DE3779824T2

DE3779824T2 - Koordinaten-messung.

Info

Publication number: DE3779824T2
Application number: DE8787306399T
Authority: DE
Inventors: Alan Douglas Darlington; David Roberts Mcmurtry; John Paul Robertson
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2007-07-21
Also published as: DE3750885D1; EP0254515A3; GB8618152D0; EP0482672B1; JP2528664B2; DE3750885T2; EP0254515B1; DE3779824D1; US4901256A; EP0254515A2; EP0482672A1; JPS63106514A; US5016199A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Koordinaten-Messung.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist gut bekannt, eine Sonde an einer Koordinaten-Positionier-Vorrichtung anzubringen, wie einer Werkzeugmaschine oder einer Koordinaten-Meßmaschine (CMM), um sie dadurch zu bewegen, wie z.B. in FR-A 2 471 629 beschrieben. Derartige Vorrichtungen besitzen zugeordnete Koordinaten-Meßeinheiten wie Skalen oder Funktionsgeber, die ein koordinaten-abhängiges Ausgangssignal für jede Achsenbewegung erzeugen. Die Sonde kann beispielsweise von einem in US-PS 4 153 998 (McMurtry) beschriebenen Typ sein. Wenn eine Spitze einer solchen Sonde eine Stelle an einem Gegenstand berührt, löst die Tatsache einer solchen Berührung die Erzeugung einer Koordinatenanzeige für diese Stelle durch einen Computer aus unter Benutzung des Ausgangssignals der Koordinaten-Meßeinheit. An einer Werkzeugmaschine kann eine solche Sonde benutzt werden, die Fertigung eines Gegenstandes in einer bestimmten Form und mit bestimmten Abmessungen zu steuern. An einer CMM kann sie benutzt werden, die Dimension eines Gegenstandes nach seiner Herstellung zu überprüfen. Beispielsweise läßt bei dem zuletzt genannten Einsatz eine Bedienungsperson die Spitze der Sonde bestimmte Stellen an einem Gegenstand berühren, um die Koordinaten dieser Stellen zu erhalten. Diese Koordinaten können dann z.B. durch den Computer bearbeitet werden, um die Abmessung des Gegenstandes zu errechnen. Bei bekannten Systemen ist jedoch notwendig, daß die Bedienungsperson den Computer von der geometrischen Form des Gegenstandes oder eines relevanten Teils des Gegenstands informiert, da der Computer nur fähig ist, die relevante Dimension aufgrund einer Kenntnis der Form wie auch der Koordinaten der verschiedenen Stellen zu berechnen.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Untersuchen eines Gegenstandes geschaffen mit Benutzung einer Koordinatenpositionier-Vorrichtung, welche umfaßt ein feststehendes Teil, ein bewegliches Teil, Koordinaten-Meßmittel zum Schaffen von für die relativen Positionen der festen zu den beweglichen Teilen bezeichnenden Ausgangssignalen und Sondenmittel, das an einem der Teile angebracht ist zum Erfassen von Punkten an dem Gegenstand, der an dem anderen Teil angebracht ist, bei welchem Verfahren:
das Sondenmittel relativ zu dem Gegenstand zu Punkten an dem Gegenstand hin bewegt wird,
Ausgangssignale des Koordinaten-Meßmittels benutzt werden, um die Richtung der Relativbewegung des Sondenmittels zu jedem dieser Punkte zu erfassen;
Koordinaten jedes der Punkte in Reaktion auf das Sondenmittel und auf Ausgangsssignale des Koordinaten-Meßmittels bestimmt werden; und
Computermittel veranlaßt werden, aufgrund der Richtungen eine Entscheidung zu treffen, die die geometrische Form des Gegenstandes oder eines Teils des Gegenstandes betrifft.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher:
Fig. 1 ein schematisches Schaubild einer Koordinaten-Meßmaschine (CMM) zum Ausführen eines Beispiels der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Sonde gleichartig zu der in Fig. 1 gezeigten, jedoch mit einer anderen Stiftanordnung zeigt;
Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, welches den Betrieb eines Computers in Fig. 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 4 und 5 Flußdiagramme sind, welche von Fig. 3 aufgerufene Routinen zeigen;
Fig. 6, 7a, 7b, 8a und 8b Flußdiagramme sind, welche jeweilige Betätigungen des Computers in Reaktion auf Fig. 5 zeigen;
Fig. 8c ein Flußdiagramm ist, das eine mögliche Betätigung des Computers auf Fig. 8 folgend zeigt; und
Fig. 9, lO, 11 und 12 Flußdiagramme sind, mit denen das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung abgewandelt werden kann.

