DE19753565A1

DE19753565A1 - Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmeßgerätes und Koordinatenmeßgerät

Info

Publication number: DE19753565A1
Application number: DE19753565A
Authority: DE
Inventors: Otto Ruck; Ralf Bernhardt; Martin Wimmer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1998-06-25
Also published as: EP0849653B1; DE59711570D1; US5895444A; JP3948804B2; EP0849653A2; EP0849653A3; JPH10206142A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmeßgerätes, bei dem der Tastkopf und der daran beweglich befestigte Taststift des Koordinatenmeßgerätes nach Solldaten gesteuert verfahren wird und bei dem der Taststift zum Vermessen des Werkstückes auf die zu vermessende Werkstückoberfläche aufgesetzt oder von der zu vermessenden Werkstückoberfläche abgehoben wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmeßgerät an dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 42 12 455 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Geometriedaten von Geometrieelementen des Werk stückes von einem Rechner an die Steuerung des Koordinaten meßgerätes übergeben, dort in das Maschinenkoordinatensystem transformiert und an einen Interpolator in der Steuerung über geben, der die Lagesollwerte generiert, auf denen der Tastkopf des Koordinatenmeßgeräts gesteuert verfahren wird. Die Lage sollwerte werden hierbei derart generiert, daß der Tastkopf und der daran beweglich befestigte Taststift des Koordinatenmeß gerätes von einer außerhalb der Werkstückoberfläche liegenden Istposition auf einer Geraden zum ersten Antastpunkt bewegt wird, wo der Taststift bzw. die daran befestigte Tastkugel dann auf der Werkstückoberfläche aufsetzt, und die Taststiftaus lenkung so eingeregelt wird, daß sie einer vorgewählten Tast stiftauslenkung entspricht. Danach wird in einem nächsten Schritt die Vermessung des zu vermessenden Werkstückes auf genommen.

Die Besonderheit des gezeigten Verfahrens ist darin zu sehen, daß der Tastkopf erst zum völligen Stillstand kommen muß, bevor der eigentliche Meßvorgang beginnen kann, da zum Vermessen des ersten Abtastpunktes, also des Startpunktes der Messung erst eine definierte Taststiftauslenkung eingeregelt sein muß. Analog wurde der Tastkopf bei herkömmlichen Verfahren bei der Beendigung des Abtastvorganges bis zum vollständigen Stillstand abgebremst und dann über unterschiedliche geradlinige Bahnen zum nächsten Abtastpunkt gebracht. Der Tastkopf wird auch hier bei bedingt durch den Übergang von einer geradlinigen Bahn in eine schräg darauf stehende neue geradlinige Bahn vollständig abgebremst.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, daß erhöhte Meßgeschwindig keiten erreicht werden.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1, 7, 8, und 13 gelöst.

Der einheitliche Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Tastkopf bzw. der daran beweglich geführte Taststift entlang einer Bahn geführt wird, auf der er ohne angehalten werden zu müssen das komplette Werkstück in einem Zug abtasten kann.

Dies hat den besonderen Vorteil, daß hierdurch stark verkürzte Meßzeiten erreicht werden können.

Der einheitliche Grundgedanke drückt sich einerseits in den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 aus, indem der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Tastkopfes beim Aufsetzen des Tast stiftes auf oder beim Abheben des Taststiftes von der Werk stückoberfläche und der Projektion der Bewegungsrichtung auf die Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetz- bzw. Abhebepunkt kleiner als 30° ist. Hierdurch kann der Taststift (19) bzw. die daran befestigte Kugel unmittelbar auf der Werk stückoberfläche aufsetzen und abheben ohne angehalten werden zu müssen.

Ferner wird der einheitliche Grundgedanke auch durch die Merkmale der Ansprüche 7 und 13 realisiert, indem der Tastkopf (2)

- vor dem ersten Aufsetzen oder
- zwischen dem Abheben und dem erneuten Aufsetzen oder
- nach dem letzten Abheben von

der Werkstückoberfläche zur Vornahme von Richtungsänderungen auf bogenförmigen Bahnen geführt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß der Tastkopf (

2

) nicht jedesmal angehalten werden muß bzw. zumindest stark abgebremst werden muß, um eine Richtungsänderung vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung gemäß Ansprüchen 1 und 8 kann wie folgt weitergebildet werden.

