DE3035871A1 - Profile measurement using contactless sensor - having lower scanning speed for critical profile regions and designed esp. for tight curves - Google Patents
Profile measurement using contactless sensor - having lower scanning speed for critical profile regions and designed esp. for tight curvesInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Ausmessen eines Profils.Method for measuring a profile.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausmessen eines Profils eines Meßobjekts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method of measuring a profile of a measurement object according to the preamble of claim 1.
Mit einem Verfahren der eingangs genannten Art lassen sich Profile schnell, bequem und mit hoher Genauigkeit ausmessen, und es ist dabei zweckmäßig, wenn die Rexativbewegung zwischen Meßobjekt und Meßgerät kontinuierlich durchgeführt wird. Dabei hat es sich aber herausgestellt, daß bei gewissen Profilen, deren Profilverlauf starke Krumm'ungen aufweist, unzulässig hohe Meßfehler auftreten können.With a method of the type mentioned above, profiles measure quickly, conveniently and with high accuracy, and it is useful to when the relative movement between the measuring object and the measuring device is carried out continuously will. It has been found, however, that with certain profiles, their profile course has strong curvatures, impermissibly high measurement errors can occur.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die bei gewissen Profilen auftretenden, unzulässig hohen Meßfehler zuverlässig vermieden werden können.It is therefore the object of the present invention to show as with a method of the type mentioned at the beginning, those that occur with certain profiles, inadmissibly high measurement errors can be reliably avoided.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß unzulässig hohe Meßfehler ihre Ursache in der endlichen Meßzeit des Meßgerätes haben. Bei gegebener Relativgeschwindigkeit durchläuft das Meßgerät in der endlichen Meßzeit eine bestimmte Strecke. Fur eine genaue Messung ist Voraussetzung, daß der Profilverlauf innerhalb dieser Strecke einen ausreichend allmählichen Verlauf aufweist. Treten dagegen in dieser Strecke starke ErUmmungen, insbesondere starke Schwankungen, im Profilverlauf auf, kann dies zu zufälligen Meßfehlern führen, die unzulässig hoch sind. Die Erfindung löst dieses Problem nach Anspruch 1 so, daß die kontinuierliche Relativgeschwindigkeit zwischen MeBobJekt und Meßgerät dem Profilverlauf angepaßt wird, derart, daß die in der Meßzeit durchlaufene Strecke an kritischen Stellen des Profilverlaufs, also an Stellen wo starke Erdsmungen auftreten, ausreichend klein ist. Ausreichend klein bedeutet dabei, daß die Geschwindigkeit so weit erniedrigt wird, daß die Meßstrecke so klein wird, daß nur ein geringer Ausschnitt der starken KrUmmung ausgemessen wird. Dieser geringe Ausschnittmuß wiederum so klein sein, daß sein ausreichend allmählich cher Verlauf innerhalb der Strecke gewährleistet ist.The invention is based on the knowledge that impermissibly high measurement errors have their cause in the finite measuring time of the measuring device. With a given relative speed the measuring device traverses a certain distance in the finite measuring time. For a accurate measurement is a prerequisite that the profile course within this distance has a sufficiently gradual course. Kick against it in this route strength Surroundings, in particular strong fluctuations, in the profile course, this can lead to lead to random measurement errors that are impermissibly high. The invention solves this Problem according to claim 1 such that the continuous relative speed between MeBobJekt and measuring device is adapted to the profile course in such a way that the in the measuring time Distance traveled at critical points in the profile, i.e. at points where strong earth currents occur, is sufficiently small. Sufficiently small means that the speed is reduced so far that the measuring distance becomes so small, that only a small section of the strong curvature is measured. This small one The section must in turn be so small that its course is sufficiently gradual is guaranteed within the route.
Die Relativgeschwindigkeit könnte dem Profilverlauf in der Weise angepaßt werden, daß sie zwar konstant, aber so klein gewählt wird, daß die in der Meßzeit durchlaufene Strecke für die kritischste Stelle des Profilverlaufs, also dort wo die stärkste Krümmung auftritt, noch ausreichend klein ist. Dies würde aber bei Profilverläufen mit sehr starken ErWmmungen zu äußerst langsamen Relativgeschwindigkeiten führen und damit auch zu langwierigen Ausmessungen.The relative speed could be adapted to the profile course in this way that it is chosen to be constant, but so small that it takes place in the measuring time route traveled for the most critical point of the profile, i.e. there where the greatest curvature occurs, is still sufficiently small. But this would be Profile courses with very strong warming at extremely slow relative speeds lead to lengthy measurements.
