DE4338351C1 - Verfahren zur dimensionellen Messung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation gleitender Temperatureinflüsse auf Werkstücke während eines Meßprozesses nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei dem das Werkstück punktweise durch Antasten mit einem Meßfühler einer Meßeinrichtung mit Bezug auf ihren absoluten Nullpunkt ausgemessen wird.

Nach dem Stand der Technik wird bei dimensionellen Messungen vor der eigentlichen Messung die Temperatur des Werkstückes bestimmt, und die lineare Wärmeausdehnung wird mit Hilfe eines Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstückes berücksichtigt.

Gemäß der DE 36 20 118 A1 wird hierzu neben das Werkstück ein Endmaß gelegt. Aus der Längenänderung des Endmaßes kann auf die Werkstücktemperatur geschlossen werden. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und langwierig. Deshalb findet die Temperaturbestimmung des Werkstückes nur einmal zu Beginn des Meßlaufes statt, in der Annahme, daß sich die Temperatur während des weiteren Meßlaufes nicht ändert oder nur unwesentlich ändert. Ein entsprechendes Verfahren wendet die DE 37 29 644 A1 an, nur daß in dieser Vorveröffentlichung anstelle des Endmaßes ein Temperaturfühler verwendet wird. Auch bei diesem Verfahren wird die Temperatur nur einmal zu Beginn des Meßlaufes gemessen. Auch in dem Artikel von Weckenmann A., "Koordinatenmeßtechnik im Umbruch" in DE-Z: "Technisches Messen tm", Band 57, 1990, Heft 3, Seiten 95 bis 102 wird nur von unterschiedlich stationären Temperaturen während eines Meßlaufes gesprochen, das heißt für den gesamten Meßlauf wird die Ausgangstemperatur des Werkstückes ermittelt, um dann die Werkstückkoordinaten zum Beispiel auf eine Bezugstemperatur von 20° Celsius zurückzurechnen.

Diese zum Stand der Technik gehörenden Verfahren haben den Nachteil, daß sie davon ausgehen, daß die Temperatur des Werkstückes sich während der dimensionellen Messung nicht ändert. Bei längeren Meßläufen und einer Ausgangstemperatur des Werkstückes, die stark von der Umgebungstemperatur abweicht, zum Beispiel nach einem Waschvorgang mit einer Temperatur von beispielsweise 60° Celsius, kann aber von der unveränderten Temperatur des Werkstückes nicht ausgegangen werden, da diese während des Meßlaufes stark abfällt. Wird trotzdem von der unveränderten Temperatur ausgegangen, können Meßfehler auftreten, die in der gleichen Größenordnung liegen wie die gesamte thermische Korrektur, insbesondere dann, wenn Merkmale, die zu Beginn des Meßlaufes gemessen wurden, mit Merkmalen, die am Ende des Meßlaufes gemessen werden, verknüpft werden.

Gemäß dem deutschen Patent Nr. 43 00 762 (Patenschrift DE 43 00 762 C1) wird deshalb die Temperatur zu Beginn des Meßlaufes und am Ende des Meßlaufes ermittelt und in einem Diagramm mit der Zeit als Abszisse und der Temperatur als Ordinate als Kurve durch die Anfangs- und Endtemperaturwerte gelegt. Die zwischen diesen Werten liegenden Temperaturwerte werden mit Hilfe des zeitlichen Ablaufes des Meßvorganges interpoliert.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Verfahren hinsichtlich seiner Genauigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß jetzt das Zeitintervall des Meßlaufes in mehrere Zeitintervalle unterteilt wird und die zu diesen Zeiten gehörenden Temperaturwerte exakt ermittelt werden, können die Temperaturwerte jeweils als eine Kurve für ein Teilintervall angenommen werden. Damit passen sich die Kurven der Teilintervalle dem exakten Temperaturverlauf genauer an, so daß die Temperaturkorrekturen der Meßwerte durch Interpolation zwangsläufig genauer werden.

Vollkommen exakte Temperaturwerte erhält man in den Punkten, in denen der Zeitpunkt der Koordinatenmessung mit einer Temperaturmessung zusammenfällt. Das angegebene Verfahren läßt sich deshalb dahingehend idealisieren, indem man zum Zeitpunkt einer jeden Koordinatenmessung eine Temperaturmessung durchführt, so daß eine Interpolation der Temperaturwerte gänzlich entfallen kann.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Diagrammes zur Erläuterung der Wirkungsweise dargestellt.

Mit t ist die Zeitachse bezeichnet, mit T die Temperaturachse.

Die Temperaturverlaufskurve im Diagramm ist mit (1) bezeichnet und als ausgezogene Linie dargestellt.

Zu Beginn der Koordinatenmessung (Zeitpunkt t₁) wird die Temperatur T₁ gemessen. Auf der Temperaturkurve (1) ist damit der Meßpunkt (2) festgelegt.

