DE19654067A1 - Verfahren zur Vermessung von Kanten an Werkstücken - Google Patents
Verfahren zur Vermessung von Kanten an WerkstückenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Kanten von
zu vermessenden Werkstücken mit einem optischen Taster, der den
Abstandswert zwischen dem Taster und der Werkstückoberfläche an
einem einstellbaren Abtastpunkt mißt.
Ein besagtes Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 41 09 483 A1 bekannt. Dieses ist insbesondere dazu
vorgesehen, um Kanten und Bohrungen bei zu vermessenden
Werkstücken, wie beispielsweise Fahrzeugkarosserieteilen, zu
ermitteln. Dazu wird in der Druckschrift ein optischer
Triangulationstaster vorgeschlagen, der den Abstand des Tasters
zur Werkstückoberfläche mißt und zur Messung eines Punktes der
Kante über die zu vermessende Kante hinweggeführt wird. Ergibt
sich in den hierbei gemessenen Abstandswerten ein plötzlicher
Sprung, so deutet dies daraufhin, daß der optische Taster in
diesem Moment eine Kante überfährt, so daß aus den
entsprechenden Abstandswerten und den Maschinenpositionen die
Position eines Punktes der Kante ermittelt werden kann.
Um den optischen Taster geeignet über die Oberfläche des
Werkstückes bewegen zu können, ist dieser an einer Mimik eines
Koordinatenmeßgerätes aufgehängt, über die dieser in drei
aufeinander senkrecht stehenden Richtungen bewegt werden kann.
Zusätzlich ist der optische Taster über eine Dreh-Schwenkeinheit
mit der Mimik verbunden, so daß dieser
zusätzlich um zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen
gedreht werden kann. Hierdurch kann der Abtaststrahl des
Tasters immer geeignet auf die Oberfläche des zu vermessenden
Werkstückes eingestellt werden.
Die Besonderheit des hierin gezeigten Verfahrens ist darin zu
sehen, daß die Genauigkeit des bestimmten Punktes der Kante
davon abhängt, wie dicht die nacheinander aufgenommenen
Abtastpunkte beieinander liegen. Um hohe Genauigkeiten zu
erzielen muß der optische Taster sehr dicht beieinander
liegende Meßpunkte aufnehmen. Da der Zentralrechner des
Koordinatenmeßgerätes die gesamte Auswertung der durch den
Taster aufgenommenen Meßwerte übernimmt, sind bei hoher
Meßgenauigkeit nur relativ geringe Meßgeschwindigkeiten
möglich. Außerdem können Unregelmäßigkeiten in der Kante das
Meßergebnis stark verfälschen. Wird die Bahn des Abtastpunktes
beispielsweise über eine Stelle geführt, an der sich eine
Unregelmäßigkeit in Form eines Grates befindet, so kann dies
das Ergebnis des gemessenen Punktes der Kante stark
verfälschen.
Es sind ferner aus dem Stand der Technik sogenannte
Linientaster bekannt, die ähnlich dem aus der DE 41 09 483 A1
bekannten Triangulationstaster eingesetzt werden. Der
Unterschied gegenüber dem Triangulationstaster ist bei diesen
Linientastern darin zu sehen, daß der Abtastpunkt im
Linientaster zusätzlich entlang einer Geraden kontinuierlich
hin und her bewegt wird. Die Erfassung einer Kante erfolgt
hierbei, indem der Abtastpunkt des Linientasters mit seiner
Linienrichtung senkrecht über die Kante geführt wird. Analog
wird die Kante detektiert, indem in den abgetasteten
Abstandswerten erstmalig eine sprunghafte Änderung detektiert
wird.
Für den gezeigten Linientaster gelten hierbei genau dieselben
Besonderheiten, wie für den Triangulationstaster aus der
DE 41 09 483 A1.
Ferner ist aus der DE 24 05 102 A1 ein Taster bekannt, mit dem
ebenfalls Kanten vermessen werden können. Der Taster ist
hierbei derart ausgelegt, daß ein Lichtstrahl auf einer
Kreisbahn über die Kante des zu vermessenden Werkstückes
hinweggeführt wird, wobei rückwärtig auf der gegenüberliegenden
Seite des Werkstückes ein Photodetektor angeordnet ist. Aus den
gemessenen Hell- und Dunkelzeiten des Photodetektors lassen
sich die Schnittpunkte der Kreisbahn des Lichtpunktes mit der
Kante und somit die Lage der Kante ermitteln.
Auch bei dem in der DE 24 05 102 A1 gezeigten Verfahren gelten
die Besonderheiten, wie diese bereits im Zusammenhang mit der
DE 41 09 483 A1 geschildert wurden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es hiervon ausgehend ein
Verfahren und ein Koordinatenmeßgerät zur Vermessung von Kanten
an Werkstücken anzugeben, mit dem bei hoher Meßgeschwindigkeit
exaktere Werte für gemessene Punkte der Kante bestimmt werden
können.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 14
gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß der
Abtastpunkt entlang einer Bahn derart über die Kante
hinwegbewegt wird, so daß die Kante in einer Vielzahl von
nebeneinander liegenden Punkten geschnitten wird, wobei aus der
Vielzahl der Abstandswerte die Schnittpunkte zwischen der Bahn
und der Kante ermittelt werden und hieraus über Interpolation
ein Punkt der Kante ermittelt wird. Unter einer Vielzahl von
Abstandswerten sollen hierbei wenigstens drei Abstandswerte
verstanden werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß der Begriff
"Bahn, die die Kante in einer Vielzahl von nebeneinander
liegenden Punkten schneidet" identisch gleichbedeutend mit dem
im folgenden verwendeten Begriff "flächige Bahn" zu sehen ist,
und die Begriffe deshalb frei durcheinander ersetzbar sind.
Der besondere Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß
bei dem Verfahren des Abtastpunkt es in einer flächigen Bahn -
über die Kante hinweg eine Vielzahl von Abstandswerten
aufgenommen werden, die die Kante auch neben dem eigentlich zu
vermessenden Punkt der Kante vermessen,- so daß Unregelmäßig
keiten im eigentlich zu messenden Punkt der Kante gut
ausgeglichen werden können.
