DE4325602C1 - Method for the tactile measurement of workpieces - Google Patents

Method for the tactile measurement of workpieces

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DE4325602C1
DE4325602C1 DE19934325602 DE4325602A DE4325602C1 DE 4325602 C1 DE4325602 C1 DE 4325602C1 DE 19934325602 DE19934325602 DE 19934325602 DE 4325602 A DE4325602 A DE 4325602A DE 4325602 C1 DE4325602 C1 DE 4325602C1
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Jan Dr Neumann
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Leitz Messtecknik GmbH
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    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
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Abstract

Method for the tactile measurement of workpieces, in which for the purpose of measuring a workpiece, in particular for the purpose of the serial measurement of identical workpieces, the measuring points of the workpiece are transferred in terms of direction to the surface of a calibration sphere of known diameter. The feeler (probe) assigned to each individual measuring point is used to determine the offset on the sphere in the individual scanning directions of the workpiece, which offset is taken into account in the magnitude determined when scanning the workpiece (Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum taktilen Vermessen von Werkstücken, bei dem die Meßpunkte des Werkstückes in vorherbestimmter Reihenfolge mit den den Meßpunkten zugeordneten Tastern eines Tastkopfes einer Koordinatenmeßmaschine CNC-gesteuert angefahren werden. Bei sogenannten schaltenden Tastköpfen wird im Augenblick der Berührung des Tasters mit dem Werkstück oder kurz danach ein Signal erzeugt, das die Antastung anzeigt. Dieses Signal löst eine Ablesung der Maßstäbe in der Koordinatenmeßmaschine aus. Die Lage des Antastpunktes im Koordinatensystem der Maschine ist nunmehr bekannt. Da die Koordinatenmeßmaschine einen endlichen Bremsweg besitzt, ist der Taster zu seinem Schutz fest in einer Aufnahme angeordnet, die mittels eines kinematischen Gelenkes nach der Berührung mit dem Werkstück aus ihrer Ruhelage ausweichen kann, wobei alle sechs kinematischen Freiheitsgrade (Längsbewegungen in den drei Koordinatenrichtungen und Drehungen um diese Koordinatenrichtungen) durch eine geeignete Lagergeometrie statisch bestimmt sind. Dadurch ist gewährleistet, daß die Tasteraufnahme und damit der Taster selbst nach einer Antastung wieder in die vorbestimmte Ruhelage zurückkehrt.The invention relates to a method for tactile Measuring workpieces in which the measuring points of the Workpiece in a predetermined order with the Measuring points assigned to probes of a probe Coordinate measuring machine can be approached by CNC control. At so-called switching probes is currently the Touching the button with the workpiece or shortly thereafter generates a signal that indicates the probing. This Signal triggers a reading of the standards in the Coordinate measuring machine. The location of the touch point in the The coordinate system of the machine is now known. Since the Coordinate measuring machine has a finite braking distance, the button is fixed in one receptacle to protect it arranged by means of a kinematic joint the contact with the workpiece from its rest position can dodge, with all six kinematic Degrees of freedom (longitudinal movements in the three Coordinate directions and rotations around them Coordinate directions) by a suitable bearing geometry are statically determined. This ensures that the Pushbutton holder and thus the pushbutton itself after one Touching returns to the predetermined rest position.

Je nach dem physikalischen Prinzip der Antasterkennung ergeben sich jedoch unterschiedliche Verzögerungszeiten zwischen der eigentlichen Antastung und der durch das Antastsignal ausgelösten Maßstabsablesung. Da die Achsen der Koordinatenmeßmaschine sich zu diesem Zeitpunkt noch in Bewegung befinden, wird das Meßergebnis mit einem Offset (Fehler) belegt, der je nach Antastrichtung des Meßpunktes und der Geometrie der Tasteranordnung üblicherweise unterschiedliche Werte annimmt. Depending on the physical principle of probe detection however, there are different delay times between the actual probing and that by the Probe signal triggered scale reading. Because the axes the coordinate measuring machine is still in at this time There is movement, the measurement result is offset (Error), which depends on the probing direction of the measuring point and the geometry of the button arrangement usually takes different values.  