Besonders vorteilhaft wird der Tastkopf

- unmittelbar vor dem Aufsetzen oder
- beim Aufsetzen oder
- beim Abheben

des Taststiftes von der Werkstückoberfläche entlang einer bogenförmigen Bahn verfahren. Dies hat insbesondere beim Auf setzen den besonderen Vorteil, daß der Tastkopf im weiter entfernten Bereich im wesentlichen normal auf die zu vermessende Werkstückoberfläche zubewegt werden kann, während kurz vor dem Aufsetzen des Taststiftes bzw. der daran befestigten Tastkugel auf der Werkstückoberfläche der Tastkopf in normal auf die Werkstückoberfläche stehender Richtung stark abgebremst wird, während der Tastkopf in tangential auf die Werkstückoberfläche stehender Richtung beschleunigt werden kann. Die Tastkugel kann dann ähnlich einem Flugzeug langsam auf der Werkstückoberfläche "landen".

Die bogenförmige Bahn ist vorzugsweise im wesentlichen eine kreisbogenförmige Bahn, da eine kreisbogenförmige Bahn auf numerisch gesteuerten Koordinatenmeßgeräten besonders einfach zu realisieren ist.

Selbstverständlich kommen jedoch als mögliche Bahnen zum Aufsetzen oder Abheben auch geradlinige Bahnen in Frage, was allerdings mit dem Nachteil verbunden ist, daß in Abhängigkeit vom normalen Abstand der Tastkugel zur Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes infolge des sehr geringen Aufsetzwinkels lange Anfahrstrecken in Kauf genommen werden müssen.

Die Bahn entlang derer der Tastkopf beim Aufsetzen des Tast stiftes verfahren wird, sollte in jedem Fall derart ausgelegt sein, daß der Taststift beim Aufsetzen in normal auf die Werk stückoberfläche stehender Richtung gegenüber dem Tastkopf aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, so daß durch die Auslenkung des Taststiftes das Aufsetzen von der Steuerung detektiert werden kann. Der Wert, um den der Taststift bei vorsehungs gemäßer Antastung aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, sollte so bemessen sein, daß auch ein Aufsetzen auf einem nicht lage genau positionierten Werkstück möglich ist, so daß also auch zu weit entfernte Werkstücke angetastet werden können.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 und 8 kann der oben bereits detailliert bezeichnete Winkel im Aufsetz- bzw. Abhebepunkt sogar 0° gewählt werden. Hierbei wird der Tastkopf nämlich parallel zur Werkstückoberfläche verfahren und das Aufsetzen bzw. Abheben des Taststiftes von der Werkstückoberfläche alleine durch Auslenkung des Taststiftes gegenüber dem Tastkopf bewerkstelligt. Die Auslenkung kann hierbei beispielsweise durch Meßkraftgeneratoren erzeugt werden, indem der Taststift zum Aufsetzen auf der Werkstückoberfläche mit einer normal auf die Werkstückoberfläche gerichteten Meßkraft beaufschlagt wird und zum abheben von der Werkstückoberfläche mit einer normal von der Werkstückoberfläche wegweisenden Meßkraft beaufschlagt wird.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung zeigen die Figuren.

Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der Steuerung eines erfindungs gemäßen Koordinatenmeßgerätes, in der nur wesentliche Baugruppen enthalten sind;

Fig. 2 eine Prinzipskizze mit der das Aufsetzen und Abheben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht wird;

Fig. 3 eine Prinzipskizze, mit der das Aufsetzen und Abheben gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht wird.

Fig. 1 zeigt eine mit ihren wesentlichen Funktionsbaugruppen beschriebene Steuerung (1) eines erfindungsgemäßen Koordinaten meßgerätes. Die Steuerung (1) ist über die Eingangsschnitt stelle (10) und die Sendeschnittstelle (17) mit dem Aus werterechner (20) des hier nicht in allen Einzelheiten dargestellten Koordinatenmeßgerätes verbunden. Über die Eingangsschnittstelle (10) werden vom Rechner u. a. folgende Daten an die Steuerung (1) übergeben:

a) die Transformationsmatrix (T), die die Lage des Werkstück koordinatensystems (WKS) im Maschinenkoordinatensystem (MKS) des Koordinatenmeßgerätes beschreibt;
b) der Vektor (), der die Ablage des Mittelpunkts der verwendeten Tastkugel im Maschinenkoordinatensystem von einem Bezugspunkt am Tastkopf (2) des Koordinatenmeßgeräts beschreibt;
c) der Betrag der Meßkraft (Fsoll), die der Taster auf das Werkstück ausüben soll.