Die flächige Bahn weist hierbei vorzugsweise eine gekrümmte
Form auf, die geschlossene, sich periodisch wiederholende
Muster zeigt. Eine Möglichkeit um die besagte gekrümmte Bahn zu
erzeugen besteht beispielsweise darin, einen in der deutschen
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 196 34 785.8
beschriebenen Ringtaster, auf den hiermit voll Bezug genommen
wird, zu verwenden, dessen Abtastpunkt durch den Taster selbst
kreisringförmig bewegt werden kann. Die Kontur eines
vollständigen kreisförmigen Umlaufes des Abtastpunktes soll im
folgenden mit Tastkreis bezeichnet werden. Die Abtastung kann
hierbei derart erfolgen, daß der Taster an einer Stelle
angeordnet wird und der Abtastpunkt einen vollständigen Umlauf
auf seinem Tastkreis macht und hierbei die gemessenen
Abstandswerte speichert. Nach einem vollständigen Umlauf wird
der Taster dann um einen konstanten Versatz senkrecht auf die
Kante zubewegt um hier wieder einen Umlauf zu machen usw. . Die
Bahn weist dann eine Vielzahl von nacheinander senkrecht auf
die Kante zu versetzten Kreisen auf. Natürlich kann der
Ringtaster auch mit einer konstanten Geschwindigkeit auf die
Kante zubewegt werden, so daß sich durch die Überlagerung der
kreisförmigen Bewegung des Abtastpunktes im Taster und
andererseits der translatorischen Bewegung des Tasters eine
Zykloide ergibt.
Selbstverständlich muß die flächige Bahn nicht so ausgestaltet
sein, wie dies eben beschrieben wurde. Beispielsweise wäre auch
eine Bahn denkbar, bei der der Abtastpunkt in anderen
geometrischen Figuren wie beispielsweise Dreiecken oder
Vierecken über die Kante verfahren wird. Auch zur Erzeugung der
flächigen Bahn kommen unterschiedliche Taster in Betracht.
Beispielsweise sind natürlich auch Taster möglich, bei denen
der zur Abtastung notwendige Abtaststrahl über einen Spiegel in
der entsprechenden gewünschten geometrischen Form über die
Oberfläche bewegt wird oder ein einfacher Triangulationstaster,
wie er aus der DE 41 09 483 A1 bekannt ist, wobei hierbei die
flächige Bahn durch entsprechende Steuerung der Mimik des
Koordinatenmeßgerätes erzeugt wird.
Auch zur Ermittlung des zu messenden Punktes der Kante über
Interpolation aus den gespeicherten Abständen gibt es
unterschiedliche Möglichkeiten. So besteht eine Möglichkeit
darin, aus den gespeicherten Abstandswerten unterschiedliche
Positionen für die Kante zu ermitteln und über Mittelung der
vielen Kantenpositionen einen Punkt der Kante zu bestimmen. Die
Interpolation erfolgt hier durch die besagte Mittelung. Zur
Bestimmung der Kantenpositionen kann hierbei derart vorgegangen
werden, daß aus jeder sprunghaften Änderung der Abstandswerte
auf das Überstreichen der Kante geschlossen wird. Hierdurch
kann ein Zeitsignal abgeleitet werden, das festlegt, zu welchem
Zeitpunkt die entsprechenden Maschinenpositionen, wie
beispielsweise Position des Tasters in den drei aufeinander
senkrecht stehenden Meßrichtungen (X, Y, Z), Winkel der Dreh-Schwenkeinheit (α, β) etc. übernommen werden sollen. Aus den
Maschinenpositionen können dann die entsprechenden Kanten
positionen ermittelt werden, über die dann gemittelt wird. Dies
kann entweder in Echtzeit passieren oder aber im nachhinein,
wobei die entsprechenden Maschinenpositionen dann über einen
längeren Zeitraum in einem geeigneten Speicher gespeichert
werden müssen.
Bei einer weiteren Möglichkeit zur Bestimmung des Punktes der
Kante über Interpolation, bei der die Meßgeschwindigkeit
gegenüber dem vorhergehend beschriebenen Verfahren stark erhöht
werden kann, wird, wie weiter unten noch beschrieben wird, aus
dem Verlauf der Abstandswerte über Interpolation ein einziges
Zeitsignal abgeleitet, das einen Zeitpunkt festlegt, zu dem der
Taster gegenüber der Kante eine festdefinierte Stellung
einnimmt. Das Zeitsignal legt ebenfalls fest, zu welchem
Zeitpunkt Maschinenpositionen zur Bestimmung des Punktes der
Kante übernommen werden sollen. Bei einem Ringtaster
beispielsweise kann die festdefinierte Stellung so aussehen,
daß sich der Mittelpunkt des Tastkreises genau oberhalb der zu
vermessenden Kante befindet. Die Verkürzung der Meßzeit ergibt
sich dadurch, daß nur noch einmal pro Messung eines Punktes der
Kante die Maschinenpositionen bestimmt werden müssen. Aus den
betreffenden Maschinenpositionen und der bekannten Stellung des
Tasters gegenüber der Kante kann dann einfach der Punkt der
Kante bestimmt werden.
Die Meßgeschwindigkeit des eben beschriebenen Verfahrens kann
weiter erhöht werden, indem das Zeitsignal bereits im Taster
bestimmt wird. Der besondere Vorteil ergibt sich dadurch, daß
sowohl die Schnittstelle zwischen dem Taster und einem
Zentralrechner des Koordinatenmeßgerätes, sowie auch der
Zentralrechner selber nicht mehr mit der Vielzahl an gemessenen
Abstandswerte belastet werden, sondern statt dessen neben
einigen wenigen anderen Signalen nur das Zeitsignal übermittelt
wird.
In einer besonders Vorteilhaften Ausführungsform mit besonders
hohen Meßgeschwindigkeiten wird das Koordinatenmeßgerät in
einem festgelegten Zeittakt betrieben. Das Zeitsignal kann dann
hierbei ein sogenanntes Taktabstandssignal umfassen, das
angibt, wieviele Takte vorher der Taster die festdefinierte
Stellung gegenüber der Kante eingenommen hat, und ein
Triggersignal, das den Zeitpunkt festlegt, zu dem die Stellung
um die Anzahl der Takte gemäß dem Taktabstandssignal
zurückliegt. Durch ein derartiges Zeitsignal können im
Zentralrechner sehr einfach die besagten Maschinenpositionen
bestimmt werden, so daß auf zeitaufwendige Rechenoperationen
verzichtet werden kann.
Das besagte Zeitsignal kann hierbei auf unterschiedlichste Art
und Weise bestimmt werden. In einem besonders vorteilhaften
Ausführungsbeispiel werden aus sprunghaften Änderungen der
Abstandswerte Kantenübergänge detektiert, wobei aus den
Kantenübergängen dann eine Vielzahl von zeitlich abhängigen
Winkel ermittelt werden, die in Abhängigkeit von der Zeit
angeben, welchen Winkel die gedachte Verbindung der Kanten
übergänge mit einem festgelegten Referenzpunkt zu einer anderen
Geraden einnimmt. Bei dem besagten Ringtaster kann dies
beispielsweise der Winkel sein, der sich zwischen den
detektierten Kantenübergängen eines Umlaufes und dem
Mittelpunkt des Tastkreises ergibt. Selbstverständlich läßt
sich dieses Prinzip auf sämtliche anderen Bahnen übertragen.
