DE2921166A1 - Verfahren und anordnung zur automatischen vermessung eines werkstueckes - Google Patents
Verfahren und anordnung zur automatischen vermessung eines werkstueckesInfo
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Description
2921166 Ernst Leiiz Wetzlar GmbH pat mu/wo - 21.5.1979
A 21 17
Verfahren und Anordnung zur autoaatischen Vermessung einea Werkstückea
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Vermessung eines von einen in wenigstens
zwei orthogonal zueinander verlaufenden Koordinatenrichtungen bewegbaren Meßtisch getragenen Werkstückes
durch Abtasten alt wenigstena einem Taster eines Tastkopfes während einer Relativbewegung zwischen Werkstück und
Tastkopf in einer Koordinatenrichtung.
Verfahren und Anordnung dieser Art sind bei Drei·»
Koordinaten-MeOmaschinen von Bedeutung, ait denen das
Profil eines Werkstückes abgetaatet werden aoll und
bei denen dazu Taster und Werkstück dauernd durch geeignete Regelungsaaßnalwen in Berührung bleiben sollen.
Aus der DB-OS 26 Hk 839 iat dasu ein Verfahren und eine
Vorrichtung bekannt, bei denen eine absolute Meßgröße für die bei der Werketückantastung entstehende Auslenkung
des Taatfingers ermittelt wird, bei denen jeder eine Konturstelle des Werkstückes kennzeichnende Meßwert
durch vorseichenrichtige Addition der Tasterfingerauslenkungsaeßgröße und einer die Stellung des Meßkopfes im
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BAD ORIGINAL
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Koordinatenfeld markierende Meßgröße gebildet wird und bei denen weitere Meßwerte dadurch ermittelt werden, daß das
Werkstück oder der Meßkopf stets in die Richtung weiterbewegt werden, die zur Tasterauslenkung seitlich versetzt
ist und daß beim Umfahren des Werkstückes der Tastfinger ständig aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird.
Durch die US-PS 3 J9k 2^8 ist ferner ein System zur Messung
der Größe einer relativen Bewegung zwischen einem Objekt und einem Bezugspunkt bekannt geworden, in welchem optische
Gitter eingesetzt sind, mit denen die Bewegung über fotoelektrische Elemente in elektrische Pulse umgesetzt werden,
die je nach der Bewegungsrichtung über eine Additions- bzw«
Subtraktionsstufe einem Vorwarts-VRuckwartszahler zugeführt
werden«
Es sind aber auch Meßmaschinen bekannt, bei denen die Signale für die Begelung aus den Signalen des Induktion«tasters
abgeleitet werden, die die Auslenkung des Tastkopfes in orthogonal zueinanderstehenden Richtungen repräsentieren»
Dabei wird mit diesen Signalen ein Regelkreis geschlossen, der eine vorgegebene Antastkraft des Tasters während einer
Relativbewegung zwischen Werkstück und Tastkopf in einer
Koordinatenrichtung aufrecht erhält.
Bei den bisher bekannten Meßmaschinen hat sich jedoch als gemeinsamer Nachteil herausgestellt, daß in der Nähe der
Umschaltstelle von einer Meßkoordinatenrichtung in die andere Meßungenauigkeiten auftreten, die durch den aus der Reibung
zwischen Werkstück und Taster resultierenden Schleppfehler entstehen»
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Ein weiterer den bekannten Meßmaschinen gemeinsamer Nachteil
ist, daß während der Umschaltung der Antastvorgang unterbrochen wird, da zunächst die Relativbewegung zwischen
Tastkopf und Werkstück in der einen Koordinatenrichtung gebremst werden muß, bevor nach einer Beruhigungszeit die
Relativbewegung in die zweite Koordinatenrichtung in Gang gesetzt werden kann. Die durch Bremsung und Beschleunigung
verursachten Fehler lassen die Gewinnung von Meßwerten in einem gewissen Bereich nicht zu.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die bei der Profilabtastung mit den bekannten Meßmaschinen auftretenden
Nachteile abzustellen und einen Umschaltvorgang von der einen Meßkoordinaten in die andere ohne Stillstand der
Relativbewegung zwischen Werkstück und Tastkopf und ohne Unterbrechung der Datenermittlung zu realisieren«
