DE19820307C2 - Berührungslose Temperaturerfassung an einer Mehrkoordinatenmeß- und Prüfeinrichtung - Google Patents

Berührungslose Temperaturerfassung an einer Mehrkoordinatenmeß- und Prüfeinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine berührungslose Temperaturerfassung an einer Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung für die Lösung von Mess- und Prüfaufgaben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik sind Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtungen, diese enthalten einen Maschinengrundeinheit, eine Maschinensteuerungseinheit und ein in zumindest zwei Koordinatenrichtungen bewegbares, maschinengesteuertes Multisensortastsystem zum Antasten eines Werkstückes, dessen erster Taster aus einem an einer Pinole angebrachten mechanischen Tastkopf mit zumindest einem Taststift und dessen zweiter Taster ein Videotaster ist, die beide alleine ansteuerbar sind und unabhängig voneinander arbeiten.
In der Qualitätssicherung werden immer kürzere Mess- und Prüfzeiten der produzierten Teile gefordert, um den Produktionsfluss so gering wie möglich zu beeinflussen. Deshalb ist es notwendig, die produzierten Teile sofort auf die Koordinatenmessmaschine zu legen und zu vermessen ohne zu warten, bis diese die vorgeschriebene Messtemperatur von 20 Grad Celsius erreicht haben. Koordinatenmessmaschinen stehen üblicherweise in einem klimatisierten Raum oder in einer Klimakabine und sind bei 20 Grad Celsius kalibriert. Wenn aber ein Prüfteil, das die geforderte Temperatur nicht hat, auf einer Messmaschine vermessen wird, sind die Messergebnisse, die sich im µm-Bereich bewegen, unbrauchbar, da die Prüfteile aufgrund der von 20 Grad Celsius abweichenden Temperatur eine je nach Längenausdehnungskoeffizient andere Dimensionen aufweisen. Deshalb wurden in der Vergangenheit Temperatursensoren an dem Prüfling angebracht, um die Temperaturdifferenz zu erfassen und zu kompensieren.
Bei der Patent-Offenlegungsschrift DE 38 06 686 A1 handelt es sich ebenfalls um eine Koordinatenmessmaschine, jedoch kommt hier im Gegensatz zu dem neu zum Patent angemeldeten, neben dem mechanischen Taster und dem Videotaster noch ein 3. Taster - ein Lasertaster hinzu, der jedoch nur zum Fokussieren auf Prüfteiloberflächen und zum Scannen der Oberflächenbeschaffenheit benutzt wird. Eine berührungslose Temperaturerfassung kommt hier nicht zum Einsatz.
Die Patent-Offenlegungsschrift DE 44 45 331 A1 beschreibt ein automatisches System welches die nicht benutzten Messsensoren aus dem Messbereich herausbewegt, um eine gegenseitige Behinderung der Sensoren während des Messablaufs zu verhindern. Im Gegensatz zu dem neu zum Patent angemeldeten handelt es sich hier jedoch um ein Zubehörteil das an verschiedene Koordinatenmessmaschinen angebaut werden kann. Eine berührungslose Temperaturerfassung kommt hier ebenfalls nicht zum Einsatz.
Mit einer Videokamera wird bei der Offenlegungsschrift DE 43 27 250 A1 ein Tastelement, das sich im Sehfeld der Videokamera befindet beobachtet. Da dieses Tastelement sehr klein und aus Glas ist, besteht die Gefahr, dass man beim Antasten an ein Werkstück dieses Tastelement abbricht. Mit Hilfe der Videokamera, die den Bereich um das Tastelement stark vergrößert anzeigt, soll eine Beschädigung des Tastelementes verhindert werden. Eine berührungslose Temperaturerfassung kommt auch hier nicht zum Einsatz.
Bei der Offenlegungsschrift DE 40 39 336 A1 wird ein Verfahren zur schnellen Werkstück-Temperaturermessung an Koordinatenmessgeräten beschrieben, jedoch muss hier zuerst der Messtaster abgelegt werden bevor ein Temperaturmesskopf aufgenommen werden kann. Dieses nimmt sehr viel Zeit in Anspruch und es wird ein zusätzliches Taststiftwechselmagazin benötigt, welches sehr teuer ist.
Bei diesem Verfahren kommt es auch noch zu einer Berührung des Temperaturmesskopfes mit dem Werkstück, was bei dem neu zum Patent angemeldeten Verfahren nicht der Fall ist. Weiterhin beträgt die Messgeschwindigkeit, d. h. die Zeit in der, der Temperaturmesskopf auf dem Werkstück ruht etwa 27 sec., welches mit einem speziellen Auswerteverfahren auf 5 sec. verkürzt wird, ohne die Zeit, die benötigt wird, um den Messtaster gegen den Temperaturmesskopf auszutauschen und nach erfolgter Temperaturmessung wieder zurückzutauschen (ca. 20 sec.). Bei dem neu zum Patent angemeldeten Verfahren dauert diese Messung komplett lediglich 1-2 sec. und die Temperaturmessung kann gleichzeitig mit der Messpunktaufnahme des Koordinatenmessgerätes erfolgen.
Bekannt sind Temperatursensoren (Thermoelemente) vom Typ PT100. Diese Temperatursensoren mussten von Hand an dem Prüfling angebracht werden wie in der Offenlegungsschrift DE 195 43 024 A1 beschrieben. Dieses ist stellenweise je nach Prüflingsgröße sehr schwierig und zeitaufwendig. In der Regel wurde nur ein solcher Temperatursensor an dem Prüfling angebracht, was weiterhin zur Folge hatte, dass unterschiedliche Abkühlungsverläufe des Prüflings, bedingt durch unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen in Kombination gebrachten Werkstoffe, nicht erfasst werden konnten und somit die Genauigkeit der Temperaturkompensation stark verfälscht wird. Da die Messung des Prüflings je nach Umfang der Messaufgabe einige Minuten dauern kann, kommt es hier zu unterschiedlichen Abkühlungsprozessen der verschiedenen Materialien und somit zu unterschiedlichen Kompensationswerten. Hier kommt ebenfalls eine berührungslose Temperaturerfassung nicht zum Einsatz.
Technische Beschreibung
Die nachstehende Erfindung beschreibt eine Temperaturerfassung an einer Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung, die im Gegensatz zu den oben beschriebenen berührungslos arbeitet. Hier wird mit einem berührungslosen Temperatursensor (z. B. Spektralpyrometer oder Bandstrahlungspyrometer) die Temperatur des Prüfteils gemessen. Der daraus errechnete Längenmessfehler der sich aus dem Längenausdehnungskoeffizient des Prüfmaterials ergibt, wird automatisch in der angeschlossenen Messmaschinensteuerung verrechnet, sodass ein kompensierter Messwert ausgegeben werden kann.
Der berührungslose Temperatursensor kann im einfachen Fall seitlich an einer oder mehreren in Z-Richtung verfahrbaren Pinolen so angebracht werden, dass der Fokuspunkt des berührungslosen Temperatursensors im Fokuspunkt eines an der Pinole angebrachten optischen Sensors oder eines taktilen Sensors liegt. Somit ist immer gewährleistet, dass die Stelle, die mit dem optischen - oder taktilen Sensor gemessen werden soll, ebenfalls durch den berührungslosen Temperatursensor erfasst wird. Da der Durchmesser, den der berührungslose Temperatursensor erfasst, sehr klein ist, kann vor jeder Messwertaufnahme durch einen der normalen Messsensoren eine Temperaturmessung exakt an der gleichen Stelle durchgeführt werden.
Bei einer Messmaschine mit optischem Sensor kann der berührungslose Temperatursensor auch in die Optik integriert werden. Hier benutzt der berührungslose Temperatursensor die gleiche optische Achse wie der optische Sensor. Man kann somit sicherstellen, das der Messpunkt, den der berührungslose Temperatursensor erfasst, der gleiche ist, den auch der optische Sensor erfasst. Dieser exakt ermittelte Temperaturwert wird automatisch in der angeschlossenen Messmaschinensteuerung verrechnet und ermöglicht die Ausgabe eines kompensierten Messwerts.

