DE19735975A1

DE19735975A1 - Verfahren zur rechnerischen Vibrationsunterdrückung bei Koordinatenmeßgeräten sowie Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19735975A1
Application number: DE1997135975
Authority: DE
Inventors: Heinz Roehr
Original assignee: Leitz Brown and Sharpe Messtechnik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: DE19735975C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnerischen Vibrationsunterdrückung bei Koordinatenmeßgeräten sowie ein Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Stand der Technik gehören Koordinatenmeßgeräte mit Tastssystemen, bei denen beim scannenden Antasten unter ge wissen Bedingungen Schwingungen auftreten. Die Schwingungs anregung ist von zahlreichen Parametern abhängig, wie bei spielsweise Scangeschwindigkeit, Scanrichtung bezüglich der Maschinenachsen, Anpreßdruck, Oberflächenbeschaffenheit, Resonanzfrequenzen von Taster, Tastkopf und Meßmaschine, Regelverhalten des Meßgerätes und weiteren Parametern.

Aufgrund der komplexen Zusammenhänge kann nicht mit Sicherheit vorhergesagt werden, ob und wann eine Anregung auftritt. Das Bild der gemessenen Kontur oder Oberfläche kann durch die Schwingungen so gestört werden, daß eine nachfolgende Auswertung nicht ohne weiteres möglich ist.

Gemäß dem Stand der Technik müssen die gemessenen Punkte daher vor der Weiterverarbeitung einer Vorverarbei tung unterworfen werden, welche die durch Schwingungen ge störten Bereiche glättet, die Kontur selbst aber möglichst unverändert läßt. Zum Beispiel darf ein Kreis durch die Glättung seinen Durchmesser nicht verändern.

Gemäß dem Stand der Technik werden für die Glättung unmittelbar die gemessenen Koordinaten (x, y, z) verwendet, und es wird zum Beispiel ein Gauß-Filter benutzt. Dieses hat den Nachteil, daß die Werkstückkontur auf diese Weise makroskopisch verändert wird, da die gewichtete Mittelung über einen gekrümmten Bereich zu einer Verkleinerung des Krümmungsradius führt.

Gemäß dem Stand der Technik sind weiterhin Filter- oder Glättungsverfahren bekannt, die dazu dienen, die stö renden Schwingungen im Meßergebnis zu eliminieren. Diese Filter- oder Glättungsverfahren sind sowohl bei scanfähigen Koordinatenmeßgeräten als auch bei Formprüfgeräten, die eine ähnliche Funktion haben, grundsätzlich bekannt. Bei diesen zum Stand der Technik gehörenden Verfahren wird je doch stets davon ausgegangen, daß eine Sollkontur bekannt ist. Auf diese Sollkontur werden die Meßwerte bezogen, und die Abweichungen können dann einer Filterung oder Mittelung unterworfen werden, ohne daß der Krümmungsradius im Ergeb nis verringert wird.

Diese zum Stand der Technik gehörenden Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Sollkontur bekannt sein muß, da sich die bekannten Verfahren ansonsten nicht anwenden lassen oder zu dem genannten Problem der Radiusverringerung führen.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, für die mit einem Koordinatenmeßgerät gemes senen Punkte ein Verfahren zur Vorverarbeitung anzugeben, das die durch Schwingungen gestörten Bereiche glättet, die Kontur aber möglichst unverändert läßt, insbesondere Krüm mungsradien von Kreisen oder Kreissegmenten nicht verän dert, und bei dem die Vorgabe einer Sollkontur nicht erfor derlich ist. Darüber hinaus soll ein Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 sowie durch die Merkmale des Anspruches 16 ge löst.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus den folgen den Schritten:

1. Durch die Meßpunkte wird für jede Koordinate eine approximierende Funktion gelegt, beispielsweise eine Spline-Funktion oder eine kubische Parabel.
2. Für jede Koordinate werden die Abstände der Meß punkte von dieser Kurve bestimmt.
3. Ausreißer werden eliminiert.
4. Die Abweichungen der Meßpunkte von der approximie renden Kurve werden einer Glättung unterworfen.
5. Aus der approximierenden Kurve und den geglätteten Abweichungen werden die neuen Meßpunkte berechnet.

Es spielt hierbei keine wesentliche Rolle, ob die Be rechnungen vom Maschinen- oder vom Auswerterechner vorge nommen werden.

Das Verfahren gilt vorzugsweise für Meßpunkte, die mit einem Scanverfahren gewonnen werden. Das Verfahren ist aber ebenso auf eine entsprechende Anzahl von Einzelmeßpunkten anwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren gilt für 3D- ebenso wie für 2D-Meßpunkte und für mechanische ebenso wie für opti sche Koordinatenmeßgeräte.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile auf:

a) Unterdrückung der angeregten Schwingungen im Meßer gebnis.
b) Die nachfolgenden Auswerteprogramme können die Meß kurven ohne Probleme weiterverarbeiten.
c) Durch die Verwendung von parametrischen approximie renden Kurven als Bezugslinien für die Bestimmung der Abweichungen wird eine Vergleichsbasis geschaf fen, die verhindert, daß die Kurven makroskopisch verändert werden, beispielsweise der Durchmesser von Kreisen.
d) Das Verfahren ist allgemein anwendbar und nicht auf Kreise oder Geraden beschränkt. Es ist nicht die Kenntnis einer Sollkurve erforderlich.
e) Über einstellbare Parameter kann das Verfahren an das Verhalten des jeweiligen Koordinatenmeßgerätes und an die Meßaufgabe angepaßt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigt die Figur Meßpunkte mit einer approximierenden Funktion.