In der Literatur sind verschiedene Methoden beschrieben, wie man systematischen Fehlern dieser und anderer Art begegnen kann. So beschreibt beispielsweise die Patentschrift DD 2 39 854 A1 ein Verfahren, bei dem durch Messung eines rotationssymmetrischen Prüfkörpers (Zylinder, Kegel) in mehreren Schnittebenen senkrecht zur Symmetrieachse dieser Prüfkörper die Z-Abhängigkeit der X-Y-Stabilität der Z-Achse bestimmt und wie die so gewonnenen Werte zur Korrektur bei Werkstückmessungen herangezogen werden können.There are various methods in the literature described how to make systematic errors of this and can encounter another kind. For example, the Patent specification DD 2 39 854 A1 a method in which Measurement of a rotationally symmetrical test body (cylinder, Cone) in several sectional planes perpendicular to the Axis of symmetry of these test specimens the Z-dependence of X-Y stability of the Z axis determined and how so values obtained for correction in workpiece measurements can be used.

In der Druckschrift "Technische Rundschau" Heft 50, 1992, wird auf Seite 20 ff. im Artikel "Messende Taster mit mehreren Freiheitsgraden" von W. Lotze diskutiert, wie die bei messenden Tastern bei endlicher Meßkraft unvermeidlichen Tasterbiegungen durch individuelle Kalibrierung eines Tasters an einem Kalibriernormal berücksichtigt werden können. Dabei wird ein streng linearer Zusammenhang zwischen der Meßkraft und der Tasterbiegung vorausgesetzt und bei der Kalibrierung der Proportionalitätsfaktor bestimmt. Mit Hilfe dieses Faktors kann dann bei der Werkstückantastung mit bekannter Meßkraft die Biegung berechnet und berücksichtigt werden.In the publication "Technische Rundschau" issue 50, 1992, on page 20 ff. In the article "Measuring probes with several degrees of freedom "discussed by W. Lotze, like the with measuring probes with finite measuring force inevitable button bends by individual Calibration of a button on a calibration standard can be taken into account. This becomes a strict linear relationship between the measuring force and the Probe bend required and when calibrating the Proportionality factor determined. With the help of this factor can then be used for workpiece probing with a known measuring force the bend is calculated and taken into account.

In der Druckschrift "Industrie-Anzeiger" 97. Jahrgang Nr. 65, 1975, werden auf Seite 1404 ff. im Artikel "Prinzip eines Meßtasters für die automatische schnelle Abtastung räumlicher Konturen mittels Koordinaten-Meßmaschinen" von H. Janocha verschiedene Fehlermöglichkeiten beim Messen mit schaltenden Tastern aufgezeigt, unter anderem auch der hier beschriebene Offsetfehler, der dadurch zustande kommt, daß die Ruhelage des Tasters vor der Antastung nicht mit seiner Nullage übereinstimmt, sondern eine Vorauslenkung, verursacht durch Reibung in seiner kinematischen Aufnahme, besitzt. Verfahren, die diese Fehler beseitigen könnten, werden in dem Artikel nicht aufgezeigt.In the publication "Industrie-Anzeiger" 97th year No. 65, 1975, on page 1404 ff. In the article "Principle a probe for automatic fast scanning spatial contours by means of coordinate measuring machines "from H. Janocha different error possibilities when measuring with switching buttons shown, including the one here described offset error, which is caused by the fact that the rest position of the button before touching with it Nullage matches, but a pre-steering,  caused by friction in its kinematic uptake, owns. Procedures that could fix these errors are not shown in the article.

Üblicherweise versucht man diesem Nachteil zu begegnen, daß man vor dem eigentlichen Meßlauf einen Kalibrierlauf durchführt, der an einem Werkstück bekannter Geometrie (üblicherweise eine Kugel bekannten Durchmessers) die Offsets anhand einiger ausgewählter Antastrichtungen (üblicherweise in Richtung der Koordinatenachsen der Koordinatenmeßmaschine) bestimmt. Die so bestimmten Offsets werden dann von dem während des Meßlaufes gewonnenen Meßergebnis vorzeichenrichtig abgezogen. This disadvantage is usually attempted encounter that one before the actual measuring run Carries out calibration run, which is known on a workpiece Geometry (usually a ball of known diameter) the offsets based on some selected probing directions (usually in the direction of the coordinate axes of the Coordinate measuring machine). The offsets so determined are then obtained from the one obtained during the measuring run Measurement result deducted with the correct sign.  