Beschreibung bevorzugter Ausführunen

Die in Fig. 1 gezeigte CMM umfaßt einen Tisch 60, auf den ein Gegenstand oder Werkstück wie ein hergestelltes Teil 61 gestellt werden kann, das zu untersuchen ist. Die CMM umfaßt auch eine Berührungstrigger-Sonde 62 des in US-PS 4 153 998 (McMurtry) beschriebenen Typs, der einen abnehmbaren Taster 63 mit kugelförmiger Spitze 64 zum Berühren des Teils 61 besitzt. Die Sonde 62 ist in einer (nicht gezeigten) Fassung der Maschine zur Bewegung in drei orthogonalen Richtungen X, X und Z angebracht unter Einwirkung von X-, Y- und Z-Antrieben 65, die durch eine numerische Maschinensteuerung 66 gesteuert werden. X-, Y- und Z-Skalen 67, (die Zähler für die Ausgangssignale der Skalen enthalten) zeigen die augenblicklichen Koordinaten der Position der Fassung, in der die Sonde 62 angebracht ist, in drei Dimensionen. Wenn die Sonde 62 ein Triggersignal an einer Leitung 68 aussendet, das anzeigt, daß sie die Oberfläche des Teils 61 berührt hat, werden die Zähler der Skalen 67 stillgesetzt und die Steuerung 66 nimmt eine Ablesung der X-, Y- und Z-Koordinaten der Fassung der Maschine vor.
Die soweit beschriebene Maschine ist allgemein konventionell. Um bei dem Verständnis der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Unterstützung zu leisten, wird nun der übliche Einsatz einer solchen Maschine beschrieben.
Die Sonde 62 wird bewegt, um die Oberfläche des Teils 61 an einer Vielzahl unterschiedlicher Stellen zu berühren, die ausreichen, um alle erforderlichen Abmessungen für den erforderlichen Untersuchungsbetrieb abzunehmen. Das wird bei 62A, 62B dargestellt. Die Sonde kann durch die Antriebe 65 unter dem Einfluß eines handbetätigten, an der Steuerung 66 angeschlossenen Steuerknüppels bewegt werden. Alternativ kann sie entsprechend einem in der Steuerung 66 gespeicherten Programm bewegt werden; da ein solches Programm für die Untersuchung einer bestimmten Reihe von identisch hergestellten Teilen 61 speziell angefertigt ist, wird es als "Teile-Programm" bezeichnet. Das Teile-Programm enthält alle Bewegungen und Berührungen der Oberfläche des Teils 61, die für den Untersuchungsvorgang benötigt werden, und wird allgemein in einer für die Maschinensteuerung 66 spezifischen Sprache geschrieben. Bei einem anderen alternativen System wird die Sonde 62 durch direkte, von Hand ausgeführte Betätigung der Fassung, in der sie angebracht ist, in die verschiedenen Berührungsstellungen bewegt. Das wäre bei einer einfacheren Maschine der Fall, die keinen Steuerknüppel 69 hat und vielleicht auch keine Antriebe 65 und eine nichtprogrammierbare Steuerung.
Ein Untersuchungsvorgang erfordert üblicherweise, daß sowohl die Sondenspitze als auch das Teil 61 auf eine Bezugsposition bezogen werden.
Ein Beziehen des Sondenstiftes auf Bezugspositionen (oder auch als "Stift-Qualifizierung" bezeichnet) wird immer dann ausgeführt, wenn ein anderer Stift an die Sonde angesetzt wird, oder zu Beginn des Arbeitstages, und möglicherweise auch mit bestimmten Abständen während des Tages. Zu dem Vorgang gehört ein Berühren einer Vielzahl von Stellen an der Oberfläche einer genau sphärischen Bezugskugel 62, die in einer geeigneten Position relativ zu dem Tisch 60 befestigt ist, mit der Stiftspitze 64. Koordinaten-Ablesungen der berührten Punkte werden vorgenommen, und, da der Radius der Kugel 62 bekannt ist, werden Versatzgrößen errechnet und gespeichert, die sich auf den effektiven Radius der Stiftspitze 64 in jeder interessierenden Richtung beziehen. Diese Versatzgrößen werden benutzt, um darauffolgende Ablesungen an Teilen 61 zu kompensieren, so daß der Radius der Stiftspitze und die Trigger-Eigenschaften der Sonde die Genauigkeit der Meßergebnisse nicht beeinflussen. Wenn erwünscht, kann das Zentrum der Kugel 62 aus den Ablesungen errechnet und können alle nachfolgenden Messungen darauf bezogen werden.
Fig. 2 zeigt eine andere Art von Sondenstift, der den Stift 63 in Fig. 1 ersetzen kann. Es ist dies ein sog. Sternstift mit vier Zweigstiften 63a, die sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken, und mit fünf Stiftspitzen 64a (von denen nur vier in der Figur sichtbar sind). Wie gut bekannt, erhöht dieser Sternstift die Flexibilität des Einsatzes der Sonde 62 zum Messen von Gegenständen mit komplizierter Form. Jede Stiftspitze 64a wird vor ihrem Einsatz einer besonderen Qualifizierung bedürfen, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Die Reihe von Versatzwerten, die sich aus den Qualifizierungen für jeden Stift ergibt, wird so gespeichert, daß die einzelnen Werte zum Gebrauch ausgewählt werden können, wenn die mit dem betreffenden Stift vorgenommenen Koordinaten-Ablesungen kompensiert werden müssen. Es ist zu verstehen, daß es außer den in Fig. 1 und 2 gezeigten noch zahlreiche andere mögliche Stiftgestaltungen gibt, die eingesetzt werden können.
Eine Bezugsherstellung für das Teil ist dazu bestimmt, die Tatsache zu berücksichtigen, daß dann, wenn ein Teil 61 auf den Tisch 60 gestellt wird, es nie in einer genau vorbestimmten Weise aufgesetzt und ausgerichtet werden kann. Dementsprechend werden bestimmte Flächen des Teils als Referenzoder Bezugsflächen bezeichnet, und werden zuerst gemessen, um die Lage und Ausrichtung des Teils zu bestimmen. Diese Information wird gespeichert und zum Korrigieren nachfolgender Ablesungen an dem Teil benutzt, so daß sie auf die Bezugsposition und -Ausrichtung bezogen werden können.
Das nachfolgende einfache Beispiel der vorliegenden Erfindung benutzt die CMM der Fig. 1 zum Prüfen eines kritischen geometrischen Parameters oder von Parametern verschiedener Formen von Gegenständen 61 nach deren Herstellung durch eine automatische Werkzeugmaschine - z.B. des Durchmessers einer Bohrung oder eines runden Vorsprungs in bzw. an einem Gegenstand; der Dicke eines Flansches oder der Breite eines Schlitzes an bzw. in dem Gegenstand; oder des Durchmessers einer sphärischen Fläche an oder in dem Gegenstand. Ein Computer 71 (der beispielsweise ein IBM-kompatibler Personalcomputer sein kann) errechnet den oder die relevanten Parameter, ohne durch den Benutzer der Maschine von der besonderen geometrischen Form des Gegenstandes oder des Teils des Gegenstandes informiert worden zu sein. Stattdessen benutzt der Benutzer die Sonde 62 zum Berühren des Gegenstandes in einer vorbestimmten Weise, die von der bestimmten geometrischen Form abhängt. Die Steuerung 66 leitet die sich ergebenden Koordinatendaten zum Computer 71 weiter. Aus diesen Daten trifft der Computer eine die geometrische Form betreffende Entscheidung und errechnet aufgrund dieser Entscheidung und der Koordinaten verschiedener Stellen an dem Gegenstand den oder die relevanten geometrischen Parameter. Die Steuerung 66 und der Computer 71 können selbstverständlich als ein einziger Computer kombiniert werden, wenn entsprechende Bearbeitungsleistung verfügbar ist.
Fig. 3 zeigt den durch den Computer 71 verfolgten Routineablauf bei der Messung eines geometrischen Merkmals eines Gegenstandes in der vorstehend beschriebenen Weise. Die in gestrichelten Linien dargestellten Dinge oder Abläufe werden hier nicht beschrieben, da sie zu einem nachstehend beschriebenen ausgeklügelteren Beispiel gehören und für das vorliegende Beispiel nicht wichtig sind. Die Routine nach Fig. 3 kann beispielsweise von einem Menue an einem Bildschirm des Computers 71 aufgerufen werden, wenn auch eine bevorzugtere Alternative später beschrieben wird, da wir es bevorzugen, ein System zu schaffen, bei dem der Benutzer wenig oder überhaupt keine Information direkt in den Computer 71 einzugeben braucht.
Zum Beginn der Routine in Fig. 3, im Schritt 80, setzt der Computer einen Software-Zähler auf Null. Dieser Zähler wird benutzt, um die Anzahl von Punkten an dem geometrischen Merkmal des Gegenstandes zu verfolgen, die berührt wurden. Der Benutzer bewegt dann die Sonde frei (Schritt 81) unter Benutzung des Steuerknüppels 69 oder mit direkter Manipulierung der Fassung der Maschine, bis er bereit ist, eine Sondenbewegung zu beginnen, bei der eine ausgewählte Kontaktstelle an der Oberfläche des Gegenstandes berührt wird. Die Sondenbewegung beginnt von einer Position aus, in der die Stiftspitze 64 annähernd in einer durch die ausgewählte Kontaktstelle gehenden, zur Oberfläche des Gegenstandes senkrechten Linie liegt.
