DE19614883C2

DE19614883C2 - Verfahren zur Antastung und zum Scannen bei Koordinatenmeßgeräten

Info

Publication number: DE19614883C2
Application number: DE1996114883
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen 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: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: DE19614883A1

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.

Zum Stand der Technik (GB 2 114 777 A) gehört eine Vorrichtung, die antriebsinduzierte Schwingungen reduziert. Gemäß dieser Druckschrift wird mit einem Schwingungssensor direkt oder indirekt die Beschleunigung der Vibration der Last gemessen, das heißt der Sensor ist an einem bewegli chen Maschinenteil angeordnet, dessen Vibrationen zu dämp fen sind. Das Verfahren gemäß dem Stand der Technik dient zur Eliminierung von Schwingungen einer linearen Bewegung. Dieses zum Stand der Technik gehörende Verfahren bezieht sich auf das Gebiet des allgemeinen Maschinenbaus. Die Eli minierung von linearen Schwingungen ist bei Koordinaten meßgeräten jedoch nicht erforderlich, da diese üblicher weise schon eliminiert sind.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren anzugeben, nach dem ein schwingungsfreies Verfahren des Meßkopfes bei Koordinaten meßgeräten möglich ist, und mit dem nichtkontinuierliche Schwingungen eliminiert werden können.

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 Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel in Seiten ansicht;

Fig. 2 eine Schaltskizze;

Fig. 3 eine Schaltskizze.

Fig. 1 bezieht sich auf ein Koordinatenmeßgerät mit einem Tisch, auf dem ein Portal horizontal verfahrbar ist. An dem ebenfalls horizontal, jedoch in der dazu senkrechten Koordinatenrichtung auf einem Querträger (4) des Portals verfahrbaren Schlitten (5) ist die vertikal verschiebbare Pinole (6) des Geräts gelagert. Die Pinole (6) trägt am unteren Ende den Meßkopf (7) mit einem Tasterelement.

Die Schlittenbeschleunigung ist durch den Pfeil (B) gekennzeichnet. Über Beschleunigungssensoren (23, 24), die am Schlitten (5) angeordnet sind, wird die Schlittenbe schleunigung erfaßt. Bei Bewegung des Schlittens (5) tritt eine Schlittendrehung als Reaktion auf die Schlittenbe schleunigung auf, die mit (25) bezeichnet ist. Der Schlit ten (5) weist eine gewisse Steifigkeit bezüglich der Schlittendrehung auf. Ebenso ist eine gewisse Meßkopfstei figkeit des Meßkopfes (7) vorhanden. Die Schlittensteifig keit bezüglich der Schlittendrehung sowie die Meßkopfstei figkeit sind häufig ungefähr gleich groß, so daß ein schwingungsfreies Scannen kaum möglich ist. Durch Erfassen der Schlittenbeschleunigung durch die Beschleunigungssen soren (23, 24) wird über die in Fig. 2 dargestellte Schal tung die Schlittensteifigkeit aktiv erhöht, bis ein schwingungsfreies Scannen möglich ist.

Gemäß Fig. 2 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.

Gemäß Fig. 3 sieht die Schaltskizze für eine erfin dungsgemäße 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.

Bezugszahlen

4

Querträger

5

Schlitten

6

Pinole

7

Meßkopf

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
B Pfeil

Claims

1. Verfahren zum schwingungsfreien Antasten oder Scan nen bei Koordinatenmeßmaschinen, bei dem die Signale zweier voneinander beabstandet angeordneter Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssensoren, von denen mindestens einer von einer vermuteten Drehachse eines zu bedämpfenden Bauteiles beabstandet angebracht ist, derart in die Antriebsregelung von Antrieben der Koordinatenmeßmaschine eingekoppelt wer den, daß auftretende Drehschwingungen von einen Tastkopf der Koordinatenmessmaschine mittelbar oder unmittelbar tragenden Bauteilen der Koordinatenmeßmaschine gedämpft werden.

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

3. 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 nach giebigen Strukturen des Koordinatenmeßgerätes angeordnet sind.

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

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter (17, 18, 27) frequenzangepaßte Filter ver wendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungswerte für jede Verfahrachse des Ko ordinatenmeßgerätes (1) ermittelt werden.

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

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

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (17, 18, 27) als Analogregler ausgebildet sind.

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

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

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren Dehnungsmeßstreifen verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkreisstrukturen als Kaskadenregler und/oder Zustandsregler und/oder Fuzzyregler ausgebildet sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Regelkreisstrukturen in Kombination vorgesehen sind.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Kaskadenregler und/oder Zustandsregler und/oder Fuzzyregler in Kombination in Hybridstruktur vor gesehen sind.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß modellbasierende Regelkreisstrukturen vorgesehen sind.