Der Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik liegt darin, daß die Offsetbestimmung nur für diejenige Antastrichtung gültig ist, bei der sie durchgeführt wurde. Auch läßt sich der Offset für Antastrichtungen, die eine Linearkombination aus den Richtungen der Koordinatenachsen darstellen, im allgemeinen nicht durch eine entsprechende Linearkombination der orthogonalen Offsetkomponenten gewinnen. Die Ursache ist bei den Tastköpfen zu suchen, die eine Antastung durch Ausheben aus dem kinematischen Gelenk erkennen, denn dieses Gelenk weist keine kartesische Geometrie auf. Bei Tastköpfen, die eine Antastung durch Auswertung eines Körperschallimpulses bei der Berührung erkennen, liegt die Ursache darin, daß die Steilheit des Anstieges des Körperschallsignales je nach Antastrichtung und Tastergeometrie sehr unterschiedlich für die einzelnen Antastrichtungen ist. Da üblicherweise das überschreiten einer vorbestimmten Schwelle (zum Beispiel eines vorgegebenen Spannungswertes) dieses Körperschallsignales als Kriterium für den Antastzeitpunkt herangezogen wird, sorgt die unterschiedliche Steilheit des Anstieges dieser Signalkurve für die unterschiedlichen Offsets im Meßergebnis. The disadvantage of this method according to the prior art The technique is that the offset determination is only for the probing direction is valid at which it was carried out. The offset for Probing directions, which is a linear combination of the Represent directions of the coordinate axes, in general not by a corresponding linear combination of win orthogonal offset components. The cause is to look at the probes that are probing through Recognize lifting out of the kinematic joint, because this Joint has no Cartesian geometry. At Probe heads that are probed by evaluating a Recognize structure-borne sound impulses when touched The reason is that the steepness of the climb of the Structure-borne noise signals depending on the probing direction and Stylus geometry very different for the individual Probing directions. Because usually exceed that a predetermined threshold (e.g. one specified voltage value) of this structure-borne noise signal is used as a criterion for the probing time, ensures the different steepness of the rise of this Signal curve for the different offsets in the Measurement result.  

Nach dem Stand der Technik werden deshalb beim Antasten der Meßpunkte eines Werkstückes die ermittelten Koordinaten jedes Meßpunktes mit einem Korrekturwert (Offset) versehen, wobei die Offsetwerte durch Antastung einer Kalibrierkugel bekannten Durchmessers in den Koordinatenrichtungen gewonnen werden. Weicht die Antastrichtung von diesen Koordinatenrichtungen ab, werden die Offsets mit Hilfe der bekannten Offsets in den Koordinatenrichtungen interpoliert.According to the state of the art Probe the measuring points of a workpiece Coordinates of each measuring point with a correction value (Offset) provided, the offset values by probing a calibration ball of known diameter in the Coordinate directions can be obtained. Gives way to Scanning direction from these coordinate directions the offsets with the help of the known offsets in the Interpolated coordinate directions.

Da darüber hinaus bei der taktilen Vermessung eines Werkstückes für bestimmte Meßpunkte unterschiedliche Taster gebraucht werden, stellt ein Tasterwechsel eine zusätzliche Fehlerquelle dar.In addition, when measuring a tactile Different probes for certain measuring points button change is an additional one Error source.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Meßlauf bei der Koordinatenbestimmung eines Werkstückes durch Festlegung von Offsetwerten für jede in Frage kommende Antastrichtung eines Meßpunktes und den zugehörigen Taster auf dem Werkstück genauer zu gestalten als bisher, ohne den Aufwand für die Offsetbestimmung für die einzelnen Meßpunkte wesentlich zu erhöhen.The object of the invention is to run the measuring Coordinate determination of a workpiece by definition of offset values for each probing direction in question a measuring point and the associated button on the Design the workpiece more precisely than before, without the effort for the offset determination for the individual measuring points to increase significantly.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the method of the claim 1 solved.

Dadurch, daß jetzt zunächst eine Kalibrierkugel bekannten Durchmessers in derselben Richtung wie für die Antastung des entsprechenden Punktes auf dem Werkstück, bezogen auf den Mittelpunkt der Kalibrierkugel, angetastet wird, kann zunächst ein sogenannter Kalibrierlauf mit den zu verwendenden Tastern in der Reihenfolge des Meßlaufes bei der Werkstückausmessung durchgeführt werden, der aufgrund der bekannten Geometrie der Kugel leicht die Offsetwerte, bezogen auf die Kugel, ermitteln läßt. Diese richtungsabhängigen Offsetwerte können bei der Antastung des entsprechenden Meßpunktes auf dem Werkstück in Ansatz gebracht werden.Because now a calibration ball known diameter in the same direction as for the Probing the corresponding point on the workpiece, related to the center of the calibration ball, probed a so-called calibration run with the buttons to be used in the order of the measurement run be carried out when measuring the workpiece  due to the known geometry of the ball easily Offset values, based on the ball, can be determined. This Direction-dependent offset values can be used when probing of the corresponding measuring point on the workpiece to be brought.