Z.B. könnte bei einer Bahn die Dreiecke enthält als Winkel der
Winkel zwischen den detektierten Kantenpositionen eines
Umlaufes und dem Schwerpunkt des Dreieckes sein.
Aus den betreffenden zeitlich abhängigen Winkeln wird dann
nachträglich zur Bestimmung des Punktes der Kante über
Interpolation das besagte Zeitsignal abgeleitet, indem
derjenige Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem der zeitlich
abhängige Winkel einen festdefinierten Wert einnimmt. Bei dem
oben genannten Beispiel mit dem Ringtaster beträgt der Winkel
180° wenn sich der Mittelpunkt des Tastkreises über der Kante
befindet.
Das besagte Zeitsignal kann insbesondere dann sehr genau
bestimmt werden, wenn es aus dem Verlauf einer an die Winkel
approximierten Funktion bestimmt wird, wobei durch die
Approximation dann die Interpolation durchgeführt wird.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Figuren. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Koordinatenmeßgerät, mit dem
das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden
kann;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Tasters gemäß
Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild wichtiger elektronischer
Komponenten des Koordinatenmeßgerätes gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine Bahnbewegung des Abtastpunktes vom Taster gemäß
Fig. 1 und 2;
Fig. 5 Darstellung der ermittelten Winkel mit einem Taster
gemäß Fig. 1 und 2 beim Verfahren über eine Kante;
Fig. 6 eine Auswertung der Signale gemäß Fig. 5;
Fig. 7 eine Darstellung des Zeitsignals;
Fig. 8 ein Fourrierprofil der Abstandsmeßwerte des Tasters
gemäß Fig. 1 und 2 vor der Überfahrt über die
Kante;
Fig. 9 und 10 eine Einpassung zur Erkennung des vermessenen
Kantentyps.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Koordinatenmeßgerät (10)
zur Vermessung der Kanten (13) eines Werkstückes (5). Das
Koordinatenmeßgerät umfaßt einen optischen Taster (4) der an
unterschiedlichen Abtastpunkten (15) den Abstand (a) zwischen
dem Taster (4) und der Werkstückoberfläche des Werkstückes (5)
ermittelt. Zur Verstellung des Abtastpunktes (15) ist der
Taster (4) über eine aus dem Stand der Technik bereits
hinreichend bekannte Dreh-Schwenkeinheit (14) mit einem Meßarm
(3) verbunden, wobei der optische Taster (4) gemäß dem Pfeil
(β) um die Längsachse des Meßarms (3) rotiert werden kann sowie
zusätzlich gemäß dem Pfeil (α) um eine zur Längsachse des
Meßarmes (3) senkrecht stehende Querachse. Der Meßarm (3) ist
über einen Schlitten (2) derart mit einem Ständer (1)
verbunden, daß der Meßarm (3) gegenüber dem Ständer (1) sowohl
in X-Richtung (X) wie auch in Z-Richtung (Z) bewegt werden
kann. Der Ständer (1) seinerseits kann über eine Führung (45)
in Y-Richtung (Y) bewegt werden. Um das zu vermessende
Werkstück (5) vermessen zu können sind in dem besagten
Koordinatenmeßgerät (10) für alle drei Meßrichtungen
(X, Y, Z) Meßwerterfassungen (51) vorgesehen, über die sich die
aktuelle Maschinenposition (X, Y, Z) des Tasters (4) in allen
drei Meßrichtungen (X, Y, Z) ermitteln läßt. Dazu sind
üblicherweise hier nicht näher gezeigte, aus dem Stand der
Technik bereits hinreichend bekannte Glasmaßstäbe vorgesehen,
die von entsprechenden Sensoren abgetastet werden. In ähnlicher
Weise weist auch die Dreh-Schwenkeinheit (14)
Meßwerterfassungen (51) auf, die einen Glasstab abtasten um
hierdurch die Maschinenposition (α, β) des Tasters (4) in Bezug
auf den Winkel (β), wie auch den Winkel (α) aufzunehmen. Die
entsprechenden Maschinenpositionen (X, Y, Z, α, β) werden über
eine entsprechende Schnittstelle zur Weiterverarbeitung an den
Steuerschrank (7) übermittelt, in dem sich unter anderem auch
ein Zentralrechner des Koordinatenmeßgerätes (10) befindet.
Der optische Taster (4) seinerseits ist in Form eines
sogenannten Ringtasters ausgestaltet, so daß der Tastpunkt (15)
durch den Taster (4) kreisringförmig auf einem Tastkreis (36)
bewegt werden kann. Ein derartiger Taster (4) ist in Fig. 2
dargestellt. Der Taster (4) umfaßt hierbei einen Diodenlaser
(17) der einen Lichtstrahl (18) aussendet. Der Strahl (18) des
Diodenlasers (17) wird durch eine schräg zum Strahl (18)
stehende gläserne Ablenkplatte (19) versetzt und über eine
Frontlinse (20) auf dem zu vermessenden Werkstück (5)
abgebildet. Die vom Werkstück (5) reflektierten Strahlen (21)
laufen durch die Frontlinse (20) wieder zurück und werden nach
erneuter Versetzung über die Ablenkplatte (19) über eine
Empfangslinse (22) auf einem Empfänger (23) abgebildet. Zur
Ermittlung des Abstandes (a) zwischen der Werkstückoberfläche
des Werkstückes (5) und dem Taster (4) wird hierbei vom
Empfänger (23) der Durchmesser des abgebildeten Kreises
gemessen, wobei der Durchmesser des abgebildeten Kreises in
Abhängigkeit von der Größe des Abstandes (a) zwischen der
Werkstückoberfläche des Werkstückes (5) und dem Taster (4)
variiert. Um den Durchmesser des Kreises messen zu können ist
der Empfänger (23) vorzugsweise als sogenannte Photolateral
diode, auch PSD-Sensor genannt, ausgestaltet, die in
Abhängigkeit vom Auftreffpunkt des abgebildeten Kreises ihre
Spannung ändert. Der Empfänger (23) kann aber auch als
segmentiertes CCD-Array ausgestaltet sein, das in Abhängigkeit
von jeweils unterschiedlich beleuchteten Segmenten
unterschiedliche Signale gibt. Ist der Durchmesser des
abgebildeten Kreises relativ groß, und somit der Abstand (a)
von der Werkstückoberfläche groß, so läßt sich von dem
betreffenden Empfänger (23) eine große Spannung abgreifen. Ist
der Durchmesser des abgebildeten Kreises klein und somit der
Abstand (a) zur Oberfläche des Werkstückes (5) gering, so läßt
sich nur eine geringe Spannung abgreifen.