Am Ende des Meßlaufes ist die Zeit t₂ erreicht. Zu dieser Endzeit t₂ gehört die Temperatur T₂, so daß man im Diagramm auf der Temperaturkurve (1) den Punkt (3) erhält. Durch die Punkte (2 und 3) läuft die wahre Temperaturverlaufskurve (1). Diese wird nach dem Hauptpatent durch eine durch die Punkte (2 und 3) gelegte Kurve (5) approximiert.

Führt man eine Koordinatenmessung zum Zeitpunkt t_a durch, dann erhält man auf der Temperaturverlaufskurve (1) den Punkt (6), welcher einem Temperaturwert T_a entspricht. Wegen der vorgenommenen Approximation der Temperaturverlaufskurve (1) durch die Kurve (5) erhält man jedoch auf der Kurve (5) im Punkt (7) die Temperatur T_a′, welche mit einem Fehler von der Größe T_a′ minus T_a behaftet ist. Gemäß der Erfindung wird die Kurve (5) durch eine Zwischenmessung zum Zeitpunkt t_m und der zugehörigen Temperatur T_m approximiert, indem zwischen den Punkten (8 und 2) auf der Temperaturkurve (1) eine Kurve (10) (gestrichelt eingezeichnet) gelegt wird und zwischen den Punkten (8 und 3) eine Kurve (11). Legt man die Kurve (10) der Messung zugrunde, dann erhält man zum Zeitpunkt t_a den Temperaturwert T_a′′, der, wie man erkennt, wesentlich näher bei dem wahren Wert T_a liegt.

Im rechten Teil des Diagrammes ist angenommen, daß zum Zeitpunkt t_m1 und t_m2 jeweils eine Koordinatenmessung stattfindet. Die zugehörigen Temperaturwerte können anhand der Kurve (11) ermittelt werden.

In Verfeinerung des Verfahrens sind zwischen den Punkten (8 und 3) weitere Intervallpunkte (13 und 14) gelegt, die den Zeiten t_m1 und t_m2 zugeordnet sind und in denen die exakten Temperaturwerte T_m1 und T_m2 gemessen worden sind. Durch die Punkte (8 und 13) kann eine weitere Interpolationskurve (4) gelegt werden und auch durch die weiteren Punkte (13 und 14) sowie (14 und 3). Diese Kurven decken sich bereits sehr genau mit der Kurve (1).

Man erkennt, je mehr Zwischenintervalle man in den Temperaturbereich zwischen den Zeiten t₁ und t₂ legt, umso genauere Temperaturwerte lassen sich interpolieren. Und läßt man die Intervallpunkte (6, 8, 13, 14) mit den Koordinatenmeßzeitpunkten zusammenfallen, zum Beispiel also mit den Zeiten t_a, t_m, t_m1 und t_m2, dann erhält man die exakten Temperaturwerte T_a, T_m, T_m1 und T_m2.

Wie weit man hinsichtlich der Unterteilung des Diagrammes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gehen will, hängt von der gewünschten Genauigkeit ab und dem damit verbundenen Aufwand.

Claims (2)

1. Verfahren zur dimensionellen Messung von Werkstücken unter Berücksichtigung der äußeren Temperatureinflüsse auf das Werkstück während der Messung durch Messung der Temperatur des Werkstückes vor der dimensionellen Messung und Berücksichtigung der linearen Wärmeausdehnung mit Hilfe des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstückes nach deutschem Patent Nr. 43 00 762, bei dem zu Beginn des dimensionellen Meßlaufes eine Temperatur T₁ des Werkstückes zum Zeitpunkt t₁ und die Relativlage des Werkstückes zum Koordinatensystem der Meßapparatur ein erstes Mal erfaßt wird, anschließend der dimensionelle Meßlauf mit Erfassung einer Anzahl von Antastpunkten durchgeführt wird und am Ende des dimensionellen Meßlaufes eine Temperatur T₂ des Werkstückes zum Zeitpunkt t₂ gemessen wird und die Relativlage des Werkstückes zum Koordinatensystem ein zweites Mal erfaßt wird und bei dem jeder einzelne Antastpunkt des dimensionellen Meßlaufes mit Bezug auf den Zeitpunkt der Messung im Intervall t₁, t₂ korrigiert wird und ferner wenigstens eine Messung der Werkstücktemperatur und des Werkstückkoordinatensystems während des dimensionellen Meßlaufes innerhalb des Intervalles t₁, T₁; t₂, T₂ zusätzlich zu den vor und nach der dimensionellen Messung durchgeführten Messungen durchgeführt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine zusätzliche Messung der Temperatur und des Werkstückkoordinatensystems während des Meßlaufes zum Zeitpunkt einer Koordinatenmessung des Werkstückes durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche zusätzlichen Messungen der Temperatur zum Zeitpunkt oder wenigstens annähernd zum Zeitpunkt aller Koordinatenmessungen des Werkstückes durchgeführt werden.