Diese Offsetwert-Ermittlung setzt jedoch voraus, daß die Lage des Mittelpunktes der Kalibrierkugel bekannt ist. Die exakte Lage des Mittelpunktes der Kalibrierkugel ist aber üblicherweise nicht bekannt. Deshalb wird zunächst die Kalibrierkugel in wenigstens drei auf den Mittelpunkt der Kugel gerichteten Richtungen mit einem Referenztaster angetastet, um aus diesen wenigstens drei erhaltenen Punktlagen auf der Oberfläche der Kalibrierkugel und den dazugehörigen Koordinatenwerten rechnerisch die Lage des Mittelpunktes der Kugel zu bestimmen.However, this offset value determination requires that the position of the center of the calibration ball is known. The exact location of the center of the calibration ball is but usually not known. That is why the Calibration ball in at least three on the center of the Ball-oriented directions with a reference button probed to get at least three out of these Point positions on the surface of the calibration ball and the associated coordinate values arithmetically the position of the To determine the center of the sphere.

Für jeden verwendeten Meßtaster ergibt sich nun jedoch rechnerisch eine andere Mittelpunktslage der Kalibrierkugel. Die Differenz der Mittelpunktslagen, bezogen auf jeden Taster und den Referenztaster, bezeichnet man als "Ablage", welche bei der Offsetwert-Ermittlung zu berücksichtigen ist.For each probe used, however, this now results arithmetically a different center position of the Calibration ball. The difference in the center points, referred to each button and the reference button one as "filing", which in determining the offset value is taken into account.

Ausgehend von den Antastpunkten des Meßlaufes werden nunmehr mit jedem Taster die ihm zugeordneten korrespondierenden Antastpunkte auf der Kalibrierkugel angetastet, und zwar in der Reihenfolge, in der der Meßlauf am Werkstück erfolgt. Da nunmehr die wahre Lage der Punkte auf der Oberfläche der Kugel koordinatenmäßig bekannt ist, kann aus den erhaltenen Meßwerten beim Antasten dieses Punktes mit Hilfe des dem Meßwert auf dem Werkstück zugeordneten Tasters ein Offset ermittelt werden, der auch dem entsprechenden Meßpunkt auf dem Werkstück zuzuordnen ist. Mit anderen Worten, die auf der Kugel gewonnenen Offsetwerte für die einzelnen Meßpunkte werden bei der Antastung der entsprechenden Punkte auf dem Werkstück als Korrekturwerte bei der Koordinatenbestimmung zur Anwendung gebracht.Starting from the probing points of the measuring run now with each button the assigned to it corresponding probing points on the calibration ball touched, in the order in which the measuring run is carried out on the workpiece. Now the real situation the coordinates on the surface of the sphere is known, can be obtained from the measured values obtained at Touch this point with the help of the measured value on the An offset can be determined which is also the corresponding measuring point on the workpiece  is to be assigned. In other words, the one on the ball obtained offset values for the individual measuring points when touching the corresponding points on the Workpiece as correction values when determining coordinates applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt bereits bei der Ausmessung eines Werkstückes erhebliche Vorteile hinsichtlich Genauigkeit der Messung, indem die sonst mit starken Fehlern behaftete Interpolation mit Bezug auf eine abweichende Antastrichtung entfällt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens vervielfacht sich bei Serienmessungen von Werkstücken, weil dann, wenn ein neues Werkstück in der Lage des vorherigen Werkstückes angeordnet wird, was ohne Schwierigkeiten möglich ist, die entsprechenden Meßpunkte in derselben Richtung angetastet werden können, so daß die bereits ermittelten Offsets erneut verwendet werden können.The method according to the invention already shows at Dimensioning a workpiece has considerable advantages with regard to the accuracy of the measurement, by using the otherwise interpolation with severe errors with respect to a deviating probing direction is omitted. The advantage of The method according to the invention multiplies Series measurements of workpieces because then when a new one Workpiece arranged in the position of the previous workpiece what is possible without difficulty, the corresponding probes probed in the same direction can be, so that the already determined offsets can be used again.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing is an embodiment of the Invention shown, namely show:

Fig. 1 die Kalibrierkugel in einem räumlichen Koordinatensystem mit den x-, y- und z-Achsen in perspektivischer Darstellung; Figure 1 shows the calibration in a spatial coordinate system with the x-, y- and z-axes in a perspective view.