Gemäß der Figur ist eine mittlere Kurve (1), die aus einer approximierenden Funktion gewonnen wurde, durch Meß punkte (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) gelegt.

Gemäß der Erfindung wird durch die Meßkoordinaten (x, y, z) getrennt für jede Koordinate eine parametrische ap proximierende Funktion gelegt. Dies kann für die ganze Kurve oder nur für ein gewisses Intervall geschehen, damit die Glättung mit einem gewissen Zeitversatz auch on-line durchgeführt werden kann, was den Vorteil hat, daß der Meß lauf durch die Korrektur nicht oder nur unwesentlich ver längert wird. Die berechnete approximierende Kurve (1) wird nun als Bezug für die Glättung verwendet, da die wahre Lage der Oberflächenkurve unbekannt ist. Für jede der Koordina ten (x, y, z) getrennt werden nun die Abstände der Meß punkte (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) von der approximieren den Kurve (1) bestimmt.

Das Verfahren besteht dann aus zwei Schritten:

1. In einem symmetrisch um den betrachteten Meßpunkt (4) gelegenen Intervall (I) werden die Beträge der Abweichungen der Meßpunkte (2, 3, 4, 5, 6, 7) von der mittleren Kurve aufsummiert und die Abweichung im betrachteten Punkt (4) mit der mittleren Be tragsabweichung verglichen. Übersteigt die lokale Abweichung das Betragsmittel um einen wählbaren Faktor, zum Beispiel um den Faktor 3, so wird der Meßwert als unzulässige Schwingung erkannt und auf die mittlere Kurve (1) zurückgesetzt. Dies wäre beispielsweise für die Meßwerte (5, 8) der Fall, die auf die Meßwerte (5', 8') zurückgesetzt werden.

Zur Eliminierung von Ausreißern können auch andere bekannte Verfahren verwendet werden, und es kann auch auf diesen Schritt verzichtet werden.

2. In einem symmetrisch um den gerade betrachteten Meßpunkt (4) gelegenen wählbaren Intervall (I) wer den die Abweichungen der Koordinaten von der mitt leren Kurve einer Glättung unterworfen. Dies kann ein Gauß-Filter, Dreiecksfilter oder eine andere Glättung sein.

Aus den veränderten Abweichungen und den Bezugspunkten auf der approximierenden Kurve (1) werden neue Koordinaten berechnet, die dann insgesamt die neue geglättete Kurve (x, y, z) ergeben.

Bezugszeichenliste

1

mittlere Kurve

2

,

3

,

4

,

5

,

6

,

7

,

8

,

9

,

10

Meßpunkte

5

',

8

' auf mittlere Kurve zurückgesetzte Meßpunkte
I Intervall

Claims

1. Verfahren zur rechnerischen Vibrationsunterdrückung bei Koordinatenmeßgeräten mit folgenden Schritten:

a) es wird aus Meßpunkten (2 bis 10) eine angenommene Kurve (1) berechnet,
b) es werden Abweichungen der Meßpunkte (2 bis 10) von der angenommenen Kurve (1) bestimmt,
c) die Abweichungen der Meßpunkte (2 bis 10) von der angenommenen Kurve (1) werden einer Glättung un terworfen,
d) aus der angenommenen Kurve (1) und den geglätteten Abweichungen der Meßpunkte (2 bis 10) von der ange nommenen Kurve (1) werden neue Meßpunkte berechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angenommene Kurve (1) aus den Meßpunkten (2 bis 10) für jede Koordinate berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angenommene Kurve (1) aus den Meßpunkten (2 bis 10) durch Approximation berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die approximierende Funktion eine Spline-Funktion oder eine kubische Parabel ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der angenommenen Kurve (1) aus den Meß punkten (2 bis 10) und/oder die Berechnung der neuen Meß punkte on-line oder off-line durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung für die fertigen Meßpunkte, die aus Ach sen- und Tastkopfsignalen berechnet werden, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung für die fertigen Meßpunkte nach allen Korrekturen, wie Geometriekorrektur, Temperaturkorrektur und so weiter durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung für unkorrigierte Meßpunkte (2 bis 10) durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung für Achsen- und Tastkopfsignale getrennt durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung für Achsen- und Tastkopfsignale un terschiedliche Parameter gelten.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung nur für die Tastkopfsignale durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Glättung der Abweichungen der Meßpunkte (2 bis 10) von der angenommenen Kurve (1) Ausreißer (5, 8) der Meßpunkte (2 bis 10) eliminiert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte der Glättung und/oder der Approximation in allen Koordinaten zusammen erfolgen.

14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt der Approximation Kurvenparameter vor gegeben werden können.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren iteriert wird.

16. Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfah rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rech ner vorgesehen ist, der folgende Schritte durchführt:

a) aus den Meßpunkten (2 bis 10) wird eine angenommene Kurve (1) berechnet,
b) es werden Abweichungen der Punkte (2 bis 10) von der angenommenen Kurve (1) bestimmt,
c) die Abweichungen der Meßpunkte (2 bis 10) von der angenommenen Kurve (1) werden einer Glättung unter worfen,
d) aus der angenommenen Kurve (1) und den geglätteten Abweichungen der Meßpunkte (2 bis 10) der angenom menen Kurve (1) werden neue Meßpunkte berechnet.

17. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rechenschritte a) bis d) für Achsen- und Tastkopfsignale getrennt durchgeführt werden.

18. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß für die Rechenschritte a) bis d) für Ach sen- und Tastkopfsignale unterschiedliche Parameter gelten.

19. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rechenschritte a) bis d) nur für die Tastkopfsignale durchgeführt werden.