WO2016184612A1 - Verfahren zur erfassung dynamischer schwingungen eines rauheitssensors, verfahren zur vermessung der rauheit einer werkstückoberfläche, computerprogrammprodukt sowie messgerät eingerichtet zur durchführung der verfahren - Google Patents

Verfahren zur erfassung dynamischer schwingungen eines rauheitssensors, verfahren zur vermessung der rauheit einer werkstückoberfläche, computerprogrammprodukt sowie messgerät eingerichtet zur durchführung der verfahren Download PDF

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WO2016184612A1
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roughness sensor
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Philipp Mayinger
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Definitions

  • Method for detecting dynamic vibrations of a roughness sensor Method for measuring the roughness of a workpiece surface, computer program product and measuring device configured to carry out the method.
  • the invention relates to a method for detecting dynamic vibrations of a roughness sensor, to a method for measuring the roughness of a workpiece surface, to a computer program product and to a measuring device which is set up for carrying out the method.
  • Roughness sensors for measuring the roughness of a workpiece surface are
  • the published patent application DE 44 37 033 A1 also discloses a feed device for the exact guidance of a roughness sensor according to the stylus method, which in contrast to a runner guide (US Pat. see also DE-PS 26 40 894) in addition to the detection of roughness and the detection of the ripple or the shape of a workpiece workpiece allows.
  • a disadvantage of a roughness sensor according to DE 44 37 033 AI is that it is very sensitive to vibration, which often leads to unnoticed measurement inaccuracies or malfunctions, so that this roughness sensor is regularly suitable only for a laboratory area.
  • Calibration of the sensor usually takes place on the basis of roughness standards of known roughness.
  • This roughness sensor for use in a production environment.
  • This roughness sensor has a vibration detector for detecting the vibrations present in the production environment. Furthermore, this roughness sensor has suitable interfaces for
  • the object of the invention is therefore to provide a method by means of which a simple, compact and inexpensive roughness measuring device can be used in a manufacturing environment.
  • Vibrations of a roughness sensor of a roughness measuring device wherein in a first method step, the relative movement of the roughness sensor relative to the
  • Roughness meter and / or relative to a surface to be measured of a workpiece in the frequency range below 100 Hz with a data acquisition rate of greater than 100 Hz is detected by at least one additional measuring system and wherein in a second method step, the detected data of the relative movement for another
  • An additional measuring system for detecting the relative movement of a roughness sensor relative to a roughness measuring device, to which the roughness sensor is attached may be provided here by a probe head of a coordinate measuring machine, for example.
  • Coordinate measuring machine with probe to which the roughness sensor is attached serves as a rough itsmess device.
  • the probe is here a measuring probe with, for example active probing force normally used for the scanning detection of
  • Tastwakberlochitch is designed and therefore has dynamic touch sensors, see, for example, the published patent application DE 10 2004 01 1 728 AI. Here are the
  • an additional measuring system for detecting the relative movement of the roughness sensor relative to the surface of a workpiece to be measured can also be designed by contactless distance measuring sensors and / or by dynamic contact sensors.
  • Non-contact distance measuring sensors may include optical, capacitive, inductive or sound-based sensors.
  • dynamic contact sensors can be constructed analogously to the system marketed by the applicant under the name "VAST®” and published in the published patent application DE 10 2004 01 1 728 AI. which then becomes
  • an additional measuring system of a roughness measuring device can also comprise a plurality of measuring systems which measure both the relative movement of the roughness sensor and the
  • Roughness sensor and thus the vibrations of the roughness sensor either existing measuring systems of a roughness meter, for example in the form of a probe with dynamic touch sensors, via which the roughness sensor is attached to the roughness meter, or can use additional measuring systems for detecting the distance from the workpiece surface to be measured.
  • the already existing measuring systems are only additionally read in order to obtain measured values or data for the relative movement of the roughness sensor and thus for its vibrations.
  • additional distance sensors become a distance measurement needed, which are usually inexpensive.
  • the data is evaluated in the frequency range below 100 Hz with a sampling rate of greater than 100 Hz.
  • Coordinate measuring device is made possible during so-called scanning.
  • the dynamic touch sensors of a probe usually have a lower sampling rate than position change sensors, as they are specified in EP 2 486 369, with which even collision detections are possible.
  • collision detection with distance sensors, for example in the reversing of an automobile, attempts to read the distance sensors at a very high sampling rate to detect the approach to an obstacle as early as possible, even at a high approach speed.
  • a frequency range below 100 Hz is considered and evaluated at a sampling rate of greater than 100 Hz, which plays a minor role in other applications of these sensors.
  • Manufacturing environment is prevalent and since the detection of a period of vibration of the relative movement of the roughness sensor with about 10 or more nodes is sufficient for this purpose.
  • a probe in the frequency range of less than 100 Hz with a sampling rate of greater than 100 Hz as a measuring system for the vibration measurement of a roughness sensor attached to it and / or the use of additional measuring systems in the form of inexpensive distance sensors can be through the present invention, a complex construction or Avoid the design of the roughness sensor.
  • a roughness sensor does not need as in the prior art with a second measuring needle or a expensive vibration detector to be equipped.
  • such a vibration detector is also unable to map temporally slow processes with high accuracy.
  • Manufacturing environment can be used and which is capable in this
  • the determined parameters are compared in a subsequent fifth step with predetermined threshold values for the relative movement of the roughness sensor and, when the
  • Thresholds an error signal is generated. This makes it possible that associated roughness measurements are systematically marked as invalid when thresholds are exceeded. It is also possible here to evaluate and evaluate the concrete effect of the disturbance on individual roughness parameters, which makes it possible to make a well-founded statement about the safety of a roughness parameter.
  • the quadratic mean value for the relative movement data acquired in a further embodiment it is possible to determine reliable parameters for the environmental influences in the form of vibrations, with the aid of which in general terms It can be decided whether a meaningful measurement of the roughness of a
  • Workpiece surface is possible or not. These characteristics also enable a comparative assessment of locations of a roughness measuring device. If the threshold values are exceeded, an error signal is generated, for example.
  • This error signal can, for example, be displayed on a screen or it can also be used to mark immediately before or after and simultaneously determined roughness values of a workpiece surface as invalid. The marking of the roughness values can also be done graphically, for example by means of a corresponding color representation on a screen or also purely software-technically within the measured value files.
  • the object of the present invention is achieved by a method for
  • Measuring the roughness of a workpiece surface by means of a roughness sensor of a roughness measuring device comprising: an inventive method for detecting the dynamic oscillations of a roughness sensor of a roughness measuring device already set forth; and the step of measuring the roughness of a surface portion of
  • Roughness measurements are obtained. By correcting the roughness measurements due to the detected vibrations of the roughness sensor, it is possible to utilize the method or simple and compact roughness sensors in a production environment.
  • the object of the present invention is achieved by a method for measuring the roughness of a workpiece surface by means of a roughness sensor of a roughness measuring device, comprising: an already stated method for detecting the dynamic vibrations of a roughness sensor of a roughness measuring device, wherein
  • user information about the roughness of the workpiece surface is determined and output in a further method step on the basis of the corrected and / or the average-corrected roughness measurement values.
  • User information can be addressed via the output on a screen directly to the user or operator of the roughness sensor or they can to
  • This user information contains measured value information about the determined roughness values of the measured surface into which the parameters for correction have been incorporated.