Um den Antastpunkt (15) nun kreisringförmig auf dem Tastkreis
(36) rotieren zu lassen, ist im Taster (4) zusätzlich ein Motor
(16) vorgesehen, der das Gehäuse (24) mit der daran befestigten
Ablenkplatte (19) und der Frontlinse (20) rotieren läßt, so daß
die Strahlen (18, 21) bedingt durch die Drehung der
Ablenkplatte (19) so abgelenkt werden, daß sie sich auf einer
kreisförmigen Bahn, dem Tastkreis (36) bewegen. Das Gehäuse
(24) ist hierzu über die Kugellager (43) drehbar an dem
restlichen Taster (4) gelagert. Der tatsächliche Durchmesser
des Tastkreises (36) beträgt hierbei üblicherweise etwa 1 mm. An
den Empfänger (23) angeschlossen ist weiterhin ein Teil einer
Auswerteeinheit (25a), die der Ermittlung des Punktes (P) der
Kante dient.
Zur detaillierteren Beschreibung der elektronischen Komponenten
des Koordinatenmeßgerätes (10) sind in Fig. 3 in einem Block
schaltbild in rein schematischer Form die für die erfindungs
gemäße Messung des Punktes (P) der Kante (13) notwendigen
elektronischen Komponenten gezeigt. Ein wesentlicher Bestand
teil der elektronischen Komponenten bildet die hier zweiteilig
ausgeführte Verarbeitungseinheit (25a, 25b). Von der
Verarbeitungseinheit (25a, b) werden die vom Taster (4)
gemessenen Abstandswerte (a) aufgenommen und der besagte Punkt
(P) der Kante (13) bestimmt. Ein Teil der Verarbeitungseinheit
(25a) befindet sich hierbei im Taster (4), ein zweiter Teil im
Steuerschrank (7) des Koordinatenmeßgerätes (10). Die beiden
Teile der Verarbeitungseinheit (25a, 25b) sind über eine
Schnittstelle (26) miteinander verbunden. Die Zweiteilung der
Verarbeitungseinheit (25a, b) hat den besonderen Vorteil, daß
Berechnungen, die zur Bestimmung des Punktes (P) der Kante (13)
notwendig sind bereits im Taster (4) durchgeführt werden, so
daß der zweite Teil der Verarbeitungseinheit (25b), der
üblicherweise in Form eines Zentralrechners im Steuerschrank
(7) untergebracht ist, weitgehend von derartigen Aufgaben
entlastet ist.
Darüberhinaus ist im Steuerschrank (7) zusätzlich eine
Steuerung (27) vorgesehen, die mit den Antrieben (28) des
Koordinatenmeßgerätes (10) zur Veränderung der
Maschinenpositionen (X, Y, Z, α, β), der Recheneinheit (29) in
der Verarbeitungseinheit (25b) sowie über die Schnittstelle
(26) mit dem Taster (4) verbunden ist. Die Steuerung (27) ist
für die gesamte Koordination der Bewegung des Abtastpunktes
(15) verantwortlich und veranlaßt, daß der Abtastpunkt (15) in
einer durch die Steuerung (27) vorgebbaren flächigen Bahn über
die Kante (13) des Werkstückes (5) hinwegbewegt wird. Dazu gibt
die Steuerung (27) an die Antriebe (28) entsprechende Signale,
durch die der Taster (4) senkrecht auf die zu vermessende Kante
(13) zubewegt wird sowie ein entsprechendes Signal an den Motor
(16) des Tasters (4), durch den die oben beschriebene Drehung
des Abtastpunktes (15) auf dem Tastkreis (36) festgelegt wird.
Die Steuerung des Abtastpunktes (15) ist hierbei vorzugsweise
derart ausgestaltet, daß der Abtastpunkt (15) einmal auf einem
Tastkreis (36) umläuft, bevor der Taster (4) weiter auf die
Kante (13) zubewegt wird, so daß die hierdurch entstehende
flächige Bahn dann eine Vielzahl an Kreisen (36a, 36b,
36c. . .36n) umfaßt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die
Steuerung (27) kann die Antriebe (28) allerdings auch so
ansteuern, daß der Taster (4) kontinuierlich durch die Antriebe
(28) auf die Kante (13) des zu vermessenden Werkstückes (5)
zubewegt wird, so daß dann durch die Überlagerung der
Kreisbewegung und der geradlinigen Bewegung eine Zykloide
entsteht.
Zur Ermittlung des Punktes (P) der Kante in der Verarbeitungs
einheit (25a, 25b) werden während des Verfahrens des Abtast
punktes (15) über die Kante (13) die vom Empfänger (23) des
Tasters (4) gemessenen Abstandswerte (a) in einem in der
Verarbeitungseinheit (25a) vorgesehenen Speicher (48)
abgespeichert. Die Speicherung erfolgt hierbei derart, daß die
Abstandswerte in einer festen Beziehung sowohl zum Drehwinkel
des momentan durch den Motor (16) eingestellten Abtastpunktes
(15) gegenüber einer Referenzstellung als auch in einer festen
Beziehung zum aktuellen Zeitpunkt abgespeichert werden.
Direkt anschließend an den Speicher (48) ist eine
Zeitbestimmungseinheit (30) vorgesehen, die nachträglich aus
den gespeicherten Abstandswerten (a) ein Zeitsignal (t180)
ableitet, zu dem der Taster (4) gegenüber der Kante (13) eine
festdefinierte Stellung einnimmt. Als festdefinierte Stellung
wird hierbei willkürlich derjenige Zeitpunkt (t180) gewählt,
bei dem der Mittelpunkt (m) des Tastkreises (36) sich über der
zu vermessenden Kante (13) befindet. Dazu ist in der
Zeitbestimmungseinheit (30) eine Winkelberechnungseinheit (29)
vorgesehen, die aus den gemessenen Abstandswerten (a) eine
Vielzahl zeitlich abhängiger Winkel (τ) ermittelt, nämlich für
jeden Umlauf des Tastpunktes (15) auf seinem Tastkreis (36a,
36b. . .36n) einen hier als Kantenwinkel (τ) bezeichneten Winkel.
Zum besseren Verständnis sei vorab auf Fig. 5 verwiesen. In
Fig. 5a, b, c werden hierbei in zeitlicher Abfolge einige
der aus Fig. 4 gezeigten Umläufe des Tastkreises (36a, d, n)
gezeigt. Die Bewegungsrichtung wurde bei dem hier gezeigten
Beispiel der Einfachheit halber so gewählt, daß die Oberfläche
des zu vermessenden Werkstückes (5) parallel zur Y-Z-Ebene
ausgerichtet ist und daß die Kante (13) so gewählt ist, daß
sich der Taster (4) zum Abtasten der Kante (13) in X-Richtung
bewegt. Während sich der Tastkreis (36a) gemäß Fig. 5a zum
Zeitpunkt (ta) noch vollständig auf der Oberfläche des zu
vermessenden Werkstückes (5) befindet, ist der Tastkreis (36c)
zum Zeitpunkt (td) bereits schon teilweise jenseits der Kante
(13) des Werkstückes (5). Der Tastkreis (36n) ist zum Zeitpunkt
(tn) ist bereits hinter der Kante (13).
