DE2921166C2

DE2921166C2 - Verfahren und Anordnung zur automatischen Vermessung eines Werkstückes

Info

Publication number: DE2921166C2
Application number: DE2921166A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl.-Ing. Dr. 6331 Werdorf Jacoby
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1979-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CH646513A5; FR2457476B1; GB2049995B; IT8067815A0; IT1130461B; US4283669A; SE8003886L; FR2457476A1; JPS55158507A; GB2049995A; DE2921166A1

Description

I ^{3 4}

?{ des Tastkopfes in orthogonal zueinanderstehenden sternachstellbewegung vorbereitet wird.

■ : Richtungen repräsentieren. Dabei wird mit diesen Si- Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine An-

Vi gnalen ein Regelkreis geschlossen, der eine vorgegebe- Ordnung vorgeschlagen, in welcher jeder Meßkoordina-

'■'■■: ne Amastkraft des Tasters während einer Relativbewe- tenrichtung je ein Steuerkreis und je ein Regelkreis zu-

gung zwischen Werkstück und Tastkopf in einer Koor- 5 geordnet sind, deren Ausgangssginale Motore ansteu-

[ dinatenrichtung aufrecht erhält era, mit welchen der das Werkstück tragende Meßtisch

i' Bei den bisher bekannten Meßmaschinen hat sich je- verfahren wird.

^: doch als gemeinsamer Nachteil herausgestellt, daß in Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß je Meßkoordi-

der Nähe der Umschaltstelle von einer Meßkoordina- natenrichtung ein Längenschrittgeber vorhanden ist,

■;: tenrichtung in die andere Meßungenauigkeiien auftre- io der mit dem Meßtisch verbunden dessen Verfahrweg

,'^; ten, die durch den aus der Reibung zwischen Werkstück feststellt

r und Taster resultierenden Schleppfehler entstehen. Es ist ferner vorgesehen, daß den Steuerkreisen ein

ft Ein weiterer den bekannten Meßmaschinen gemein- gemeinsamer Rechner vorgeschaltet ist, der die Werte

; samer Nachteil ist daß während der Umschaltung der zum Verfahren des Werkstückes in der Primärkoordina-

■A Antastvorgang unterbrochen wird, da zunächst die Re- 15 tenrichtung vorgibt

> lativbewegung zwischen Tastkopf und Werkstück in der Nach der Erfindung ist aber auch möglich, daß anstel-

:: einen Koordinatenrichtung gebremst werden muß, be- le des Rechners den Steuerkreisen eine Schaltungsan-

!'-I vor nach einer Beruhigungszeit die Relativbewegung in Ordnung mit Komparatoren vorgeschaltet ist Erfin-

die zweite Koordinatenrichtung in Gang gesetzt wer- dungsgemäß sind die Regelkreise dem Taster zugeord-

V den kann. Die durch Bremsung und Beschleunigung ver- 20 net und werden von diesem in Tätigkeit gesetzt

;'; ursachten Fehler lassen die Gewinnung von Meßwerten In den Steuer- bzw. Regelkreisen sind Schalter und

! in einem gewissen Bereich nicht zu. diese betätigende Mittel angeordnet, mit denen die Ver-

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die tauschung der Primär-ZSekundärgeschwindigkeitsvor-

bei der Profilabtastung mit den bekannten Meßmaschi- gäbe geschaltet wird.

nen auftretenden Nachteile abzustellen und einen Um- 25 Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausschaltvorgang von der einen Meßkoordinate in die an- führungsbeispiels schematisch dargestellt und im Nachdere ohne Stillstand der Relativbewegung zwischen stehenden näher beschrieben. Es zeigt
: Werkstück und Tastkopf und ohne Unterbrechung der F i g. 1 ein Abtastvorgang in Einzelheit und
Datenermittlung zu realisieren. F i g. 2 ein Blockschaltbild der Anordnung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Ver- 30 Anhand der F i g. 1 sollen die erfindungsgemäß ablau-

fahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch ςζ- fenden Vorgänge beim Abtasten eines Werkstückes in

löst, daß Einzelheit beschrieben werden.