Fig. 2 das auszumessende Werkstück; Fig. 2, the auszumessende workpiece;

Fig. 3 die Kalibrierkugel mit den anzutastenden und auf diese Kugel zu übertragenden Meßpunkten. Fig. 3 shows the calibration ball with the ball to be probed and these measurement points to be transmitted.

In Fig. 1 ist der Mittelpunkt der Kalibrierkugel (K) mit (O) bezeichnet. Die x-Achse schneidet die Oberfläche der Kugel in den Punkten (A1 und A2). Die y-Achse schneidet die Oberfläche der Kugel in den Punkten (B1 und B2). Die z- Achse schneidet die Oberfläche der Kugel in den Punkten (C1) und (C2). Fünf dieser Punkte, zum Beispiel die Punkte (A1, A2, B1, B2 und C1) werden jeweils in Richtung der Pfeile (10, 11, 12, 13 und 14) angetastet, das heißt jeweils zum Mittelpunkt (O) der Kugel (K) hin gerichtet, und zwar mit einem Referenztaster (R).In Fig. 1, the center of the calibration ball (K) is denoted by (O). The x-axis intersects the surface of the sphere at points (A 1 and A 2 ). The y-axis intersects the surface of the sphere at points (B 1 and B 2 ). The z axis intersects the surface of the sphere at points (C 1 ) and (C 2 ). Five of these points, for example the points (A 1 , A 2 , B 1 , B 2 and C 1 ) are each touched in the direction of the arrows ( 10 , 11 , 12 , 13 and 14 ), i.e. in each case to the center point (O ) directed towards the ball (K) with a reference button (R).

Aufgrund dieser Antastung kann die Mittelpunktslage (O) der Kugel, bezogen auf den Referenztaster, ermittelt werden.Because of this contact, the center position (O) of the ball, based on the reference button become.

In Fig. 2 ist ein Werkstück (20) dargestellt, das im wesentlichen einen Quader mit einer abgeschnittenen Ecke (21) bildet.In Fig. 2 a workpiece ( 20 ) is shown, which essentially forms a cuboid with a cut corner ( 21 ).

Liegt die Aufgabe vor, zum Beispiel die Lagekoordinaten der Meßpunkte (1, 2, 3 und 4) auf der Oberfläche des Werkstückes (20) zu bestimmen, das heißt einerseits an den Quaderflächen und andererseits an der abgeschnittenen Ecke (21), und zwar jeweils senkrecht zu diesen Flächen, dann werden zunächst die Antastrichtungen (1a, 2a, 3a, 4a) in diesen Punkten (1, 2, 3, 4) ermittelt. Mit diesen Antastrichtungen wird die Kalibrierkugel (K) in den Punkten (P1, P2, P3, P4) zum Beispiel mit dem Meßtaster (30) angetastet (Fig. 3). Aus den gemessenen Koordinatenwerten in den Punkten (P1, P2, P3, P4) auf der Kalibrierkugel (K), welche bei Antastung mit dem Taster (30) erhalten werden, und den wahren, bekannten Werten dieser Punkte auf der Kalibrierkugel (K) wird bei dieser Tastung in jedem Punkt (P1, P2, P3, P4) ein Offset (K1, K2, K3, K4) erhalten, mit dem die ermittelten Koordinatenwerte der Meßpunkte (1, 2, 3, 4) bei der Antastung des Werkstückes (20) zu korrigieren sind. The task is to determine, for example, the position coordinates of the measuring points ( 1 , 2 , 3 and 4 ) on the surface of the workpiece ( 20 ), that is to say on the one hand on the cuboid surfaces and on the other hand at the cut corner ( 21 ), in each case perpendicular to these areas, then the probing directions ( 1 a, 2 a, 3 a, 4 a) are determined in these points ( 1 , 2 , 3 , 4 ). With these probing directions, the calibration ball (K) is probed at points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ), for example with the probe ( 30 ) ( Fig. 3). From the measured coordinate values in the points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) on the calibration ball (K), which are obtained by touching with the button ( 30 ), and the true, known values of these points on the calibration ball (K) with this keying an offset (K 1 , K 2 , K 3 , K 4 ) is obtained in each point (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ), with which the determined coordinate values of the measuring points ( 1 , 2 , 3 , 4 ) must be corrected when probing the workpiece ( 20 ).

