DE3801893A1 - Programmsteuerbares selbsttaetig messendes geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein programmsteuerbares selbsttätig messendes Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie z. B. aus der EP-OS 00 25 485 als bekannt hervor­ geht.

Da die Genauigkeit einer Messung in hohem Maße von Umgebungseinflüssen, wie z. B. von Bodenerschütterungen und Fremdschwingungen abhängt, versucht man, derartige Stör­ faktoren meist durch entsprechende Fundamentierung des Meß­ gerätes fernzuhalten, was aus baulichen Gründen gelegent­ lich jedoch nicht oder nicht in ausreichendem Umfang mög­ lich ist.

In der EP-OS 00 25 485 wird vorgeschlagen, Fremdschwingungen während des Meßvorgangs mit Hilfe eines Schwingungs- oder Beschleunigungsaufnehmers, der in möglichst geringem Ab­ stand zum Meßtaster angebracht ist, zu erfassen und bei un­ zulässig starken Störschwingungen die Weitergabe des je­ weiligen Meßwertes an die Recheneinheit zu unterdrücken. Der Schwingungs- oder Beschleunigungsaufnehmer ist mit einer 45°-Neigung gegenüber den drei Koordinatenachsen angeordnet, um annähernd gleiche Schwingungsamplituden in den verschie­ denen Koordinatenebenen zu erhalten. Ein genaues Erfassen der räumlichen Gegebenheiten der Störschwingung und damit des zeitlichen Amplitudenverlaufes ist auf diese Weise allerdings nicht möglich.

Der Meßtaster ist als sogenannter schaltender Taster aus­ gebildet, der im Zeitpunkt der Meßobjekt-Antastung einen Trigger-Impuls zur Speicherung der momentanen Meßgeräte- Verfahrkoordinaten gibt. Die ordnungsgemäße Antastung des Meßtasters bedeutet für den tasternah angebrachten Beschleu­ nigungsaufnehmer eine stoßartige Schwingungsanregung, die in einer exponentiell abklingenden Schwingung ausläuft. Störschwingungen äußern sich hingegen in einer stochasti­ schen Schwingungsanregung des Beschleunigungsaufnehmers. Beide Schwingungsformen können erkannt bzw. voneinander un­ terschieden werden und eine Weitergabe der Meßsignale wird nur freigegeben, wenn keine stochastische Schwingungsanre­ gung festgestellt wird. Nachteilig an dieser Einrichtung ist, daß sie nicht bei messenden Meßtastern oder bei be­ rührungsfrei arbeitenden Tastsystemen arbeiten und daß nur Erschütterungen im Tasterbereich erfaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Erkennung von Störschwingungen dahingehend zu modifizieren, daß zum einen die Anwendung auf Meßgeräten die mit messenden und/oder berührungsfrei ar­ beitenden Tastköpfen ausgestattet sind, möglich wird und zum zweiten durch genaue räumliche und zeitliche Erfassung aller auftretenden Fremdschwingungen auf bauliche Maßnahmen der Störschwingungskompensation wie schwere Fundamente verzich­ tet werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Beschleunigungssensor, der an der der Aufstellung des Gerätes dienenden Gerätebasis schwingungssteif ange­ bracht ist, ist so aufgebaut, daß er die einzelnen Kompo­ nenten der Störschwingung in Richtung der Koordinaten­ achsen getrennt detektiert. Zum einen können damit alle Schwingungseinflüsse, denen das Gerät während des Meß­ vorgangs ausgesetzt ist, erfaßt werden und zum zweiten be­ steht die Möglichkeit, durch eine entsprechende Regelung der Ansprechempfindlichkeit der Signalauswertung, wie sie im An­ spruch 3 vorgeschlagen wird, die Meßgenauigkeit für die je­ weilige Koordinatenrichtung zu erhöhen. Durch die Anordnung des Beschleunigungssensors im Bereich der Gerätebasis und der Entkopplung von Beschleunigungssensor und Tastkopf wird die Möglichkeit geschaffen, die Fremdschwingungserkennung universell einzusetzen. Der Tastkopf kann dementsprechend als messender und/oder als berührungsfrei arbeitender Tastkopf ausge­ bildet sein. Selbstverständlich ist der Einsatz auch bei schaltenden Tastern sinnvoll.

Die Auswertung der gemessenen Störschwingungen erfolgt über eine dem Beschleunigungssensor zugeordnete Signalauswerte­ einrichtung, die die Einzelsignale der den drei Koordina­ tenebenen zugeordneten Schwingungskomponenten zu einem räum­ lichen Schwingungsvektor zusammenfaßt und zu jedem Zeitpunkt ein den Betrag des Vektors repräsentierendes Ausgangssignal generiert. Treten unzulässig starke Störschwingungen auf und übersteigt das Ausgangssignal somit einen vorgegebenen Grenzwert, wird das messende Gerät von der Programm­ steuerung, auf die das Ausgangssignal einwirkt, vorüber­ gehend stillgesetzt.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird im Falle unzulässig starker Störschwingungen das messende Gerät nicht stillgelegt, sondern der Tastkopf der Ma­ schine wird programmgesteuert um ein bestimmtes Wegstück relativ zum Prüfling entlang des bisher zurückgelegten Meßablaufes zurückgefahren.