Claims (6)

1. Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung, diese enthaltend eine Maschinengrundeinheit, eine Maschinensteuerungseinheit und ein in zumindest zwei Koordinatenrichtungen bewegbares, maschinengesteuertes Multisensortastsystem zum Antasten eines Werkstückes, dessen erster Taster aus einem an einer Pinole angebrachten mechanischen Tastkopf mit zumindest einem Taststift und dessen zweiter Taster ein Videotaster ist, die beide alleine ansteuerbar sind und unabhängig voneinander arbeiten dadurch gekennzeichnet, dass ein berührungslos arbeitender Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Prüfteils vorgesehen ist, der seitlich an der in Z-Richtung verfahrbaren Pinole so angebracht ist, dass der Fokuspunkt des berührungslosen Temperatursensors im Fokuspunkt des an der Pinole angebrachten Videotasters oder im Antastpunkt des mechanischen Tasters liegt.
2. Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung, diese enthaltend eine Maschinengrundeinheit, eine Maschinensteuerungseinheit und ein in zumindest zwei Koordinatenrichtungen bewegbares, maschinengesteuertes Multisensortastsystem zum Antasten eines Werkstückes, dessen erster Taster aus einem an einer Pinole angebrachten mechanischen Tastkopf mit zumindest einem Taststift und dessen zweiter Taster ein Videotaster ist, die beide alleine ansteuerbar sind und unabhängig voneinander arbeiten dadurch gekennzeichnet, dass ein berührungslos arbeitender Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Prüfteils vorgesehen ist, der in den Videotaster integriert ist, wobei die vom Prüfteil ausgesandte Infrarotstrahlung mittels Strahlteiler aus der gleichen optischen Achse des optischen Sensors herausgespiegelt und zu dem berührungslosen Temperatursensor geführt ist, sodass der Messpunkt, den der berührungslose Temperatursensor erfasst, der gleiche ist, den der Videotaster erfasst.
3. Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der berührungslose Temperatursensor mikroprozessorgesteuert arbeitet.
4. Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Temperaturwert in der angeschlossenen Maschinensteuerung verrechenbar und als Kompensationswert ausgebbar ist.
5. Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere berührungslose Temperatursensoren zum Einsatz kommen.
6. Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere berührungslose Temperatursensor in Kombination mit Kontakttemperatursensoren zum Einsatz kommen.
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