DE19614883A1

DE19614883A1 - Verfahren zur Antastung und zum Scannen bei Koordinatenmeßgeräten

Info

Publication number: DE19614883A1
Application number: DE1996114883
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Dipl Ing Mueller
Original assignee: Leitz Brown and Sharpe Messtechnik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: DE19614883C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antasten und/oder Scannen bei Koordinatenmeßgeräten.

Zum Stand der Technik gehört ein Verfahren zur Korrek tur von schwingungsbedingten Meßfehlern bei Koordinatenmeß geräten (DE-OS 43 42 312). Bei diesem Verfahren wird aus dem Beschleunigungswert, der im Meßkopf mittels Beschleuni gungssensoren ermittelt wird, aufgrund von Strukturschwin gungen ein Korrekturwert ermittelt. Mit Hilfe des Korrek turwertes wird auf die tatsächliche physikalische Position des Meßkopfes geschlossen. Dieser Korrekturwert geht in die eigentlichen Meßwerte mit ein. Die Korrektur erfolgt rein rechnerisch und ist sehr aufwendig. Hierdurch wird die Zeit zwischen Meßbeginn und Meßwertausgabe verlängert, wodurch sich die Meßzeiten insgesamt erheblich verlängern, insbe sondere bei der Aufnahme vieler Meßpunkte pro Meßlauf.

Gemäß dem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren schwingt der Meßkopf aufgrund der Strukturbewegungen, und die Schwingungen werden rechnerisch aus den Meßwerten eli miniert.

Neben dem rechnerischen Aufwand sowie dem zeitlichen Aufwand bei der Messung hat dieses Verfahren den weiteren Nachteil, daß der Meßkopf mit dem Taster schwingt und hier durch entweder die Berührung mit dem Werkstück verlorenge hen kann oder der Taster gegen das Werkstück schlägt und hierdurch eventuell beschädigt wird.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren anzugeben, nach dem ein schwingungsfreies Verfahren des Meßkopfes bei Koordinaten meßgeräten möglich ist.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß die beim Verfahren des Koordinatenmeßge rätes entstehenden Schwingungen der Strukturen gemessen werden in Form von Beschleunigungswerten und dadurch, daß die Beschleunigungswerte in die Meßgeräteregelungsstruktur eingekoppelt werden, derart, daß die Antriebe des Koordina tenmeßgerätes entsprechend geregelt werden, das heißt den auftretenden Beschleunigungen und damit Schwingungen entge gengewirkt wird, treten die Schwingungen nicht auf, da sie durch die Regelung der Antriebe eliminiert werden.

Im einzelnen werden die Beschleunigungen der einzelnen verteilten Komponenten des Koordinatenmeßgerätes gemessen und vorteilhaft über geeignete Filter in die Meßgeräterege lungsstruktur an geeigneter Stelle eingekoppelt.

Die Beschleunigungsmessung kann auf die Komponente mit der niedrigsten Eigenfrequenz in jeder Achse beschränkt werden, so daß die Schwingungsamplituden am Meßkopf bereits beträchtlich minimiert werden.

Hierzu sind lediglich drei Beschleunigungssensoren nö tig.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Struktur online-aktiv gedämpft wird. Das heißt, daß die Ausbildung von Strukturschwingungen im Ansatz gedämpft wird, beziehungsweise gar nicht erst aufkommt.

Hierdurch ist keine rechnerische Korrektur der Meß werte notwendig, wodurch sich der rechnerische Aufwand erheblich minimiert und dadurch die Zeit zwischen Meßbeginn und Meßwertausgabe nicht beeinflußt wird, wodurch die Meß zeiten sich auf die reine Meßzeit beschränken und nicht durch Rechenaufwand verlängert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es darüber hinaus möglich, die Struktursteifigkeit von Koordinatenmeß geräten zu beeinflussen. Dies ist insbesondere dann sinn voll, wenn mindestens zwei Eigenfrequenzen von schwingenden Komponenten der dynamisch nachgiebigen Struktur sich gegen seitig derart beeinflussen, daß ein schwingungsfreies Ver fahren einer Achse nicht mehr möglich ist. Durch das Ver schieben mindestens einer Eigenfrequenz, das heißt durch die aktive Beeinflussung der Struktursteifigkeit können die Schwingungen am Meßkopf beträchtlich verringert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt sich besonders vorteilhaft aus beim kontinuierlichen Scannen, bei dem eine Vielzahl von Meßpunkten erfaßt wird. Hier muß nicht, wie nach dem Stand der Technik, jeder Punkt rechnerisch korri giert werden, sondern die Schwingungen treten durch das er findungsgemäße Verfahren gar nicht erst auf, so daß die Messung insgesamt wesentlich schneller durchgeführt werden kann.

Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß der Taster nicht in Schwingungen gerät und somit das Werkstück zu keinem Zeitpunkt ungewollt verläßt oder gegen das Werkstück schlägt aufgrund der Schwingungen. Hierdurch werden Tasterbeschädigungen oder Verfälschungen der Messun gen vermieden.

Für die Messung der Beschleunigungen an den einzelnen Komponenten der Gerätestrukturen werden Beschleunigungssen soren verwendet. Dieses können Seismographen oder Piezo kristalle sein.

Die Beschleunigungswerte werden über geeignete Filter, beispielsweise Analogregler, hardware- oder software-mäßige Regler, in die Meßgeräteregelungsstruktur eingekoppelt, derart, daß die Antriebe des Koordinatenmeßgerätes geregelt werden, so daß Schwingungen in der Gerätestruktur gar nicht auftreten.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, anstelle der Beschleunigungswerte Geschwindigkeiten, Differenzgeschwin digkeiten zwischen zwei Komponenten, Übertragungsmomente zwischen zwei Komponenten und dergleichen in die Meßgerä teregelungsstruktur einzukoppeln. Hierzu sind geeignete Sensoren notwendig, wie zum Beispiel Dehnungsmeßstreifen. Die hierzu benötigten Regelkreisstrukturen können Kaskaden regler, Zustandsregler, Fuzzyregler und dergleichen oder deren Kombination in Hybridstruktur enthalten. Modellbasie rende Regelkreisstrukturen eignen sich ebenfalls zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen sowie der Zeichnung entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in Ansicht;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Fig. 3 eine Schaltskizze;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine Schaltskizze.

Fig. 1 zeigt ein Koordinatenmeßgerät (1) mit einem Tisch (2), auf dem ein Portal (3) horizontal verfahrbar ist. An dem ebenfalls horizontal, jedoch in der dazu senk rechten Koordinatenrichtung auf dem Querträger (4) des Por tals (3) verfahrbaren Schlitten (5) ist die vertikal ver schiebbare Pinole (6) des Geräts gelagert. Die Pinole (6) trägt am unteren Ende den Meßkopf (7) mit dem Tasterelement (8).

Wird das Portal (3) in Richtung des Pfeiles (A) ver schoben, so wird ein Teil (9) des Portales (3), in dem sich ein Antrieb befindet, als erstes vorwärtsbewegt, während sich das gegenüberliegende Portalteil (10) verzögert in Be wegung setzt. In dieser Zeitspanne ist das Portalteil (9) schon wieder ein Stück weiter verfahren. Hierdurch entste hen Schwingungen in dem System. Über den Beschleunigungs sensor (11) wird die Bewegung des Portales (3) gemessen, und der Antrieb des Portales (3) wird so gesteuert, daß eine gleichmäßige Bewegung des gesamten Portales (3) er folgt und keine Schwingungen auftreten.

Auf diese Art und Weise werden die auftretenden Schwingungen in dem Portal (3) eliminiert über die Bewegung und den Antrieb des Portales (3), so daß diese Schwingungen gar nicht erst auftreten und eine rechnerische Eliminierung nicht erfolgen muß.

Fig. 2 zeigt das Koordinatenmeßgerät (1). Der Schlit ten (5) wird in Richtung des Pfeiles (B) beschleunigt. In Richtung des Pfeiles (C) tritt eine Traversenbeschleunigung als Reaktion auf die Schlittenbeschleunigung auf. Um diese Beschleunigungen in dieser Achse zu erfassen, ist an dem Portal (3) ein Beschleunigungssensor (12) vorgesehen.

Gemäß Fig. 3 sieht die Schaltskizze für die in Fig. 2 dargestellte Anordnung folgendermaßen aus. Es sind ver schiedene Regler vorgesehen, und zwar ein Scan-Regler (13), ein Positionsregler (14), ein Geschwindigkeitsregler (15) sowie ein Stromregler (16). Über den Scan-Regler (13) wird die Meßkopfauslenkung (22) und über den Positionsregler (14) die Achsenposition (21) gesteuert. Das von dem Meßge ber (12) kommende Signal wird wahlweise über einen Filter (17) zur Regelung des Motordrehmomentes (19) oder über einen Filter (18) zur Regelung des Geschwindigkeitsprofils (Achsengeschwindigkeit (20)) verwendet.