  • a computer program product for controlling a roughness sensor of a roughness meter according to one of the methods set forth above.
  • a measuring device comprising a roughness sensor with at least one measuring system for detecting the dynamic vibrations of the roughness sensor and a control and / or an evaluation unit configured for carrying out one of the methods set forth.
  • the measuring system for detecting the dynamic vibrations of the roughness sensor has at least one contactless distance measuring sensor and / or at least one dynamic contact sensor.
  • roughness gauges can be retrofitted using cost-effective sensors using commercial roughness sensors so that they can be used in a manufacturing environment. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a gantry-type coordinate measuring machine
  • Figure 2 is a schematic representation of a roughness sensor for a
  • Figure 3 is a schematic representation of a coordinate measuring machine with a connected via a probe roughness sensor as a roughness meter;
  • Figure 4 is a schematic representation of a coordinate measuring machine with a
  • Figure 5 is a flow chart of the vibration measuring method according to the invention.
  • FIG. 6 shows a flowchart of the roughness measuring method according to the invention.
  • FIG. 1 shows purely by way of example a coordinate measuring machine 28 with a quill 4 in so-called gantry design. It goes without saying, however, that the present invention applies to all types of roughness measuring devices, in particular also to other types of coordinate measuring machines that are not explicitly shown. can be used.
  • the coordinate measuring machine 28 generally has a stylus 6 for coordinate measurement of a workpiece 7, which is removably attached to a measuring or probe 5 and which deflects relative to the probe 5 in the three coordinate directions x, y and z can be.
  • the deflection of the stylus 6 in the three coordinate directions x, y and z is detected by three sensors located in the probe 5.
  • the probe 5 in turn can be moved in the three coordinate directions x, y and z.
  • the portal mechanism on a Messportal 2 which can be moved in the direction indicated by the arrow y coordinate direction relative to the measuring table 1.
  • the portal mechanism on a Messportal 2 which can be moved in the direction indicated by the arrow y coordinate direction relative to the measuring table 1.
  • the so-called measuring slide 3 is guided in the direction indicated by the arrow x movable.
  • the sleeve 4 is movably guided in the vertical direction indicated by the arrow z, so that the probe
  • a measuring bridge takes over the task of the measuring portal 2 to move the measuring carriage 3 with the quill 4 in the coordinate direction y.
  • the measurement of a workpiece is now carried out such that the stylus
  • Inkrementai tobäben 8a-8c which are scanned by optical reading heads, the current position of the probe 5 in the three coordinate directions x, y and z measured.
  • the scale measured values 8a-8c are now computed with the correctness of the stylus deflections determined by the measuring sensors in the probe 5, and from this a measuring point is generated.
  • the different styli In order to be able to measure now complex workpieces with a complex geometry, usually different styli are needed, which are kept in a magazine, not shown and can be automatically exchanged via a Wechsei worn on the probe 5.
  • the different styli usually have one or more probe shafts, at the ends of probes, such as a probe ball or a cylinder can be attached.
  • a horizontal bore will be made with a horizontally aligned stylus shaft, i. can measure with a so-called laterally arranged stylus 6, while a vertical bore can be measured with a vertically oriented probe shaft.
  • control and evaluation unit 9 which is realized here by way of example in this exemplary embodiment by a single computer.
  • the control and evaluation unit 9 can be additionally connected to a control panel, not shown, with the operating lever via the
  • Coordinate measuring device can also be moved manually in the coordinate directions x, y and z, as well as other functions, such as a stylus change or operation of the measurement program can be made.
  • the coordinate measuring machine 28 of FIG. 1 can also be equipped with an optical measuring system or with a roughness sensor 12 according to FIGS. 2 and 4 as a measuring head 5.
  • this roughness sensor 12 can also be attached via a so-called rotary-pivoting knob on the sleeve of the coordinate inatenmess réelles 28.
  • a roughness sensor 12 according to FIG. 3 can also be fastened to the quill of a coordinate measuring machine 28 via a measuring probe 5 with active force generation, for example the Applicant's VAST® probe.
  • the roughness sensor 12 may be fixed according to Figure 4 without measuring probe on the coordinate measuring machine 28 and a separate measuring system 33 detects the distance between the Roughness sensor 12 and the zu
  • measuring workpiece 7. This also allows the vibration movements of the roughness sensor, this time with respect to the workpiece 7, detect.
  • the combination of the measuring probe (FIG. 3) and the separate measuring system 33 (FIG. 4) is also possible.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a roughness sensor 12.
  • the sensing arm 13 includes a sensing arm 13 and a measuring needle 14 located at a free end of the sensing arm
  • the measuring needle 14 is in this case conical.
  • the roughness sensor 12 has a support element 15 and is on a surface 16 of a to be measured
  • the measuring needle 14 rests on the surface 16.
  • the measuring needle 14 can be moved along a longitudinal axis x along a preferably linear measuring section.
  • the measuring needle 14 and thus also the probe arm 13 are deflected. The deflection takes place here in a direction perpendicular to the x-direction
  • the probing direction AR corresponds to a settling direction of the roughness sensor 12, the settling direction being oriented perpendicular to a contact surface 19 of the roughness sensor 12.
  • the contact surface 19 designates a surface which is in contact with the surface 16 of the workpiece when the roughness sensor 12 is deposited.
  • FIG. 3 shows the connection of a roughness sensor 12 according to FIG. 2 via a measuring probe with active generation of generating force as a measuring system 33 at one
  • the measuring system 33 of FIG. 3 corresponds to a measuring probe 5 with active generating force of FIG. 1.
  • this measuring system 33 detects the vibrational movements of the roughness sensor 12 relative to the coordinate measuring device 28.
  • Probe 5 according to the invention as a measuring system 33 for vibration detection of
  • LVDT differential magnetic transformer
  • FIG. 4 shows, as an alternative, the connection of a roughness sensor 12 according to FIG. 2 to a coordinate measuring machine 28 according to FIG. 1 as a roughness measuring device, wherein a roughness sensor 12 measuring system 33, the distance of the roughness sensor 12 relative to the
  • the measuring system 33 for detecting the dynamic vibrations of the roughness sensor 12 has at least one contactless distance measuring sensor 33 or at least one dynamic contact sensor 33.
  • This sensor can be placed anywhere on the roughness sensor 12.
  • the dynamic touch sensor 33 can be embodied using a stylus both optically (white light interferometer, laser interferometer, confocal microscopy, laser triangulation, light transit time measurement), acoustically (ultrasonic sensors), inductively (magnetic coil sensors) or capacitively analogous to a non-contact distance sensor ,
  • a control and evaluation unit 9 takes over in the embodiment of Figure 4, the control and data evaluation of both the measuring system 33 and the roughness sensor 12 (indicated in Figure 4 by dashed arrows) in addition to the control and evaluation of the coordinate measuring 28th
  • Vibrations of a roughness sensor 12 of a roughness meter 28 in the frequency range below 20 Hz with a data acquisition rate of greater than 200 Hz is necessary and useful for the inventive use in a manufacturing environment.
  • FIG. 5 schematically shows in a flow chart the method 20 according to the invention for detecting the dynamic vibrations of a roughness sensor 12 of a
  • Roughness measuring device 28 wherein in a first method step 21, the relative movement of the roughness sensor 12 relative to the roughness meter 28 and / or with respect to a surface 16 to be measured of a workpiece by at least one additional Measuring system 33 is detected in the frequency range below 100 Hz with a data acquisition rate greater than 100 Hz and wherein in a second method step 22, the detected data of the relative movement held for further data processing and / or stored in a third method step 23.
