DE4409469C1 - Verfahren zum Antasten eines Meßpunktes auf einem Werkstück mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine - Google Patents
Verfahren zum Antasten eines Meßpunktes auf einem Werkstück mit Hilfe einer KoordinatenmeßmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antasten
eines Meßpunktes auf einem Werkstück mit Hilfe einer
Koordinatenmeßmaschine nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1. Zum Antasten des Werkstückes wird der
Tastkopf so weit verschoben, bis die Spitze des Tasters das
Werkstück berührt. Der Tastkopf besteht aus einem festen
Teil, der mit einer Achse des Koordinatenmeßgerätes
verbunden ist, und einem beweglichen Teil, der mittels
Federelementen im "festen" Teil des Meßkopfes ausweichbar
gelagert ist. Die Federn halten das Antastelement vor der
Berührung mit dem Werkstück in einer Null-Lage. Zum
Antasten des Werkstückes wird der Tastkopf mittels der
verfahrbaren Achsen der Koordinatenmeßmaschine auf das
Werkstück zu bewegt. Bei Berührung des Antastelementes mit
der Werkstückoberfläche wird der bewegliche Teil des
Tastkopfes relativ zu dem festen Teil verschoben. Mittels
Längenmeßmitteln, die die Bewegung der Achsen sowohl des
beweglichen Teiles des Tastkopfes als auch die Achsen des
festen Teiles des Tastkopfes registrieren, ist es möglich,
die Lage des Berührungspunktes im Raum genau zu bestimmen.
Dabei werden während der Verschiebungsphase des beweglichen
Teiles des Tastkopfes fortwährend die Koordinaten des
Tastkopfes abgelesen. Trägt man die jeweils zu einem
Zeitpunkt gehörenden Werte der Auswanderung des
Antastelementes bei der Antastung des Werkstückes und der
Koordinaten des festen Teiles des Meßpunktes in einem
Diagramm gegeneinander auf (EP 0 599 513 A1), so erhält man
eine ansteigende oder abfallende Gerade, je nachdem, ob die
Werte unmittelbar nach der ersten Berührung des Werkstückes
des Antastelementes mit dem Werkstück beim Hineinfahren
(Hineinfahren in das Werkstück) oder nach einer
Bewegungsumkehr unmittelbar vor dem Verlassen des
Werkstückes (Herausfahren aus dem Werkstück) aufgenommen
werden. Aus dieser Geraden wird durch Extrapolation der
Antastzeitpunkt gewonnen und die diesem Zeitpunkt
zugeordnete Koordinate.
Gemäß der DE 42 04 602 A1 werden zur Bestimmung des
genauen Antastzeitpunktes und der dazugehörenden
Koordinaten die Daten vor, während und nach der Antastung
gemessen und zur Gewinnung des Antastzeitpunktes mit den
Mustersignalen verglichen.
Diese Verfahren erfordern ein langsames Anfahren des
Tasters an das Werkstück.
In der Zeitschrift "Industrie-Anzeiger", 97. Jahrgang,
Nr. 65 vom 15. August 1975, Seiten 1404 bis 1408, werden
Probleme aufgezeigt, welche bei einem schnellen Anfahren
des Tasters an das Werkstück auftreten. Lösungen dieser
Probleme werden in diesem Artikel nicht angegeben und
insbesondere wird nicht die Tatsache berücksichtigt, daß
der Taster beim schnellen Anfahren an das Werkstück zum
Schwingen angeregt wird.
Die Verfahren nach dem Stand der Technik haben deshalb
den Nachteil, daß die Bewegung des Tastkopfes beim Anfahren
an das Werkstück sehr langsam erfolgen muß, um einen
genügend genauen Antastzeitpunkt zu erhalten. Dies bedingt
eine erhebliche Zeitverzögerung bis zum Erhalt des
Meßergebnisses.
Bis heute ist kein Gerät bekanntgeworden, das ein
schnelles Anfahren des Tasters an das Werkstück gestattet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben,
das es gestattet, unter Berücksichtigung der
Anfahrgeschwindigkeit die Antastzeit zu verkürzen, so daß
der Tastkopf mit seinem Antastelement mit erheblich
größerer Geschwindigkeit während der Meßwertaufnahme an das
Werkstück und wieder von ihm weggefahren werden kann, ohne
daß die Genauigkeit des Meßergebnisses hierunter leidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
im Anspruch 1 gelöst. Dadurch, daß jetzt die
Koordinatenachsen des Tastkopfes in Abhängigkeit von der
Anfahrgeschwindigkeit korrigiert werden, erhält man auch
bei schnellem Anfahren des Antastelementes an das
auszumessende Werkstück sehr genau korrigierte Koordinaten
als Meßwerte. Die der Schnellanfahrt zugrundeliegende
Differentialgleichung des Anspruches 1 ist hierbei für jede
Koordinatenrichtung gesondert anzusetzen.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung zur Erläuterung der Wirkungsweise dargestellt,
und zwar zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der
Antastvorrichtung;
Fig. 2 die Anfahrposition der Antastvorrichtung
nach Fig. 1;
Fig. 3 das Diagramm der Auslenkung des
Antastelementes in Abhängigkeit vom
Fahrweg der Maschinenachse.