Die Ausmeßzeit läßt sich erheblich dadurch verkürzen, daß die Relativgeschwindigkeit während des Ausmeßvorgangs verändert wird, derart, daß sie beim Auftreten einer kritischen Stelle ausreichend verkleinert und beim Auftreten einer unkritischen Stelle auf einen zulässig höheren Wert erhöht wird. Bei optimaler Aussteuerung der Geschwindigkeit entsprechend dem Profilverlauf können optimale Ausmeßzeiten erreicht werden.The measuring time can be shortened considerably by reducing the relative speed is changed during the measuring process, so that when a critical point is sufficiently reduced and when a non-critical one occurs Digit is increased to a permissible higher value. With optimal modulation of the Speed according to the profile course, optimal measuring times can be achieved will.
Vielfach sind von den auszumessenden Profilen die Soll-Profilverläufe bekannt und die tatsächlichen Profilverläufe weichen von den zu vermessenden Profilverläufen nur geringfügig ab. In einem solchen Fallkann der Relativgeschwindigkeits-Verlauf vorprogrammiert werden.In many cases, the target profile courses are of the profiles to be measured known and the actual profile courses differ from the profile courses to be measured only slightly. In such a case, the relative speed curve be preprogrammed.
Vielfach ist -aber eine solche Vorprogrammierung nicht möglich, weil der zu vermessende Profilverlauf nicht .ausreichend genau bekannt ist. In einem solchen Fall ist es -zweckmäßig, wenn während des Ausmessens der Profilverlauf laufend auf auftretende kritische Stellen hin überwacht und die Relativgeschwindigkeit entsprechend nachgeregelt wird.In many cases, however, such preprogramming is not possible because the profile to be measured is not known with sufficient accuracy. In one In such a case it is advisable if the profile progression is ongoing during the measurement monitored for emerging critical points and the relative speed accordingly is readjusted.
Ein zweckmäßiges Verfahren für diesen Fall wird so durchgeführt, daß laufend aus zumindest drei zuletzt ermittelten Meß- oder Abtastwerten die Krümmung des Profilverlaufs in dem entsprechenden abgetasteten oder ausgemessenen Bereich annähernd ermittelt und die Relativgeschwindigkeit entsprechend dieser Krümmung eingestellt wird.A convenient procedure for this case is carried out so that the curvature continuously from at least three most recently determined measured or sampled values the profile course in the corresponding scanned or measured area approximately determined and the relative speed corresponding to this curvature is set.
In vielen Fällen hat es sich als zweckmäßig erviesen,wenn das Meßgerät- während der Meßzeit mehrere Punkte des Meßobjekts abtastet und aus den gemessenen Punkten und Abtastwerten einen Mittelwert bildet, der den in der Meßzeit ermittelten Meßwert darstellt. Insbesondere für diesen Fall ist es zweckmäßig, wenn die Relativgeschwindigkeit höchstens gleich gewählt wird, wobei sy einen zulässigen Meßfehler, At die endliche Meßzeit des Meßgerätes, die konstant oder variabel sein kann, und f"(x) die zweite Ableitung des Profilverlaufs f(x) entlang der Relativbewegungsbahn in Abhängigkeit von .der durchlaufenen Länge x dieser Bahn bedeuten. Die Steuerung der Relativgeschwindigkeit nach der angegebenen Formel kann sowohl digital als auch. analog erfolgen. Eine analoge Steuerung erfordert allerdings einen größeren Aufwand als eine digitale, weil im analogen Fall die zweite Ableitung einer Funktion nach einer Ortskoordinate nicht. gebildet werden kann, weil nur ein Differenzieren nach der Zeit möglich ist. Dennoch läßt sich auch eine analoge Steuerung verwirklichen.In many cases it has proven to be expedient if the measuring device scans several points of the test object during the measuring time and forms an average value from the measured points and scanned values which represents the measured value determined during the measuring time. In this case, in particular, it is useful if the relative speed is at most the same is chosen, where sy is a permissible measuring error, At the finite measuring time of the measuring device, which can be constant or variable, and f "(x) the second derivative of the profile course f (x) along the relative movement path as a function of the length x traversed The control of the relative speed according to the given formula can take place digitally as well as analog. However, an analog control requires more effort than a digital one, because in the analog case the second derivative of a function according to a position coordinate cannot be formed. because it is only possible to differentiate according to time, but analog control can also be implemented.