Der Steuerknüppel 69 besitzt eine Anzahl von Knöpfen 70 (von denen nur einer in Fig. 1 gezeigt ist). Der Benutzer signalisiert den Beginn der Sondenbewegung durch Drücken eines der Knöpfe 70 (Schritt 83). Dieser Knopf kann selbstverständlich auch irgendwo anders, z.B. an einem Tastenfeld des Computers 71 gelegen sein, das wird jedoch nicht bevorzugt, wegen der Absicht, den Benutzer so wenig wie möglich den Computer 71 direkt ansprechen zu lassen. Wenn der Knopf 70 gedrückt ist, signalisiert die Steuerung diese Tatsache zum Computer und gibt die gegenwärtigen X-, Y-, Z-Koordinaten der Sonde weiter.
Im Schritt 84 geht der Computer 71 in eine Routine zum Messen der ausgewählten Stelle an der Oberfläche des Gegenstandes. Das wird später mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Als nächstes sieht im Schritt 85 der Computer, ob die von den bisher berührten und gemessenen Stellen gesammelten Information ausreicht, ihm zu ermöglichen, eine Entscheidung über die Form des Merkmals des gerade untersuchten Gegenstandes zu treffen. Diese Entscheidungs-Routine wird später mit Bezug auf Fig. 5 bis 8 beschrieben, wie auch die Art der für bestimmte Formen gewählten Betätigungen. Die Entscheidungs- Routine 85 kehrt zurück mit einem gesetzten Merker, um zu zeigen, ob eine Entscheidung gefallen ist.
Falls eine Entscheidung gefallen ist, zeigt im Schritt 86 der Computer 71 die Entscheidung dem Benutzer und bittet ihn um Bestätigung. Der Benutzer tut das durch Drücken eines der Knöpfe 70 an seinem Steuerknüppel 69 oder er drückt alternativ einen anderen Knopf 70, wenn die durch den Computer 71 getroffene Entscheidung nicht das ist, was er beabsichtigt. Falls der Benutzer bestätigt, daß die gewünschte Entscheidung getroffen wurde, ist die Routine nach Fig. 3 fertig. Falls nicht oder falls keine Entscheidung getroffen wurde, schleift das Programm vom Schritt 86 zum Schritt 81 zurück, um Information an einer weiteren Kontaktstelle zu sammeln. Es ist in Schritt 86 möglich, daß der Benutzer einen entsprechenden Knopf 70 auch dann drückt, wenn keine Entscheidung getroffen wurde, z.B. wenn nur eine einzelne Stelle gemessen wurde (in diesem Fall wird der Computer 71 die Koordinaten dieser Stelle anzeigen, wie später erläutert). Ein Drücken eines solchen Knopfes 70 unter diesen Umständen läßt den Computer 71 die Routine Fig. 3 verlassen, die Einzelheiten speichern, ohne zum Sammeln von weiterer Information zurückzuschleifen.
Es ist möglich, daß der Computer 71 die Entscheidung nach Schritt 86 selbst trifft, rein aufgrund der Tatsache, daß der Merker durch die Routine 85 gesetzt wurde, und entsprechend die Routinen nach Fig. 3 verläßt, oder zum Schritt 81 zurückschleift. Jedoch führt der vorstehende Vorgang der Bitte an den Benutzer um Bestätigung der Entscheidung des Computers 71 zu größerer Zuverlässigkeit und Flexibilität.
Fig. 4 zeigt die durch den Computer 71 verfolgte Routine zum Messen einer ausgewählten Stelle. Diese Routine beginnt, wenn der Benutzer den Knopf 70 in Schritt 83 der Fig. 3 gedrückt hat, und die erste Aktion (Schritt 90) besteht darin, die Koordinaten der Sonde einzulesen und zu speichern, die durch die Steuerung 66 zu diesem Zeitpunkt, wie bereits erwähnt, zum Computer 71 weitergeleitet werden.
Die nachstehend beschriebene Entscheidungs-Routine benötigt den Besitz eines Vektors, der die Bewegungsrichtung der Stiftspitze 64 beschreibt, wenn sie dazu gebracht wird, die Kontaktstelle zu berühren. So bewegt der Benutzer als nächstes die Sonde 62 in der Richtung zu der Stelle hin. Es ist möglich, daß der Benutzer die Sonde 62 bewegt, bis der Kontakt hergestellt ist, woraufhin die Sonde dieses Ereignis auf Leitung 68 signalisiert und die X-, Y- und Z-Koordinaten der Kontaktstelle durch die Steuerung 66 abgenommen und zum Computer 71 weitergeleitet werden. Der Computer 71 kann dann den notwendigen Vektor aus den im Schritt 90 gespeicherten Koordinaten und denen der Kontaktstelle errechnen.
Jedoch ist die benutzte Sonde zur größerer Wiederholgenauigkeit fähig, wenn sie den Gegenstand immer mit einer bekannten konstanten niedrigen Geschwindigkeit berührt. So fordert die Routine nach Fig. 4, daß der Benutzer die Sonde einen Teil des Weges zu der Kontaktstelle hin bewegt, und dann den Knopf 70 wieder drückt (Schritt 91). Die neuen Koordinaten der Sonde werden dann von der Steuerung 66 zum Computer 71 weitergeleitet (Schritt 92). Der Computer 71 errechnet dann den erforderlichen Vektor durch Abziehen dieser Koordinaten von den im Schritt 90 gespeicherten und speichert das Ergebnis für zukünftige Verwendung (Schritt 93).
Als nächstes instruiert der Computer 71 in Schritt 94 die Steuerung, die Sonde längs des errechneten Vektors mit der erforderlichen niedrigen konstanten Geschwindigkeit zu bewegen, bis die ausgewählte Stelle berührt wird, was ein Triggersignal an Leitung 68 anzeigt. Der Computer 71 liest die der Kontaktstelle entsprechenden Koordinaten. Er speichert sie im Schritt 95 und zeigt sie an seinem Bildschirm an. Schließlich wird der (im Schritt 80 Fig. 3 auf Null gestellte) Stellenzähler weitergezählt, so daß er eine Aufzeichnung der Anzahl der gemessenen Stellen aktuell erhält. Die Steuerung kehrt nun zu Fig. 3 zurück (der in gestrichelten Linien gezeigte Schritt 97 ist nur in dem ausgeklügelteren, später zu beschreibenden Beispiel enthalten).
Der erforderliche Vektor kann alternativ wie folgt erhalten werden. Wenn die Sonde 62 durch den Benutzer bewegt wird, werden die Koordinaten aufeinanderfolgender Positionen der Spitze 2 kontinuierlich in einem Register in der Steuerung 66 oder im Computer 71 registriert, und dieses Register hält z.B. nur die Koordinaten von zwei oder drei jüngsten Positionen aus einer Serie aufeinanderfolgender Positionen. Wenn die Spitze 64 der Sonde 62 eine Stelle an einem Gegenstand berührt, registriert das Register die Koordinaten der Stelle an dem Gegenstand und beispielsweise von einer oder von zwei unmittelbar vorhergehenden Positionen, bevor die Spitze die Stelle berührte. Falls das Register nur die Koordinaten der Kontaktstelle und einer vorangehenden Position hält, errechnet der Computer 71 den Vektor aufgrund des Unterschiedes zwischen den registrierten Koordinaten. Wenn er die Berührungsstelle und zwei oder mehr vorangehende Positionen hält, kann der Vektor aufgrund einer Bestpassung durch die verschiedenen Positionen errechnet werden.
Bei Benutzung der Vorrichtung muß der Benutzer sicherstellen, daß er a) die Sonde 62 so bewegt, daß ihre Spitze 64 einen senkrecht auf der Oberfläche des Gegenstands stehenden Bewegungsvektor besitzt, unmittelbar vor Herstellung des Kontakts mit einer Stelle an eben dieser Oberfläche; und b) die Spitze 64 zum Kontakt mit einer Anzahl von Stellen aus jeweiligen Richtungen in Abhängigkeit von der geometrischen Form des Gegenstands oder Teil des Gegenstands veranlaßt, dessen Parameter zu überprüfen ist bzw. sind. Dies wird offensichtlicher aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf Fig. 5 bis 8 der durch den Computer 71 aufgrund der gespeicherten Daten ausgeführten Entscheidungs-Routine bezüglich der Koordinaten der Kontaktstellen und der Bewegungsvektoren der Spitze 64 bei der Herstellung des Kontakts mit dem Gegenstand an diesen Stellen. Jedoch können alle bei diesem Routineablauf bezüglich der Richtungen der verschiedenen Vektoren getroffenen Entscheidungen eine vorbestimmte eingebaute Toleranz besitzen, so daß der Benutzer die Sonde nicht genau entsprechend diesen Bedingungen a) und b), sondern nur annähernd so bewegen muß.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 5 bis 8 sind wiederum in gestrichelten Linien gezeigte Schritte für das gegenwärtige Beispiel nicht wichtig. Sie beziehen sich auf weitere später beschriebenen Beispiele und werden jetzt nicht diskutiert.