In den Fig. 1 und 2 ist mit (1) der gestrichelt
eingezeichnete Tastkopf bezeichnet. Mit (2) ist der Taster
bezeichnet, der aus dem Tasterstift (3) besteht und einer
das Werkstück antastenden Rubinkugel (4). Das anzutastende
Werkstück selbst ist mit (5) bezeichnet. Mit dem Werkstück
(5) fest verbunden ist eine Maßverkörperung (6). Die feste
Verbindung dieser Teile ist durch die Linie (7)
dargestellt. Der Tastkopf (1) weist ein feststehendes
Element (8) auf, das mit dem Taster (2) zur Antastung des
Werkstückes im Punkt (A) in Richtung des Pfeiles (9) bewegt
wird. An dem feststehenden Element (8) ist das den Taster
(2) tragende bewegliche Element (10) befestigt. Das Element
(10) ist mittels Federn, von denen in den Fig. 1 und 2 nur
eine Feder (11) dargestellt worden ist, mit dem festen Teil
(8) des Tastkopfes (1) verbunden. Der Feder (11) ist eine
Dämpfungseinrichtung (12) parallel geschaltet.
Die Auslenkung des beweglichen Teiles (10) beim
Anfahren des Tasters (2) an das Werkstück (5) beträgt, wie
schematisch mit Hilfe des Pfeiles (13) und einer Skala (14)
dargestellt worden ist, den Wert q.
Beim Verfahren des Tasterkopfes (1) derart, daß der
Taster (2) das Werkstück (5) berührt, wandert der
bewegliche Teil (10) gegen die Kraft der Feder (11) in
Richtung des Pfeiles (15) aus. Dieses Anfahren verläuft
nach der Differentialgleichung einer gedämpften
harmonischen Schwingung, nämlich
m₁*d²q/dt² + æ*dq/dt + C₁*q = 0,
wobei m₁ die Masse des beweglichen Teiles (10) des
Tastkopfes (1) ist, C₁ die Federkonstante der Feder (11)
und æ der Dämpfungsfaktor des schwingend gelagerten Tasters
(2).
Wie in Fig. 2 dargestellt, trifft die Spitze
(Rubinkugel (4)) des Tasters (2) auf das Werkstück (5) im
Punkt (A), wenn der Tastkopf in Richtung des Pfeiles (9)
bewegt wird. Beim Auftreffen der Kugel (4) auf das
Werkstück (5) biegt sich der Taststift (3) durch, wie in
Fig. 2 dargestellt. Die Steifigkeit des Tasters (2) ist mit
C₂ bezeichnet. Damit erhält man die erweiterte
Differentialgleichung der gedämpften harmonischen
Schwingung nach dem Anspruch 1
m₁*d²q/dt² + æ*dq/dt + (C₁ + C₂)*q = C₂*v*t.
In diese Differentialgleichung ist also die
Anfahrgeschwindigkeit v des Tastkopfes (1) mit eingegangen,
ferner die Steifigkeit der Tastspitze (3).
Die Lösung der Differentialgleichung liefert ein Weg-
Zeitgesetz für die Auslenkung des beweglichen Teiles (10)
des Tastkopfes (1), das geeignet ist, das Verhalten des
Tastkopfes (1) bei Antastung des Werkstückes (5) mit
erheblich größeren Geschwindigkeiten v als bisher üblich
mit ausreichender Genauigkeit zu beschreiben. Die Meßpunkte
lassen sich durch Variationen der Größen: Frequenz,
Amplitude und Phase so angeben, daß der Moment der
Berührung des Tasters (2) mit dem Werkstück (5) trotz der
vorhandenen Schwingungen sicher bestimmt werden kann.
Fig. 3 zeigt den Antastvorgang in graphischer
Darstellung.
Als Abszisse ist der Fahrweg der Maschinenachse (X, Y
oder Z) angegeben, mit anderen Worten, der Verfahrweg des
Tasterkopfes (1) in einer der Koordinatenrichtungen.