Gemäß dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde für sämtliche vier Antastungen derselbe Taster (30) verwendet.According to the embodiment just described, the same button ( 30 ) was used for all four probes.

Grundsätzlich kann es notwendig werden, für die Ausmessung verschiedener Meßpunkte auf ein und demselben Werkstück (20) unterschiedliche Meßtaster zu verwenden, beispielsweise in der Richtung (1a) den Meßtaster (30), in der Richtung (2a) einen Meßtaster (35) und in der Richtung (3a) einen Meßtaster (36).In principle, it may be necessary for the measurement of various measurement points on to use one and the same workpiece (20) different probe, for example, in the direction (1 a) of the probe (30) in the direction (2 a) a probe (35) and in the direction (3 a) a probe (36).

Unterschiedliche Meßtaster haben beispielsweise unterschiedliche Antastkugeldurchmesser an ihrer Spitze. Bei leicht zugänglichen Flächen werden Taster mit größeren Kugeldurchmessern verwendet, um Unebenheiten in der anzutastenden Fläche, zum Beispiel Kratzer, zu kompensieren. An schwer zugänglichen Stellen muß man dagegen Taster mit kleineren Tastkugeln verwenden.For example, have different probes different probe ball diameters at their tips. In the case of easily accessible areas, buttons with larger ones are used Ball diameters used to measure unevenness in the surface to be touched, for example scratches. On the other hand, in places that are difficult to access you have to push buttons use smaller probe balls.

Für unterschiedliche Meßtaster ergeben sich in den einzelnen Punkten der Kalibrierkugel (K) unterschiedliche Offsets. Um diese Abweichungen zu erfassen, werden die Meßpunkte (P1, P2, P3, P4) sowohl auf der Kalibrierkugel (K) als auch auf dem Werkstück (20) in derselben Reihenfolge angetastet, wie es der Meßlauf vorsieht, und zwar mit dem jeweils einem bestimmten Meßpunkt zugeordneten Taster.Different offsets result for different probes in the individual points of the calibration ball (K). In order to detect these deviations, the measuring points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) are probed both on the calibration ball (K) and on the workpiece ( 20 ) in the same order as the measuring run provides, namely with the button assigned to a specific measuring point.

Die Verwendung unterschiedlicher Meßtaster (35, 36) ist in Fig. 2 durch hinter die Bezugszahlen (30) in Klammern gesetzte Bezugszahlen (35, 36) kenntlich gemacht.The use of different measuring probes ( 35 , 36 ) is indicated in FIG. 2 by reference numbers ( 35 , 36 ) placed in brackets behind the reference numbers ( 30 ).

Für die Bestimmung der Offsets ist weiterhin zu berücksichtigen, daß jeder Taster (30, 35, 36) bei der Antastung der Kalibrierkugel (K) von einer anderen Mittelpunktslage (O′) der Kalibrierkugel (K) auszugehen hat. Denn bestimmt man den Mittelpunkt der Kalibrierkugel (K) mit einem Meßtaster (30, 35 oder 36), zum Beispiel durch Antasten der Oberfläche der Kalibrierkugel (K) in den Punkten (A1, A2, B1, B2 und C2) mit den einzelnen Tastern, erhält man jeweils rechnerisch für jeden Taster eine andere Mittelpunktslage (O′) in Fig. 1.For the determination of the offsets it must also be taken into account that each probe ( 30 , 35 , 36 ) has to assume a different center position (O ') of the calibration ball (K) when probing the calibration ball (K). Because you determine the center of the calibration ball (K) with a probe ( 30 , 35 or 36 ), for example by probing the surface of the calibration ball (K) in points (A 1 , A 2 , B 1 , B 2 and C 2 ) with the individual buttons, you get a different center position (O ') in Fig. 1 for each button.