In einem nicht näher bezeichneten Werkstück 1 soll

a) nach einer mit vorgegebener Kraft erfolgten, den ein Loch 2 durch Abtastung mittels eines Induktivta-Taster auf eine nominale Anfangsauslenkung ver- 35 sters vermessen werden. Der Abtastvorgang als solcher

¹ bringende Antastung des Werkstücks längs der findet in der Ebene »xy« statt. Während des gesamten

_A zweiten Meßkoordinatenrichtung (Sekundärkoor- Abtastvorganges soll der Taster 3 ständig mit dem

dinate) der Meßtisch durch eine vorgegebene Steu- Werkstück 1 in Kontakt bleiben.

erspannung, die einer konstanten Relativgeschwin- Im Abtastbereich »A« ist die Meßkoordinatenrich-

digkeit zwischen Taster und Werkstück entspricht, 40 tung »x« die Primärkoordinate und die Meßkoordina-

\ ΐ längs der ersten Meßkoordinatenrichtung (Primär- tenrichtung »y« die Sekundärkoordinate. Im Abtastbe-

koordinate) verfahren wird, reich »B« wird »y« die Primärkoordinate und »x« die

b) daß zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Kon- sekundäre. Jeweils in der Primärkoordinatenrichtung , taktkraft zwischen Taster und Werkstück der Meß- bewegen sich Induktivtaster und Werkstück 1 mit kon-

_r tisch durch eine elektrische, in einem Regelkreis 45 stanter Geschwindigkeit gegeneinander.

erzeugte, der Tasterablage von der nominalen An- Zu Beginn des Abtastvorganges ist eine Antastung

fangsauslenkung proportionale Spannung ange- des Werkstückes 1 in Richtung der Meßkoordinate »y«

, steuert und in der zweiten Meßkoordinatenrich- erfolgt. Die Ablage des Tasters 3 in Richtung der Meß-

tung (Sekundärkoordinate) bewegt wird, koordinate »y« wird auf einen Sollwert »S« eingestellt. , c) daß die der konstanten Relativgeschwindigkeit in 50 Bei Relativbewegung zwischen Werkstück 1 und In-¹ der Primärkoordinatenrichtung proportionale duktivtaster 3 in Richtung der Meßkoordinate »x« er-Steuerspannung und die der Relativgeschwindig- gibt sich am Induktivtaster 3 aufgrund der Gestalt des ₍ keit in der Sekundärkoordinatenrichtung propor- Werkstückes 1 eine Ablage in Richtung Meßkoordinate \ tionale Regelspannung fortlaufend miteinander »y« vom Sollwert »S«, die in eine entsprechende elektriverglichen werden, und 55 sehe Größe umgesetzt wird. Diese Größe wird einem d) daß jeweils bei Feststellung der Gleichheit zwi- noch zu beschreibenden Regler zugeführt, der wiedersehen Regel- und Steuerspannung die Vertäu- um einen Motor ansteuert, mit dem nunmehr auch eine , schung der Primär-ZSekundärgeschwindigkeitsvor- Relativbewegung zwischen Induktivtaster 3 und Werkgabe erfolgt. stück in Richtung der Meßkoordinate »y« in Gang setzt

60 Der Regler ist dabei so ausgelegt, daß der eingangs

Das genannte Verfahren ist ferner dadurch gekenn- eingestellte Sollwert »S« stets in etwa erhalten bleibt,
zeichnet, daß der jeweils bei Vertauschung der Primär-/ Im Abtastbereich »A« ist, wie bereits weiter oben

Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe in Tätigkeit treten- beschrieben, die Meßkoordinatenriohtung »y« die Se-

de Regelkreis durch Zuführen einer aus der Verfahrge- kundärkoordinate, in welcher die Relativbewegung zwi-

schwindigkeit des Meßtisches in der Primärkoordina- 65 sehen Induktivtaster 3 und dem Werkstück 1 durch ei-

tenrichtung abgeleiteten und dieser Geschwindigkeit nen Regelkreis beeinflußt wird. Bei Punkt C in F i g. 1

proportionalen Spannung auf die richtige Wiedergabe wird die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwi-

der Anfangsgeschwindigkeit der von ihm geregelten Ta- sehen Induktivtaster 3 und Werkstück 1 in Richtung der

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Meßkoordinate »y« in etwa so groß sein wie die Relativ- welcher der Induktivtaster 3 zur Aufrechterhaltung des

bewegung zwischen den beiden in Richtung der Meßko- Kontaktes mit dem Werkstück 1 bewegt werden muß.