  • the method step 23 can also be carried out before the method step 22 as an alternative to the illustration in FIG.
  • a subsequent fourth method step characteristics for the relative movement of the roughness sensor are determined based on a statistical evaluation of the acquired data of the relative movement. Based on this statistical evaluation, an evaluation of the magnitude of the environmental influences is then possible. Furthermore, the determined parameters are compared in a subsequent fifth step 25 with predetermined threshold values for the relative movement of the roughness sensor 12, wherein an error signal is generated when the threshold values are exceeded. These threshold values thus represent limit values for the characteristic quantities. Below the threshold values or limit values, a reliable roughness measurement of a workpiece surface is possible, above the threshold values or limits the disturbances due to environmental influences on a roughness measurement of a workpiece surface are significant.
  • the characteristic values for a later correction of the measured values of the roughness sensor 12 can be stored. Alternatively, these characteristics may also be used in conjunction with the overrun or underrun of the
  • Threshold values are stored.
  • FIG. 6 shows in a flowchart a method 30 according to the invention for measuring the roughness of a workpiece surface 16 by means of a roughness sensor 12 of a roughness measuring device 28 comprising: a method 20 for detecting the dynamic
  • Roughness measuring device 28 according to FIG. 6 on the one hand a method 20 for detecting the dynamic vibrations of a roughness sensor 12 of a roughness measuring device 28
  • step 32 based on the corrected and / or the averaging-corrected roughness measurement values, user information about the roughness of the
  • Workpiece surface 16 is determined and output. This user information
  • the detected roughness measurement values of the workpiece surface 16 and, on the other hand, the data from the vibration measurement take into account.
  • the user information consists only of the corrected and / or averaging corrected roughness measurements.
  • more complicated mathematical relationships can be formed between the roughness measurements and the user information generation characteristics to output the "true" surface roughness in the form of measurements by the user information
  • Measured value format to the user in the form of an evaluation software made available.
  • the inventive method 20 and 30 shown in Figures 5 and 6 can be by an appropriate software using, for example, the control and evaluation unit 9 of the Koordmatenmess réelles 28 of Figure 1 or with the aid of, for example, a separate control and evaluation of the roughness sensor 12 of FIG. 2 or with the aid of, for example, a separate control and evaluation unit of a separate measuring device for handling a roughness sensor 12.
  • a corresponding computer program product for controlling a roughness sensor 12 can be provided via any storage media for said control and evaluation units.
  • the present invention thus also encompasses measuring devices which are set up to carry out the methods 20 and 30 according to the invention and comprise a roughness sensor 12 and control and evaluation unit.
  • a measuring device can be, for example, a coordinate measuring machine 28 in accordance with FIG. 1 or else a separate measuring device for handling roughness sensors, not shown in greater detail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors (12) eines Rauheitsmessgeräts (28), wobei in einem ersten Verfahrensschritt (21) die Relativbewegung des Rauheitssensors (12) gegenüber dem Rauheitsmessgerät (28) und / oder gegenüber einer zu vermessenden Oberfläche (16) eines Werkstücks durch mindestens ein zusätzliches Messsystem (33) im Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz mit einer Datenerfassungsrate von größer als 100 Hz erfasst wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (22) die erfassten Daten der Relativbewegung für eine weitere Datenverarbeitung vorgehalten und / oder in einem dritten Verfahrens schritt (23) abgespeichert werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren (30) zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche (16) bei dem das erfindungsgemäße Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors eingesetzt wird, ein Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts gemäß einem der Verfahren sowie ein Rauheitsmessgerät eingerichtet zur Ausführung eines der Verfahren.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erfassung dynamischer Schwingungen eines Rauheitssensors, Verfahren zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche, Computerprogrammprodukt sowie Messgerät eingerichtet zur Durchführung der Verfahren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung dynamischer Schwingungen eines Rauheitssensors, ein Verfahren zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche, ein Computerprogrammprodukt sowie ein Messgerät, welches zur Durchführung der Verfahren eingerichtet ist.
Rauheitssensoren zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche sind
Oberflächensensoren im Sinne der vorliegenden Erfindung und zum Beispiel aus DE 100 20 735 B4, DE 102 30 009 AI , DE 103 34 219 B3, DE 10 2005 035 786 B3, DE 201 20 127 U l , DE 20 2013 102 043 U l , DE 20 2013 102 045 U l, EP 2 207 006 B l , US 7,363, 1 81 B2, US 7,373,807 B2 und US 2012 /266475 AI bekannt. Darüber hinaus gibt es auch optische Rauheitssensoren im Sinne der vorliegenden Erfindung, diese sind zum Beispiel aus US 5,352,038 bekannt Die Offenlegungsschrift DE 44 37 033 AI offenbart femer ein Vorschubgerät zur exakten Führung eines Rauheitssensors nach dem Tastschnitt- Verfahren, welches im Gegensatz zur einer Kufenführung (siehe hierzu DE-PS 26 40 894) neben der Erfassung der Rauheit auch die Erfassung der Welligkeit bzw. der Formgestalt eines Werkstücks ermöglicht. Nachteilig an einem Rauheitssensor gemäß DE 44 37 033 AI ist jedoch, dass dieser sehr schwingungs- empfindlich ist, was oftmals auch zu unbemerkten Messungenauigkeiten bzw. Fehlfunktionen führt, so dass dieser Rauheitssensor regelmäßig nur für einen Laborbereich geeignet ist.
Ferner ist der Rauheitssensor in seiner Wartung und Kalibrierung sehr aufwändig und teuer, so dass er daher häufig nur zu stichprobenartigen Kontrollen eingesetzt wird. Die
Kalibrierung des Sensors erfolgt dabei in der Regel anhand von Rauheitsnormalen bekannter Rauheit.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 01 1 629 US schlägt daher einen anderen
Rauheitssensor für den Einsatz in einer Produktionsumgebung vor. Dieser Rauheitssensor weist einen Vibrationsdetektor zur Erfassung der in der Produktionsumgebung vorhandenen Vibrationen auf. Ferner besitzt dieser Rauheitssensor geeignete Schnittstellen zur
Datenkommunikation. Durch diese Maßnahmen wird der Rauheitssensor aufwändig und teuer. Außerdem sind bekannte Vibrationsdetektoren in Form von Accelerometern
insbesondere für langsame Bewegungen ungenau und aufwändig.
Darüber hinaus gibt es auch Ansätze, hochdynamische Bewegungsänderungen von
Messköpfen von Koordinatenmcssgeräten insbesondere bei Kollisionen durch
Lageänderungssensoren zu erfassen, siehe EP 2 486 369 B l . Dieser Ansatz erfordert jedoch die Anbringung mehrere Lageänderungssensoren zur Erfassung von hochdynamischen Bewegungsänderungen, die sich durch die eigenen Sensoren des Koordinatenmessgeräts aufgrund deren in der Regel niedrigeren Abtastraten weder erfassen noch aus deren mit niedrigerer Abtastrate gewonnenen Daten berechnen lassen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit Hilfe dessen ein einfaches, kompaktes und kostengünstiges Rauheitsmessgerät in einer Fertigungsumgebung eingesetzt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung der dynamischen
Schwingungen eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Relativbewegung des Rauheitssensors gegenüber dem
Rauheitsmessgerät und / oder gegenüber einer zu vermessenden Oberfläche eines Werkstücks im Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz mit einer Datenerfassungsrate von größer als 100 Hz durch mindestens ein zusätzliches Messsystem erfasst wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die erfassten Daten der Relativbewegung für eine weitere
Datenverarbeitung vorgehalten und / oder in einem dritten Verfahrensschritt abgespeichert werden.