Gemäß Fig. 4 ist eine weitere Anordnung dargestellt. Die Schlittenbeschleunigung ist durch den Pfeil (B) gekenn zeichnet. Über Beschleunigungssensoren (23, 24), die am Schlitten (5) angeordnet sind, wird die Schlittenbeschleu nigung erfaßt. Bei Bewegung des Schlittens (5) tritt eine Schlittendrehung als Reaktion auf die Schlittenbeschleuni gung auf, die mit (25) bezeichnet ist. Der Schlitten (5) weist eine gewisse Steifigkeit bezüglich der Schlittendre hung auf. Ebenso ist eine gewisse Meßkopfsteifigkeit des Meßkopfes (7) vorhanden. Die Schlittensteifigkeit bezüglich der Schlittendrehung sowie die Meßkopfsteifigkeit sind häufig ungefähr gleich groß, so daß ein schwingungsfreies Scannen kaum möglich ist. Durch Erfassen der Schlittenbe schleunigung durch die Beschleunigungssensoren (23, 24) wird über die in Fig. 5 dargestellte Schaltung die Schlit tensteifigkeit aktiv erhöht, bis ein schwingungsfreies Scannen möglich ist.

Gemäß Fig. 5 werden die Signale der Meßgeber (23, 24) über eine Sensor-Signal-Verknüpfung (26) und einem nachge ordneten Filter (27) zur Regelung der Schlittenbeschleuni gung vorgesehen. Mit (28) ist das Motordrehmoment und mit (29) ein Stromregler bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1 Koordinatenmeßgerät
2 Tisch
3 Portal
4 Querträger
5 Schlitten
6 Pinole
7 Meßkopf
8 Tasterelement
9 Teil des Portales (3)
10 Teil des Portales (3)
11 Beschleunigungssensor
12 Beschleunigungssensor
13 Scan-Regler
14 Positionsregler
15 Geschwindigkeitsregler
16 Stromregler
17 Filter
18 Filter
19 Motordrehmoment
20 Geschwindigkeitsprofil (Achsengeschwindigkeit)
21 Achsenposition
22 Meßkopfauslenkung
23 Beschleunigungssensor
24 Beschleunigungssensor
25 Schlittendrehung
26 Sensor-Signal-Verknüpfung
27 Filter
28 Motordrehmoment
29 Stromregler
A, B, C Pfeile

Claims

1. Verfahren zur Antastung und zum Scannen bei Koordi natenmeßgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Scanvorgang durch das Verfahren der beweglichen Struk turen (3, 5, 6) des Koordinatenmeßgerätes (1) auftretenden Beschleunigungen gemessen, daß die gemessenen Beschleuni gungswerte in die Meßgeräteregelungsstruktur eingekoppelt und daß der oder die Antriebe des Koordinatenmeßgerätes (1) von der Meßgeräteregelungsstruktur derart geregelt werden, daß der Antastvorgang und/oder der Scanvorgang schwingungs frei erfolgt.

2. Verfahren zur Antastung und zum Scannen bei Koordi natenmeßgeräten, dadurch gekennzeichnet,

- daß die beim Scanvorgang durch das Verfahren der beweg lichen Strukturen (3, 5, 6) des Koordinatenmeßgerätes (1) auftretenden Geschwindigkeiten und/oder Differenzge schwindigkeiten zwischen zwei Komponenten und/oder Über tragungsmomente zwischen zwei Komponenten gemessen,
- daß die gemessenen Geschwindigkeiten, Differenzgeschwin digkeiten und/oder Übertragungsmomente in die Meßgerä teregelungsstruktur eingekoppelt,
- und daß der oder die Antriebe des Koordinatenmeßgerätes (1) von der Meßgeräteregelungsstruktur derart geregelt werden, daß der Antastvorgang und/oder der Scanvorgang schwingungsfrei erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Beschleunigungswerte Beschleunigungs sensoren (11, 12, 23, 24) verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren (11, 12, 23, 24) an den be wegten Strukturen (3, 5, 6) und/oder an den dynamisch nachgiebigen Strukturen des Koordinatenmeßgerätes ange ordnet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Beschleunigungswerte über Filter (17, 18, 27) in die Meßgeräteregelungsstruktur eingekoppelt wer den.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter (17, 18, 27) frequenzangepaßte Filter ver wendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungswerte für jede Verfahrachse des Koordinatenmeßgerätes (1) ermittelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des oder der Antriebe hardware-mäßig er folgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des oder der Antriebe software-mäßig er folgt.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (17, 18, 27) als Analogregler ausgebildet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (17, 18, 27) als Digitalregler ausgebildet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beschleunigungsmessung die Komponente mit der niedrigsten Eigenfrequenz erfaßt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren Dehnungsmeßstreifen verwendet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Regelkreisstrukturen als Kaskadenregler und/oder Zustandsregler und/oder Fuzzyregler ausgebildet sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Regelkreisstrukturen in Kombination vorgesehen sind.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Kaskadenregler und/oder Zustandsregler und/oder Fuzzyregler in Kombination in Hybridstruktur vor gesehen sind.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß modellbasierende Regelkreisstrukturen vorgesehen sind.