Zur Bestimmung der Koordinaten des Mittelpunktes der Kugel wird zunächst die Antastung der Punkte (A1, A2, B1, B2, C1), insgesamt von mindestens drei Punkten auf der Oberfläche der Kugel, mit Hilfe der einzelnen Taster (30, 35, 36) vorgenommen. Aus den erhaltenen Werten wird rechnerisch die Mittelpunktslage der Kugel für jeden Taster (30, 35, 36) ermittelt und daraus weiter die als "Ablage" bezeichneten koordinatenmäßigen Abstände der Tastkugelmittelpunkte der einzelnen Taster (30, 35, 36), bezogen auf die jeweilige Ruhelage der einzelnen Taster im genannten kinematischen Gelenk.To determine the coordinates of the center of the sphere, the probing of the points (A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , C 1 ), in total of at least three points on the surface of the sphere, is first carried out using the individual buttons ( 30 , 35 , 36 ). The center position of the ball for each button ( 30 , 35 , 36 ) is calculated from the values obtained, and from this the coordinate distances of the center of the probe ball of the individual buttons ( 30 , 35 , 36 ), referred to as "storage", based on the respective rest position the individual buttons in the kinematic joint mentioned.

Liegt somit der dieser Kugel zugrunde liegende Mittelpunkt (O′) für jeden Taster (30, 35, 36) fest, wird in der Reihenfolge des Meßlaufes die Kalibrierkugel (K) angetastet, und zwar in den Punkten (P1, P2, P3, P4), welche den Meßpunkten (1, 2, 3, 4) auf dem Werkstück entsprechen. Aus den gemessenen Koordinatenwerten in den Punkten (P1, P2, P3, P4) und den wahren Koordinatenwerten dieser Punkte auf der Oberfläche der Kalibrierkugel (K) werden die Offsets für die Punkte (P1, P2, P3, P4) ermittelt. Diese Werte werden als Offsets bei der eigentlichen Antastung des Werkstückes (20) in den Punkten (1, 2, 3, 4) jeweils in Anrechnung gebracht. If the center of this ball on which this ball is based (O ') is fixed for each probe ( 30 , 35 , 36 ), the calibration ball (K) is touched in the sequence of the measuring run, namely in points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ), which correspond to the measuring points ( 1 , 2 , 3 , 4 ) on the workpiece. From the measured coordinate values in the points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) and the true coordinate values of these points on the surface of the calibration sphere (K), the offsets for the points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) determined. These values are taken into account as offsets during the actual probing of the workpiece ( 20 ) in points ( 1 , 2 , 3 , 4 ).

Liegen somit für jeden Punkt auf der Oberfläche der Kalibrierkugel (K) die Offsetwerte für jeden Meßpunkt und für jeden Taster fest, kann dieser Offsetwert bei Antastung eines entsprechenden Punktes auf irgendeinem Werkstück (20), jedoch in derselben Antastrichtung und dem zugeordneten Taster verwendet werden.If the offset values for each measuring point and for each probe are thus fixed for each point on the surface of the calibration ball (K), this offset value can be used when probing a corresponding point on any workpiece ( 20 ), but in the same probing direction and the assigned probe.

Da im allgemeinen die Zahl unterschiedlicher Antastrichtungen für einen spezifischen Taster nicht sehr groß ist und auch die Zahl der Taster gering ist, ist der Aufwand für das beschriebene Verfahren im Vergleich zu dem konventionellen Vorgehen klein, der Genauigkeitsgewinn bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dagegen sehr groß.Because in general the number is different Not very probing directions for a specific button is large and the number of buttons is low, is Effort for the described method compared to that conventional procedure small, the gain in accuracy at Use of the method according to the invention, however, very much large.

BezugszeichenlisteReference list

K Kalibrierkugel
O Mittelpunkt der Kalibrierkugel
O′ verlagerter Mittelpunkt der Kalibrierkugel
A1, A2 Antastpunkte auf der Oberfläche der Kalibrierkugel in der x-Richtung
B1, B2 Antastpunkte auf der Oberfläche der Kalibrierkugel in der y-Richtung
C1, C2 Antastpunkte auf der Oberfläche der Kalibrierkugel in der z-Richtung
R Referenztaster
x, y, z Koordinatenachsen
P1, P2, P3, P4 auf die Kalibrierkugel übertragene Meßpunkte
K1, K2, K3, K4 Offsets
1, 2, 3, 4 Meßpunkte auf dem Werkstück
1a, 2a, 3a, 4a Pfeile (Antastrichtungen der Meßpunkte 1 bis 4)
10, 11 Pfeile in x-Richtung
12, 13 Pfeile in y-Richtung
14 Pfeil in z-Richtung
20 Werkstück
21 Ecke
30 Meßtaster
35 Meßtaster
36 MeßtasterK calibration ball
O center of the calibration ball
O ′ shifted center of the calibration ball
A 1 , A 2 probing points on the surface of the calibration ball in the x direction
B 1 , B 2 probing points on the surface of the calibration ball in the y direction
C 1 , C 2 touch points on the surface of the calibration ball in the z-direction
R reference button
x, y, z coordinate axes
P 1 , P 2 , P 3 , P 4 measuring points transferred to the calibration ball
K 1 , K 2 , K 3 , K 4 offsets
1 , 2 , 3 , 4 measuring points on the workpiece
1 a, 2 a, 3 a, 4 a arrows (probing directions of measuring points 1 to 4 )
10 , 11 arrows in the x direction
12 , 13 arrows in the y direction
14 Arrow in the z direction
20 workpiece
21 corner
30 probes
35 probes
36 probes