Ein zusätzliches Messsystem zur Erfassung der Relativbewegung eines Rauheitssensors gegenüber einem Rauheitsmessgerät, an dem der Rauheitssensor befestigt ist, kann hierbei zum Beispiel durch einen Tastkopf eines Koordinatenmessgeräts gegeben sein. Das
Koordinatenmessgerät mit Tastkopf, an dem der Rauheitssensor befestigt ist, dient in diesem Fall als Rauhe itsmess gerät. Der Tastkopf ist hierbei ein messender Tastkopf mit zum Beispiel aktiver Antastkrafterzeugung, der normalerweise für die scannende Erfassung von
Taststiftberührungen ausgelegt ist und daher dynamische Berührungssensoren aufweist, siehe zum Beispiel die Offenlegungsschrift DE 10 2004 01 1 728 AI . Dabei werden die
dynamischen Berührungssensoren des Tastkopfes bei der Verwendung eines Rauheitssensors statt für die ansonsten übliche Erfassung von Scann-Daten eines Taststiftes für die Erfassung der Relativbewegung des Rauheitssensors gegenüber dem Rauheitsmessgerät bzw. dem
Koordinatenmessgerät erfindungsgemäß genutzt.
Alternativ zu einer Messung der Relativbewegung des Rauheitssensors gegenüber dem Rauheitsmessgeräts kann ein zusätzliches Messsystem zur Erfassung der Relativbewegung des Rauheitssensors gegenüber der zu vermessenden Oberfläche eines Werkstücks auch durch berührungslose Abstandsmesssensoren und / oder durch dynamischen Berührungssensoren ausgeführt sein. Berührungslose Abstandsmesssensoren können dabei optische, kapazitive, induktive oder schallbasierende Sensoren umfassen. Dynamische Berührungssensoren können hingegen analog dem von der Anmelderin unter der Bezeichnung„VAST®" vertriebenen und unter der Offenlegungsschrift DE 10 2004 01 1 728 AI veröffentlichten System aufgebaut sein. Durch diese alternativen Messsysteme ist dann eine Erfassung der Relativbewegung des Rauheitssensors gegenüber der Werkstückoberfläche möglich, woraus sich dann
entsprechende Daten für die Bewegung bzw. Vibration des Rauheitssensors ergeben.
Selbstverständlich kann ein zusätzliches Messsystem eines Rauheitsmessgeräts auch mehrere Messsysteme umfassen, die sowohl die Relativbewegung des Rauheitssensors zum
Rauheitsmessgerät als auch die Relativbewegung des Rauheitssensors zum Werkstück erfassen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich für die Messung der Relativbewegung eines
Rauheitssensors und damit der Vibrationen des Rauheitssensors entweder bereits vorhandene Messsysteme eines Rauheitsmessgeräts zum Beispiel in Form eines Tastkopfes mit dynamischen Berührungssensoren, über den der Rauheitssensor am Rauheitsmessgerät befestigt ist, oder zusätzliche Messsysteme zur Erfassung des Abstandes gegenüber der zu vermessenden Werkstückoberfläche einsetzen lassen. Im ersten Fall werden die bereits vorhandenen Messsysteme lediglich zusätzlich ausgelesen, um daraus Messwerte bzw. Daten für die Relativbewegung des Rauheitssensors und damit für dessen Vibrationen zu erhalten. Im zweiten Fall werden lediglich zusätzliche Abstandssensoren zu einer Abstandsmessung benötigt, die in der Regel kostengünstig sind. In beiden Fällen werden die Daten dazu im Frequenzbereich unterhalb 100 Hz mit einer Abtastrate von größer 100 Hz ausgewertet. Dieser niedrige Frequenzbereich in Kombination mit der niedrigen Abtastrate speziell für die Vibrationserfassung ist sowohl für die Auslesung dynamischer Berührungssensoren eines Tastkopfes als auch für die Koll isionserkennung mit Abstandssensoren ungewöhnlich. Bei den dynamischen Berührungssensoren eines Tastkopfes wird in der Regel eine sehr hohe Abtastrate angestrebt, damit mit dem Tastkopf eine möglichst schnelle Erfassung einer Berührungslinie mit einem zu vermessenden Werkstück durch den Taststift eines
Koordinatenmessgeräts beim sogenannten Scannen ermöglicht wird. Allerdings weisen die dynamischen Berührungssensoren eines Tastkopfes in der Regel eine niedrigere Abtastrate auf als Lageänderungssensoren, wie sie in der EP 2 486 369 angegeben sind, mit denen selbst Kollisionserfassungen möglich sind. Entsprechend wird auch bei der Kollisionserkennung mit Abstandssensoren, zum Beispiel bei der Rückwärtsfahrt eines Automobils, versucht, die Abstandssensoren mit einer sehr hohen Abtastrate auszulesen, um die Annäherung an ein Hindernis möglichst frühzeitig, selbst bei einer hohen Annäherungsgeschwindigkeit, zu erfassen. Somit wird bei der erfindungsgemäßen Vibrationserfassung mit den Sensoren ein Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz betrachtet und mit einer Abtastrate von größer 100 Hz ausgewertet, der in sonstigen Anwendungsfällen dieser Sensoren eine untergeordnete Rolle spielt.
Insbesondere die Erfassung eines Frequenzbereichs von unter 20 Hz mit einer
Datenerfassungsrate von größer 200 Hz der Relativbewegungen eines Rauheitssensors ist hierbei für die Vibrationsmessung sinnvoll, da dieser Schallfrequenzbereich in einer
Fertigungsumgebung vorherrschend ist und da die Erfassung einer Periode der Vibration der Relativbewegung des Rauheitssensors mit etwa 10 oder mehr Stützstellen hierzu ausreichend ist.
Durch den alternativen Einsatz eines Tastkopfes im Frequenzbereich von unter 100 Hz mit einer Abtastrate von größer 100 Hz als Messsystem für die Vibrationsmessung eines an ihm befestigten Rauheitssensors und / oder der Verwendung zusätzlicher Messsysteme in Form kostengünstiger Abstandssensoren lässt sich durch die vorliegende Erfindung eine aufwändige Konstruktion bzw. Auslegung des Rauheitssensors vermeiden. Insbesondere muss ein Rauheitssensor nicht wie im Stand der Technik mit einer zweiten Messnadel oder einem teuren Vibrationsdetektor ausgestattet werden. Darüber hinaus ist ein solcher Vibrationsdetektor auch nicht in der Lage, zeitlich langsame Prozesse mit hoher Genauigkeit abzubilden.