Mit Bezug auf Fig. 5 prüft der Computer 71 zuerst im Schritt 8 den Stellenzähler und bestimmt, "war nur eine Kontaktstelle vorhanden?". Falls die Antwort ja (J) ist, kehrt der Computer 71 bloß mit gesetztem Merker zu Fig. 3 zurück, um zu zeigen, daß keine Entscheidung über die Form des zu untersuchenden Merkmals erreicht werden kann. Falls die Antwort nein (N) ist, geht der Computer 71 zum Schritt 9 weiter und bestimmt "waren es zwei Kontaktstellen?". Falls die Antwort J ist, entscheidet er als nächstes, ob die diesen Stellen entsprechenden Vektoren zueinander parallel waren (Schritt 13). Falls die Antwort wiederum J ist, geht der Computer 71 entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 6 weiter, während bei Antwort N keine Entscheidung erreicht werden kann und der Computer 71 mit entsprechend gesetztem Merker zu Fig. 3 zurückkehrt.
Wenn mehr als zwei Kontaktstellen vorhanden waren, geht der Computer 71 weiter zu Schritt 10 und bestimmt "waren es drei Kontaktstellen?". Falls die Antwort J ist, bestimmt der Computer 71 wiederum, ob die entsprechenden Vektoren zueinander parallel waren (Schritt 23) und geht entsprechend nach Fig. 7a, wenn sie das nicht waren, oder Fig. 7b, wenn sie das waren. Wenn mehr als drei Stellen vorhanden waren, geht der Computer 71 zu Schritt 11 weiter und bestimmt "waren es vier oder fünf Kontaktstellen?". Falls die Antwort J ist, bestimmt der Computer 71 wiederum, ob die Vektoren zueinander parallel waren (Schritt 23a) und geht entsprechend zu dem Flußdiagramm nach Fig. 8a weiter, falls N, oder Fig. 8b, falls J. Wenn mehr als vier Stellen waren, geht der Computer 71 zum Schritt 12 weiter und bestimmt "waren es sechs oder mehr Kontaktstellen?". Falls die Antwort J ist, bestimmt der Computer 71 wiederum, ob die Vektoren parallel waren (Schritt 23b). Wenn sie es waren, fährt der Computer wieder in der Weise von Fig. 8b fort, während dann, wenn sie es nicht waren, geht er in einer gleichartigen Weise zu Fig. 8a weiter, jedoch mit dem zusätzlichen Vorgang nach Fig. 8c.
Wenn der Computer 71 entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 6 vorgeht (zwei Kontaktstellen, Vektoren parallel), bestimmt er zuerst im Schritt 14 "waren die Vektoren in der gleichen Richtung?", falls die Antowrt J ist, entscheidet der Computer 71, daß die zwei Sondenbewegungen so gewesen sein müssen, wie durch die Pfeile im Detail 15 angezeigt, und errechnet im Schritt 16 die gerade die beide Kontaktstellen verbindende Linie zur weiteren Verwendung. Durch sich selbst ermöglicht diese gerade Linie jedoch keine Entscheidung bezüglich der Form des zu untersuchenden geometrischen Merkmals zu treffen, und so wird der Merker entsprechend gesetzt, wenn der Programmfluß zu Fig. 3 zurückkehrt, so daß normalerweise eine weitere Stelle gemessen wird. Der Benutzer hat jedoch selbstverständlich die Wahl (im Schritt 86 Fig. 3), dem Computer anzuzeigen, daß es beabsicht war, eine gerade Linie zu messen.
Falls die Antwort im Schritt 14 N ist, bestimmt der Computer 71 im Schritt 17 "waren die Vektoren kolinear?", falls die Antwort N ist, schließt der Computer 71, daß keine Entscheidung getroffen werden kann und kehrt mit entsprechend gesetztem Merker zurück. Falls die Antwort J ist, geht der Computer 71 weiter zum Schritt 81 und bestimmt "waren die Vektoren konvergent?". Wenn die Antwort J ist, entscheidet der Computer 71, daß der Gegenstand oder der Gegenstandsteil ein Flansch ist, daß die Bewegungsrichtungen der Sonde so waren, wie durch Pfeile in der Einzelheit 19 gezeigt, und errechnet im Schritt 20 den Abstand zwischen den beiden Kontaktstellen. Fals die Antwort im Schritt 18 N ist, entscheidet der Computer 71, daß der Teil des betreffenden Gegenstands ein Schlitz ist, daß die Bewegungen der Sonde so waren, wie es die Pfeile in der Einzelheit 21 zeigen, und errechnet im Schritt 22 den Abstand zwischen den beiden Kontaktstellen. So ist in diesem Fall der durch den Computer berechnete geometrische Parameter, sobald die Form des zu untersuchenden Merkmals als ein Flansch oder ein Schlitz bestimmt wurde, die Dicke des Flansches oder die Breite des Schlitzes. Nach entweder Schritt 20 oder Schritt 22 kehrt der Programmablauf zu Fig. 3 zurück, nun mit dem gesetzten Merker, der zeigt, daß eine Entscheidung erreicht und ein Merkmal identifiziert und gemessen wurde.
Wenn der Computer 71 entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 7a arbeitet (drei Kontaktstellen, Vektoren nicht parallel), stellt im Schritt 24 der Computer 71 die Frage "waren die Vektoren koplanar?"; falls die Antwort N ist, schließt der Computer 71, daß keine Entscheidung erreicht werden kann; während, er bei der Antwort J zum Schritt 26 weitergeht, wo er die Frage "waren die Vektoren zu einer Stelle konvergent" stellt. Falls die Antwort J ist, entscheidet der Computer 71, daß der Gegenstand oder der Teil des Gegenstands ein runder Vorsprung (kreisförmiger Klotz) ist, daß die Spitze 64 der Sonde 62 sich in den durch die Pfeile im Detail 27 gezeigten Richtungen bewegt hat, und der Computer 71 errechnet im Schritt 28 den durch die drei Kontaktstellen definierten Kreis, d.h. ausgedrückt in den gewünschten geometrischen Parametern des runden Klotzes, wie Ort und Durchmesser. Falls die Antwort im Schritt 26 N ist, geht der Computer 71 zum Schritt 29 weiter, wo er die Frage stellt "waren die Vektoren von einem Punkt divergent?". Falls die Antwort N ist, schließt der Computer 71, daß keine Entscheidung erreicht werden kann; während, falls die Antwort J ist, der Computer 71 entscheidet, daß der betreffende Teil des Gegenstands eine Bohrung ist, die Spitze 64 der Sonde 62 in den durch Pfeile in der Einzelheit 30 gezeigten Richtungen bewegt wurde, und der Computer 71 geht weiter zum Schritt 28, wo er den durch die drei Kontaktstellen bestimmten Kreis errechnet, d.h. ausgedrückt durch die geometrischen Parametern der Bohrung, wie ihrem Durchmesser und ihren Ort. Auf jeden Fall kehrt der Computer 71 von Fig. 7a mit dem gesetzten Merker zurück, der anzeigt, ob eine Entscheidung erreicht wurde oder nicht.
Wenn der Computer 71 entsprechend Fig. 7b (drei Kontaktstellen, Vektoren parallel) arbeitet, bestimmt er zuerst "waren die Vektoren koplanar? (Schritt 25)". Falls die Antwort N ist, geht der Computer 71 weiter zum Schritt 31, wo er die Frage stellt '"hatten die Vektoren die gleiche Richtung?"; während, wenn die Antwort J ist, der Computer 71 zum Schritt 32 weitergeht, wo er auch die Frage stellt "hatten die Vektoren die gleiche Richtung?" Falls die Antwort im Schritt 32 J ist, entscheidet der Computer 71, daß die Spitze 64 der Sonde 62 drei Kontaktstellen an einer geraden Linie berührt hat, die Bewegungsrichtungen der Spitze 64 der Sonde 62 dann wie die durch Pfeile in der Einzelheit 33 gezeigten gewesen sind, und der Computer 71 errechnet im Schritt 34 eine statistische Passung für die gerade Linie durch die drei Punkte. Bei diesem Schritt kann von der im Schritt 16, Fig. 6 ausgeführten Rechnung Gebrauch gemacht werden. Falls die Antwort im Schritt 32 N ist, entscheidet der Computer 71, daß der Gegenstand oder Gegenstandsteil ein Flansch oder Schlitz ist, wobei die Bewegungsrichtungen der Spitze 64 der Sonde 62 die durch Pfeile in der Einzelheit 35, bzw. 36 gezeigten waren. Der Computer 71 entscheidet, ob das Merkmal ein Flansch oder ein runder Klotz ist in gleicher Weise, wie in Schritt 18 der Fig. 6, und geht zum Schritt 37 weiter, wo er den Abstand zwischen der durch die zwei Stellen mit der gleichen Richtung bestimmten geraden Linie und der anderen Stelle besetimmt. Dies ergibt die Dicke des Flansches oder die Breite des Schlitzes, wie vorher. Falls die Antwort im Schritt 31 N ist, schließt der Computer 71, daß keine Entscheidung erreicht werden kann; während, wenn die Antwort J ist, der Computer 71 entscheidet, daß der Teil des Gegenstands eine Ebene war, wobei die Bewegungsrichtungen der Spitze 64 der Sonde 62 die in Pfeilen in der Einzelheit 38 gezeigten waren, und der Computer 71 geht weiter zum Schritt 39, wo er die durch die drei Stellen bestimmte Ebene errechnet.