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren
gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß nach Erreichen des Werkstückes und Antastung desselben
mit vorgegebener Kraft längs der zweiten Meßkoordinatenrichtung
durch den Taster der Meßtisch durch eine vorgegebene Steuerspannung mit einer konstanten Geschwindigkeit
längs der ersten Meßkoordinatenrichtung (Primärkoordinate) verfahren wird, daß zur Aufrechterhaltung der
Kontaktkraft zwischen Taster und Werkstück der Meßtisch in der zweiten Meßkoordinatenrichtung (Sekundärkoordinate)
mit einer der Nachstellung des Tasters erforderlichen Geschwindigkeit durch eine im Regelkreis erzeugte, der
Tasterablage von der Grundstellung entsprechende elektrische Spannung angesteuert und bewegt wird, daß die Steuerspannung
der Bewegung in der Primärkoordinatenrichtung und
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die Re ge 1 spannung der Sekundark.oordinatenrich.tung fortlaufend
miteinander verglichen werden, und daß eine Vertauschung der Primär*/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe erfolgt,
wenn die beiden Spannungen Gleichheit erreichen»
Das genannte Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet,
daß der jeweils bei Vertauschung der Primär-ZSekunkärgeschwindigkeitsvorgabe
in Tätigkeit tretende Regelkreis auf die richtige Wiedergabe der Anfangsgeschwindigkeit der
von ihm geregelten Tasternachstellbewegung vorbereitet wird.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Anordnung vorgeschlagen,
in welcher jeder Meßkoordinatenrichtung je ein Steuerkreis und je ein Regelkreis zugeordnet sind, deren
Ausgangssignale Motore ansteuern, mit welchen der das Werkstück tragende Meßtisch verfahren wird«,
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß je Meßkoordinatenrichtung ein Längenschrittgeber vorhanden ist, der mit
dem Meßtisch verbunden dessen Bewegungsgröße feststellt.
Es ist ferner vorgesehen, daß den Steuerkreisen ein gemeinsamer
Rechner vorgeschaltet ist, der die Werte zum Verfahren des Werkstückes in der Primärkoordinatenrichtung
vorgibt.
Nach der Erfindung ist aber auch möglich, daß anstelle des
Rechners den Steuerkreisen eine Schaltungsanordnung mit Komparatoren vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäß sind die
Regelkreise dem Taster zugeordnet und werden von diesem in Tätigkeit gesetzt»
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In den Steuer- bzw, Regelkreisen sind Schalter und diese betätigende Mittel angeordnet, mit denen die Vertauschung
der Primär-/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe geschaltet wird»
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels
schematisch dargestellt und im Nachstehenden näher beschriebene Es zeigen:
Fig. 1 ein Abtastvorgang in Einzelheit und Fig« 2 Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Anordnung«
Anhand der Fig. 1 sollen die erfindungsgemäß ablaufenden
Vorgänge beim Abtasten eines Werkstückes in Einzelheit beschrieben werden,
In einem nicht näher bezeichneten Werkstück 1 soll ein Loch 2 durch Abtastung mittels eines Induktivtasters vermessen
werden« Der Abtastvorgang als solcher findet in der Ebene "xy" statts Während des gesamten Abtastvorganges
soll der Taster 3 ständig mit dem Werkstück 1 in Kontakt bleiben.
Im Abtastbereich "A" ist die Meßkoordinatenrichtung "x" die
Primärkoordinate und die Meßkoordinatenrichtung "y" die Sekundärkoordinate. Im Abtastbereich "Β" wird Hy" die Primärkoordinate
und Mx" die sekundäre. Jeweils in der Primärkoordinatenrichtung
bewegen sich Induktivtaster und Werkstück 1 mit konstanter Geschwindigkeit gegeneinander.
Zu Beginn des Abtastvorganges ist eine Antastung des Werkstückes
1 in Richtung der Meßkoordinate, "y" erfolgt. Die Ablage des Tasters 3 in Richtung der Meßkoordinate "y" wird
auf einen Sollwert "S" eingestellt.