ordinate »x«. Diese Spannung gelangt über den Leistungsverstärker

Bei einer weiteren Bewegung in Meßkoordinaten- 18 zum Motor 34, der den nicht mitdargestellten Meßrichtung »x« müßte die Bewegung in der »/«-Richtung 5 tisch in der Meßkoordinatenrichtung »y« in diesem FaI-

sehr stark ansteigen, und in Punkt »D« wäre ein Betrieb Ie in der Sekundärkoordinatenrichtung bewegt,

nicht mehr möglich. Deshalb muß in den Abtastbereich Noch während des Abtastvorganges im Bereich »A«

»B« umgeschaltet werden, in dem, wie bereits oben be- hat sich der im Rückkopplungszweig des Verstärkers 15

schrieben, die Meßkoordinatenrichtung »j« die Primär- angeordnete Kondensator 21 mit der Spannung aufge- und die Meßkoordinatenrichtung »x« die Sekundärko- 10 laden, die der Geschwindigkeit der Bewegung in der

ordinate wird. Primärkoordinatenrichtung, im vorliegenden Fall die

Dabei soll die Umschaltung bei Gleichheit der Ge- Meßkoordinatenrichtung »x«, proportional ist.

schwindigkeiten der beiden Relativbewegungen vorge- Wie weiter oben bereits beschrieben, muß, soll der

nommen werden. Abtastvorgang ohne Stillstand und ohne Unterbre-Außerdem soll der die Bewegung in der Sekundärko- 15 chung der Datenermittlung ablaufen, frühzeitig genug

ordinate regelnde Kreis vorbereitet werden, so daß er vom Abtastbereich »A« in der Meßkoordinatenrichtung

unmittelbar nach dem Umschaltvorgang die richtige »x« in den Abtastbereich »B« in Meßkoordinatenrich-

Anfangsgeschwindigkeit für die sekundäre Relativbe- tungjy« umgeschaltet werden.

wegung zwischen Taster 3 und Werkstück 1 wiedergibt Diese Umschaltung wird dadurch veranlaßt, daß der Ein Schaltungsbeispiel, mit dem diese Forderungen 20 Rechner 8 in kurzfristigen Intervallen die Geschwindigerfüllt werden können, ist in F i g. 2 wiedergegeben. keiten sowohl in der Primär- als auch in der Sekundär-Darin ist jeder Meßkoordinatenrichtung je ein Steu- koordinatenrichtung mit Hilfe eines digitalen Zahlenerkreis 4,5, je ein Regelkreis 6,7 zugeordnet Die Steu- Vergleiches überwacht Dies geschieht dadurch, daß der erkreise 4,5 besitzen einen gemeinsamen Rechner 8, je Rechner 8 in Zeitintervallen die Positionen des Meßtieinen Digital/Analogwandler 9 bzw. 10, je zwei Wider- 25 sches aus den mit diesem verbundenen Längenschrittstände 11,12 bzw. 13,14, je einen Verstärker 15 bzw. 16 gebern 35 bzw. 36 abfragt und den Weg Δ I_x bzw. Λ/, und je einen Leistungsverstärker 17 bzw. 18. zwischen zwei Abrufzeiten (t) berechnet. Gleichzeitig

Die Regelkreise 6 und 7 bestehen je aus Verstärkern berechnet er auch nach der Formel
15 und 16, die bereits auch den Steuerkreisen 4 bzw. 5