Als Kantenwinkel (τ) soll nun hier derjenige Winkel verstanden
werden, der sich aus der Verbindung der Kantenübergänge (38,
39, 49a, b) mit dem Mittelpunkt (m) des Tastkreises des
jeweiligen Tastkreises (36a, d, n) zum betreffenden Zeitpunkt
(ta, td, tn) ergibt. Für Fig. 5a beträgt der Kantenwinkel (τ)
0°. Für Fig. 5b beträgt er etwa 170°. Für Fig. 5c beträgt er
360°.
Die Ermittlung des Kantenwinkels (τ) kann in der Winkel
berechnungseinheit (29) leicht vorgenommen werden, indem aus
den im Speicher (48) gespeicherten Abstandswerten (a) für jeden
Umlauf jeweils eines Tastkreises (36a, 36b,. . .36n)
diejenigen Abstandswerte herausgesucht werden, bei denen sich
der Abstandswert sprunghaft ändert. Für diese Werte wird
angenommen, daß sich hier die Kantenübergänge (38, 39, 49a, b)
befinden. Wie bereits oben erläutert, sind die Abstandswerte
(a) in einer festen Beziehung sowohl zum Drehwinkel des
momentan durch den Motor (16) eingestellten Abtastpunktes (15)
gegenüber einer Referenzstellung als auch in einer festen
Beziehung zum aktuellen Zeitpunkt (ta, tc, tn) abgespeichert.
Aus den entsprechenden Drehwinkeln wird in der Winkel
berechnungseinheit (29) dann der zwischen den ermittelten
Kantenübergängen (38, 39, 49a, b) liegende Kantenwinkel (τ) in
Abhängigkeit vom jeweiligen Zeitpunkt (ta, tc, tn) berechnet.
Zur Ermittlung des Zeitsignals (t180), bei dem sich der
Mittelpunkt (m) des Tastkreises (36a, b, c. . .n) genau über der
Kante (13) befindet, muß nun aus den zeitlich abhängigen
Kantenwinkeln (τ) derjenige Zeitpunkt (t180) bestimmt werden,
zu dem der Kantenwinkel (τ) genau 180° beträgt. Dazu wird in
der Zeitbestimmungseinheit (30) in einem ersten Schritt an die
zeitlich abhängigen Kantenwinkel (τ) eine Funktion (F)
approximiert, wie dies Fig. 6 darstellt. Es sind hierzu die
unterschiedlichsten Approximationen, wie beispielsweise eine
lineare oder parabolische Approximation, eine Approximation
über ein Polynom n-ten Grades, eine trigonometrische
Approximation etc. denkbar. Daraufhin wird aus dem Verlauf der
an die Winkel (τ) approximierten Funktion (F) das Zeitsignal
(t180) bestimmt, indem derjenige Zeitpunkt (t180) der Funktion
(F) bestimmt wird, dessen Wert genau 180° beträgt.
Das so im Taster (4) bestimmte Zeitsignal (t180) wird über die
Schnittstelle (26) an die Recheneinheit (29) im zweiten Teil
der Verarbeitungseinheit (25b) übermittelt. Die Recheneinheit
(29) ihrerseits liest auf Basis des Zeitsignals (t180) aus
einem Speicher (32) die entsprechenden Maschinenpositionen (X,
Y, Z, α, β) aus und ermittelt hieraus unter Kenntnis der
Stellung des Tasters (4) gegenüber der Kante (13) den besagten
Punkt (P) der Kante (13). Der Speicher (32) muß dazu so
ausgestaltet sein, daß er in einer festen zeitlichen Beziehung
die Maschinenpositionen (X, Y, Z, α, β), die durch die
Meßwerterfassungen (51) geliefert werden, speichert. Dazu kann
er als Ringpuffer ausgestaltet sein, der in einem durch die
Takteinheit (31) vorgegebenen Takt (T) die Maschinenpositionen
(X, Y, Z, α, β) speichert.
Um das Ergebnis der Tasterstellung möglichst schnell ermitteln
zu können, wird das Koordinatenmeßgerät und der Taster (4)
durch eine Taktungseinheit (31) in einem festgelegten Takt (T)
betrieben. Das von der Zeitbestimmungseinheit (30) generierte
Zeitsignal (t180) umfaßt hierbei ein Taktabstandssignal (tab),
das angibt, wieviele Takte vorher der Taster (4) die besagte
Stellung gegenüber der Kante (13) eingenommen hat und ein
Triggersignal (ttr), das den Zeitpunkt festlegt, zu dem die
besagte Stellung des Tasters (4) gegenüber der Kante (13) um
die Anzahl der Take gemäß dem Taktabstandssignal (tab)
zurückliegt. Diese beiden Signale werden über die Schnittstelle
(26) an die Verarbeitungseinheit (25b) übermittelt.
In der Verarbeitungseinheit (25b) werden, wie bereits oben
erwähnt, in den Speicher (32) laufend die Maschinenpositionen
(X, Y, Z, α, β) im Systemtakt abgespeichert, wie dies
beispielhaft Fig. 7 für die X-Werte (X1, X2, X3. . .X8) gezeigt
ist. Zur Ermittlung der durch das Zeitsignal (t180)
festgelegten Maschinenposition (X5) empfängt die Recheneinheit
(29) das Taktabstandssignal (tab) über die
Schnittstellenleitung (26) sowie das darauffolgende
Triggersignal (ttr). Nachdem das Triggersignal (ttr) bei der
Recheneinheit (29) eingetroffen ist, liest die Recheneinheit
(29) zur Bestimmung der Maschinenposition in X-Richtung aus dem
Speicher (32) diejenige Maschinenposition (X5) aus, die vom
Zeitpunkt des Eintreffens des Triggersignals (ttr) aus
gerechnet um die Anzahl der Takte gemäß dem Taktabstandsignals
(tab) zurückliegt. Diese Maschinenposition (X5) repräsentiert
dann die Maschinenposition in X-Richtung zu demjenigen
Zeitpunkt, zu dem sich der Mittelpunkt (m) des Tastkreises über
der Kante (13) befindet. Die restlichen Maschinenpositionen (Y,
Z, α, β) werden analog ausgelesen.
