DE4027466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der Schrift DE-PS 35 11 179 ist ein Koordina­ ten-Meßinstrument und ein Meßverfahren für das Koordinaten- Meßinstrument, um Abmessungen des Werkstücks oder dergleichen zu bestimmen, bekannt, wobei ein Fühler in Anlageberührung mit einem zu messenden Werkstück in zwei oder drei Richtungen mit Hilfe einer Robotereinrichtung bewegt wird, die von einem Computer gesteuert wird. Das Meßverfahren läuft nur mit Hilfe eines vorher eingegebenen Meß-Schrittprogramms ab und setzt bei jeder neu auszumessenden Werkstücksart erst eine Serie von manuell durchgeführten Messungen, die sich netzpunktartig über die gesamte Oberfläche erstrecken, an einem Werkstück dieser Sorte voraus. Beim Wechseln der Werkstücksart muß somit manuell ein neues Meß-Schrittprogramm aufwendig erstellt werden.

Es sind weiterhin Meßverfahren für Koordinatenmeßgeräte aus der DE-Zeitschrift "Technisches Messen, 54. Jahrgang, Heft 7/8, 1987, Seiten 277 bis 284 und aus der DE 35 11 611 A1 bekannt, mit denen der Verlauf von beliebig gekrümmten Oberflächen durch Aus­ messen vieler Punkte ermittelt wird und diese Punkte mit Punkten von Solloberflächen verglichen werden.

Obwohl insbesondere bei der DE 35 11 611 in die automatischen Meßprogramme auch Kriterien eingebaut sind, die bei geraden oder schwachen Krümmungen der Oberfläche die Dichte der Meßpunkte verringern, sind insgesamt sehr viele Punkte auszumessen und zu vergleichen, so daß die Überprüfung eines Werkstückes sehr lange dauert.

Der größte Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß bei relativ geringen konstruktiven Änderungen am Sollmodell die zwangsläufig sich ändernden Koordinaten von sehr vielen Soll- Punkten der Oberfläche, meist einzeln und per Hand, vor der erstmaligen Prüfung in das Gerät eingegeben werden müssen. Die geringfügig veränderte Biegung eines z. B. in der Mitte etwas gebogenen einfachen Rohres verändert sämtliche Koordi­ naten der Punkte an der Oberfläche.

Ein hoher Meßaufwand ist auch noch gegeben, wenn anstelle von netzknotenartig über der Oberfläche verteilten Meßpunkten ent­ lang bestimmter an der Oberfläche liegender Kurven gemessen wird, wie das in der Zeitschrift "Technisches Messen" beschrie­ ben worden ist.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren anzugeben, das speziell für Rohre oder Rundstäbe einsetzbar ist und bei dem die Anpassung des Meßverfahrens bei Änderungen am Werkstück durch ganz wenige manuelle Eingriffe und durch die Eingabe von ganz wenig ver­ änderten Solldaten erfolgt und bei dem das Werkstück mit re­ lativ wenigen Meßpunkten ausreichend überwacht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

In den Unteransprüchen 2 bis 10 sind zweckmäßige und vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung dargelegt.

Die Vorteile des neuen Meßverfahrens nach der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß der Zeitaufwand zur Messung des Werkstückes erheblich reduziert werden kann. Da nach Ermitt­ lung der Anfangskoordinaten an einem Ende des Werkstückes der Abtastvorgang völlig automatisch abläuft. Weitere Vorteile sind auch darin zu sehen, daß unabhängig von der Wahl der Meßvorrich­ tung das Programm benutzt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Koordinatenmeßgerätes mit einem eine Steuereinheit und eine Datenverarbeitungsanlage enthaltenden Computer.

Fig. 2 zeigt eine graphische Meßdatenauswertung.

Anhand der Fig. 1 wird nun zuerst die Vorrichtung erläutert, auf die sich das Verfahren zum Messen und Überprüfen von räumlichen Koordinaten eines annähernd im Querschnitt kreisförmigen Werk­ stückes bezieht. Dieses Verfahren wird im wesentlichen mit Hilfe des Koordinatenmeßgerätes 1, der Datenverarbeitungseinheit 4 und der Steuereinheit 7 zum Messen des auf dem Meßtisch 8 unbeweglich befestigten Werkstückes 16 durchgeführt.