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Bei Relativbewegung zwischen Werkstück 1 und Induktivtaster
3 in Richtung der Meßkoordinaten "x" ergibt sich
am Induktivtaster 3 aufgrund der Gestalt des Werkstückes eine Ablage in Richtung Meßkoordinate "y" vom Sollwert
"S" die in eine entsprechende elektrische Größe umgesetzt wird» Diese Größe wird einem noch zu beschreibenden
Regler zugeführt, der wiederum einen Motor ansteuert, mit dem nunmehr auch eine Relativbewegung zwischen
Induktivtaster 3 und Werkstück in Richtung der Meßkoordinaten "y" in Gang setzte Der Regler ist dabei so
ausgelegt, daß der eingangs eingestellte Sollwert "S" stets in etwa erhalten bleibt.
Im Abtastbereich "A" ist, wie bereits weiter oben beschrieben, die Meßkoordinatenrichtung "y" die Sekundärkoordinate,
in welcher die Relativbewegung zwischen Induktivtaster 3 und dem Werkstück 1 durch einen Regelkreis
beeinflußt wird. Bei Punkt C in Fig„ 1 wird die . Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Induktivtaster
3 und Werkstück 1 in Richtung der Meßkoordinaten
"y" in etwa so groß sein wie die Relativbewegung zwischen
den beiden in Richtung der Meßkoordinaten nx"o
Bei einer weiteren Bewegung in Meßkoordinatenrichtung "x"
müßte die Bewegung in der "y"-Richtung sehr stark ansteigen, und in Punkt "D" wäre ein Betrieb nicht mehr möglich. Deshalb
muß in den Abtastbereich "B" umgeschaltet werden, in dem, wie bereits oben beschrieben, die Meßkoordinatenrichtung
"y" die Primär- und die Meßkoordinatenrichtung "x"
die Sekundärkoordinate wird«
Dabei soll die Umschaltung bei Gleichheit der Geschwindigkeiten
der beiden Relativbewegungen vorgenommen werden.
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Außerdem soll der die Bewegung in derSekundärkoordinaten
regelnde Kreis vorbereitet werden, so daß er unmittelbar nach dem Umschaltvorgang die richtige Anfangsgeschwindigkeit
für die sekundäre Relativbewegung zwischen Taster 3
und Werkstück 1 wiedergibt.
Ein Schaltungsbeispiel, mit dem diese Forderungen erfüllt werden können, ist in Figo 2 wiedergegeben.
Darin ist jeder Meßkoordinatenrichtung je ein Steuerkreis 4,5 je ein Regelkreis 6,7 zugeordnet. Die Steuerkreise
4,5 besitzen einen gemeinsamen Rechner 8, je einen Digital/Analogwandler 9 bzw. 10, je zwei Widerstände 11,12
bzw. 13fi4 je einen Verstärker 15 bzw. 16 und je einen
Leistungsverstärker 17 bzw. 18,
Die Regelkreise 6 und 7 bestehen je aus Verstärkern 15 und 16, die bereits auch den Steuerkreisen 4 bzw. 5 zugeordnet
sind und denen je ein Vorwiderstand 19 bzw. 20 vorgeschaltet ist.
Xn den Rückkopplungszweig eines jeden Verstärkers 15 bzw. 16, ist ein je aus einem Kondensator 21 bzw. 22 und einem
Widerstand 23 bzw. 24 bestehendes CR-Glied geschaltet.