Die Erfindung wird in der nun folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigen Fig.1 einen aus Funktion von x dargestellten willkürlichen Profilverlauf y = f(x), der von einem bestimmten Meßgerät abgetastet wird, Fig.2 den Profilverlauf eines ganz speziellen zu vermessenden Meßobjekts, der mehrere grümmungsra-- dien aufweist, an welche die Relativgeschwindigkeit anzupassen ist, und Fig.3 ein Blockschaltbild für eine analoge Steuerung der Relativgeschwindigkeit.The invention will become apparent in the following description with reference to the accompanying drawings Figures explained in more detail. Of the figures, FIG. 1 shows one represented by a function of x arbitrary profile course y = f (x), which is scanned by a certain measuring device Fig. 2 shows the profile of a very special measuring object to be measured, which has several radii of curvature to which the relative speed can be adapted and FIG. 3 is a block diagram for an analog control of the relative speed.
In der Fig.1 ist in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem ein Beispiel eines Profilverlaufs y eines Meßobjektes 1 als Funktion von x dargestellt, der von einem optischen Meßgerät 2 abgetastet wird. Das Meßgerät 2 wird in x-Richtung mit der Geschwindigkeit v relativ zum Meßobjekt bewegt. Die optische Achse 21 des Meßgerätes 2 verläuft parallel zur y-Richtung.In FIG. 1, a is in a right-angled x-y coordinate system Example of a profile y of a measurement object 1 shown as a function of x, which is scanned by an optical measuring device 2. The measuring device 2 is in the x-direction moves with the speed v relative to the measurement object. The optical axis 21 of the Measuring device 2 runs parallel to the y-direction.
Das Meßgerät 2 kann beispielsweise eine Laser-Meßsonde sein, bei der ein hin- und herbewegter,scharf gebilndelter Laserstrahl 22 die Oberfläche des Meßobjekts abtastet und dabei stets die optische Achse 21, welche die Oberfläche des Meßobjekts ebenfalls trifft, stets schneidet. Die optische Achse 21 der Laser-Meßsonde ist die optische Achse eines Detektors, der eine scharf gebündelte Empfangscharakteristik entlang der optischen Achse aufweist. Dieser Detektor gibt nur dann ein Signal ab, wenn der Laserstrahl 22 und-die optische Achse 21 sich auf der Oberfläche des Meßobjekts schneiden. Dieser Fall ist in der Fig.1 als Momentaufnahme dargestellt.The measuring device 2 can, for example, be a laser measuring probe in which a reciprocating, sharply focused laser beam 22 the surface of the measurement object scans and always the optical axis 21, which the surface of the measurement object also hits, always cuts. The optical axis 21 of the laser measuring probe is the optical axis of a detector, which has a sharply bundled reception characteristic having along the optical axis. This detector only emits a signal when the laser beam 22 and the optical axis 21 are on the surface of the measurement object cut. This case is shown in FIG. 1 as a snapshot.
Aus der Zeitdifferenz zwischen einer festgelegten Anfangsstellung des Laserstrahls 22 und dem Zeitpunkt, an dem der Detektor ein Meßsignal abgibt, läßt sich der Abstand des Schnittpunktes zwischen Laserstrahl und optischer Achse auf der Oberfläche des Meßobjekts von einer bestimmten Bezugsebene rechnerisch ermitteln und damit auch die Koordinaten x und y für diesen Punkt.From the time difference between a specified starting position of the laser beam 22 and the point in time at which the detector emits a measurement signal, the distance between the point of intersection between the laser beam and the optical axis on the surface of the object to be measured from a certain reference plane by calculation and thus also the coordinates x and y for this point.
Eine Laser-Meßsonde der soeben beschriebenen Art ist bekannt (siehe beispielsweise DE-OS 23 25 086 = VPA 73/7072, DE-OS 24 48 219 = VPA 74(7214, DE-OS 25 08 836 = VPA 75 P 7022 oder apoh DE-OS 25 10 537 = VPA 75 P 7033 und noch einige Druckschriften mehr).A laser measuring probe of the type just described is known (see for example DE-OS 23 25 086 = VPA 73/7072, DE-OS 24 48 219 = VPA 74 (7214, DE-OS 25 08 836 = VPA 75 P 7022 or apoh DE-OS 25 10 537 = VPA 75 P 7033 and a few more More publications).
Wie bereits erwähnt, ist bei- der vorstehend beschriebenen Laser-Meßsonde der Abtastwert, d.h. der Wert, aus dem der Meßwert ermittelt wird; ein Zeitwert, und zwar die Zeitdauer, die der Laserstrahl 22 zwischen der bestimmten Anfangsstellung und der Stellung benötigt, bei der der Detektor ein Signal abgibt. Damit benötigt die Laser-Meßsonde eine bestimmte minimale Meßzeit, die durch die Zeitdauer bestimmt wird, die eine elektronische Einrichtung in der Meßsonde benötigt, um aus der abgetasteten Zeitdauer den Meßwert zu ermitteln.As already mentioned, both of the above-described laser measuring probes the sample, i.e. the value from which the measured value is determined; a time value, namely the length of time that the laser beam 22 between the determined initial position and the position at which the detector emits a signal. So needed the laser measuring probe a certain minimum measuring time, which is determined by the time duration that an electronic device in the measuring probe is required to get out of the scanned Time to determine the measured value.