Diese Abbildung zeigt das Koordinatenmeßgerät 1 in einer perspek­ tivischen Darstellung, welches aus dem Meßtisch 8 und den Ver­ schiebeschlitten 10 und 14 besteht. Am Verschiebeschlitten 14 ist der Meßkopf 13 derart befestigt, daß er entlang der vertikalen Achse 19 verschoben werden kann. Der Verschiebeschlitten 14 ist entlang der transversalen Achse 11 verschiebbar am Verschiebe­ schlitten 10 angebracht, wobei sich letzterer entlang der trans­ versalen Achse 18 verschieben läßt, so daß mit dem Abtastkopf 17, der mit dem Meßkopf 13 verbunden ist, jeder gewünschte Punkt in dem Werkstück-Koordinatensystem erreicht werden kann.

Die Verschiebeschlitten werden von nicht gezeichneten Antriebs­ motoren angetrieben. Die Geräte sind außerdem durch nicht ge­ zeichnete elektrische Kabel miteinander verbunden. Die vom Abtast­ kopf 17 bei Berührung mit dem Werkstück 16 gesendeten Signale werden in der Datenverarbeitungseinheit 4 ausgewertet und das Ergebnis über den Bildschirm 3, Drucker 2 oder Plotter 6 ausge­ druckt.

Zusätzlich ist noch ein Handsteuerpult 15 vorgesehen, mit dem der Abtastkopf auch per Hand gesteuert werden kann.

In den Computer werden die Daten durch die Eingabetastatur 5 ein­ gegeben. Es werden in den Ansprüchen und in der Beschreibung die folgenden Teile als Computer oder Datenverarbeitungseinheit be­ zeichnet:
2 Drucker, 3 Bildschirm, 5 Eingabetastatur, 6 Plotter, 7 Steuereinheit, 9 Rechner.

Die in der Zeichnung dargestellte Meßvorrichtung verwendet einen Abtastkopf 17. Das Verfahren ist selbstverständlich auch bei al­ len bekannten berührungslosen Meßvorrichtungen anwendbar. Das Werkstück 16 kann beliebig auf den Meßtisch gelegt werden. Damit es während der Messung nicht verrutscht, ist es mit den Arretie­ rungen 12 befestigt. Bei beliebiger Lage müssen die auf dem Um­ fang der ersten Querschnittsfläche liegenden Meßpunkte mit Hilfe des Handsteuerpultes 15 angefahren werden. In diesem Fall liegt die Querschnittsfläche nicht genau im rechten Winkel zur Mittel­ linie, da dieser Winkel von der bedienenden Person nur nach Au­ genmaß bestimmt wird. Der dadurch entstehende Fehler vermindert sich schnell bei den weiteren Querschnittsflächen.

Die Meßschritte werden in der Regel entlang dem Werkstück von dem einen Ende zum anderen Ende ausgeführt. Es ist aber auch ein Be­ ginn auch an einem beliebigen anderen Punkt am Werkstück, z. B. auch in der Mitte des Werkstückes, möglich. Das Programm wird dann entsprechend ergänzt, so daß z. B. nach dem Durchmessen der einen Werkstückshälfte der Meßkopf 13 zur Mitte zurück läuft und die Messungen in der anderen Richtung am Werkstück entsprechend der Erfindung fortführt. Diese soeben beschriebene Möglichkeit bietet sich dann an, wenn ein Werkstück im mittleren Bereich aus einer geradlinigen runden Stange oder einem Rohr besteht und nach den Enden hin stark gekrümmt gestaltet ist.

Ein Zurücklaufen des Meßkopfes nach der dritten oder vierten Querschnittsfläche zur ersten Querschnittsfläche ist auch dann sinnvoll, wenn der durch das Augenmaß der bedienenden Person ent­ standene Fehler beim rechten Winkel zwischen der mittleren Achse und der ersten Querschnittsfläche minimiert werden soll. Nach einer solchen Minimierung startet das Programm erneut bis zum Ende der gesamten Messungen des Werkstückes.