Indem die erfassten Daten der Relativbewegung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem zweiten Verfahrensschritt für eine weitere Datenverarbeitung vorgehalten und / oder in einem dritten Verfahrensschritt abgespeichert werden, ist es möglich, eine nachfolgende
Vibrationskorrektur der Rauheitsmesswerte vorzunehmen und / oder die Rauheitsmesswerte nachfolgend entsprechend der festgestellten Vibration zu kennzeichnen. Hierdurch wird ein kompaktes und kostengünstiges Rauheitsmessgerät ermöglicht, welches in einer
Fertigungsumgebung eingesetzt werden kann und welches in der Lage ist, in dieser
Umgebung normgerechte Rauheitsmesswerte von Werkstücken zu liefern, indem die störenden Vibrationen entweder aus den erfassten Rauheitswerten herausgerechnet werden oder indem ungültige Rauheitswerte aufgrund zu großer Vibrationen entsprechend gekennzeichnet werden,
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden hierzu in einem nachfolgenden vierten Verfahrensschritt für die Relativbewegung des Rauheitssensors Kenngrößen basierend auf einer statistischen Auswertung der erfassten Daten der
Relativbewegung ermittelt. Anhand dieser Kenngrößen können Rückschlüsse auf den Vibrationseinfluss für eine Rauheitsmessung gezogen werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ermittelten Kenngrößen in einem nachfolgenden fünften Schritt mit vorgegebenen Schwellwerten für die Relativbewegung des Rauheitssensors verglichen und bei einem Überschreiten der
Schwellwerte wird ein Fehlersignal erzeugt. Hierdurch wird es ermöglicht, dass bei einem Überschreiten von Schwellwerten zugehörige Rauheitsmessungen systematisch als ungültig gekennzeichnet werden. Hierbei ist es auch möglich, die konkrete Auswirkung der Störung auf einzelne Rauheitsparameter auszuwerten und zu bewerten, womit sich eine fundierte Aussage über die Sicherheit eines Rauheitsparameters treffen lässt.
Durch zum Beispiel die Verwendung des quadratischen Mittelwerts für die erfassten Daten der Relativbewegung in einer weiteren Ausführungsform lassen sich belastbare Kenngrößen für die Umwelteinflüsse in Form von Vibrationen ermitteln, anhand derer allgemein entschieden werden kann, ob eine sinnvolle Vermessung der Rauheit einer
Werkstückoberfläche möglich ist oder nicht. Durch diese Kenngrößen wird auch eine vergleichende Beurteilung von Aufstellungsstandorten eines Rauheitsmessgeräts ermöglicht. Bei einem Überschreiten der Schwellwerte wird zum Beispiel ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal kann zum Beispiel an einem Bildschirm angezeigt werden oder es kann auch dazu genutzt werden, unmittelbar zuvor oder danach sowie zeitgleich ermittelte Rauheitswerte einer Werkstückoberfläche als ungültig zu markieren. Die Markierung der Rauheitswerte kann hierbei ebenfalls graphisch, zum Beispiel mittels einer entsprechender Farbdarstellung an einem Bildschirm oder aber auch rein softwaretechnisch innerhalb der Messwertdateien, erfolgen.
Ferner wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur
Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche mittels eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts umfassend: ein bereits dargelegtes erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts; sowie den Verfahrensschritt der Rauheitsmessung eines Oberflächenabschnitts der
Werkstückoberfläche mittels des Rauheitssensors, wobei in einem nachgelagerten Schritt die bei der Rauheitsmessung erfassten Daten aufgrund der zeitgleich bei der Erfassung der dynamischen Schwingungen erhaltenen Daten korrigiert und somit korrigierte
Rauheitsmesswerte erhalten werden. Durch die Korrektur der Rauheitsmesswerte aufgrund der festgestellten Vibrationen des Rauheitssensors wird eine Nutzung des Verfahrens bzw. einfacher und kompakter Rauheitssensoren in einer Fertigungsumgebung ermöglicht.
Des Weiteren wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche mittels eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts umfassend: ein bereits dargelegtes Verfahren zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts, wobei
Kenngrößen für die dynamischen Schwingungen ermittelt werden; sowie den
Verfahrensschritt der Rauheitsmessung eines Oberflächenabschnitts der Werkstückoberfläche mittels des Rauheitssensors, wobei in einem nachgelagerten Schritt die bei der
Rauheitsmessung erfassten Daten aufgrund der zeitgleich bei der Erfassung der dynamischen Schwingungen ermittelten Kenngrößen korrigiert und somit mittelungs-korrigierte
Rauheitsmesswerte erhalten werden. Hierdurch lassen sich Rauheitswerte eines Rauheitssensors aufgrund der festgestellten Vibrationen für den Fall korrigieren, dass die Abtastrate für die Messung der Rauheitswerte und die Abtastrate für die Messung der Vibration des Rauheitssensors nicht übereinstimmen. Somit lassen sich mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren auch kommerzielle Rauheitssensoren, deren Abtastrate nicht mit der Vibrationsabtastrate eines VAST®-Tatskopfes übereinstimmt, mit einem solchen Tastkopf an einem Koordinatenmessgerät in einer Fertigungsumgebung betreiben.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche werden in einem weiteren Verfahrensschritt auf Basis der korrigierten und / oder der mittelungs-korrigierten Rauheitsmesswerte Benutzerinformationen über die Rauheit der Werkstückoberfläche ermittelt und ausgegeben. Diese
Benutzerinformation können sich dabei über die Ausgabe an einem Bildschirm direkt an den Benutzer bzw. Bediener des Rauheitssensors wenden oder aber sie können an die
Steuersoftware bzw. den Benutzer des Rauheitssensors weitergegeben werden. Diese Benutzerinformationen enthalten Messwertinformationen über die ermittelten Rauheitswerte der vermessenen Oberfläche, in welche die Kenngrößen zur Korrektur eingeflossen sind.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein
Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines Rauheitssensors eines Rauheitsmessgeräts gemäß einem der bereits dargelegten Verfahren.
Ebenso wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Messgerät umfassend ein Rauheitssensor mit mindestens einem Messsystem zur Erfassung der dynamischen Schwingungen des Rauheitssensors und eine Steuer- und / oder eine Auswerteeinheit eingerichtet zur Ausführung eines der dargelegten Verfahren.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rauheitsmessgerät weist das Messsystem zur Erfassung der dynamischen Schwingungen des Rauheitssensors mindestens einen berührungslos arbeitenden Abstandsmesssensor und / oder mindestens einen dynamischen Berührungssensor auf. Hierdurch lassen sich Rauheitsmessgeräte unter Verwendung kommerzieller Rauheitssensoren durch kostengünstige Sensoren dahingehend nachrüsten, dass sie in einer Fertigungsumgebung eingesetzt werden können. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Rauheitssensors für ein
Rauheitsmessgerät; Figur 3 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts mit einem über einen Tastkopf angebundenen Rauheitssensors als Rauheitsmessgerät;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts mit einem
angebundenen Rauheitssensors und einem zusätzlichen Messsystem als Rauhe itsmessgerät ;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Schwingungsmessverfahrens; und
Figur 6 eine Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Rauheitsmessverfahrens.
Figur 1 zeigt rein beispielhaft ein Koordinatenmessgerät 28 mit einer Pinole 4 in sogenannter Portalbauweise. Es versteht sich allerdings, dass die vorliegende Erfindung bei allen Arten von Rauheitsmessgeräten, so insbesondere auch bei anderen nicht explizit dargestellten Bauformen von Koordinatenmessgeräten. eingesetzt werden kann.