Jedem der Steuerkreise 4,5 und Regelkreise 6,7 sind
Schalter 25 bis 28 zugeordnet, die durch Relais 29-32 betätigt werden. Die Schalter 25-28 schalten jeweils
die Steuerkreise 4,5 oder die Regelkreise 6,7 an Motore 33 und 34, welche einen nicht mitdargestellten
Meßtisch in den Meßkoordinatenrichtungen χ und y bewegen. Die Größe der Meßtischbewegung wird von je einem Längenschrittgeber
35 bzw« 36 kontrolliert.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist, wie folgt;
Im Abtastbereich "A" gemäß Fig. 1 ist die Meßkoordinatenrichtung "x" die Primärkoordinate. Das heißt "der Schalter
25 ist geschlossen und der Schalter 26 ist geöffnet. Die
vom Rechner 8 vorgegebenen digitalen Werte werden im Digital/Analogwandler 9 in eine analoge elektrische Spannung
gewandelt, die nach Durchlaufen von Verstärker 15 und Leistungsverstärker 17 vom Motor 33 i*1 eine entsprechende
Drehzahl umgesetzt wird, mit welcher der nicht mitdargestellte Meßtisch in Richtung der Meßkoordinaten Mx" mit
konstanter Geschwindigkeit bewegt wird«,
Durch die bei Beginn des Abtastvorganges in Meßkoordinatenrichtung
"yH erfolgte Antastung des Werkstückes 1 durch
den Induktivtaster 3 ist der Schalter 27 über das Relais 31 geschlossen und der Schalter 28 mittels Relais 32 geöffnet
werden. Dadurch gelangt die vom Induktivtaster 3 erzeugte, seiner Ablage vom Sollwert proportionale
Spannung zum Verstärker 16, der als P-I-Regler ausgelegt
ist« Mit Hilfe des im Rückkopplungszweig des Verstärkers 16 angeordneten Kondensators 22 wird der I-Anteil des
Regelkreises 7 realisiert, so daß am Ausgang des Verstärkers 16 eine Spannung ansteht, die der Geschwindigkeit
proportional ist, mit welcher der Induktivtaster 3 zur Aufrechterhaltung des Kontaktes mit dem Werkstück 1
bewegt werden muß. Diese Spannung gelangt über den Leistungsverstärker 18 zum Motor Jh, der den nicht mitdargestellten
Meßtisch in der Meßkoordinatenrichtung HyH
in diesem Falle in der Sekundärkoordinatenrichtung bewegt.
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Noch während des Abtastvorganges im Bereich "A" hat sich
der im Rückkopplungszweig des Verstärkers 15 angeordnete
Kondensator 21 mit der Spannung aufgeladen, die der Geschwindigkeit der Bewegung in der Primärkoordinatenrichtung,
im vorliegenden Fall die Meßkoordinatenrichtung "χ",
proportional ist.
Vie weiter oben bereits beschrieben, muß, soll der Abtastvorgang
ohne Stillstand und ohne Unterbrechung der Datenermittlung ablaufen, frühzeitig genug vom Abtastbereich "A"
in der Meßkoordinatenrichtung "x" in den Abtastbereich "B"
in Meßkoordinatenrichtung "y" umgeschaltet werden«
Diese Umschaltung wird dadurch veranlaßt, daß der Rechner 8 in kurzfristigen Intervallen die Geschwindigkeiten sowohl
in der Primär- als auch in der Sekundärkoordinatenrichtun^ mit Hilfe eines digitalen Zahlenvergleiches überwacht. Dies
geschieht dadurch, daß der Rechner 8 in Zeitintervallen die Positionen des Meßtisches aus den mit diesem verbundenen
Längenschrittgebern 35 bzw. 36 abfragt und den Weg
Δ 1 bzw. A 1 zwischen zwei Abrufzeiten (t) berechnet,
χ y
Gleichzeitig berechnet er auch nach der Formel
die Geschwindigkeit dieser Bewegung«
Sobald der Rechner 8 gleiche Geschwindigkeiten zwischen
den Bewegungen in der Primär- bzw. Sekundärkoordinatenrichtung feststellt, gibt er ein Signal aus, mit dem
eine Vertauschung zwischen Primär- und Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe erfolgt.
Zu diesem Zeitpunkt werden die Schalter 25 und 27 geöffnet
und die Schalter 26 und 28 geschlossen. Dadurch wird der
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Regelkreis 6 von der Beeinflussung durch den Induktivtaster
3 abgeschaltet und der Steuerkreis k eingeschaltet.
Es wird nunmehr in der Meßkoordinatenrichtung "y" mit der vom Rechner 8 vorgegebenen Geschwindigkeit
gesteuert und in der Meßkoordinatenrichtung "x" geregelte
Da der zum Regelkreis 6 gehörende Kondensator 21, wie beschrieben, mit einer der Verfahrgeschwindigkeit in
der Meßkoordinatenrichtung "x" proportionalen Spannung aufgeladen wurde, erfolgt der Übergang ruckfrei und ohne
Stillstand.
Die hier beschriebene Schaltungsanordnung zur analogen Verarbeitung der Regelungs- und Steuersignale sowie
die rechnergesteuerte Überwachung der Geschwindigkeit
sind nur ein Ausführungsbeispiel» Andere Ausführungen zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind möglich.