Die tatsächliche Meßzeit der Laser-Meßsonde hängt davon ab, wieviele Abtastwerte für einen Meßwert verwendet werden. Wenn für jeden einzelnen Abtastwert ein Meßwert ermittelt wird, liegt die tatsächliche Meßzeit zwischen der minimalen Meßzeit und dieser zuzüglich der halben Auslenkperiode des Laserstrahls 22.The actual measuring time of the laser measuring probe depends on how many Samples are used for a measured value. If for every single sample a measured value is determined, the actual measuring time is between the minimum Measuring time and this plus half the deflection period of the laser beam 22.
Vielfach ist es zweckmäßig, einen Meßwert zu ermitteln, dessen Koordinaten Mittelwerte darstellen. Dann ist die Meßzeit allerdings um ein Mehrfaches größer als die minimale Meßzeit, und zwar etwa um soviel mal, als Abtastwerte für die Mittelung verwendet werden. Dies sei nun für die folgende allgemeine Betrachtung vorausgesetzt.It is often useful to determine a measured value, its coordinates Represent mean values. Then the measuring time is, however, several times longer than the minimum measuring time, namely by about as many times as the sampling values for the averaging be used. This is now assumed for the following general consideration.
Während der Meßzeit flt wird demnach ein Mittelwert x und ein Mittelwert y ermittelt, die zusammen die gemittelten Koordinaten x, y des gemittelten' Meßwertes ergeben.During the measuring time flt, a mean value x and a mean value are accordingly obtained y determines which together are the averaged coordinates x, y of the averaged 'measured value result.
Dabei sollte gelten y = f(x). Dies gilt aber nur dann, wenn der Profilverlauf in der Strecke #x, die während der Meßzeit vom Meßgerät 2 durchlaufen wird, hinreichend allmählich verläuft, d.h. nur wenig gekrümmt ist.Here y = f (x) should apply. However, this only applies if the profile course in the distance #x, which is traversed by the measuring device 2 during the measuring time, is sufficient runs gradually, i.e. is only slightly curved.
Ist dagegen der Profilverlauf im Bereich dz stark gekrümmt, wird der
Wert y vom Wert f(x) mehr oder weniger stark abweichen. Der Fehler sy kann näherungsweise
wie folgt berechnet werden:
ery läßt sich bestimmen, wenn man f(x) in eine Taylor-Reihe entwickelt und nur Glieder
bis zur zweiten Ordnung
Die Formel für einen Kreis lautet: Durch zweimaliges implizites Differenzieren und Einsetzen der vorstehenden Gleichung in das Ergebnis erhält man Durch Verwendung von Polarkoordinaten mit und ergibt sich die zweite Ableitung von y zu Daraus ergibt sich vmax zu In einem konkreten Beispiel sei die Meßzeit At = 0,.1 s und der Meßfehler g y = 5/um angenommen. Grenzen, in denen Messung«normalerveise ablaufen werden, sind. in diesem Fall durch folgende Werte gegeben: MeEgeschwindigkeiten über 100 =/s werden kaum verwendet werden, weil dabei der Abstand zweier Meßpunkte bereits 10 mm beträgt. Ein Winkelbetrag < = 200 zwischen x-Achse und Radius r dürfte kaum unterschritten werden, weil die Gefahr besteht, daß das Meßsignal ausfällt. Auch bei einer Messung im Scheitel, d.h.The formula for a circle is: By implicitly differentiating and inserting the above equation into the result twice, one obtains Using polar coordinates with and the second derivative of y results in This results in vmax to In a specific example, the measurement time At = 0.1 s and the measurement error gy = 5 μm are assumed. There are limits within which measurements will normally take place. in this case given by the following values: Measurement speeds over 100 = / s are rarely used because the distance between two measuring points is already 10 mm. An angular amount <= 200 between the x-axis and the radius r should hardly be undershot because there is a risk that the measurement signal will fail. Even with a measurement in the vertex, ie
# = 90° muß die Geschwindigkeit dem Krümmungsradius r angepaßt werden. # = 90 ° the speed must be adapted to the radius of curvature r.
In der Figur 2 ist als Beispiel ein aus lçreisbögen mit unterschiedlichen Radien zusammengesetzter Profilverlauf dargestellt, an dem eine Vermessung veranschaulicht werden soll.In the figure 2 is an example of arcs of arcs with different Radii composed profile course shown, on which a measurement is illustrated shall be.