Das Koordinatenmessgerät 28 weist in der Regel zur Koordinatenmessung eines Werkstücks 7 einen Taststift 6 auf, der auswechselbar an einem Mess- bzw. Tastkopf 5 befestigt ist und der gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung des Taststiftes 6 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wird über drei im Tastkopf 5 befindliche Messgeber erfasst. Der Tastkopf 5 seinerseits kann in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt werden. Dazu weist die Portalmechanik ein Messportal 2 auf, das in der mit dem Pfeil y bezeichneten Koordinatenrichtung gegenüber dem Messtisch 1 verfahren werden kann. Entlang der den Messtisch 1 überspannenden
Traverse des Messportals 2 wiederum ist der sogenannte Messschlitten 3 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung beweglich geführt. Am Messschlitten 3 wiederum ist die Pinole 4 in der vertikalen mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung beweglich geführt, so dass der Tastkopf
5 über die Portalmechanik in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann. Bei einem Koordinatenmessgerät in Brückenbauweise übernimmt eine Messbrücke die Aufgabe des Messportals 2, den Messschlitten 3 mit der Pinole 4 in der Koordinatenrichtung y zu verfahren. Die Vermessung eines Werkstückes erfolgt nunmehr derart, dass der Taststift
6 das zu vermessende Werkstück 7 an vorgesehenen Messpunkten antastet, wobei im
Tastkopf 5 die Auslenkung des Taststiftes 6 gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei
Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen wird. Zusätzlich werden an den drei
Inkrementaimaßstäben 8a-8c, die von optischen Ableseköpfen abgetastet werden, die aktuelle Position des Tastkopfes 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen. Zur Ermittlung eines Messpunktes werden nunmehr die Maßstabsmesswerte 8a-8c mit den durch die Messgeber im Tastkopf 5 ermittelten Taststiftauslenkungen komponentenrichtig verrechnet und hieraus ein Messpunkt generiert.
Um nunmehr komplexe Werkstücke mit einer komplexen Geometrie vermessen zu können, werden üblicherweise unterschiedliche Taststifte benötigt, die in einem nicht dargestellten Magazin vorgehalten werden und automatisiert über eine Wechseieinrichtung am Tastkopf 5 eingewechselt werden können. Die unterschiedlichen Taststifte weisen üblicherweise einen oder mehrere Tasterschäfte auf, an deren Enden Antastkörper, wie beispielsweise eine Tastkugel oder ein Zylinder befestigt sein können. Eine horizontale Bohrung beispielsweise wird man mit einem horizontal ausgerichteten Tasterschaft, d.h. mit einem sogenannten seitlich angeordneten Taststift 6, vermessen können, während eine vertikale Bohrung mit einem vertikal ausgerichteten Tasterschaft vermessen werden kann.
Die Steuerung des Messablaufes und der Antriebsmittel des Koordinatenmessgerätes, sowie die Aufnahme und Auswertung der hierbei ermittelten Messwerte erfolgt durch eine Steuer und Auswerteeinheit 9, die hier in diesem Ausfuhrungsbeispiel beispielhaft durch einen einzigen Rechner realisiert ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit 9 kann zusätzlich mit einem nicht dargestellten Bedienpult verbunden werden, mit dem über Bedienhebel das
Koordinatenmessgerät auch manuell in den Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann, sowie auch andere Funktionen, wie beispielsweise ein Taststiftwechsel oder eine Bedienung des Messprogramms vorgenommen werden können.
Alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten Tastkopf 5 kann das Koordinatenmessgerät 28 der Figur 1 auch mit einem optischen Messsystem oder auch mit einem Rauheitssensor 12 gemäß den Figuren 2 und 4 als Messkopf 5 ausgerüstet sein. Dabei kann dieser Rauheitssensor 12 auch über ein sogenanntes Dreh-Schwenk-Gclenk an der Pinole des Koord inatenmessgeräts 28 befestigt sein. Durch ein solches Dreh-Schwenk-Gelenk wird eine beliebige Orientierung des Rauheitssensors 12 im Raum gegenüber der zu vermessenden Oberfläche des Werkstücks ermöglicht.
Ferner kann auch ein Rauheitssensor 12 gemäß der Figur 3 über einen messenden Tastkopf 5 mit aktiver Antastkrafterzeugung, zum Beispiel dem VAST®-Tastkopf der Anmelderin, an der Pinole eines Koordinatenmessgeräts 28 befestigt sein. Der Vast-Tastkopf dient hierbei als Messsystem 33 zur Erfassung der Vibrationsbewegungen des Rauheitssensors 12 gegenüber dem Koord inatenmessgerät 28. Alternativ kann der Rauheitssensor 12 gemäß Figur 4 auch ohne messenden Tastkopf an dem Koordinatenmessgerät 28 befestigt sein und ein separates Messsystem 33 erfasst den Abstand zwischen dem Rauheitssensor 12 und dem zu
vermessenden Werkstück 7. Hierdurch lassen sich auch die Vibrationsbewegungen des Rauheitssensors, diesmal mit Bezug zum Werkstück 7, erfassen. Es ist auch die Kombination aus dem messenden Tastkopf (Fig. 3) und dem separaten Messsystem 33 (Fig. 4) möglich.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Rauheitssensors 12. Der Rauheitssensor
12 umfasst einen Tastarm 13 und eine Messnadel 14, die an einem freien Ende des Tastarms
13 angeordnet ist. Die Messnadel 14 ist hierbei kegelförmig ausgebildet. Der Rauheitssensor 12 weist ein Abstützelement 15 auf und ist auf eine Oberfläche 16 eines zu vermessenden
Werkstücks (nicht näher dargestellt) abgesetzt. Hierbei ruht die Messnadel 14 auf der Oberfläche 16. Die Messnadel 14 kann zur Vermessung der Rauheit der Oberfläche 16 des zu vermessenden Werkstücks hierbei entlang einer longitudinalen Achse x entlang einer vorzugsweise linearen Messstrecke bewegt werden. Dabei kann die Messnadel 14 und somit auch der Tastarm 13 ausgelenkt werden. Die Auslenkung erfolgt hierbei in einer senkrecht zur x-Richtung
liegenden y-z-Ebene mit zumindest anteilsmäßig dem größten Betrag in einer vertikalen Richtung, die durch eine vertikalen Achse z angedeutet ist. Dargestellt ist weiter eine
Mittellinie 17 der Messnadel 14, wobei eine Antastrichtung AR des Rauheitssensors 12 in einem unausgelenkten Zustand des Rauheitssensors 12 entlang der Mittellinie 17 und entgegengesetzt zur vorhergehend erläuterten vertikalen Richtung z orientiert ist.