Eine andere Möglichkeit, den Start der Messungen vorzunehmen, besteht dann, wenn das Werkstück 16 auf den Meßtisch 8 in einer genau definierten Lage zwischen z. B. Anschlägen eingespannt ist. Dies ist leicht durchführbar, wenn z. B. die an sich unterschied­ lich gebogenen Werkstücke am Anfang einen z. B. 10 cm langen ge­ radlinigen Teil besitzen, der allein in genau definierter Lage eingespannt wird. In diesem Fall kann die Stirnseite des Werk­ stückes als die erste Querschnittsfläche benutzt werden auf deren Umfang Punkte gemessen werden. Es ist für diese Querschnittsflä­ che auch die Richtung der Mittellinie bekannt. Wenn die Daten von auf dem Umfang liegenden Punkten an dieser ersten Querschnitts­ fläche und die Richtung der Mittellinie einmal im Computer einge­ speichert werden, so braucht zum Start der Messungen auch bei ansonsten unterschiedlichen Werkstücken von der bedienenden Per­ son nur der Startknopf gedrückt werden. Die zur Ausführung der Erfindung erforderlichen mathematischen Grundlagen sind allgemein bekannt, ein entsprechendes Programm zu erstellen ist ohne erfin­ derisches Zutun jedem Programmierer möglich, weshalb auf weitere Einzelheiten des Programmes nicht näher eingegangen werden braucht.

In der Fig. 2 ist die Mittellinie eines durchgemessenen Werk­ stückes dargestellt. Die mittlere Linie stellt die Soll-Linie dar. Die äußeren Linien bezeichnen die Grenzen der Toleranzen. Die schraffierten Flächen liegen zwischen der Soll-Linie und der gemessenen bzw. errechneten Mittellinie. Das gemessene Werkstück ist unbrauchbar, da an den Enden die zulässige Toleranz über­ schritten wird.

Die Entfernungen zwischen den Querschnittsflächen mit den Meß­ punkten werden bei Werkstücken mit starken Krümmungen kürzer ge­ wählt als bei Werkstücken mit schwachen Krümmungen. Die Länge der Schritte kann auch auf einem Werkstück verschieden lang einge­ stellt werden. Es ist auch eine automatische Anpassung der Länge der Schritte möglich, wenn durch ein geeignetes Programm dann eine Schrittlänge vermindert wird, wenn die Unterschiede zwischen der verlängerten Mittelinie und der nach der Messung errechneten genauen Mittellinie größer wird, wobei auch die Umkehrung gilt.

Als Bezugslinie ist außer der Mittellinie auch jede andere zu dieser parallel verlaufenden Linie wählbar.

Claims (10)