Die Flußdiagramme von Fig. 8a und 8b (vier oder fünf Kontaktstellen) enthalten funktionale Schritte, die den funktionalen Schritten in Fig. 7a und 7b entsprechen, wobei jeder entsprechende Schritt mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 7a und 7b versehen wurde, jedoch mit Anhang a. Im Schritt 28a (Fig. 8a) errechnet der Computer 71 eine statistische Einpassung für den durch die vier oder fünf Punkte bestimmten Kreis, wobei sich die gewünschten geometrischen Parameter wie vorher ergeben; im Schritt 37a (Fig. 8b) errechnet der Computer 71 die beiden geraden Linien oder die einzelne gerade Linie und den Einzelpunkt, die durch die beiden Gruppen von Stellen definiert sind, und errechnet dann ihren Abstand (der Schritt 37a folgt ja einem Schritt 40, bei dem die Vektoren nach Richtung sortiert wurden); und im Schritt 39a (Fig. 8b) errechnet der Computer 71 die statistische Einpassung für die Ebene durch vier oder fünf Stellen. Das Flußdiagramm nach Fig. 8a enthält weitere Schritte, wodurch der Computer 71 entscheiden kann, ob der Gegenstand oder der Gegenstandsteil eine kugelige Oberfläche oder zwei einen Winkel miteinander bildende Ebenen umfaßt, wie folgt. Falls die Antwort im Schritt 24a N ist, geht der Computer 71 weiter zum Schritt 41, wo er die Frage stellt "waren die Vektoren zu einem Punkt konvergent?" Falls die Antwort J ist, entscheidet der Computer 71, daß der Gegenstand oder Gegenstandsteil eine äußere Kugelfläche ist und geht weiter zum Schritt 42, wo er die durch vier Stellen definierte Kugel oder eine statistische Einpassung für die durch fünf Stellen definierte Kugel errechnet (d.h. ausgedrückt in geometrischen Parametern wie Kugelradius und Koordinaten ihres Mittelpunktes). Falls die Antwort im Schritt 41 N ist, geht der Computer 71 zum Schritt 43 weiter, wo er die Frage stellt "waren die Vektoren von einem Punkt divergent?" Falls die Antwort N ist, schließt der Computer 71, daß keine Entscheidung erreicht werden kann; während bei der Antwort J der Computer 71 entscheidet, daß der Gegenstand oder Gegenstandsteil eine innere Kugelfläche ist und weiter zum Schritt 42 geht, wo er die durch die vier Stellen bestimmte Kugel oder ein statistische Einpassung für eine durch die fünf Stellen bestimmte Kugel errechnet, ebenfalls ausgedrückt in geometrischen Parametern. Falls die Antwort im Schritt 29a N ist, geht der Computer 71 weiter zum Schritt 44, wo er die Frage stimmt "hatten die Vektoren zwei Richtungen?". Falls die Antwort N ist, schließt der Computer 71, daß keine Entscheidung erreicht werden kann; während bei der Antwort J der Computer 71 entscheidet, daß der Gegenstand oder Teil des Gegenstands zwei einen Winkel miteinander bildende Ebenen umfaßt, wobei die Richtung der Bewegungen der Spitze 64 der Sonde 62 die durch Pfeile in der Einzelheit 45 gezeigten waren. Im Schritt 46 sortiert der Computer 71 die Stellen nach ihrer Vektorrichtung und im Schritt 47 errechnet er die beiden durch die beiden Gruppen von Stellen bestimmten geraden Linien und errechnet dann ihren Schnittwinkel.
Falls sechs Kontaktstellen (Schritt 12 Fig. 5) vorhanden waren, bestimmt der Computer 71 wieder, ob die Vektoren parallel waren (Schritt 23b) und schreitet durch Routinen fort, die denen für vier oder fünf Kontaktstellen entsprechen, wie in Fig. 8a und 8b beschrieben, jedoch kann im Gegensatz zu den Fällen, bei denen vier oder fünf Stellen vorhanden sind, eine Entscheidung erreicht werden, wenn die Antwort im Schritt 43 der Fig. 8a N ist. Insbesondere wenn der Computer 71 mit sechs Kontaktstellen arbeitet und die Antwort im Schritt 43 N ist (d.h. die Vektoren nicht parallel, nicht koplanar sind, nicht an einem Punkt konvergieren und nicht von einer Stelle divergieren) schreitet der Computer 71 entsprechend Fig. 8c fort, in welcher er im Schritt 48 entscheidet, daß der Gegenstand oder Gegenstandsteil wahrscheinlich ein Zylinder ist und eine statistische Einpassung für den durch die sechs Stellen bestimmten Zylinder errechnet.
Der Computer 71 schreitet dann zum Schritt 49 weiter, in dem er die Frage stellt "ist eine gute Einpassung erreicht?" Falls die Antwort J ist, nimmt der Computer 71 an, daß der Gegenstand oder Gegenstandsteil tatsächlich ein Zylinder ist, während bei der Antwort N der Computer 71 zu Schritt 50 weitergeht, wo er eine statistische Einpassung für einen durch die sechs Punkte bestimmten Kegel rechnet. Im Schritt 51 entscheidet der Computer 71 "ist eine gute Einpassung erreicht?". Falls die Antwort J ist, nimmt der Computer 71 als Gegenstand oder Gegenstandsteil ein Kegel an, während bei der Antwort N der Computer 71 schließt, daß keine Entscheidung erreicht werden kann. Auf jeden Fall kehrt er zu Fig. 3 mit entsprechend gesetztem Merker zurück.
Bei dem vorstehend beschriebenen einfachen Beispiel wird keine Aktion unternommen, wenn nur ein einzelner Punkt gemessen wurde: der Computer 71 kehrt direkt von dem Entscheidungsschritt 8 in Fig. 5 zu Fig. 3 zurück. Fig. 12 zeigt jedoch eine nützliche Hinzufügung in dem Fall, wenn der Benutzer einen Mehrfachstift zu benutzen wünscht, wie den Sterntaster nach Fig. 2. Mit diesem Programmzusatz geht, falls die Antowrt auf Schritt 8 J ist, der Computer 71 zu Fig. 12 weiter, bevor er zu Fig. 3 zurückkommt, wie gestrichelt bei 100 gezeigt. Die Routine nach Fig. 12 erlaubt dem Benutzer, dem Computer 71 anzuzeigen, daß er einen anderen Stift 63a für die darauffolgende Messung oder Messungen benutzen will, einfach durch einmaliges Berühren der Bezugskugel 72 mit der gewünschten Stiftspitze 64a. So kann der Benutzer einen Stift auswählen, ohne Information direkt durch das Tastenfeld des Computers 71 einzugeben. Der Computer führt eine Aufzeichnung, welcher Stift zuletzt auf diese Weise ausgesucht wurde, so daß er jede von der Steuerung 66 erhaltene Koordinatenablesung mit der angemessenen Gruppe von Qualifizieren des Stiftes gespeicherten Versatzwerten korrigieren kann. Alternativ kann er einfach die Steuerung 66 instruieren, die notwendigen Korrekturen mit der zugehörigen Gruppe von Versatzwerten auszuführen.
Wenn der Computer entsprechend dem Flußdiagramm der Fig. 12 fortschreitet, entscheidet er zuerst, ob die gemessene Stelle sich in der Nähe der Bezugskugel 72 befindet (Schritt 101). Diese Entscheidung wird mit einer ziemlich breiten Toleranz getroffen, um Unterschiede für die verschiedenen Stiftspitzen 64a zuzulassen, welche die Bezugskugel berührt haben könnten. Falls die Stelle nicht in der Nähe der Bezugskugel war, dann wünschte der Benutzer keine Auswahl eines Stiftes, und so kehrt das Programm einfach zu Fig. 3 (über Fig. 5) zurück, um dem Benutzer zu erlauben, mehr Punkte zu messen.
Falls die Antwort im Schritt 101 J ist, sieht der Computer 71 im Schritt 102 die gespeicherten Versatzwerte für jeden bereits qualifizierten Stift durch und errechnet den Abstand zwischen dem Zentrum jedes solchen Stiftes und dem Zentrum der Bezugskugel. Er tut das, bis er einen Stift findet, bei dem diese Rechnung anzeigt, daß er genau die Bezugskugel berührt (Schritt 103). Wenn dieser Stift einmal gefunden wurde, wählt der Computer im Schritt 104 diesen Stift durch Ändern seiner Aufzeichnung des ausgewählten Stiftes oder durch Instruieren der Steuerung 66. Alle folgenden Messungen benutzen nun zum Ausgleichen die zugehörigen Versatzwerte für den ausgewählten Stift.
Falls Schritt 103 zeigt, daß kein vorher qualifizierter Stift die Bezugskugel berührt, muß der Benutzer versuchen, eien neuen Stift auszuwählen, von dem der Computer noch nichts weiß. Dementsprechend erkennt im Schritt 105 der Computer die Anwesenheit eines neuen Stifts und wählt ihn. Es sind selbstverständlich keine gespeicherten Versatzwerte für diesen Stift vorhanden, so muß zuerst der Stift qualifiziert werden. Der Computer kann entweder den Benutzer anweisen, die notwendige Abfolge von Berührungen an der Bezugskugel 72 durchzuführen, um dies zu erreichen, oder vorzugsweise kann er diese Abfolge selbst automatisch durchführen. Das erfordert einfach das Aufrufen eines in der Steuerung 66 gespeicherten Teilprogramms oder einen einfachen Befehl in der Steuerungssprache, die notwendigen Kontakte an der Bezugskugel auszuführen, beginnend von der Position, an der der Benutzer sie berührt hat. Die Versatzwerte werden dann in der üblichen Weise errechnet. Sobald der Stift qualifiziert ist, werden die erzielten Versatzwerte zum Korrigieren der mit dem neu gewählten Stift genomenen Koordinatenablesungen benutzt.