zugeordnet sind und denen je ein Vorwiderstand 19 30 AI_x . _v _ Al,

bzw. 20 vorgeschaltet ist ** ~ ^DZW· *y ~ _t

In 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- die Geschwindigkeit dieser Bewegung.
Glied geschaltet 35 Sobald der Rechner 8 gleiche Geschwindigkeiten Jedem der Steuerkreise 4,5 und Regelkreise 6,7 sind zwischen den Bewegungen in der Primär- bzw. Sekun-Schalter 25 bis 28 zugeordnet die durch Relais 29—32 därkoordinatennchtung feststellt, gibt er ein Signal aus, betätigt werden. Die Schalter 25—28 schalten jeweils mit dem eine Vertauschung zwischen Primär- und Sedie Steuerkreise 4,5 oder die Regelkreise 6,7 an Moto- kundärgeschwindigkeitsvorgabe erfolgt
re 33 und 34, welche einen nicht mitdargestellten Meß- 40 Zu diesem Zeitpunkt werden die Schalter 25 und 27 tisch in den Meßkoordinatenrichtungen χ und y bewe- geöffnet und die Schalter 26 und 28 geschlossen. Dagen. Die Größe der Meßtischbewegung wird von je durch wird der Regelkreis 6 von der Beeinflussung einem Längenschrittgeber 35 bzw. 36 kontrolliert durch den Induktivtaster 3 abgeschaltet und der Steuer-Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist kreis 4 eingeschaltet Es wird nunmehr in der Meßkoorwie folgt: 45 dinatenrichtung »y« mit der vom Rechner 8 vorgcgebc-Im Abtastbereich »A« gemäß F i g. 1 ist die Meßkoor- nen Geschwindigkeit gesteuert und in der Meßkoordidinatenrichtung »x« die Primärkoordinate. Das heißt natenrichtung »x« geregelt Da der zum Regelkreis 6 der Schalter 25 ist geschlossen und der Schalter 26 ist , gehörende Kondensator 21, wie beschrieben, mit einer geöffnet Die vom Rechner 8 vorgegebenen digitalen der Verfahrgeschwindigkeit in der Meßkoordinaten-Werte werden im Digital/Analogwandler 9 in eine ana- 50 richtung »x« proportionalen Spannung aufgeladen wurloge elektrische Spannung gewandelt die nach Durch- de, erfolgt der Obergang ruckfrei und ohne Stillstand,
laufen von Verstärker 15 und Leistungsverstärker 17 Die hier beschriebene Schaltungsanordnung zur anavom Motor 33 in eine entsprechende Drehzahl umge- logen Verarbeitung der Regelungs- und Steuersignale setzt wird, mit welcher der nicht mitdargestellte Meß- sowie die rechnergesteuerte Überwachung der Getisch in Richtung der Meßkoordinaten »x« mit konstan- 55 schwindigkeit sind nur ein Ausführungsbeispiel. Andere ter Geschwindigkeit bewegt wird. Ausführungen zur Durchführung des erfindungsgemä-Durch die bei Beginn des Abtastvorganges in Meßko- Ben Verfahrens sind möglich.

ordinatenrichtung »y« erfolgte Antastung des Werk-

Stückes 1 durch den Induktivtaster 3 ist der Schalter 27 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

über das Relais 31 geschlossen und der Schalter 28 mit- 60

tels Relais 32 geöffnet worden. Dadurch gelangt die
vom Induktivtaster 3 erzeugte, seiner Ablage vom Sollwert proportionale Spannung zum Verstärker 16, der
als P-Z-Regler ausgelegt ist Mit Hilfe des im Rückkopplungszweig des Verstärkers 16 angeordneten Konden- 65
sators 22 wird der /-Anteil des Regelkreises 7 realisiert,
so daß am Ausgang des Verstärkers 16 eine Spannung
ansteht die der Geschwindigkeit proportional ist mit

Claims

1 2 zeichnet, daß den Steuerkreisen (4,5) ein gemeinsa- Patentansprüche: mer Rechner (8) vorgeschaltet ist, der die Werte zum Verfahren des Werkstückes in der Primärkoordina-

1. Verfahren zur automatischen Vermessung eines tenrichtung vorgibt

von einem in wenigstens zwei orthogonal zueinan- 5 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennder verlaufenden Koordinatenrichtungen bewegba- zeichnet, daß anstelle des Rechners (8) den Steuerren Meßtisch getragenen Werkstücks durch Abta- kreisen (4,5) eine Schaltungsanordnung mit Kompasten mit wenigstens einem Taster eines Tastkopfes ratoren vorgeschaltet ist

in einer Koordinatenrichtung, bei dem der Taster 7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird und der io zeichnet daß die Regelkreise (6, 7) dem Taster (3)

Auslenkung entsprechende, auf die Grundstellung zugeordnet sind und von diesem in Tätigkeit gesetzt

des Tasters bezogene proportionale elektrische Si- werden.

gnale erzeugt werden und bei dem mit der Auslen- 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,

kung des Tasters ein Regelkreis geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet daß in den Steuer- (4, 5)

der eine vorgegebene Antastkraft des Tasters auf- 15 bzw. Regelkreisen (6,7) Schalter (25,26,27,28) und

recht erhält dadurch gekennzeichnet, daß diese betätigende Mittel (29,30,31,32) angeordnet

sind, mit denen die Vertauschung der Primär-/Se-

a) nach einer mit vorgegebener Kraft erfolgten, kundärgeschwindigkeitsvorgabe geschaltet wird,
den Taster auf eine nominale Anfangsauslenkung verbringende Antastung des Werkstücks 20

längs der zweiten Meßkoordinatenrichtung (Sekundärkoordinate) der Meßtisch durch eine