Der Profilverlauf nach Figur 2 ist wiederum in einem rechtwinkeligen x-y-Koordinatensystem dargestellt und die optische Achse 21 des Meßgeräts 2 verlauft parallel zur y-Achse. Parallel zur x-Achse verläuft eine Zeitachse t. Für die x-Achse ist als Maßstab die Einheit mm und für die Zeitachse die Einheit Sekunde gewählt. Die Radien. r der einzelnen Kreisbögen sind ebenfalls in mm angegeben.The profile course according to Figure 2 is again in a right-angled x-y coordinate system shown and the optical axis 21 of the measuring device 2 runs parallel to the y-axis. A time axis t runs parallel to the x-axis. For the x-axis the unit mm is selected as the scale and the unit second is selected for the time axis. The radii. r of the individual arcs are also given in mm.
Das dargestellte Profil beginnt. am linken Ende bei x = O mm mit einem konkaven Krei-sbogen mit r = 10 mm, der bei x = 18,8 mm endet. An diesen ersten Kreisbogen schließt sich tangential ein kurzes gerades Stück von 20 mm Länge an, das bei x = 25,6 mm endet.The profile shown begins. at the left end at x = 0 mm with a concave circular arc with r = 10 mm, which ends at x = 18.8 mm. On this first one A short straight piece of 20 mm length is connected tangentially to the arc of the circle, which ends at x = 25.6 mm.
An dieses gerade Stück schließt tangential ein konvexes Kreisbogenstück mit einem Radius r = 50 mm an, das bei x = 63,9 mm endet. An dieses konvexe£Kreisbogenstrick schließt sich ein im Vergleich sehr großes und schwach gekrümmtes Kreisbogenstück tangential an, welches einen Radius von r = 3000 mm aufweist. Dieses große konvexe KreisbogenstUck endet bei x > 1105,8 mm.A convex circular arc piece closes tangentially on this straight piece with a radius r = 50 mm, which ends at x = 63.9 mm. On this convex circular arc rope closes by a comparatively very large and slightly curved arc of a circle tangentially, which has a radius of r = 3000 mm. This big convex The arc of a circle ends at x> 1105.8 mm.
Der Mittelpunkt dieses großen Kreisbogenstücks liegt auf einer zur x-Achse vertikaien Geraden, die durch den Punkt x = 584,9 mm geht, der die Strecke 63,9 mm bis 1105,8 mm halbiert. An dieses große Kre4sbogenstück schließt sich tangential ein kleines konvexes Kreisbogenstück von einem Radius r = 50 mm an, das bei x = 1144,1 mm endet. Der Bogenwinkel dieses kleinen konvexen Kreisbogenstücks beträgt wie bei dem Kreisbogenstück zwischen x = 25,6 mm.und x = 6'3,9 mm 600. An das kleine konvexe Kreisbogenstück auf der rechten Seite des Prqfilverlaufs schließt sichtangential ein gerades Stück von 20 mm Länge an, das bei x = 1151 mm endet. An dieses gerade Stück schließt sich tangential ein konkaves Kreisbogenstilek mit einem Radius von r = 10 mm an, das bei x = 1159,8 mm endet.The center of this large circular arc piece lies on one of the x-axis vertical straight lines passing through the point x = 584.9 mm goes, which halves the distance 63.9 mm to 1105.8 mm. Of this big piece of a circular bow a small convex circular arc of a radius r closes tangentially = 50 mm, which ends at x = 1144.1 mm. The arc angle of this little convex As with the circular arc, the circular arc is between x = 25.6 mm. And x = 6'3.9 mm 600. To the small convex circular arc on the right side of the The course of the Prqfil is visually tangential to a straight piece of 20 mm length, the ends at x = 1151 mm. A concave joins this straight piece tangentially Arc style with a radius of r = 10 mm ending at x = 1159.8 mm.
Wie aus der Figur 2 unmittelbar ersichtlich, ist der Profilverlauf spiegelsymmetrisch zu der die x-Achse im Funkt x = 584,9 mm vertikal schneidenden Geraden.As can be seen directly from FIG. 2, the profile course is mirror-symmetrical to that vertically intersecting the x-axis at point x = 584.9 mm Straight lines.
Wie schon früher erwahnt, würde sich bei Verwendung einer konstanten Relativgeschwindigkeit v die maximal zulässige Geschwindigkeit vmax im wesentlichen nach dem kleinsten KrUmmungsradius bestimmen, der im Profilverlauf auftritt und dies könnte zu langen Meßdauern führen. Es empfiehlt sich deshalb, während der Messung die Relativgeschwindigkeit den einzelnen auftretenden Krümmungsradien anzupassen, weil dadurch erheblich kürzere Meßdauern erzielt werden können. Dies wurde bei der Vermessung des in Figur 2 dargestellten Profils durchge führt.As mentioned earlier, using a constant would result Relative speed v essentially the maximum permissible speed vmax determine according to the smallest radius of curvature that occurs in the course of the profile and this could lead to long measurement times. It is therefore recommended during the measurement to adapt the relative speed to the individually occurring radii of curvature, because considerably shorter measuring times can be achieved as a result. This was the case with the Measurement of the profile shown in Figure 2 leads through.