Selbstverständlich kann das beschriebene Taktsignal (t180)
variieren. So könnte beispielsweise das Triggersignal (ttr)
zuerst geschickt werden und dann erst das Taktabstandssignal
(tab). Darüberhinaus kann das Taktabstandssignal entweder
konstant sein oder aber auch variieren. Selbstverständlich kann
das Taktabstandssignal auch als Digitaler Zeitwert übermittelt
werden, wobei dann zu Ermittlung der Maschinenpositionen in der
Verarbeitungseinheit (25b) ein wesentlich höherer Rechenaufwand
notwendig würde.
Aus den wie eben beschrieben ausgelesenen Maschinenpositionen
(X, Y, Z, α, β) kann bislang nur die genaue Position des
Punktes (P) der Kante (13) in der Ebene der Oberfläche des
Werkstückes (5) ermittelt werden. Soll zusätzlich auch noch die
genaue räumliche Position des Punktes (P) der Kante ermittelt
werden, so benötigt die Verarbeitungseinheit (25b) zusätzlich
als Maschinenposition den aktuellen Abstandswert von der
Oberfläche des Werkstückes (5). Dazu könnten prinzipiell alle
Abstandswerte (a) des Tasters (4) vom Taster (4) an die
Recheneinheit (29) übermittelt und hier ähnlich wie die anderen
Maschinenpositionen (X, Y, Z, α, β) zur Bestimmung des Punktes
(P) der Kante (13) weiterverarbeitet werden.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn nur ein einziges Mal
ein Abstandswert ermittelt wird, der von der Verarbeitungs
einheit (25a) über die Schnittstelle (26) an die Verarbeitungs
einheit (25b) übermittelt wird und dort bis zur Ermittlung des
Punktes (P) der Kante (13) gespeichert wird. Eine derartige
einmalige Ermittlung des Abstandswertes ist nur deshalb
möglich, da der Abtaststrahl (18), wie weiter unten noch
genauer ausgeführt, vor der Messung senkrecht auf die
Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes (5) ausgerichtet
wird, so daß bei einer in etwa ebenen Oberfläche des
Werkstückes (5) nahezu konstante Abstandswerte (a) gemessen
werden können. Um zusätzlich Fehler bei der einmaligen
Bestimmung des Abstandswertes zur vermeiden weist die
Verarbeitungseinheit (25a) zusätzlich eine Mittelungseinheit
(33) auf, die über eine definierte Anzahl an Abstandswerten
(a), nämlich jeweils einen kompletten Umlauf eines Tastkreises
(36), mittelt, um hierdurch Mittelwerte (amit) in Form von
gemittelten Abstandswerten des Tasters (4) zur Oberfläche des
Werkstückes (5) zu erhalten. Die Mittelungseinheit (33) ist
dazu so ausgestaltet, daß sie diesen Abstandswert (amit) zu
einem Zeitpunkt ermittelt, zu dem sich noch alle Abtastpunkte
(a) auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes (5)
befinden. Der betreffende Abstandswert (amit) wird ebenfalls
über die Schnittstelle (26) an die Verarbeitungseinheit (25b)
übermittelt, und hier in der Recheneinheit (29) bis zur
Berechnung des exakten Punktes (P) der Kante (13)
zwischengespeichert.
Wie bereits oben erläutert, ist es bei der erfindungsgemäßen
Kantenmessung notwendig, daß der Abtaststrahl (18) des Tasters
(4) weitestgehend senkrecht auf der Oberfläche des zu
vermessenden Werkstückes (5) auftrifft und somit die Abstände
(a) eines Umlaufes des Tastkreises (36) weitgehend konstant
sind, solange sich der Tastkreis (36) auf der Oberfläche des zu
vermessenden Werkstückes (5) befindet. Dazu wird der Taster (4)
üblicherweise vor der eigentlichen Messung des Punktes (P) der
Kante (13) entsprechend eingerichtet, indem beispielsweise
willkürlich einige Abstandswerte (a) aufgenommen werden und der
Taster (4) über die Dreh-Schwenkeinheit (14) so auf die
Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes (5) ausgerichtet
wird, daß die Abstandswerte (a) für einen Umlauf eines
Tastkreises (36) in etwa gleich sind. Allerdings kann es nun
sein, daß die Oberfläche Unebenheiten aufweist oder gewölbt
ist, so daß eine seriöse Messung des Punktes (P) der Kante (13)
nicht möglich ist. Deshalb kann zusätzlich in der
Verarbeitungseinheit (25a) ein Analysator (35) vorgesehen sein,
der unmittelbar mit dem Speicher (48) verbunden ist und Teile
der gespeicherten Abstandswerte (a) fourrieranalysiert, um
hierdurch Informationen über die Zuverlässigkeit der
Kantenmessung zu erhalten.
Als Abstandswerte (a), die hierbei vom Analysator (35)
analysiert werden, kommen nur diejenigen in Betracht, die
aufgenommen wurden, während sich der Tastkreis (36) noch
vollständig auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes
(5) befand.
In Fig. 8 wird rein schematisch und beispielhaft ein durch den
Analysator (35) berechnetes Fourierprofil gezeigt, mit dem sich
die besagten Ungenauigkeiten leicht erfassen lassen. So gibt
beispielsweise der mit f0 bezeichnete Fourierkoeffizient die
Drehfrequenz des Tastpunktes wieder. Anhand der Größe des
Koeffizienten f0 läßt sich deshalb genau ermitteln, ob und wie
stark der Taster (4) gegenüber der Oberfläche des Werkstückes
(5) geneigt ist. Der Koeffizient fTast hingegen gibt die
Frequenz wieder, mit der die Abstandswerte (a) aufgenommen
werden. Alle zwischen f0 und fTast liegenden Koeffizienten, mit
Ausnahme von Oberschwingungen von f0, geben eine Aussage über
die Güte der gemessenen Oberfläche. Je größer diese
Koeffizienten sind, desto strukturierter ist die Oberfläche der
zu vermessenden Werkstückes. Die Koeffizienten unterhalb von f0
geben hingegen Aufschluß über großflächigere Fehler wie
beispielsweise Wölbungen.
Es kann ferner vorkommen, daß neben den üblicherweise
rechtwinklig ausgebildeten Kanten auch andere Kanten vermessen
werden sollen. Beispielsweise kommen Kanten mit
unterschiedlichen Radien, Kanten mit einer Anfasung, gestufte
Kanten etc. in Betracht. Es ist deshalb in solchen Fällen
wünschenswert den Typus der Kante (13) zu bestimmen, um
beispielsweise Korrekturen am ermittelten Punkt (P) der Kante
(13) vorzunehmen. Dazu kann in der Verarbeitungseinheit (25a)
weiterhin auch eine Kantentypisierungseinheit (34) vorgesehen
sein, die die betreffende Form der Kante (13) zur Korrektur des
Punktes (P) der Kante (13) ermittelt. Dazu kann die
Kantentypisierungseinheit (34) mit der Mittelungseinheit (33)
verbunden sein, wobei die Mittelungseinheit (33) der
Kantentypisierungseinheit (34) kontinuierlich über jeweils
einen Tastkreisumlauf gebildete Mittelwerte (amit) sendet. Die
Kantentypisierungseinheit (34) kann den Typus der Kante (13)
hierbei auf zwei Verschiedene Arten ermitteln.