1. Verfahren zum Messen und Überprüfen der Abmessungen eines Werkstücks von der Form eines länglichen gebogenen oder auch geradlinigen Rohres oder Rundstabes mit Hilfe einer Meßvorrichtung, deren Meßkopf in 3 Koordinatenrichtungen motorisch angetrieben ist, wobei der Antrieb über einen Computer mit Hilfe eines Programmes gesteuert wird und die Meßergebnisse in dem Computer verarbeitet und gespeichert werden und die Steuerung zusätzlich zum Programm auch durch Eingabe per Hand vornehmbar ist und während der Messungen das Werkstück auf einem Meßtisch festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten der Messung der Meßkopf (13) an das Werkstück (16) per Handsteuerung oder mit Hilfe eines Programmes und eingespeicherter Daten an den ersten Meßpunkt herangefahren wird und außer­ dem per Hand oder mit Hilfe des Programmes weitere Meß­ punkte vom Meßkopf (13) angefahren werden, die auf einer annähernd kreisförmigen Umfangslinie verteilt am Werk­ stück (16) liegen, die eine erste Querschnittsfläche des Werkstückes (16) umgibt, die unter einem Winkel von genau oder annähernd 90° die Mittellinie des Werkstückes (16) schneidet, wobei der Schnittpunkt mit dem Mittel­ punkt der ersten Querschnittsfläche zusammenfällt, der vom Programm errechnet wird und die weiteren Messungen am Werkstück (16) automatisch durch das Programm ausge­ führt werden, indem das Programm den Meßkopf (13) um einen kleinen Schritt in der Richtung weitersteuert, die mit einer auf die erste Querschnittsfläche im Schnitt­ punkt errichteten Senkrechten zusammenfällt, wobei während der Ausführung dieses Schrittes der Meßkopf (13) um den Radius des Werkstückes (16) plus einem kleinen Sicherheits­ abstand von der Senkrechten des Werkstücks entfernt ge­ halten wird und am Ende des Schrittes der erste Umfangs­ punkt einer zweiten Querschnittsfläche gemessen wird und weitere Messungen auf weiteren Umfangspunkten dieses Quer­ schnittes durch ein zweites Programm gesteuert, durchge­ führt werden, und dieser zweite Querschnitt so gewählt ist, daß er von der Verlängerung der durch die erste Quer­ schnittsfläche gehenden Senkrechten unter einem Winkel von 90° geschnitten wird und anschließend der genaue Mittelpunkt des zweiten Querschnittes aus den gemessenen Umfangspunkten errechnet wird und das Programm rein rechnerisch eine gerade Verbindung des neu berechneten Mittelpunktes mit dem Mittelpunkt der vorherigen Quer­ schnittsfläche herstellt und der nächste Schritt in Längs­ richtung des Werkstückes ein Schritt in Richtung der Ver­ längerung dieser Geraden ist und dort Umfangspunkte einer weiteren Querschnittsfläche in der gleichen Weise wie bei der vorhergehenden Querschnittsfläche gemessen werden und aus diesen Umfangspunkten wieder der genaue Mittelpunkt der Querschnittsfläche ermittelt wird, der wiederum mit dem Mittelpunkt der vorher gemessenen Querschnittsfläche rechnerisch geradlinig verbunden wird, wobei der nächste Schritt wiederum in Richtung der Verlängerung dieser Ge­ raden weiterschreitet und sich dieses Meßprogramm solange wiederholt, bis die Messung beim Erreichen von Grenzdaten durch ein Ausschaltprogramm beendet wird und zusätzlich von den gemessenen Punkten auf der Oberfläche des Werk­ stückes oder von den errechneten Punkten der Schritte auf der Mittellinie, deren Lagen in einem beliebigen Koordi­ natensystem angegeben sind, die Koordinaten oder mit die­ sen zusammenhängenden Werte gespeichert werden und mit Soll-Koordinaten oder Soll-Werten verglichen werden und Punkte, deren Werte eine Toleranzgrenze überschreiten, angezeigt oder ausgedruckt werden oder anstelle der kon­ kreten gemessenen Punkte auch durch Interpolation ge­ wonnene Zwischenpunkte oder Kurven entsprechend verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung an einem Ende des Werkstückes gestartet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Messung an einem Ende des Werkstückes beendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Starten der Messungen der Meßkopf per Hand­ steuerung zu mindestens einen auf den Umfang der ersten Querschnittsfläche liegenden Punkt gesteuert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Werkstück auf dem Meßtisch in eine durch An­ schläge festgelegte definierte Lage gelegt wird und die sich aus dieser Lage und den Werkstückabmessungen ergebenden Ko­ ordinaten mindestens eines Punktes am Umfang der ersten Querschnittsfläche und die Richtung der diese schneidenden Mittellinie in den Copmuter per Hand eingegeben werden und der Computer durch das geeignete zweite Programm weitere Punkte am Umfang der ersten Querschnittsfläche zur Messung ansteuert.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß im Computer die Koordinaten der Anschläge einge­ speichert werden, so daß der Computer durch ein geeignetes Programm, nach Eingabe des Radius des Werkstückes, Punkte des Umfanges der ersten Querschnittsfläche und die Lage und Richtung der Mittellinie im Bereich der ersten Quer­ schnittsfläche errechnen kann.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Programm die Messung beendet, wenn der Meßkopf sich der verlängerten Mittellinie auf einen Abstand von weni­ ger als 80% des Radius des Werkstückes nähert.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Programm die Messung beendet, wenn der Meßkopf die Koordinaten eines vorher eingegebenen Grenzpunktes er­ reicht.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Größe der Meßschritte für die ganze Länge des Werkstückes oder für Teillängen eingegeben wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Toleranzangaben und deren Überprüfung die Mittellinie des Werkstückes gewählt wird.