm entsprechen, subtrahieren. Der Aluminium-Stab W hat dann bei einer Temperatur von 25° Celsius eine genaue Länge LW + ΔLW von 200 023,8 µm.

Claims

1. Meßeinrichtung zur Ermittlung der Abmessungen von Objekten (W), bei der die Meßeinrichtung eine Maßverkörperung (2) und eine diese Maß verkörperung (2) abtastende Abtasteinrichtung (3) aufweist, wobei in der Abtasteinrichtung (3) ein Temperatursensor (6) integriert ist, dessen temperaturabhängiges Ausgangssignal einer elektronischen Vorrichtung (10) zugeführt wird, mit der eine temperaturabhängige Korrektur der Po sitionsmessung durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (6) in einer in Richtung der Maßverkörperung (2) weisenden Öffnung des Gehäuses der Abtasteinrichtung (3) eingesetzt ist und der Maßverkörperung (2) zugewandt angeordnet ist, so daß der Temperatursensor (6) die Momentantemperatur im Raum zwischen der Maßverkörperung (2) und der Abtasteinrichtung (3) erfaßt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung den Raum zwischen der Maßverkörperung (2) und der Abtast einrichtung (3) verbindet und die elektrischen Anschlußleitungen des Temperatursensors (6) in den Innenraum der Abtasteinrichtung (3) füh ren und mittels eines Kabels (9) mit weiteren Anschlußleitungen der Abtasteinrichtung (3) zusammengefaßt zur elektronischen Vorrichtung (10) geführt sind.

3. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Vorrichtung (10) über einen Rechner (13) verfügt, in welchem die temperaturabhängigen Ausdeh nungskoeffizienten mehrerer Werkstoffe von zur Vermessung vorgese henen Objekten (W) abgespeichert und zur Verrechnung mit den Positi onsmessungen abrufbar sind.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner (13) zusätzlich der Ausdehnungskoeffizient der Maßverkörpe rung (2) abgespeichert ist, und der Ausdehnungskoeffizient der Maßver körperung (2) sowie der abgespeicherte Ausdehnungskoeffizient des zu messenden Objektes (W) ausgewählt und zur Korrektur der Positions messung verwendet wird.

5. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (6) mittels thermisch leitfä higer Mittel (6a) in der Öffnung der Abtasteinrichtung (3) befestigt ist.