Eine erste Möglichkeit besteht darin, daß in der Kantentypi
sierungseinheit (34) der Verlauf der Mittelwerte (amit) mit
bereits vorliegenden Referenzwertreihen (R) vergleicht und
aufgrund der Ähnlichkeit des Verlaufes der Mittelwerte (amit)
zu einer der Referenzwertreihen (R) qualitativ die
Beschaffenheit der Kante (13) ermittelt. Hierzu werden die
Mittelwerte (amit) einfach in eine Vielzahl von bereits
abgespeicherten Referenzwertreihen (R), wie im Zusammenhang mit
Fig. 9 gezeigt, eingepaßt. Hierzu werden in einem ersten
Schritt die Referenzwertreihe (R) und die Mittelwerte (amit) in
Richtung der Abszisse (t) derart übereinandergeschoben, bis die
Summe der Abstände der Mittelwerte (amit) und der Punkte der
Referenzwertreihe (R) minimal werden. In einem weiteren Schritt
wird die Kurve der Mittelwerte (m) in Richtung der Ordinate
solange gestreckt, bis sich hier ebenfalls minimale Abstände
zwischen den Mittelwerten (amit) und den Punkten der
Referenzwertreihe (R) ergeben. Die Summe der Abstände im
Bereich des Kantenbereiches (K) werden dann als Maß für die
Übereinstimmung mit der betreffenden Referenzwertreihe (R)
gewertet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Mittelwerte (amit)
und die Referenzwertreihe (R) vor der Einpassung zeitlich
abgeglichen werden müssen, so daß der zeitliche Abstand
zwischen zwei Punkten der Referenzwertreihe (R) genau mit dem
zeitlichen Abstand zwischen zwei Punkten der Mittelwerte (amit)
übereinstimmt.
Die Kantentypisierungseinheit (34) kann in einer zweiten
Ausführung gleichfalls derart ausgebildet sein, daß aus einer
definierten Anzahl von Mittelwerten (amit) ein Fourierprofil
errechnet wird und daß das errechnete Fourierprofil mit einer
Vielzahl von bereits vorher gespeicherten Referenzprofilen
verglichen wird und aufgrund der Ähnlichkeit des errechneten
Fourierprofils mit einem der Referenzprofile die Beschaffenheit
der Kante (13) ermittelt wird.
Zur Ermittelung des Fourrierprofils wird hierbei so
vorgegangen, wie dies im folgenden im Zusammenhang mit Fig. 10
erläutert wird. So wird hierbei aus dem Verlauf der Mittelwerte
(amit) in einem ersten Schritt über die Steigung der
Mittelwerte (amit) der Kantenbereich (K) ermittelt. In einem
weiteren Schritt werden die Mittelwerte (amit) im Bereich des
Kantenbereich (K) auf die gestrichelte Kurve gespiegelt, so daß
sich hierdurch eine achsensymmetrische Kurve (Z) ergibt. Da der
Anfangspunkt (Q1) der Kurve (Z) und der Endpunkt (Q2) der Kurve
(Z) achsensymmetrisch sind, kann über diese Kurve (Z) dann ein
Fourrierprofil berechnet werden. Das Fourrierprofil kann dann
in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben, in eine Vielzahl von
Referenzprofilen eingepaßt werden, um hierdurch die
Beschaffenheit der Kante zu ermitteln.
Die beiden beschriebenen Verfahren zur Ermittlung der
Beschaffenheit der Kante (13) können auch gleichzeitig in der
Kantenerkennungseinheit (34) angewandt werden. Beispielsweise
kann das erstbeschriebene Verfahren für Kanten mit einem Radius
von kleiner als dem Tastkreisdurchmesser (36) verwendet werden,
während das zweite Verfahren für Kanten eingesetzt werden kann,
deren Durchmesser größer als der Tastkreis (36a) ist.
Es sei nun abschließend bemerkt, daß das hier beschriebene
Verfahren keinesfalls auf die gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt ist. Selbstverständlich werden von der Erfindung
auch abgewandelte Ausführungsformen miterfaßt. So kann anstelle
des hier gezeigten Ständermeßgerätes auch ein Portalmeßgerät
verwendet werden. Auch die genaue Anordnung der elektronischen
Komponenten, wie beispielsweise der Verarbeitungseinheit
(25a, b) kann variieren und unterschiedlich ausgeführt sein.
Claims (28)
1. Verfahren zur Messung der Kanten (13) von zu vermessenden
Werkstücken (5) mit einem optischen Taster (4), der einen
Abstandswert (a) zwischen dem Taster (4) und der
Werkstückoberfläche an einem einstellbaren Abtastpunkt
(15) mißt, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- - Verfahren des Abtastpunktes (15) entlang einer Bahn (36a, 36b. . .36n) derart, über die Kante (13) des zu vermessenden Werkstückes (5) hinweg, so daß die Kante in einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Punkten geschnitten wird.
- - Aufnahme der während des Verfahrens durch den Taster gemessenen Abstandswerte und Bestimmung eines Punktes (P) der Kante (13) indem aus der Vielzahl der Abstandswerte die Schnittpunkte zwischen der Bahn und der Kante ermittelt werden und hieraus über Interpolation der besagte Punkt der Kante ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Bestimmung des
Punktes der Kante aus den Abstandswerten wenigstens ein
Zeitsignal (t180) abgeleitet wird, das festlegt, zu
welchem Zeitpunkt Maschinenpositionen (X, Y, Z, α, β) zur
Bestimmung des Punktes der Kante übernommen werden sollen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei genau ein Zeitsignal zur
Ermittelung des Punktes abgeleitet wird, das einen
Zeitpunkt festlegt, zu dem der Taster gegenüber der Kante
eine festdefinierte Stellung einnimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Zeitsignal im Taster
bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Koordinatenmeßgerät in einem festgelegten Takt (T)
betrieben wird und daß das besagte Zeitsignal wenigstens
ein Taktabstandssignal (tab) umfaßt, das angibt, wieviele
Takte vorher der Taster die besagte Stellung eingenommen
hat und ein Triggersignal (ttr) umfaßt, das den Zeitpunkt
festlegt, zu dem die Stellung um die Anzahl der Takte
gemäß dem Taktabstandssignal zurückliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Ermittlung des Zeitsignals aus den gemessenen
Abstandswerten eine Vielzahl zeitlich abhängiger Winkel
(τ) ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Zeitsignal aus dem Verlauf einer an die Winkel
approximierten Funktion (F) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bahn eine gekrümmte Form aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bahn einen Kreis (36a) oder eine Zykloide umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
über eine definierte Anzahl von Abstandswerten Mittelwerte
(amit) gebildet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verlauf der Mittelwerte mit einer Vielzahl von bereits
vorher abgespeicherten Referenzwertreihen (R) verglichen
werden und daß aufgrund der Ähnlichkeit des Verlaufes der
Mittelwerte zu einer der Referenzwertreihen die
Beschaffenheit der Kante ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
aus einer definierten Anzahl an Mittelwerten ein
Fourrierprofil errechnet wird und daß das errechnete
Fourierprofil mit einer Vielzahl von vorher
abgespeicherten Referenzprofilen verglichen wird und daß
aufgrund der Ähnlichkeit des errechneten Fourierprofils
mit einem der Referenzprofile qualitativ die
Beschaffenheit der Kante ermittelt wird kann.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Teile der gespeicherten Abstandswerte fourieranalysiert
werden, um hierdurch Informationen über die
Zuverlässigkeit der Kantenmessung zu erhalten.