Soweit wurde die Routine nach Fig. 3 bis 8 beschrieben als einzelstehend, d.h. als von einem Menue auf dem Bildschirm des Computers 71 jedesmal aufgerufen, wenn ein neues Merkmal zu messen ist. Das ist tatsächlich ein nützliches System mit dem Vorteil, daß nach einem Aufruf der Computer fähig ist, über die Form des zu untersuchenden Merkmals zu entscheiden und die Errechnung des oder der zugehörigen geometrischen Parameter auszuführen (wie Breite, Durchmesser usw.), nur aufgrund der Sondenbewegungen und -Kontakte, die durch den Benutzer durchgeführt wurden, ohne direkte Tastenfeldeingabe für den Computer. Das Menue kann andere Wahlmöglichkeiten zur Auswahl durch den Benutzer enthalten, wie Stiftqualifizierung, Teil-Bezugseinweisung usw.
Es werden jedoch mehr ausgeklügelte Beispiele der Erfindung mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben. Diese Figur zeigt einen Routineablauf, der in seiner einfachsten Ausführung (unter Mißachtung der verschiedenen, in gestrichelten Linien dargestellten Wahlschritte) einfach die Routinen nach den Figuren 3 bis 8 wiederholt in einer Schleife (Schritt 111) aufruft, um dem Benutzer die Messung aufeinanderfolgender Merkmale eines Teils 61 zu erlauben.
Die wahlweise getrennt oder gemeinsam hinzuzufügenden Schritte oder Abläufe, welche die Notwendigkeit für den Benutzer, den Computer 71 direkt anzusprechen, weiter herabsetzen sollen, sind folgende.
Wenn der Computer zum ersten Mal in den Routineablauf nach Fig. 9 eintritt (z.B. wenn die Maschine zum ersten Mal eingeschaltet wird, falls die Routine nach Fig. 9 als Einschaltoder Boot-Routine enthalten ist), kann der Computer annehmen, daß der Benutzer, bevor er irgendetwas anderes tut, einen Stift qualifizieren will. Im Schritt 110 kann er deshalb den Benutzer anweisen, mit der Qualifizierung eines Stiftes zu beginnen, indem er die Bezugskugel 72 damit berührt. Der Computer fährt dann in gleicher Weise fort, wie es mit Bezug auf Schritt 105, Fig. 12 beschrieben worden war, um den Stift automatisch zu qualifizieren. Tatsächlich kann Schritt 110 unnötig sein, falls Schritt 105 in dem System enthalten ist, da, sobald der Benutzer die Bezugskugel nach dem ersten Eintritt in die Routine nach FIg. 9 berührt, der normale Fortgang der schon beschriebenen Routinen in jedem Fall zum Schritt 105 führt (da überhaupt kein Stift zu diesem Zeitpunkt qualifiziert worden ist).
Ein anderes Wahlmerkmal beginnt mit Schritt 112, nach der Messung eines Merkmals durch die Routinen nach Fig. 3 bis 8. Hier prüft der Computer, ob das gemessene Merkmal eine Außenkugel war. Falls das der Fall ist, geht er zu einer Routine 113 über, die mit mehr Einzelheiten in Fig. 10 gezeigt ist, um zu entscheiden, ob der Benutzer einen Stift qualifizieren will. Falls das Merkmal keine Außenkugel ist, durchfährt der Computer eine Schleife nach Fig. 9.
Im Schritt 120 in Fig. 10 entscheidet der Computer, ob die Größe und Position der gemessenen Außenkugel mit der Bezugskugel 72 kompatibel ist (innerhalb einer vernünftig großen Positions-Toleranz, um den Abstand der Stiftspitzen, wie den in Fig. 2 gezeigten zuzulassen). Falls sie nicht mit der Bezugskugel kompatibel sind, fordert der Benutzer klarerweise nicht eine Qualifizierung eines Stiftes und so kehrt das Programm zu der Schleife Fig. 9 zurück. Wenn sie kompatibel sind, zeigt es an, daß der Benutzer eine Stiftqualifizierung anfordert, und so prüft der Computer, um zu sehen, ob der gegenwärtig angewählte Stift bereits qualifiziert wurde (Schritt 121). Falls dies der Fall ist, prüft der Computer im Schritt 122, ob die Größe und Position der gerade gemessenen Bezugskugel sehr dicht bei der Größe und Position sind, die gemessen wurden, als der Stift vorher qualifiziert wurde. Falls die Antwort J ist, zeigt dies an, daß der Benutzer wünscht, die Stiftqualifizierung zu aktualisieren (d.h. ein Abdriften der CMM in Rechnung zu stellen) und so speichert im Schritt 124 der Computer Einzelheiten der neu gemessenen Versatzwerte für den Stift statt der vorherigen. Diese Einzelheiten können auch angezeigt werden. Falls die Antwort auf Schritt 122 N ist, schließt der Computer, daß der Benutzer keine Neuqualifizierung des gegenwärtig benutzten Stifts wünschen kann, und kehrt so zu Fig. 9 zurück, vielleicht unter Ausgeben einer Warnung an den Benutzer. Falls im Schritt 121 bestimmt wurde, daß der gegenwärtig im Gebrauch befindliche Stift noch nicht qualifiziert ist, dann weist der Computer den Benutzer im Schritt 123 an, zu bestätigen (z.B. durch Drücken des Knopfes 70), daß er einen neuen Stift qualifiziert. Falls im Schritt 125 bestimmt wird, daß der Benutzer tatsächlich den Stift qualifizieren will, speichert der Computer die Einzelheiten im Schritt 124 und zeigt sie an, wie zuvor; falls nicht, kehrt der Computer einfach zu Fig. 9 zurück.
Schritt 114 ist ein weiterer Wahlschritt in Fig. 9. Hier überprüft der Computer, ob der gegenwärtig angewählte Stift qualifiziert wurde, und falls nicht, schleift er zurück zu Schritt 111 unter Anweisung an den Benutzer, um ihm zu sagen, daß der Stift qualifiziert werden muß. Der Benutzer wird so daran gehindert, weiterzugehen, bis der Stift qualifiziert ist. Jedoch kann dieser Schritt auch unnötig sein, falls man sicher sein kann, daß der Stift bereits qualifiziert wurde, z.B. falls der Anfangsstift automatisch im Schritt 110 qualifiziert wurde, und die Routine nach Fig. 12 unmittelbar irgendeinen darauf folgend angewählten Stift qualifiziert.
Die nächste Wahlmöglichkeit der Routine nach Fig. 9 erlaubt dem Computer zu entscheiden, ob der Benutzer ein neu an dem Tisch 60 positioniertes Teil 61 in seinem Bezug festzulegen wünscht. Im Schritt 115 überprüft er, ob das gegenwärtige Teil bereits in Bezug gesetzt wurde und falls es wurde, durchläuft er ohne Betätigung die Schleife. Sonst geht er, wie im Schritt 116 gezeigt, zu der in Fig. 11 gezeigten Routine über.
Im Schritt 130 in Fig. 11 prüft der Computer die vorherigen drei durch den Benutzer untersuchten Merkmale. Wenn sie eine Ebene, eine Linie und ein Punkt waren, wobei die Vektoren der sechs betreffenden Stellen annähernd aufeinander senkrecht stehen und die Linie senkrecht zur Ebene steht, dann errechnet der Computer im Schritt 132 einen Sechspunktebezug. Das enthält die Annahme, daß das Teil 61 drei genau orthogonale planare Bezugsflächen besitzt und das Errechnen (aus den Koordinaten der sechs berührten Stellen) der Koordinaten des Bezugspunktes, an dem diese Bezugsflächen einander schneiden, und der Richtungen der drei orthogonalen Bezugsachsen längs der überschneidungslinien jeweiliger Flächenpaare. Im Schritt 134 prüft der Computer, ob die Koordinaten des so errechneten Punktes an einer Stelle liegen, die damit konsistent ist, daß sie Bezugspunkt eines Teils 61 ist, und falls das der Fall ist, zeigt er die Einzelheiten des Bezugspunktes und der Bezugsachsen an und speichert diese, so daß alle künftigen Messungen an diesem Teil darauf bezogen werden können. Diese Einzelheiten können alternativ auch zu der Steuerung 66 gesendet werden, falls sie die Steuerung ist, die die Verantwortung zum Kompensieren der zukünftigen Messungen zum Beziehen derselben auf den Teile-Bezugspunkt besitzt.
Wenn im Schritt 130 bestimmt wird, daß der Benutzer nicht eine Ebene, eine Linie und einen Punkt gemessen hat, dann prüft der Computer im Schritt 131, ob er drei Ebenen gemessen hat und falls das zutrifft, ob diese sich an einem Punkt schneiden (Schritt 133). Der Benutzer kann drei Ebenen gemessen haben, um den Bezug zu geben, da er die Annahme nicht herstellen kann, daß das Teil drei zueinander senkrechte Bezugsflächen besitzt. Falls die Antwort für beide Schritte 131 und 133 ja ist, geht das Programm zum Schritt 134 weiter wie vorher, um die Einzelheiten des Bezugspunktes und der Bezugsachsen anzuzeigen und zu speichern. Falls die Antwort zu einem dieser Schritte nein ist, weist das Programm den Benutzer an (Schritt 135), um ihn zu aufmerksam zu machen, daß das Teil in Bezug gesetzt werden muß.