Außerdem werden über die Eingangsschnittstelle (10) die Informationen übergeben, die zur Beschreibung der von der Tast kugel (7) abzufahrenden Sollkontur erforderlich sind. Das sind beispielsweise Punktefolgen (Pi(x, y, z)). Gleichzeitig können auch soweit vorhanden, die den einzelnen Punkten (Pi(x, y, z)) zugeordneten normalen Vektoren (i) auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks (15) an dieser Stelle übergeben werden.

Das wichtigste Bauelement der Steuerung (1) in Fig. 1 sind ein oder mehrere Mikroprozessoren. Demzufolge sind einige der in Fig. 1 bezeichneten Funktionsbaugruppen nicht in Hardware realisiert sondern Teil der Firmware dieser Mikroprozessoren. Das gilt beispielsweise auch für die auf die Eingangsschnitt stelle (10) folgende Funktionsbaugruppe (11) mit der Bezeichnung "Transformation Steuerdaten". Die Funktions baugruppe (11) berechnet aus den erhaltenen Informationen die Bahndaten, mit denen die Tastkugel (7) gegenüber dem Werkstück (15) verfahren wird. Diese Bahndaten werden durch eine Koordinatentransformation in das Steuersystem, d. h. das Maschinenkoordinatensystem (MKS) übertragen. Details der Funktionsbaugruppe (11) "Transformation Steuerdaten", durch die weitestgehend das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wird, werden weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 2 detailliert erläutert.

Im Interpolator (12) werden im steuereigenen Systemtakt die aufbereiteten diskreten abzufahrenden Bahndaten (Si) nach einem vorgegebenen Algorithmus beispielsweise linear oder nach einem Spline-Algorithmus interpoliert und Lagesollwerte (Li) an den nachgeordneten Lageregler (3) für die Antriebe der drei Meßachsen des Koordinatenmeßgeräts übergeben.

Die im Lageregler (3) erzeugten Lagesollwerte werden anschließend analog gewandelt und als analoge Stellgrößen an die drei Antriebe (4) für die x-, y- und z-Achse des Koordinatenmeßgerätes übergeben. Ebenfalls an den Lageregler (3) angeschlossen sind die mit (5) bezeichneten Wegmeßsysteme des Koordinatenmeßgeräts und zwar über die Funktionsbaugruppe "Meßwerterfassung" (6). Diese Baugruppe sorgt für eine zyklische Erfassung der Maschinenpositionen (xm, ym, zm), also der Positionen des Tastkopfs (2) im Maschinenkoordinatensystem (MKS) und schließt den Positionsregelkreis für die drei Achsen des Koordinatenmeßgeräts.

Die Steuerung (1) nach Fig. 1 enthält ebenfalls die Elektronik (8) zur Weiterverarbeitung der von den Meßwertgebern im Tast kopf (2) abgegebenen Signale, die das Auslenken des Taststiftes (19) beim Kontakt der Tastkugel (7) mit dem Werkstück (15) in den drei Raumrichtungen beschreiben. Die von diesen Meßwert gebern kommenden und in der Elektronik (8) aufbereiteten Lage signale werden in der Funktionsbaugruppe (9) in Digitalwerte gewandelt. Diese digitalen Ausgangswerte, im folgenden Tast stiftauslenkung (xT, yT, zT) sind ebenso wie die Maschinen positionen (xm, ym, zm) auf die Sendeschnittstelle (17) gelegt und werden vom Rechner (20) zur Berechnung des Meßergebnisses benötigt.