14. Koordinatenmeßgerät zur Vermessung der Kanten (13) von
Werkstücken (5) umfassend
- - einen optischen Taster (4) der einen Abstandswert (a) zwischen dem Taster und der Werkstückoberfläche an einem einstellbaren Abtastpunkt (15) mißt
- - eine Steuerung (27), die den Abtastpunkt entlang einer Bahn über die Kante des Werkstückes derart hinweg verfährt, so daß die Kante in einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Punkten geschnitten wird.
- - eine mit dem optischen Taster verbundene Verarbeitungseinheit (25a, 25b) zur Aufnahme der während des Verfahrens vom Taster gemessenen Abstandswerte (a) und zur Bestimmung eines Punktes (P) der Kante indem aus der Vielzahl der Abstandswerte die Schnittpunkte zwischen der Bahn und der Kante ermittelt werden und hieraus über Interpolation der besagte Punkt der Kante ermittelt wird.
15. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Verarbeitungseinheit eine Zeitbe
stimmungseinheit (30) vorgesehen ist, die zur Bestimmung
des Punktes (P) der Kante aus den Abstandswerten
wenigstens ein Zeitsignal (t180) ableitet, das festlegt,
zu welchem Zeitpunkt Maschinenpositionen (X, Y, Z, α, β)
zur Bestimmung des Punktes der Kante übernommen werden
sollen.
16. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15, wobei in der
Zeitbestimmungseinheit genau ein Zeitsignal abgeleitet
wird, das einen Zeitpunkt festlegt, zu dem der Taster
gegenüber der Kante eine festdefinierte Stellung einnimmt.
17. Koordinatenmeßgerät nach Ansprüchen 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teil der Verarbeitungseinheit
(25a) sich im Taster befindet.
18. Koordinatenmeßgerät nach Ansprüchen 15-17, dadurch
gekennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät durch eine
Taktungseinheit (31) in einem festgelegten Takt (T)
betrieben wird und daß das von der Zeitbestimmungseinheit
vorgesehene Zeitsignal wenigstens ein Taktabstandssignal
(tab) umfaßt, das angibt, wieviele Takte vorher der Taster
die besagte Stellung eingenommen hat und ein Triggersignal
(ttr) umfaßt, das den Zeitpunkt festlegt, zu dem die
besagte Stellung um die Anzahl der Takte gemäß dem
Taktabstandssignal zurückliegt.
19. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 14-18, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Zeitsignals in der
Zeitbestimmungseinheit zusätzlich eine Winkelberechnungs
einheit (29) vorgesehen ist, die aus den gemessenen
Abstandswerten eine Vielzahl zeitlich abhängiger Winkel
(τ) ermittelt.
20. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Zeitsignal in der Zeitbestimmungseinheit
aus dem Verlauf einer an die Winkel approximierten
Funktion (F) ermittelt wird.
21. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Taster ein Ringtaster ist.
22. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 14 oder 21, dadurch
gekennzeichnet, daß der Taster über eine Dreh-Schwenkeinheit
(14) mit dem Koordinatenmeßgerät verbunden
ist.
23. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Verarbeitungseinheit eine Mittelungs
einheit (33) vorgesehen ist, die über eine definierte
Anzahl an Abstandswerten einen Mittelwert (amit)
ermittelt.
24. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 23, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Verarbeitungseinheit eine Kanten
typisierungseinheit (34) vorgesehen ist, die die
definierten Mittelwerte mit bereits vorliegenden Referenz
wertreihen (R) vergleicht und aufgrund der Ahnlichkeit des
Verlaufes der Mittelwerte zu einer der Referenzwertreihen
qualitativ die Beschaffenheit der Kante ermittelt.
25. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 23, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Kantentypisierungseinheit (34) in der
Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, die aus einer
definierten Anzahl von Mittelwerten ein Fourierprofil
errechnet und die das errechnete Fourierprofil mit einer
Vielzahl von bereits vorher gespeicherten Referenzprofilen
vergleicht und aufgrund der Ähnlichkeit des errechneten
Fourierprofils mit einem der Referenzprofile die
Beschaffenheit der Kante ermittelt.
26. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Analysator (35) Teile der
gespeicherten Abstandswerte fourieranalysiert um hierdurch
Informationen über die Zuverlässigkeit der Kantenmessung
zu erhalten.
27. Verfahren zur Messung der Kanten (13) von zu vermessenden
Werkstücken (5) mit einem optischen Taster (4), der einen
Abstandswert (a) zwischen dem Taster (4) und der
Werkstückoberfläche an einem einstellbaren Abtastpunkt
(15) mißt, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- - Verfahren des Abtastpunktes (15) entlang einer flächigen Bahn (36a, 36b . . . 36n), über die Kante (13) des zu vermessenden Werkstückes (5) hinweg
- - Aufnahme der während des Verfahrens durch den Taster gemessenen Abstandswerte und Bestimmung eines Punktes (P) der Kante (13) aus dem Verlauf der Abstandswerte.
28. Koordinatenmeßgerät zur Vermessung der Kanten (13) von
Werkstücken (5) umfassend
- - einen optischen Taster (4) der einen Abstandswert (a) zwischen dem Taster und der Werkstückoberfläche an einem einstellbaren Abtastpunkt (15) mißt
- - eine Steuerung (27), die den Abtastpunkt entlang einer flächigen Bahn über die Kante des Werkstückes hinweg verfährt
- - eine mit dem optischen Taster verbundene Verarbeitungseinheit (25a, 25b) zur Aufnahme der während des Verfahrens vom Taster gemessenen Abstandswerte (a) und zur Bestimmung eines Punktes (P) der Kante aus dem Verlauf der Abstandswerte.
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