Durch die Fähigkeit die räumlichen Schwingungszustände, denen das messende Gerät ausgesetzt ist, mit Hilfe des vorgeschlagenen Beschleunigungssensors zu erfassen, er­ öffnet sich vor allem auch die Möglichkeit, dieses Gerät ohne schwere Fundamente oder im Bereich der Fertigung im Zu­ sammenspiel mit flexiblen Fertigungssystemen einzusetzen, da etwaige Störschwingungen erkannt und im Meßablauf berück­ sichtigt werden können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen er­ läutert; dabei zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht einer schematischen Dar­ stellung eines Meßgerätes und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Signalauswerteein­ richtung des Beschleunigungssensors.

In Fig. 1 ist ein dreidimensional messendes Gerät in schematischem Aufbau dar­ gestellt. Der Tastkopf 2, der an der Spitze der Meßpinole sitzt, ist über die Führungen 11 in alle 3 Koordinatenrich­ tungen verfahrbar und kann somit die Koordinaten eines Prüf­ lings, der auf dem Aufspanntisch 10 positioniert ist, an­ tasten. Der Beschleunigungssensor 3 ist schwingungssteif mit der Gerätebasis 12 verbunden. Bei dem Gerät kann es sich um ein ausschließlich zu Meßzwecken verwendbares übliches Mehrkoordinaten-Meßgerät oder auch um eine NC-steuerbare Fertigungsanlage handeln, in deren Arbeitsspindel ein Meß­ kopf anstelle des Werkzeuges eingesetzt ist und die dann zu einem Meßgerät wird.

Das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild gibt die dem Beschleunigungssensor 3 zugeordnete Signalauswerteeinrich­ tung wieder. Von den drei eindimensionalen Schwingungsdetek­ toren 4, die im Beschleunigungssensor 3 integriert sind, wird das Meßsignal getrennt nach den einzelnen Koordinaten­ richtungen über jeweils einen Verstärker 5, der in diesem Ausführungsbeispiel regelbar ausgeführt ist, je einem Inte­ grier- oder Differenzierglied 6 zugeführt und läuft von hier aus in einen Quadrierer 7.

Die Frage ob das Glied 6 ein Integrierglied oder Differenzier­ glied ist, hängt zum einen von der Bauart des Schwingungs­ detektors 4 ab, d. h. ob dessen Signale den Schwingungshub, die Schwingungsgeschwindigkeit, die Beschleunigung oder dessen Ableitung repräsentiert und zum weiteren von der Frage, welche Schwingungsgröße man für die Vektorbildung heran­ ziehen möchte. In dem nachfolgenden Summationsglied 8 wer­ den die einzelnen Signale zu einem einzigen Signal, das den Betrag des räumlichen Schwingungsvektors repräsentiert, zusammengefaßt. Dieses Ausgangssignal wird anschließend einer monostabilen Kippstufe 9, die ihrerseits bei Über­ schreiten eines einstellbaren Schwellwertes durch das Aus­ gangsignal an die Programmsteuerung der Maschine weiter­ leitet, zugeführt.

Claims (3)

1. Programmsteuerbares, selbsttätig messendes Gerät, ins­ besondere Mehrkoordinatenmeßgerät mit einem am Ende einer bzw. eines mehrdimensional verfahrbaren Pinole oder Meßarmes gehaltenen, an die Prüflingsoberfläche antastbaren Tastkopf sowie mit einem auf die Meßgenauigkeit beeinträchtigende Störschwingungen ansprechenden Beschleunigungssensor, ferner mit einer Signalauswerteeinrichtung für das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors, die Messungen während des Vor­ handenseins von unzulässig starken Störschwingungen, also Fehlmessungen verhindert, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) der Tastkopf (2) ist als messender und/oder als be­ rührungsfrei arbeitender Tastkopf ausgebildet,
• b) der Beschleunigungssensor (3) ist schwingungssteif an der der Aufstellung des messenden Gerätes dienenden Gerätebasis (12) befestigt,
• c) für jede der drei Raumrichtungen ist eine gesonderte Schwingungsdetektion (4) im Beschleunigungssensor (3) vorgesehen,
• d) in der dem Beschleunigungssensor (3) zugeordneten Sig­ nalauswerteeinrichtung ist eine Einrichtung vorgesehen, die aus den Einzelsignalen der drei den Raumrichtungen zugeordneten Schwingungen zu jedem Zeitpunkt ein den Betrag des räumlichen Schwingungsvektors repräsentieren­ des Ausgangssignal bildet, welches zur Verhinderung von Fehlmessungen dient.
• e) das die Fehlmessungen verhindernde Ausgangssignal ist in der Weise mit der Programmsteuerung für den Geräte­ ablauf verknüpft, daß bei Auftreten von umzulässig star­ ken Störschwingungen das messende Gerät vorübergehend stillgesetzt wird,

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsteuerung für den Geräteablauf derart ausgebildet ist, daß nach Auftreten eines einen Geräte­ stillstand auslösenden Ausgangssignales der Taster (2) re­ lativ zum Prüfling entlang des bisher zurückgelegten Meß­ programmablaufes um eine bestimmte Wegstrecke oder um eine be­ stimmte Anzahl von Programmschritten zurückgefahren wird.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Verhinderung von Fehlmessungen dienende Signal über einen im Verstärkungsgrad einstellbaren Meßwertverstär­ ker (5) geleitet ist, derart, daß die Ansprechempfindlich­ keit veränderbar ist.