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e e r s e
Claims (1)
- 2921166 Ernst Leitz Wetzlar GmbHPat Mii/Wo - 21.5.1979 A 2117PatentansprücheVerfahren zur automatischen Vermessung eines von einem in wenigstens zwei orthogonal zueinander verlaufenden Koordinatenrichtungen bewegbaren Meutisch getragenen Werkstückes durch Abtasten mit wenigstens einem Taster eines Tastkopfes während einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Tastkopf in einer Koordinatenrichtung, bei dem der Taster aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird und der Auslenkung entsprechende, auf die Grundstellung des Tasters bezogene proportionale elektrische Signale erzeugt werden und bei dem mit der Auslenkung des Tasters ein Regelkreis geschlossen wird, der eine vorgegebene Antastkraft des Tasters aufrecht erhält, dadurch gekennzeichnet, daßnach Erreichen des Werkstückes und Antastung desselben mit vorgegebener Kraft längs der zweiten Meßkoordinatenrichtung durch den Taster der Meßtisch durch eine vorgegebene Steuerspannung alt einer konstanten Geschwindigkeit längs der ersten Meßkoordinatenrichtung (Priaärkoordinate) verfahren wird,daß zur Aufrechterhaltung der Kontaktkraft zwischen Taster und Werkstück der Meßtisch in der zweiten Meß-030048/0453PatentabteilungPat Mü/Wo - 21„5 ο 1979 A 2117koordlnatenrichtung (Sekundärkoordinate) mit einer der Nachstellung des Tasters erforderlichen Geschwindigkeit durch eine im Regelkreis erzeugten der Tasterablage von der Grundstellung entsprechende elektrische Spannung angesteuert und bewegt wird, daß die Steuerspannung der Bewegung in der Primärkoordinatenrichtung und die Regelspannung der Sekundärkoordinatenrichtung fortlaufend miteinander verglichen werden, und daß eine Vertauschung der Primär-ZSekundärgeschwindigkeitsvorgabe erfolgtβ wenn die beiden Spannungen Gleichheit erreichen.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Jeweils bei Vertauschung der Primär-/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe in Tätigkeit tretende Regelkreis auf die richtige Wiedergabe der Anfangsgeschwindigkeit der von ihm geregelten Tasternachstellbewegung vorbereitet wird,,Anordnung zur automatischen Vermessung eines von einem in wenigstens zwei orthogonal zueinander verlaufenden Koordinatenrichtungen bewegten Meßtisch getragenen Werkstückes durch Abtasten mit wenigstens einem Taster eines Tastkopfes während einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Tastkopf in einer Koordinatenrichtung, bei dem der Taster aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird, und der Auelenkung entsprechende, auf die Grundstellung des Tasters bezogene, proportionale elektrische Signale erzeugt werden und bei dem mit der Auslenkung des Tasters ein Regelkreis geschlossen wird, der eine vorgegebene Antastkraft des Tasters aufrecht erhält, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßkoordinatenrichtung je ein Steuerkreis (^,5) und je ein Regelkreis (6,7) zugeordnet sind, deren Ausgangssignale M0tore (33»030048/0453?at Mü/Wo - 21 ο5.1979 A 21 17Patentabteilung o _ansteuern, mit welchen der das Werkstück tragende Meßtisch verfahren wird,,4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß je Meßkoordinatenrichtung ein Längenschrittgeber (35,36) vorhanden ist, der mit dem Meßtisch verbunden dessen Bewegungsgröße feststellt»5« Anordnung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerkreisen (4,5) ein gemeinsamer Rechner (8) vorgeschaltet ist, der die Werte zum Verfahren des Werkstückes in der Primärkoordinatenri chtung vorgibt oο Anordnung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Rechners (8) den Steuerkreisen (4,5) eine Schaltungsanordnung mit Komperatoren vorgeschaltet ist«ο Anordnung nach Anspruch 3» dadurch "-gekennzeichnet, daß die Regelkreise (6,7) dem Taster (3) zugeordnet sind und von diesem in Tätigkeit gesetzt werden.8„ Anordnung nach einem der Ansprüche 3-7» dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuer- (4,5) bzw. Regelkreisen (6,7) Schalter (25,26,27,28) und diese betätigende Mittel (29,30^31,32) angeordnet sind, mit denen die Vertauschung der Primär-/ Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe geschaltet wird.030048/0453
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