vorgegebene Steuerspannung, die einer kon- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordstanten Relativgeschwindigkeit zwischen Ta- nung zur automatischen Vermessung eines von einem in ster und Werkstück entspricht längs der ersten 25 wenigstens zwei orthogonal zueinander verlaufenden Meßkoordinatenrichtung (Primärkoordinate) Koordinatenrichtungen bewegbaren Meßtisch getrageverfahren wird, nen Werkstückes durch Abtasten mit wenigstens einem

b) daß zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Taster eines Tastkopfes während einer Relativbewe-Kontaktkraft zwischen Taster und Werkstück gung zwischen Werkstück und Tastkopf in einer Koorder Meßtisch durch eine elektrische, in einem 30 dinatenrichtung, bei dem der Taster aus seiner Grund-Regelkreis erzeugte, der Tasterablage von der stellung ausgelenkt wird und der Auslenkung entsprenominalen Anfangsauslenkung proportionale chende, auf die Grundstellung des Tasters bezogene Spannung angesteuert und in der zweiten Meß- proportionale elektrische Signale erzeugt werden und koordinatenrichtung (Sekundärkoordinate) be- bei dem mit der Auslenkung des Tasters ein Regelkreis wegt wird, 35 geschlossen wird, der eine vorgegebene Aniastkraft des

c) daß die der konstanten Relativgeschwindigkeit Tasters aufrecht erhält.

in der Primärkoordinatenrichtung proportiona- Verfahren und Anordnung dieser Art sind bei Drei-

Ie Steuerspannung und die der Relativge- Koordinaten-Meßmaschinen von Bedeutung, mit denen

schwindigkeit in der Sekundärkoordinatenrich- das Profil eines Werkstückes abgetastet werden soll und

tung proportionale Regelspannung fortlaufend 40 bei denen dazu Taster und Werkstück dauernd durch

miteinander verglichen werden, und geeignete Regelkreismaßnahmen in Berührung bleiben

d) daß jeweils bei Feststellung der Gleichheit zwi- sollen.

sehen Regel- und Steuerspannung die Vertäu- Aus der DE-OS 26 54 839 ist dazu ein Verfahren und

schung der Primär-ZSekundärgeschwindigkeits- eine Vorrichtung bekannt, bei denen eine absolute Meßvorgabe erfolgt. 45 größe für die bei der Werkstückantastung entstehende

Auslenkung des Tastfingers ermittelt wird, bei denen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jeder eine Konturstelle des Werkstückes kennzeichnenzeichnet, daß der jeweils bei Vertauschen der Pri- de Meßwert durch vorzeichenrichtige Addition der mär-/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe in Tätig- Tastfingerauslenkungsmeßgröße und einer die Stellung keit tretende Regelkreis durch Zuführen einer aus 50 des Meßkopfes im Koordinatenfeld markierende Meßder Verfahrgeschwindigkeit des Meßtisches in der größe gebildet wird und bei denen weitere Meßwerte Primärkoordinatenrichtung abgeleiteten und dieser dadurch ermittelt werden, daß das Werkstück oder der Geschwindigkeit proportionalen Spannung auf die Meßkopf stets in die Richtung weiterbewegt werden, richtige Wiedergabe der Anfangsgeschwindigkeit die zur Tasterauslenkung seitlich versetzt ist und daß der von ihm geregelten Tasternachstellbewegung 55 beim Umfahren des Werkstückes der Tastfinger ständig vorbereitet wird. aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Durch die US-PS 33 94 248 ist ferner ein System zur nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich- Messung der Größe einer relativen Bewegung zwischen net, daß jeder MeßkoorJinatenrichtung je ein Steu- einem Objekt und einem Bezugspunkt bekannt geworerkreis (4,5) und je ein Regelkreis (6,7) zugeordnet 60 den, in welchem optische Gitter eingesetzt sind, mit de-

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em, mit welchen der das Werkstück tragende Meß- elektrische Pulse umgesetzt werden, die je nach der

tisch verfahren wird. Bewegungsrichtung über eine Additions- bzw. Subtrak-

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- tionsstufe einem Vorwärts-/Rückwärtszähler zugeführt zeichnet, daß je Meßkoordinatenrichtung ein Lan- 65 werden.

genschrittgeber (35, 36) vorhanden ist, der mit dem Es sind aber auch Meßmaschinen bekannt, bei denen

Meßtisch verbunden dessen Verfahrweg feststellt. die Signale für die Regelung aus den Signalen des In-

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- duktionstasters abgeleitet werden, die die Auslenkung