Eine abschließende Wahleigenschaft des Programms wird nun beschrieben. Soweit bis jetzt beschrieben, hat das Programm einfach Entscheidungen getroffen (aufgründ der Sondenbewegungen und -Berührungen durch den Benutzer), um die Form eines Merkmals des Teils 61 zu identifizieren, und ist dann fortgeschritten zur Berechnung eines zugehörigen geometrischen Parameters dieses Merkmals. Statt (oder so gut wie) den geometrischen Parameter zu berechnen, kann der Computer 71 automatisch Zeilen eines Teile-Programms schreiben in der für die Steuerung 66 angemessenen Sprache. Wenn dieses Teilprogramm darauffolgend durch die Steuerung zum Laufen gebracht wird, wird sie automatisch ein Merkmal untersuchen mit der identifizierten Lage und Form, und die zugehörige Rechnung bezüglich des geometrischen Parameters durchführen. Im Gebrauch wird der Benutzer von Hand alle erwünschten Merkmale eines ersten Teils 61 eines Produktionsdurchlaufs von nominell identischen derartigen Teilen untersuchen. Der Computer wird automatisch über die Form jedes Merkmals entscheiden, wenn es untersucht wird, und über die auszuführende Berechnung geometrischer Parameter, und wird entsprechende Zeilen eines Teilprogramms schreiben. Sobald alle Messungen durchgeführt sind, kann das vollständige Teileprogramm von dem Computer 71 zur Steuerung weitergeladen werden. Alle nachfolgenden Teile 61 des Produktionsablaufs können dann automatisch durch die Einwirkung des Teileprogramms in der Steuerung 66 untersucht werden und die relevanten Berechnungen ihrer jeweils angestellten geometrischen Parameter durchgeführt werden. Dies kann ohne Eingriff durch den Benutzer oder den Computer (der abgeschaltet werden kann) geschehen. Das Teileprogramm ist auch zur Benutzung bei den darauffolgenden Produktionsläufen von gleichartigen Teilen 61 verfügbar.
Im einzelnen können Programmzeilen in einer bestimmten Steuersprache wie folgt geschrieben werden.
Wenn der Benutzer die Sonde im Schritt 81 in Fig. 3 vor der Berührung einer Stelle an dem Teil 61 bewegt, wird eine entsprechende Programmzeile im Schritt 82 durch den Computer 71 erzeugt und zeitweilig in seinem Speicher gespeichert, in der Form
BEWEGEN NACH X, Y, Z
wobei X, Y und Z die Koordinaten der neuen Lage sind, zu der Benutzer die Sonde bewegt hat. Dieser Vorgang wird für jede durch den Benutzer gemachte Bewegung wiederholt, wodurch eine Liste solcher Programmzeilen erzeugt wird.
Wenn der Benutzer eine Sondenbewegung signalisiert, kommt der Routineablauf nach Fig. 4 in Auswirkung. Am Ende des Routineablaufs im Schritt 97 fügt der Computer weitere Programmzeilen zu der Liste in der Form
BERÜHRE BEI X, Y, Z
ZWISCHENSPEICHERN STANDARDERGEBNIS ALS P [1]
wobei X, Y und Z Koordinaten der berührten Stelle an der Oberfläche des Teils 61 sind und P[1] (oder P[2], P[3], usw.) eine Variable ist, in der die gemessenen Koordinaten der Stelle zeitweilig beim Programmlauf gespeichert werden.
Wenn die Entscheidungsroutine der Fig. 5 bis 8 abläuft und eine Entscheidung bezüglich der Form des gerade untersuchten Merkmals erreicht wurde, können die verschiedenen Schritte, welche den oder die entsprechenden geometrischen Parameter errechnen, wahlweise weggelassen werden (da der Benutzer es möglicherweise nicht wünscht, sie zu haben, da seine hauptsächliche Absciht in der Erzeugung eines Teileprogramms liegt). Ob die Errechnung tatsächlich zu dieser Zeit ausgeführt wird oder nicht, der Computer erinnert sich jedoch an die Art der richtigen Berechnung. Er benutzt diese Information im Schritt 117 der Fig. 9, wo er zugeordnete Zeilen des Teilprogramms schreibt. Wenn beispielsweise die Entscheidungsroutine der Fig. 5 bis 9 einen Vorsprung oder eine Bohrung identifizierten, können Zeilen der folgenden Form geschrieben werden:
ERRECHNE KREIS MIT P[1],P[2],P(3],P[4]
SPEICHERE STANDARDERGEBNIS ALS C[1]
wobei C[1] (oder C[2], C[3], etc.) eine Variable ist, in der die Lage und der Durchmesser des runden Klotzes oder der Bohrung gespeichert sind. Falls ein Schlitz oder Flansch identifiziert wurde, können Zeilen der folgenden Form geschrieben werden:
ERRECHNE ABSTAND MIT P[1], P[2]
oder, falls der Schlitz oder der Flansch identifiziert wurde wie bei 35 oder 36 (Fig. 7b) gezeigt, und die gerade Linie bereits in einer Variablen L[1] gespeichert wurde:
ERRECHNE ABSTAND MIT L[1], P[1].
In jedem Fall kann die sich ergebende Dicke des Flansches oder Breite des Schlitzes zwischengespeichert werden durch Schreiben einer Zeile in der Form:
ZWISCHENSPEICHERE STANDARDERGEBNIS ALS L[2]
Sobald über das Merkmal entschieden wurde, wird vorzugsweise eine weitere Programmzeile geschrieben, um den Inhalt der Variablen P[1], P[2], P[3] usw. wegzuwerfen, die zum Speichern der Koordinaten der gemessenen Punkte bei der Messung dieses Merkmals benutzt wurden. Das ermöglicht die Wiederverwendung des Speichers, in dem diese Variablen gespeichert sind.
Falls die Routinen nach Fig. 10, 11 oder 12 (Stiftqualifizierung, Teilebezug oder Stiftanwahl) während der Schleife in Fig. 9 ausgeführt wurden, fügt Schritt 117 angemessene Programmzeilen für diese Aktivitäten zu dem Teileprogramm, das er erzeugt. Eine Zeile für automatische Stiftqualifizierung kann am Beginn des Teileprogramms entsprechend Schritt 110 geschrieben werden.
Ein Teileprogramm kann deswegen vollständig automatisch erzeugt werden, wobei der Benutzer nur die Sonde mit dem Steuerknüppel 69 in genau der gleichen Weise zu bewegen hat, wie er es bei einer Untersuchung eines einzelnen Teils 61 tun würde. Es ist für den Benutzer keine Übung beim Schreiben von Herstellungs-Teileprogrammen erforderlich, und so kann die Maschine auch durch eine wenig geübte Bedienungsperson betrieben werden.
Verschiedene Abwandlungen sind bei dem beschriebenen System wie folgt möglich.
Es sind zwar Berührungs-Triggersonden bei den vorstehenden Beispielen benutzt, da sie allgemein als am bequemsten für diese Art von Untersuchungen gelten, jedoch umfaßt die Erfindung auch die Verwendung von anderen Sondenarten zum Erfassen des Teils 61. Beispielsweise können Routinen, die den vorstehend beschriebenen entsprechen, leicht zur Verwendung mit berührungsfreien Sonden oder solchen mit Analogausgangssignal geschrieben werden.
Zwar wurde bei dem vorstehenden Beispiel der zu untersuchende Gegenstand 61 an einem festen Tisch angebracht und die Sonde 62 an einem beweglichen Teil der CMM, jedoch kann die Sonde auch ebensogut festgelegt sein und der zu untersuchende Gegenstand sich an einem bewegbaren Tisch befinden, wie es bei derartigen Maschinen gut bekannt ist.
Es wurde bereits aufgezeigt, daß der Steuerknüppel 69 weggelassen werden kann, wenn die Maschinenfassung von Hand bewegt werden kann, und selbstverständlich sind andere Manipulationsverfahren für die Fassung möglich, wie Handräder für die Bewegung nach X, Y und Z.
Die vorstehenden Beispiele sind alle zur Verwendung an einer CMM entworfen, jedoch ist es gut bekannt, Sonden an einer Werkzeugmaschine zu benutzen, um Teile während oder nach der Herstellung an dieser Werkzeugmaschine zu untersuchen. Gleichartige Routineabläufe mit den vorstehend beschriebenen können für eine solche Untersuchung an Werkzeugmaschinen benutzt werden. Tatsächlich können die beschriebenen Routinen benutzt werden, um Merkmale eines Modells oder Prototyps zu untersuchen, um über seine Form, Größe, seinen Ort usw. zu entscheiden und dann kann automatisch ein Teileprogramm für die Werkzeugmaschine in gleichartiger Weise wie gerade beschrieben geschrieben werden, um einen Metallrohling so zu schneiden oder zu drehen, daß die Merkmale des Modells oder Prototyps wiedergegeben werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorstehenden Stiftqualifizierung Gebrauch von einer kugeligen Bezugsfläche 72 für die Stiftqualifizierung gemacht haben, können andere Bezugsflächen benutzt werden, wie gut bekannt. Beispielsweise können planare X-, Y-, Z-Bezugsflächen vorgesehen werden. Das Programm kann dann so eingerichtet werden, daß es (in den Schritten, die den Schritten 112 und 120 in Fig. 9 bzw. 10 entsprechen) entscheidet, daß die berührten Stellen und/oder ihre zugeordneten Vektoren anzeigen, daß der Benutzer eine oder mehrere dieser Bezugsflächen berührt hat, um mit der Stiftqualifizierung fortzufahren.