Die Antastrichtung AR entspricht hierbei einer Absetzrichtung des Rauheitssensors 12, wobei die Absetzrichtung senkrecht zu einer Kontaktfläche 19 des Rauheitssensors 12 orientiert ist. Die Kontaktfläche 19 bezeichnet hierbei eine Fläche, die beim Absetzen des Rauheitssensors 12 in Kontakt mit der Oberfläche 16 des Werkstücks steht. Die Figur 3 zeigt die Anbindung eines Rauheitssensors 12 gemäß Figur 2 über einen messenden Tastkopf mit aktiver Antastkrafterzeugung als Messystem 33 an einem
Koordinatenmessgerät 28 gemäß Figur 1 als Rauheitsmessgerät, wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit 9 die Ansteuerung und Datenauswertung sowohl des Messsystems 33 als auch des Rauheitssensors 12 (in Figur 3 mittels gestrichelten Pfeilen angedeutet) neben der Steuerung und Auswertung des Koordinatenmessgeräts 28 übernimmt. Dabei entspricht das Messsystem 33 der Figur 3 einem messenden Tastkopf 5 mit aktiver Antastkrafterzeugung der Figur 1. Dieses Messsystem 33 dient erfindungsgemäß dazu, die Vibrationsbewegungen des Rauheitssensors 12 gegenüber dem Koordinatenmessgerät 28 zu erfassen. Durch diese Anbindung eines herkömmlichen Rauheitssensors 12 gemäß Figur 2 an ein herkömmliches Koordinatenmessgerät gemäß Figur i mittels eines messenden Tastkopfes 5 mit aktiver Antastkrafterzeugung lässt sich die Sensorik und Ansteuerung dieses herkömmlichen
Tastkopfes 5 erfindungsgemäß als Messsystem 33 zur Vibrationserfassung des
Rauheitssensors 12 nutzen, indem die Bewegung des Rauheitssensors am Teller des messenden Tastkopfes 5 mithilfe eines magnetischen Differentialtransformators (LVDT) ausgelesen wird.
Die Figur 4 zeigt alternativ die Anbindung eines Rauheitssensors 12 gemäß Figur 2 an ein Koordinatenmessgerät 28 gemäß Figur 1 als Rauheitsmessgerät, wobei ein am Rauheitssensor 12 befindliches Messsystem 33 den Abstand des Rauheitssensors 12 gegenüber der
Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks 7 überwacht, Hierdurch ist es möglich die Vibrationen des Rauheitssensors 12 als Abstandsänderungen gegenüber dem Werkstück 7 zu erfassen. Hierzu weist das Messsystem 33 zur Erfassung der dynamischen Schwingungen des Rauheitssensors 12 mindestens einen berührungslos arbeitenden Abstandsmesssensor 33 oder mindestens einen dynamischen Berührungssensor 33 auf. Dieser Sensor kann an beliebigen Stellen des Rauheitssensors 12 platziert werden. Der dynamische Berührungssensor 33 kann unter Nutzung eines Taststiftes sowohl optisch ( Weißl icht-Interferometer. Laser- Interferometer, Konfokalmikroskopie, Laser- Triangulation, Lichtlaufzeitmessung), akustisch (Ultraschallsensoren), induktiv (Magnetspulen-Sensoren) oder kapazitiv analog einem berührungslos arbeitenden Abstandssensor ausgeführt sein.
Eine Steuer- und Auswerteeinheit 9 übernimmt in dem Ausführungsbeispiel zu Figur 4 die Ansteuerung und Datenauswertung sowohl des Messsystems 33 als auch des Rauheitssensors 12 (in Figur 4 mittels gestrichelten Pfeilen angedeutet) neben der Steuerung und Auswertung des Koordinatenmessgeräts 28.
Bei den in Figur 3 und in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist es notwendig, dass die Daten im Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz mit einer Abtastrate von größer 100 Hz ausgewertet werden. Dieser niedrige Frequenzbereich in Kombination mit der niedrigen Abtastrate speziell für die Vibrationserfassung ist sowohl für die Auslesung dynamischer Berührungssensoren eines Tastkopfes wie dem VAST®-Tastsystem als auch für die
Kollisionserkennung mit Abstandssensoren entsprechend EP 2 486 369 ungewöhnlich, wie dies bereits eingangs dargelegt wurde. Insbesondere die Erfassung der dynamischen
Schwingungen eines Rauheitssensors 12 eines Rauheitsmessgeräts 28 im Frequenzbereich unterhalb von 20 Hz mit einer Datenerfassungsrate von größer als 200 Hz ist für den erfindungsgemäßen Einsatz in einer Fertigungsumgebung notwendig und sinnvoll.
Die Figur 5 zeigt in einem Ablaufdiagramm schematisch das erfindungsgemäße Verfahren 20 zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors 12 eines
Rauheitsmessgeräts 28, wobei in einem ersten Verfahrensschritt 21 die Relativbewegung des Rauheitssensors 12 gegenüber dem Rauheitsmessgerät 28 und / oder gegenüber einer zu vermessenden Oberfläche 16 eines Werkstücks durch mindestens ein zusätzliches Messsystem 33 im Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz mit einer Datenerfassungsrate von größer als 100 Hz erfasst wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt 22 die erfassten Daten der Relativbewegung für eine weitere Datenverarbeitung vorgehalten und / oder in einem dritten Verfahrensschritt 23 abgespeichert werden. Hierdurch ist es möglich, die Umwelteinflüsse in Form von Vibrationen auf den Rauheitssensor 12 insbesondere in einer Fertigungsumgebung zu erfassen und für die weitere Datenverarbeitung entweder vorzuhalten oder abzuspeichern. Hierbei kann der Verfahrensschritt 23 alternativ zu der Darstellung in der Figur 5 auch vor dem Verfahrensschritt 22 durchgeführt werden. In einem nachfolgenden vierten Verfahrensschritt 24 werden für die Relativbewegung des Rauheitssensors 12 Kenngrößen basierend auf einer statistischen Auswertung der erfassten Daten der Relativbewegung ermittelt. Anhand dieser statistischen Auswertung ist dann eine Bewertung der Größenordnung der Umwelteinflüsse möglich. Ferner werden die ermittelten Kenngrößen in einem nachfolgenden fünften Schritt 25 mit vorgegebenen Schwellwerten für die Relativbewegung des Rauheitssensors 12 verglichen, wobei bei einem Überschreiten der Schwellwerte ein Fehlersignal erzeugt wird. Diese Schwellwerte stellen somit Grenzwerte für die Kenngrößen dar. Unterhalb der Schwellwerte bzw. Grenzwerte ist eine zuverlässige Rauheitsmessung einer Werkstückoberfläche möglich, oberhalb der Schwell- bzw. Grenzwerte sind die Störungen durch Umwelteinflüsse auf eine Rauheitsmessung einer Werkstückoberfläche signifikant.
In einem weiteren Schritt 26 können die Kennwerte für eine spätere Korrektur der Messwerte des Rauheitssensors 12 gespeichert werden. Alternativ können diese Kennwerte auch zusammen mit dem in Schritt 25 festgestellten Über- bzw. Unterschreitungen der
Schwellwerte abgespeichert werden.