Claims (1)

1. Verfahren zum taktilen Vermessen von Werkstücken, bei dem die Meßpunkte auf dem Werkstück in bestimmter Reihenfolge mit den einzelnen Meßpunkten zugeordneten Tastern CNC-gesteuert angefahren werden, und bei dem die gemessenen, mit maschinenbedingten systematischen Fehlern behafteten Koordinatenwerte eines jeden Meßpunktes mit einem Korrekturwert (Offset) belegt werden, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die Meßpunkte (1, 2, 3, 4) auf dem Werkstück (20) mit ihren Antastrichtungen (1a, 2a, 3a, 4a) auf die Oberfläche einer Kalibrierkugel (K) übertragen werden, derart, daß die Antastrichtungen (1a, 2a, 3a, 4a) wenigstens näherungsweise auf den Mittelpunkt (O) der Kalibrierkugel (K) weisen,
  • b) daß die diesen Richtungen auf der Oberfläche der Kalibrierkugel (K) zugeordneten Meßpunkte (P11, P2, P3, P4) des Werkstückes (20) mit dem jedem Meßpunkt (1, 2, 3, 4) auf dem Werkstück (20) zugeordneten Taster (30, 35, 36) in der Reihenfolge des vorgegebenen Meßlaufes angetastet und ihre Koordinaten bestimmt werden,
  • c) daß aus der Differenz der auf der Oberfläche der Kalibrierkugel (K) gemessenen Koordinatenwerte und der wahren Koordinatenwerte der Meßpunkte (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche der Kalibrierkugel (K) für jeden Meßpunkt (P1, P2, P3, P4) ein Offset (K11, K2, K3, K4) ermittelt und abgespeichert wird,
  • d) daß die Meßpunkte (1, 2, 3, 4) auf dem Werkstück (20) mit den ihnen zugeordneten Tastern (30, 35, 36) im vorgegebenen Meßlauf angetastet werden und die sich hierbei ergebenden Koordinatenwerte in der Koordinatenmeßmaschine mit den auf der Kalibrierkugel (K) für die Meßpunkte (P1, P2, P3, P4) gewonnenen entsprechenden Offsetwerten korrigiert werden.
1.Procedure for the tactile measurement of workpieces, in which the measuring points on the workpiece are approached in a specific sequence with the CNC-controlled buttons assigned to the individual measuring points, and in which the measured coordinate values of each measuring point, which are subject to machine-related systematic errors, with a correction value ( Offset), characterized,
  • a) that the measuring points ( 1 , 2 , 3 , 4 ) on the workpiece ( 20 ) with their probing directions ( 1 a, 2 a, 3 a, 4 a) are transferred to the surface of a calibration ball (K), such that the probing directions ( 1 a, 2 a, 3 a, 4 a) point at least approximately to the center (O) of the calibration ball (K),
  • b) that the measuring points (P 11 , P 2 , P 3 , P 4 ) assigned to these directions on the surface of the calibration ball (K) of the workpiece ( 20 ) with each measuring point ( 1 , 2 , 3 , 4 ) on the workpiece ( 20 ) assigned buttons ( 30 , 35 , 36 ) are touched in the order of the predetermined measuring run and their coordinates are determined,
  • c) that from the difference between the coordinate values measured on the surface of the calibration sphere (K) and the true coordinate values of the measuring points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) on the surface of the calibration sphere (K) for each measuring point (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) an offset (K 11 , K 2 , K 3 , K 4 ) is determined and stored,
  • d) that the measuring points ( 1 , 2 , 3 , 4 ) on the workpiece ( 20 ) with the buttons ( 30 , 35 , 36 ) assigned to them are touched in the predetermined measuring run and the resulting coordinate values in the coordinate measuring machine with those on the Calibration ball (K) for the corresponding offset values obtained for the measuring points (P 1 , P 2 , P 3 , P 4 ) are corrected.
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