Auf der Ordinate sind die Tastkopfauslenkungen q
aufgetragen. Beim Antasten erhält man eine Kurve (20) mit
den sternförmig eingezeichneten Meßpunkten (21). Die Kurve
(20) schneidet die Abszisse im Antastpunkt (M) des
Diagrammes. Dieser Antastpunkt (M) ergibt sich aus der
Lösung der Differentialgleichung des Anspruches 1 für q = 0.
Man erkennt, daß bei diesem Verfahren die Antastung
praktisch mit beliebiger Geschwindigkeit erfolgen kann und
trotzdem ein exakter Koordinatenwert X, Y oder Z für jede
Antastrichtung erhalten wird, wobei die
Differentialgleichung für jede Antastrichtung gesondert
anzusetzen ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Antastung des Werkstückes
(5) für eine Koordinatenrichtung. Für die weiteren
Koordinatenrichtungen sind entsprechende Federaufhängungen
des Tasters (2) vorgesehen.
Bezugszeichenliste
1 Tastkopf
2 Taster
3 Taststift
4 Rubinkugel
5 Werkstück
6 Maßverkörperung
7 Linie
8 feststehender Teil des Tastkopfes
9 Pfeil
10 beweglicher Teil des Tastkopfes
11 Feder
12 Dämpfungseinrichtung
13 Pfeil
14 Skala
15 Pfeil
20 Kurve
21 Meßpunkte
A Antastpunkt
M Antastpunkt im Diagramm
2 Taster
3 Taststift
4 Rubinkugel
5 Werkstück
6 Maßverkörperung
7 Linie
8 feststehender Teil des Tastkopfes
9 Pfeil
10 beweglicher Teil des Tastkopfes
11 Feder
12 Dämpfungseinrichtung
13 Pfeil
14 Skala
15 Pfeil
20 Kurve
21 Meßpunkte
A Antastpunkt
M Antastpunkt im Diagramm
Claims (2)
1. Verfahren zum Antasten eines Meßpunktes auf einem
Werkstück mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine, welche
einen in den Koordinatenrichtungen meßbar verschiebbaren
Tastkopf aufweist, in dem der Taster federnd gelagert ist
und beim Anfahren des Meßpunktes eine Ausweichbewegung
durchführt,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Maschinenkoordinaten (X, Y, Z) des Verschiebeweges des
Tastkopfes (1) jeweils mit einem Wert q korrigiert werden,
der sich aus der federnden Aufhängung des Tasters (2)
ergibt sowie der Anfahrgeschwindigkeit v des Tasters (2)
auf dem Werkstück (5) und daß q aus der Funktion g = f (t)
für jede Koordinatenrichtung (X, Y, Z) ermittelt wird,
wobei q die Auslenkung des Tasters (2) im Tastkopf (1) beim
Auftreffen des Tasters (2) auf das Werkstück (5) bedeutet
und aus der Differentialgleichung
m₁*d²q/dt² + æ*dq/dt + (C₁ + C₂)*q = C₂*v*termittelt wird, wobei m₁ die Masse des den Taster tragenden
beweglichen Teiles (10) des Tastkopfes (1), C₁ die
Federkonstante der den Taster tragenden Federn (11), C₂ die
Biegesteifigkeit des Tasterstiftes (3), æ der
Dämpfungsfaktor des schwingend an den Federn (11)
aufgehängten Tasters (2), v die Anfahrgeschwindigkeit des
Tasters (2) an das auszumessende Werkstück (5), t die Zeit
ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für q = 0 die zugehörige Maschinenkoordinaten in den
einzelnen Koordinatenrichtungen (X, Y, Z) ermittelt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944409469 DE4409469C1 (de) | 1994-03-19 | 1994-03-19 | Verfahren zum Antasten eines Meßpunktes auf einem Werkstück mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944409469 DE4409469C1 (de) | 1994-03-19 | 1994-03-19 | Verfahren zum Antasten eines Meßpunktes auf einem Werkstück mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4409469C1 true DE4409469C1 (de) | 1995-05-11 |
Family
ID=6513278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944409469 Expired - Lifetime DE4409469C1 (de) | 1994-03-19 | 1994-03-19 | Verfahren zum Antasten eines Meßpunktes auf einem Werkstück mit Hilfe einer Koordinatenmeßmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4409469C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102155902A (zh) * | 2011-03-09 | 2011-08-17 | 西安工业大学 | 具有恒定测量力的一维扫描测头机构 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4204602A1 (de) * | 1992-02-15 | 1993-08-19 | Zeiss Carl Fa | Verfahren zur koordinatenmessung an werkstuecken |
EP0599513A1 (de) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | RENISHAW plc | Verfahren zum Messen von Werkstücken unter Verwendung einer die Oberfläche berührenden Messsonde |
-
1994
- 1994-03-19 DE DE19944409469 patent/DE4409469C1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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R071 | Expiry of right |