Die Messung begann zum Zeitpunkt t = O s am linken Ende. des Profilverlaufs mit der Geschwindigkeit v = 1,3 mm/s, steigerte sich bis zum Scheitel des kleinen konkaven Kreisbogens bis zur Geschwindigkeit v = 6,2 mm/s und nahm dann wieder ab, bis sie bei x = 18,8 mm wieder den Wert v = 1,3 mm/s erreichte. Der Wert x = 18,8 mm wurde nach 4,4 s'erreicht. Das anschließende gerade Stück zwischen x = 18,8 mm und x = 25,6 mm wurde so durchlaufen, daß der Punkt x = 25,6 mm nach 7,7 s erreicht wurde und die Relativgeschwindigkeit dabei v = 2,8 mm/s betrug. Von da an wurde die Geschwindigkeit des Meßgeräts gesteigert, so daß sie am Ende des kleinen konvexen Kreisbogenstücks bei x = 63,9 mm den Wert v = 13,8 mm/s erreichte. Der Punkt x = 63,9 mm wurde bei t = 12,1 s erreicht. Nun wurde die Geschwindigkeit erheblich erhöht, und zwar auf v = 99,8 mm/s. Mit dieser Anfangsgeschwindigkeit begann das Meßgerät 2 den schwach gekrümmten großen Kreisbogen zu durchlaufen, wobei seine Geschwindigkeit bis zum Scheitelpunkt dieses Bogens bei x = 584,9 mm noch auf v = 109 mm gesteigert wurde und dann wieder allmählich auf die Endgeschwindigkeit v = 99,8 mm abgesenkt wurde, wie es bei x = 1105,8 mm erreichte. Der Scheitelpunkt bei x = 584,9 mm wurde bei t = 16,4 s und der Punkt x = 1105,8 mm bei t = 21,7 mm erreicht.The measurement began at the time t = O s at the left end. of the profile course with the speed v = 1.3 mm / s, increased to the vertex of the small one concave circular arc up to the speed v = 6.2 mm / s and then decreased again, until it is at x = 18.8 mm again reached the value v = 1.3 mm / s. The value x = 18.8 mm was reached after 4.4 seconds. The following straight piece between x = 18.8 mm and x = 25.6 mm were traversed in such a way that the point x = 25.6 mm after 7.7 s was reached and the relative speed was v = 2.8 mm / s. from then the speed of the measuring device was increased so that at the end of the small convex circular arc piece at x = 63.9 mm reached the value v = 13.8 mm / s. The point x = 63.9 mm was reached at t = 12.1 s. Well the speed was significantly increased, namely to v = 99.8 mm / s. At this initial speed the measuring device 2 began to traverse the slightly curved large circular arc, wherein its speed up to the apex of this arc at x = 584.9 mm was increased to v = 109 mm and then gradually back to the final speed v = 99.8 mm was lowered as it reached at x = 1105.8 mm. The vertex at x = 584.9 mm, at t = 16.4 s and the point x = 1105.8 mm at t = 21.7 mm achieved.
Beim Punkt x = 1105,8 mm wurde die Geschwindigkeit des Meßgeräts 2 wieder auf eine Geschwindigkeit von v = 13,8 mm/s abgesenkt und mit dieser Anfangsgeschwindigkeit durchlief es den kleinen konvexen Kreisbogen auf der rechten Seite des Profils. Dabei wurde die Geschwindigkeit allmählich auf einen Endwert v = 2,8 mm/s abgesenkt, den das Meßgerät bei x = 1144,1 mm erreichte. Dieser Punkt wurde bei t = 26,1 s erreicht.At the point x = 1105.8 mm, the speed of the measuring device 2 lowered again to a speed of v = 13.8 mm / s and with this initial speed it passed through the small convex arc on the right side of the profile. The speed was gradually reduced to a final value v = 2.8 mm / s, which the measuring device reached at x = 1144.1 mm. This point was at t = 26.1 s achieved.
Jetzt wurde das 20 mm lange gerade Stück auf der rechten Seite des Profils vermessen, wobei die Geschwindigkeit des Meßgeräts 2 allmählich auf einen Endwert von v = 1,3 mm/s abgesenkt wurde, welchen Wert es bei x = 1151 und bei t = 29,5 s erreichte.Now the 20mm long straight piece on the right side of the Profile measured, the speed of the measuring device 2 gradually increasing to a Final value of v = 1.3 mm / s was lowered, which value it was at x = 1151 and at t = 29.5 s reached.