Die Steuerung enthält außerdem die Antriebe für die Auslenkung des Taststifts im Tastkopf (2). Diese bestehen aus Kraft generatoren wie z. B. Linearmotoren oder Tauchspulenmagneten. Die Antriebe lenken den Taststift (19) auf ein vorgegebenes Signal hin in den drei Raumrichtungen (x, y, z) aus. Die entsprechende Funktionsbaugruppe (13) "Antriebe Tako" erhält die Informationen über Betrag und Richtung der einzustellenden Meßkraft (soll) ebenfalls von der Funktionsbaugruppe (11), die diese Informationen aus der übergebenen Information (Fsoll) über den Betrag der Meßkraft und aus den normalen Vektoren (i) generiert. Im beschriebenen Falle wird die Richtung der Meß kraft (soll) stets in Richtung der Flächennormalen (i) vorgegeben.

Zusätzlich ist in der Steuerung ein Regler (16) vorgesehen, der mit dem Ausgang der Funktionsbaugruppe (9) "AD Wandler" verbunden ist. Die Taststiftauslenkung (xT, yT, zT) wird hier bei von dem Regler (16) überwacht. Überschreitet die Taststift auslenkung (xT, yT, zT) definierte Grenzwerte, so schaltet der besagte Regler (16) eine Störgröße auf den Interpolator (12) auf, die die Lagesollwerte (Li) proportional zur Taststiftauslenkung (xT, yT, zT) versetzt, so daß der Tastkopf (2) entsprechend von der Werkstückoberfläche entfernt wird und die Taststiftauslenkung (xT, yT, zt) hierdurch wieder Null wird. Die Aufgeschaltete Meßkraft (soll) sorgt hierbei immer für Werkstückkontakt.

Weitere Informationen über die beschriebene Steuerung finden sich in der eingangs genannten DE 42 12 455 C2 sowie der entsprechenden US 5,471,406 der Anmelderin, auf die an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen wird.

Im folgenden sollen nun im Zusammenhang mit dem erfindungs gemäßen Verfahren wesentliche Details der Baugruppe (11) "Transformation Steuerdaten" anhand von Fig. 2 erläutert werden.

Wie bereits oben erwähnt, erhält die Funktionsbaugruppe (11) "Transformation Steuerdaten" vom Auswerterechner (20) Soll daten, die zur Berechnung der von der Tastkugel (7) abzufahrenden Sollkontur erforderlich sind. Dies können beispielsweise Punktefolgen (Pi(x, y, z)) sein, die die Punkte festlegen, welche auf dem zu vermessenden Werkstück (15) vermessen werden müssen. Die Funktionsbaugruppe (11) errechnet aus den besagten Punktefolgen (Pi(x, y, z)) Bahndaten (Si), entlang derer die Tastkugel (7) gegenüber dem Werkstück (15) verfahren werden soll. Dazu werden in der besagten Funktions baugruppe (11) von einer definierten Ausgangsposition (SO) aus über alle abzutastenden Punkten (P1, P2, P3, . . ., Pn) des abzutastenden Werkstückes hinweg die besagten Bahndaten (S1, S2, S3, . . ., Sn) erzeugt. Die Bahndaten (S1, . . ., Sn) werden hierbei derart von der Funktionsbaugruppe (11) "Transformation Steuer daten" erzeugt, daß

a) der Taststift (19) beim Aufsetzen in normal auf die Werk stückoberfläche stehender Richtung gegenüber dem Tastkopf (2) aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, so daß selbst bei Lageabweichungen des Werkstückes (15) aus seiner Sollage durch die Steuerung (1) anhand der Auslenkung (xT, yT, zT) des Taststiftes (19) gegenüber dem Tastkopf (2) ein Auf setzen auf der Werkstückoberfläche detektiert werden kann.
b) die Tastkugel (7) bei exakter Lage des zu vermessenden Werkstückes (15) in einem definierten Punkt (Pauf) auf der Oberfläche des Werkstückes (15) aufsetzt und analog in einem definierten Punkt (Pab) von der Oberfläche des Werk stückes (15) abhebt. Der Punkt (Pauf) muß hierbei so weit vom ersten zu vermessenden Punkt (P1) entfernt sein, daß die Steuerung (1) selbst bei Lageabweichungen des Werk stückes (15) aus seiner Sollage bis zum Erreichen des ersten zu vermessenden Punktes (P1) ausreichend Zeit hat eine Sollauslenkung (Asoll) des Taststiftes (19) gegenüber dem Tastkopf (2) einzustellen.
c) der Winkel (αauf, αab) zwischen der Bewegungsrichtung (res) des Tastkopfes (2) beim Aufsetzen des Taststiftes (19) auf der Werkstückoberfläche oder beim Abheben des Taststiftes (19) von der Werkstückoberfläche und der Projektion (proj) der Bewegungsrichtung auf die Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetz- bzw. Abhebepunkt (Pauf, Pab) kleiner als 30° ist. Die Bewegungsrichtung ist hierbei gleichzusetzen mit der Richtung der resultierenden Bahngeschwindigkeit (res) des Tastkopfes (2) und ergibt sich aus den Einzelbahn geschwindigkeiten in den unterschiedlichen Meßrichtungen (vx, vy, vz).