Claims

1. Verfahren zum Untersuchen eines Gegenstandes (61) unter Benutzung einer Koordinatenpositionier-Vorrichtung, welche umfaßt ein feststehendes Teil (60), ein bewegliches Teil, Koordinaten-Meßmittel (67) zum Schaffen von für die Relativlagen der festen zu den beweglichen Teilen bezeichnenden Ausgangssignalen, und Sondenmittel (62), das an einem der Teile angebracht ist zum Erfassen von Stellen an dem Gegenstand (61), der an dem anderen Teil angebracht ist, bei welchem Verfahren:

das Sondenmittel (62) relativ zu dem Gegenstand (61) zu Punkten an dem Gegenstand hin bewegt wird, und

Koordinaten von jedem Punkt in Abhängigkeit von dem Sondenmittel (62) und Ausgangssignalen von dem Koordinaten-Meßmittel (67) bestimmt werden;

dadurch gekennzeichnet, daß

Ausgangssignale des Koordinaten-Meßmittels (67) benutzt werden, um die Richtung der Relativbewegung des Sondenmittels (62) zu jedem der Punkte hin zu erfassen; und

Computermittel (66, 71) veranlaßt werden, aufgrund der Richtungen, die die geometrische Form des Gegenstandes (61) oder eines Teils des Gegenstandes betreffen, eine Entscheidung zu treffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem weiter ein geometrischer Parameter des Gegenstandes (61) aufgrund der entschiedenen Form und der Koordinaten errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem weiter ein Teilprogramm erzeugt wird zum Untersuchen des Gegenstandes (61) aufgrund der entschiedenen Form und der Koordinaten.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn die Entscheidung anzeigt, daß die erfaßten Punkte an einer an dem anderen Teil vorgesehenen Bezugsfläche (72) liegen, weiter ein Versatz errechnet und gespeichert wird zur Qualifizierung eines an dem Sondenmittel vorgesehenen Taststiftes zur Korrektur von von dem Gegenstand (61) durchgeführten Messungen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem dann, wenn die Entscheidung zeigt, daß die erfaßten Punkte an einer an dem anderen Teil vorgesehenen Bezugsfläche (72) liegen, ein Befehl in dem Teilprogramm erzeugt wird, um eine Berechnung und Speicherung eines Versatzwertes zur Qualifizierung eines an dem Sondenmittel vorgesehenen Taststiftes erzeugt wird, so daß das Rechnen und Speichern beim Ablauf des Teilprogramms ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn die Entscheidung anzeigt, daß die erfaßten Punkte an einer Bezugseigenschaft des Gegenstandes (61) liegen, Einzelheiten des Bezugs gespeichert werden, zur Verwendung bei der Herstellung anderer Messungen an dem Gegenstand.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem, wenn die Entscheidung anzeigt, daß die erfaßten Punkte an einer Bezugseigenschaft des Gegenstandes (61) liegen, ein Befehl in dem Teilprogramm erzeugt wird zur Bezuggebung eines der Gegenstände beim Ablauf des Programms.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich:

das Sondenmittel (62) relativ zu dem anderen Teil zu mindestens einem Punkt an einer an dem anderen Teil vorgesehenen Bezugsfläche (72) bewegt wird,

Koordinaten des mindestens einen Punktes in Abhängigkeit von dem Sondenmittel (62) und der Ausgangssignale der Koordinaten-Meßmittels (67) bestimmt werden;

aufgrund der Lage des mindestens einen Punktes, wie durch die bestimmten Koordinaten angezeigt, eine Entscheidung getroffen wird, ob der mindestens eine Punkt an der Bezugsfläche (72) liegt oder nicht; und

in Abhängigkeit von der Entscheidung, wenn sie zustimmend ist, ein Versatz zur Qualifizierung eines an dem Sondenmittel vorgesehenen Taststiftes errechnet und gespeichert wird zur Korrektur von an dem Gegenstand (61) durchgeführten Messungen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein Teilprogramm zur Untersuchung des Gegenstandes (61) automatisch erzeugt wird und die Reaktion auf die Entscheidung darin besteht, einen Befehl in dem Teilprogramm zu erzeugen zum Ausführen des Errechnens und Speicherns eines Taststift-Qualifizierungsversatzes, so daß das Rechnen und Speichern ausgeführt wird, wenn das Teilprogramm läuft.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich

das Sondenmittel (62) relativ zu dem anderen Teil zu mindestens einem Punkt an einer an dem anderen Teil vorgesehenen Bezugsfläche (72) bewegt wird;

Koordinaten des mindestens einen Punktes in Reaktion auf das Sondenmittel (62) und Ausgangssignale des Koordinatenmeßmittels (67) bestimmt werden;

eine Entscheidung aufgrund der Lage des mindestens einen Punktes, wie durch die bestimmten Koordinaten angezeigt, getroffen wird, ob der mindestens eine Punkt an der Bezugsfläche (72) liegt und welcher aus einer Vielzahl von Taststiften (63a) die Bezugsfläche berührt hat; und

in Reaktion auf die Entscheidung, falls sie bestärkend ist, ein gespeicherter Taststift-Qualifizierungsversatz entsprechend dem Taststift ausgewählt wird, der die Bezugsfläche (72) berührt hat, zur Verwendung beim Korrigieren von an dem Gegenstand durchgeführten Messungen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ein Teilprogramm zum Untersuchen des Gegenstandes (6l) automatisch erzeugt wird und die Reaktion auf die Entscheidung darin besteht, einen Befehl in dem Teilprogramm zu erzeugen, um einen gespeicherten Taststift-Qualifizierungs-Versatz entsprechend dem Taststift (63a) auszuwählen, der die Bezugsfläche (72) berührt hat, so daß ausgewählt wird, wenn das Teilprogramm abläuft.

12. Vorrichtung zur verwendung beim Untersuchen eines Gegenstandes (61), welche Vorrichtung umfaßt eine Koordinaten-Einrichtvorrichtung mit einem feststehenden Teil (60), einem bewegbaren Teil und Koordinaten-Meßmittel (67) zum Schaffen für die Größe der Relativbewegung der beiden Teile gegeneinander bezeichnenden Ausgangssignale; an dem einen Teil der Koordinaten-Einrichtvorrichtung zur Relativbewegung zu Punkten an einem Gegenstand (61) an dem anderen Teil angebrachte Sondenmittel zum Erfassen solcher Punkte; wobei das Sondenmittel (62) zur Schaffung eines für ein solches Erfassen bezeichnenden Signales ausgelegt ist; und Computermittel (66, 71), die ausgelegt sind zur Verwendung von Ausgangssignalen des Meßmittels zum Bestimmen von Koordinaten jedes Punktes in Abhängigkeit von dem Sondenmittel (62) und Ausgangssignalen des Koordinaten-Meßmittels (67),

dadurch gekennzeichnet, daß das Computermittel (66, 71) auch ausgelegt ist,

die Richtung der Relativbewegung des Sondenmittels (62) zu jedem Punkt hin zu erfassen und

aufgrund der Richtungen eine Entscheidung betreffend der geometrischen Form des Gegenstandes (61) oder des Teils des Gegenstandes zu treffen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei dem das Computermitel (66, 71) weiter ausgelegt ist, einen geometrischen Parameter des Gegenstandes (61) aufgrund der entschiedenen Form und der Koordinaten zu berechnen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Computermittel (66, 71) weiter ausgelegt ist, ein Teilprogramm zum Untersuchen eines solchen Gegenstandes (61) aufgrund der entschiedenen Form und der Koordinaten zu erzeugen.