Beim abschließenden Vermessen des kleinen konkaven Kreisbogenstücks am rechten Ende des Profils wurde wie beim linken konkaven Kreisbogenstück die Geschwindigkeit allmählich auf v = 6,2 mm/s im Scheitel des Bogens gesteigert und dann wieder allmählich bis zu einem Endwert v = 1,3 mm/s gedrosselt, welcher Endwert bei x = 1169,8 mm und bei t = 33,9 s erreicht wurde.During the final measurement of the small concave circular arc at the right end of the profile was as with the left concave circular arc the speed gradually increased to v = 6.2 mm / s at the apex of the arch and then again gradually throttled to a final value v = 1.3 mm / s, which Final value at x = 1169.8 mm and at t = 33.9 s was reached.
Die allmählichen Beschleunigungen oder Verzögerungen innerhalb der Kreisbogenstücke oder geraden Stücke lassen sich aus der in Polarkoordinaten ausgedrückten Formel für vmax, nach welcher die Geschwindigkeit nicht nur vom Radius, sondern auch vom Polarwinkel abhängt, berechnen. Den vorstehend angegebenen Zahlenwerten liegen dabei zulässiger Meßfehler 8 y von höchstens 5/um und eine Meßzeit L| A t = 0,1 s zugrunde. Die gesamte Ausmeßzeit betrug 33,9 s.The gradual accelerations or decelerations within the Pieces of circular arcs or straight pieces can be derived from the expressed in polar coordinates Formula for vmax, according to which the speed depends not only on the radius, but also depends on the polar angle. The numerical values given above In this case, there is a permissible measurement error 8 y of at most 5 μm and a measurement time L | A t = 0.1 s. The total measuring time was 33.9 s.
Bei Anpassung der Relativgeschwindigkeit v nur an die kritischste Stelle des Profils, also an die beiden kleinen konkaven Kreisbögen an beiden Enden des Profils in Figur 2 würde bei Zugrundelegung des gleichen Meßfehler und der gleichen Meßzeit die Ausmeßzeit 920 s betragen, ein im Vergleich zu 33,9 s riesiger Wert.When adapting the relative speed v only to the most critical Place the profile, i.e. at the two small concave circular arcs at both ends of the profile in Figure 2 would be based on the same measurement error and the same Measuring time the measuring time is 920 s, a huge value compared to 33.9 s.
Im iibrigen zeigt Figur 2, daß die Ausmeßzeit für jeden einzelnen Kreisbogen zwischen 4 und 5 s beträgt.In addition, Figure 2 shows that the measurement time for each individual Arc is between 4 and 5 s.
Die Regelung der Relativgeschwindigkeit kann digital oder analog erfolgen. Wird beispielsweise ein Digitalrechner verwendet, kann die Regelung relativ einfach aufgebaut werden. Aus jeweils drei vorangegangenen Meßwerten können Radius und y-Koordinate des Mittelpunkts eines Kreises bestimmt werden. Daraus und aus dem letzten Meßwert ergibt sich der Wert der zweiten Ableitung nach der bereits genannten Formel Die Vorschubgeschwindigkeit ergibt sich aus der ebenfalls bereits genannten Formel Im allgemeinen wird die so berechnete Geschwindigkeit Schwankungen zeigen und diese können auf zwei Weisen reduziert werden. Entweder läßt man die Geschwindigkeit vom Rechner als Analogwert ausgeben und schaltet ein geeignetes Tiefpaßfilter nach oder man bildet im Rechner aus dem neu berechneten Geschwindigkeitswert mit einer geeigneten Zahl von vorausgegangenen Werten einen Mittelwert.The relative speed can be regulated digitally or analogously. If, for example, a digital computer is used, the control can be set up relatively simply. The radius and y-coordinate of the center of a circle can be determined from three previous measured values. From this and from the last measured value, the value of the second derivative results from the formula already mentioned The feed rate results from the formula already mentioned In general, the speed calculated in this way will show fluctuations and these can be reduced in two ways. Either the speed is output by the computer as an analog value and a suitable low-pass filter is added, or an average value is formed in the computer from the newly calculated speed value with a suitable number of previous values.
Zu Beginn der Messung stehen noch keine Werte zur Verfügung. Deshalb sollte die Messung mit geringer Geschwindigkeit gestartet werden. Als Antriebsmotor kommt ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor in Frage.No values are available at the start of the measurement. That's why the measurement should be started at low speed. As a drive motor a stepper motor or a DC motor can be used.