Die so erzeugten Bahndaten (Si) werden, wie bereits oben beschrieben, an den Interpolator (12) weitergegeben, wo sie über Splines interpoliert werden und die Lagesollwerte (L1, L2, . . , Ln) erzeugt werden, auf denen die Tastkugel (7) dann verfahren werden soll. Nachdem der Interpolator (12) an den Lageregler (3) die Lagesollwerte (Li) weitergegeben hat, wird die Tastkugel (7) den Lagesollwerten (L1, L2, . . ., Ln) entsprechend verfahren. Die Lagesollwerte (L1, L2, . . ., Ln) sind hierbei so erzeugt, daß der Tastkopf (2) in einem fest gelegten Maschinentakt von Lagesollwert (Li) zum nächsten Lage sollwert (Li+1) verfahren werden kann, wobei durch die Anordnung der Lagesollwerte folglich die resultierende Bahn geschwindigkeit (res) sowie die Bahnbeschleunigung definiert wird. Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, sind die Lagesollwerte (L1, L2, . . ., Ln) am Anfang relativ dicht beieinander gesetzt wobei die Entfernung von Lagesollwert zu Lagesollwert bis zu einem gewissen Maximalbetrag zunimmt. Hierdurch wird der Tastkopf langsam auf die endgültige Sollgeschwindigkeit (soll) beschleunigt.

Der Bewegungsablauf der Tastkugel (7) entlang der so definierten Lagesollwerte (Li) läßt sich wie folgt beschreiben. In einem ersten Schritt fährt der Tastkopf (2) von der Istposition (SO) aus in einer beschleunigten Bewegung normal auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes (15) zu. Ab dem Stützpunkt (L6) beginnt der Tastkopf (2) unmittelbar vor dem Aufsetzen in eine bogenförmige Bahn überzugehen, die hierbei als kreisbogenförmige Bahn ausgebildet ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß Fig. 2 natürlich nur eine rein schematische Darstellung enthält, und daß die Abstände zwischen den Lagesollwerten (Li) tatsächlich wesentlich kleiner sind, so daß sich im Gegensatz zu Fig. 2 auch bei geradliniger Verbindung der Lagesollwerte (Li) eine nahezu Kreisförmige Bahn ergibt.

Dies hat zur Folge, daß die normal auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes (15) gerichtete Bahngeschwindigkeit (z) des Tastkopfes (2) und damit auch der Tastkugel (7) von Lagesollwert (Li) zu Lagesollwert (Li+1) geringer wird, während die Geschwindigkeit (x) in Tangentialrichtung zur Oberfläche des Werkstückes (15) kontinuierlich bis auf die Soll geschwindigkeit wächst.

Im Lagesollwert (L10) setzt dann die Kugel (7) erstmalig auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes (15) im Aufsetz punkt (Pauf) auf, wobei der Tastkopf (2) auch jetzt noch beim Aufsetzen in der besagten bogenförmige Bahn, die hierbei als kreisbogenförmige Bahn ausgebildet ist, verfahren wird. Die Bewegungsrichtung des Tastkopfes (2) und damit auch der Tast kugel (7) setzt sich in dem besagten Aufsetzpunkt (Pauf) aus einer normal auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes gerichteten Geschwindigkeitskomponente (z) und einer tangential auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes gerichteten Geschwindigkeitskomponente (z) zusammen. Der Winkel (αauf) zwischen der resultierenden Bahngeschwindigkeit (res) und der Projektion (proj) der resultierenden Bahn geschwindigkeit auf die Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetzpunkt (Pauf) ist wie aus Fig. 2 zu sehen, relativ klein und beträgt weniger als 30°. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Fig. 2 nur rein schematisch das Verfahren verdeutlichen soll, und daß deshalb auch der Winkel der Über sichtlichkeit halber nahe bei 30° gewählt wurde. Besonders vorteilhaft wird der Winkel bei etwa 5° gewählt.