Die Figur 6 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein erfindungsgemäßes Verfahren 30 zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche 16 mittels eines Rauheitssensors 12 eines Rauheitsmessgeräts 28 umfassend: ein Verfahren 20 zur Erfassung der dynamischen
Schwingungen eines Rauheitssensors 12 eines Rauheitsmessgeräts 28 entsprechend Figur 5; sowie den Verfahrensschritt 31 der Rauheitsmessung eines Oberflächenabschnitts der Werkstückoberfläche 16 mittels des Rauheitssensors 12, wobei in einem nachgelagerten Schritt die bei der Rauheitsmessung erfassten Daten aufgrund der zeitgleich bei der Erfassung der dynamischen Schwingungen erhaltenen Daten korrigiert und somit korrigierte
Rauheitsmesswerte erhalten werden. Alternative ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren 30 zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche 16 mittels eines Rauheitssensors 12 eines
Rauheitsmessgeräts 28 gemäß Figur 6 einerseits ein Verfahren 20 zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors 12 eines Rauheitsmessgeräts 28
entsprechend Figur 5 umfasst; sowie andererseits den Verfahrensschritt 31 der
Rauheitsmessung eines Oberflächenabschnitts der Werkstückoberfläche 16 mittels des Rauheitssensors 12 aufweist, wobei in einem nachgelagerten Schritt die bei der
Rauheitsmessung erfassten Daten aufgrund der zeitgleich bei der Erfassung der dynamischen Schwingungen ermittelten Kenngrößen korrigiert und somit mitte lungs-korrigierte
Rauheitsmesswerte erhalten werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt 32 werden auf Basis der korrigierten und / oder der mittelungs-korrigierten Rauheitsmesswerte Benutzerinformationen über die Rauheit der
Werkstückoberfläche 16 ermittelt und ausgegeben. Diese Benutzerinformationen
berücksichtigen nun einerseits die erfassten Rauheitsmesswerte der Werkstückoberfläche 16 und andererseits die Daten aus der Vibrationsmessung.
Im einfachsten Fall bestehen die Benutzerinformationen lediglich aus den korrigierten und / oder mittelungs-korrigierten Rauheitsmesswerten. Es können jedoch auch kompliziertere mathematische Beziehungen zwischen den Rauheitsmesswerten und den Kenngrößen zu einer Erzeugung von Benutzennformationen gebildet werden, um durch die Benutzerinformationen die„wahre" Oberflächenrauheit in Form von Messwerten auszugeben. Die
Benutzerinformationen sind somit resultierende Rauheitswerte, welche unter
Berücksichtigung der Vibrationsmesswerten an einem Bildschirm dem Benutzer in Form eines Bedieners des Rauheitssensors 12 ausgegeben werden oder durch ein Datei- bzw.
Messwertformat dem Benutzer in Form einer Auswertesoftware zur Verfügung gestellt werden. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren 20 und 30 lassen sich durch eine entsprechende Software mit Hilfe zum Beispiel der Steuer- und Auswerteeinheit 9 des Koordmatenmessgeräts 28 der Figur 1 oder mit Hilfe zum Beispiel einer separaten Steuer- und Auswerteeinheit des Rauheitssensors 12 der Figur 2 oder mit Hilfe zum Beispiel einer separaten Steuer- und Auswerteeinheit eines separaten Messgeräts zur Handhabung eines Rauheitssensors 12 ausführen. Ein entsprechendes Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines Rauheitssensors 12 lässt sich über beliebige Speichermedien für die genannten Steuer- und Auswerteeinheiten bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung umfasst somit auch Messgeräte, die zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren 20 und 30 eingerichtet sind und einen Rauheitssensor 12, sowie Steuer- und Auswerteeinheit umfassen. Ein solches Messgerät kann zum Beispiel ein Koordinatenmessgerät 28 entsprechend der Figur 1 oder auch ein separates, nicht näher dargestelltes Messgerät zur Handhabung von Rauheitssensoren sein.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors (12) eines Rauheitsmessgeräts (28), wobei in einem ersten Verfahrensschritt (21 ) die Relativbewegung des Rauheitssensors ( 12) gegenüber dem Rauheitsmessgerät (28) und / oder gegenüber einer zu vermessenden Oberfläche ( 16) eines Werkstücks durch mindestens ein zusätzliches Messsystem (33) im Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz mit einer Datenerfassungsrate von größer als 100 Hz erfasst wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (22) die erfassten Daten der Relativbewegung für eine weitere Datenverarbeitung vorgehalten und / oder in einem dritten
Verfahrensschritt (23) abgespeichert werden.
2. Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors ( 12) eines Rauheitsmessgeräts (28) nach Anspruch 1 , wobei die Relativbewegung des Rauheitssensors ( 12) im Frequenzbereich unterhalb von 20 Hz mit einer
Datenerfassungsrate von größer als 200 Hz erfasst wird.
3. Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors ( 12) eines Rauheitsmessgeräts (28) nach Anspruch 1 oder 2. wobei in einem nachfolgenden vierten Verfahrensschritt (24) für die Relativbewegung des
Rauheitssensors ( 12) Kenngrößen basierend auf einer statistischen Auswertung der erfassten Daten der Relativbewegung ermittelt werden.
4. Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors ( 12) eines Rauheitsmessgeräts (28) nach Anspruch 3, wobei die ermittelten
Kenngrößen in einem nachfolgenden fünften Schritt (25) mit vorgegebenen
Schwellwerten für die Relativbewegung des Rauheitssensors ( 12) verglichen werden und wobei bei einem Überschreiten der Schwellwerte ein Fehlersignal erzeugt wird.
5. Verfahren (30) zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche ( 16) mittels eines Rauheitssensors ( 12) eines Rauheitsmessgeräts (28) umfassend: ein Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors ( 12) eines Rauheitsmessgeräts (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche: sowie den Verfahrensschritt (31 ) der Rauheitsmessung eines Oberflächenabschnitts der Werkstückoberiläche (16) mittels des Rauheitssensors (12), wobei in einem nachgelagerten Schritt die bei der Rauheitsmessung erfassten Daten aufgrund der zeitgleich bei der Erfassung der dynamischen Schwingungen erhaltenen Daten korrigiert und somit korrigierte Rauheitsmesswerte erhalten werden,
6. Verfahren (30) zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberiläche (16) mittels eines Rauheitssensors (12) eines Rauheitsmessgeräts (28) umfassend: ein Verfahren (20) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen eines Rauheitssensors (12) eines Rauheitsmessgeräts (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 4; sowie den Verfahrensschritt (31 ) der Rauheitsmessung eines Oberflächenabschnitts der Werkstückoberfläche (16) mittels des Rauheitssensors (12), wobei in einem nachgelagerten Schritt die bei der Rauheitsmessung erfassten Daten aufgrund der zeitgleich bei der Erfassung der dynamischen Schwingungen ermittelten Kenngrößen korrigiert und somit mittelungs-korrigierte Rauheitsmesswerte erhalten werden.
7. Verfahren (30) zur Vermessung der Rauheit einer Werkstückoberfläche (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt (32) auf Basis der korrigierten und / oder der mittelungs-korrigierten Rauheitsmesswerte Benutzerinformationen über die Rauheit der Werkstückoberiläche (16) ermittelt und ausgegeben werden.
8. Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines Rauheitssensors (12) eines
Rauheitsmessgeräts (28) gemäß einem Verfahren (20; 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Rauheitsmessgerät (28) umfassend einen Rauheitssensor (12), mindestens ein
Messsystem (33) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen des Rauheitssensors (12), eine Steuereinheit (9) und / oder eine Auswerteeinheit (9) eingerichtet zur Ausführung eines Verfahrens (20; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Rauheitsmessgerät (28) nach Anspruch 9, wobei das Messsystem (33) zur Erfassung der dynamischen Schwingungen des Rauheitssensors (12) mindestens einen berührungslos arbeitenden Abstandsmesssensor oder mindestens einen dynamischen Berührungssensor aufweist.
PCT/EP2016/057951 2015-05-20 2016-04-12 Verfahren zur erfassung dynamischer schwingungen eines rauheitssensors, verfahren zur vermessung der rauheit einer werkstückoberfläche, computerprogrammprodukt sowie messgerät eingerichtet zur durchführung der verfahren WO2016184612A1 (de)

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