Letzterer sollte mit einem Tachogenerator ausgerüstet sein, um eine Kontrolle der Geschwindigkeit durchführen zu können.The latter should be equipped with a tachometer generator to generate a To be able to control the speed.
Wie schon erwähnt, ist auch eine analoge Regelung möglich, allerdings ist hier der Aufwand höher als bei einer digitalen Regelung. Dies insbesondere deshalb, weil y" oder f" (x) nicht gebildet werden kann, da elektronisch nur ein Differenzieren nach der Zeit möglich ist. Der Meßfehler ergibt sich aus Gle.ichung I zu oder Die Relativgeschwindigkeit ist also so zu wählen, daß die zweite Ableitung des Meßsignals nach der Zeit konstant bleibt. Eine dazu geeignete Schaltung ist in einem Blockschaltbild in der Figur 3 dargestellt. Dar Meßwert y wird mit dem Meßgerät 2 und der Weg x mit einem Weggeber 3 gemessen. Beide gemessenen Werte werden in Differenziereinrichtungen 4 bzw. 5 nach der Zeit differenziert und einer Dividierschaltung 6 zugeführt in der die Werte dividiert werden, so daß man am Ausgang der Schaltung 6 dy/dt erhält. Nach einer weiteren Differenzierstufe 7 und einer Gleichrichtung in einer der Differenzierstufe 7 nachgeschalteten Gleichrichterschaltung 8 erhält man d2 an einem Ausgang- der Gleichrichterschaltung. Dieser Wert wird mit einer Spannung verglichen, die proportional ist.As already mentioned, an analog control is also possible, but here the effort is higher than with a digital control. This is particularly because y "or f" (x) cannot be formed, since electronically differentiation is only possible according to time. The measurement error results from equation I. or The relative speed must therefore be selected so that the second derivative of the measurement signal remains constant with respect to time. A circuit suitable for this is shown in a block diagram in FIG. The measured value y is measured with the measuring device 2 and the distance x with a displacement sensor 3. Both measured values are differentiated according to time in differentiating devices 4 and 5, respectively, and fed to a dividing circuit 6 in which the values are divided so that dy / dt is obtained at the output of circuit 6. After a further differentiating stage 7 and rectification in a rectifier circuit 8 connected downstream of the differentiating stage 7, d2 is obtained at an output of the rectifier circuit. This value is compared with a voltage that is proportional.
Am Beginn der Messung ist dy/dt = O. Die Differenzierschaltung 5 Ur.x wird.zweckmäßig so eingestellt, daß 2 dxidt nicht a wird. Man erhält also am Anfang d y/dt = O und die Regelung würde den Motor sofort auf maximale Geschwindigkeit bringen. Das läßt sich vermeiden, wenn man beim Start die Spannung für langsam von 0 auf den richtigen Wert bringt.At the beginning of the measurement, dy / dt = O. The differentiating circuit 5 Ur.x is expediently set so that 2 dxidt does not become a. So you get dy / dt = 0 at the beginning and the control would bring the motor to maximum speed immediately. This can be avoided if the voltage for slowly brings it from 0 to the correct value.
In der Schaltung nach Figur 2 kann im übrigen nach jeder Differenzierschaltung 4, 5 und 7 eine Glättung erfolgen.In the circuit according to FIG. 2, after each differentiating circuit 4, 5 and 7 are smoothed.
9 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite9 claims 3 figures Blank page
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19803035871 DE3035871A1 (en) | 1980-09-23 | 1980-09-23 | Profile measurement using contactless sensor - having lower scanning speed for critical profile regions and designed esp. for tight curves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19803035871 DE3035871A1 (en) | 1980-09-23 | 1980-09-23 | Profile measurement using contactless sensor - having lower scanning speed for critical profile regions and designed esp. for tight curves |
Publications (1)
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| DE3035871A1 true DE3035871A1 (en) | 1982-05-06 |
Family
ID=6112662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19803035871 Ceased DE3035871A1 (en) | 1980-09-23 | 1980-09-23 | Profile measurement using contactless sensor - having lower scanning speed for critical profile regions and designed esp. for tight curves |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE3035871A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2445041A (en) * | 1945-01-01 | 1948-07-13 | Louis A Scholz | Silhouette reproducing machine |
| DE847353C (en) * | 1950-03-04 | 1952-08-25 | Schoppe & Faeser Feinmechanik | Device for scanning flat curves |
| DE2742344A1 (en) * | 1976-09-25 | 1978-03-30 | Rolls Royce | DEVICE FOR DISPLAYING THE PROFILE OF A WORKPIECE |
-
1980
- 1980-09-23 DE DE19803035871 patent/DE3035871A1/en not_active Ceased
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