Nach dem Aufsetzen wird der Tastkopf (2) nunmehr weiter auf den Lagesollwert (L11) zu bewegt, wobei der Taststift (19) bzw. die daran befestigte Tastkugel (7) durch das Aufsetzen auf der Werkstückoberfläche gegenüber dem Tastkopf (2) angehoben und somit ausgelenkt werden. Die Auslenkung des Taststiftes (19) gegenüber dem Tastkopf (2) wird hierbei derart durch die Steuerung (1) ausgeregelt, daß der Taststift (19) bzw. die Tastkugel (7) eine definierte Sollauslenkung (Asoll) gegenüber dem Tastkopf (2) aufweist. In den Stützpunkten (L12, L13, L14) werden dann, nachdem der Taststift (19) die vorgegebene Sollauslenkung (Asoll) erreicht hat, die geforderten Meßwerte für die Punkte (P1, P2, P3) aufgenommen. Bedingt durch die Ausregelung der Sollauslenkung (Asoll) kann als erster zu vermessender Punkt also frühestens der zweite Lagesollwert (Li) nach dem Aufsetzen gewählt werden, der in dem hier gewählten Beispiel dem Lagesollwert (L11) entsprechen würde.

Der Tastkopf (2) bzw. die daran befestigte Tastkugel (7) bewegt sich ab dem Lagesollwert (L14) wieder auf einer bogenförmigen Bahn, so daß der Tastkopf (2) beim Abheben des Taststiftes (19) von der Werkstückoberfläche entlang einer bogenförmigen Bahn verfahren wird, die hierbei ebenfalls als kreisbogenförmige Bahn ausgebildet ist.

Im Abhebepunkt (Pab) ist der Winkel (αab) zwischen der resultierenden Bahngeschwindigkeit (res) des Tastkopfes (2) und der Projektion (proj) der resultierenden Bahngeschwindig keit auf der Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Abhebepunkt ebenfalls kleiner als 30°. Der Tastkopf (2) und der daran befestigte Taststift (19) bewegen sich nunmehr über die Lagesollwerte (L16) bis (L19) zum nächsten Aufsetzpunkt (Pauf) von wo ab erneut eine Messung von zu vermessenden Punkten begonnen wird. Auch die Führung des Tastkopfes (2) zwischen dem Abheben und dem erneuten Aufsetzen auf der Werkstückoberfläche sollte grundsätzlich so gestaltet sein, daß zumindest Richtungsänderungen über bogenförmige Bahnen, vorzugsweise Kreisbahnen realisiert werden und nicht wie bisher über das vollständige Anhalten des Tastkopfes und das erneute Anfahren in einer geänderten Richtung. Analoges gilt für die Führung des Tastkopfes

- vor dem ersten Aufsetzen oder
- nach dem letzten Abheben von der Werkstückoberfläche.

Das Verfahren ist selbstverständlich nicht nur auf das Abtasten von geraden Flächen beschränkt. Es kann natürlich auch auf gekrümmten Flächen analog eingesetzt werden.

Bei Bohrungen läßt sich das Aufsetzen und Abheben mit einem besonders vorteilhaften Abtastverfahren kombinieren. Hierzu wird der Taststift (19) nach dem Aufsetzen auf der Innenwand der Bohrung in einer Spiralbahn in das Bohrungsinnere geführt. Nachdem der Taststift (19) bzw. die Tastkugel (7) die vorge sehene Tiefe in der Bohrung erreicht haben, wird die Tastkugel (7) in einer konstanten Bohrlochtiefe um 180° weitergeführt und von hier aus in derselben Drehrichtung wieder spiralförmig nach oben geführt, so daß hierdurch in zwei um 180° versetzten spiralförmigen Bahnen abgetastet wird. Hier hebt der Taststift (19) bzw. die daran befestigte Tastkugel (7) von der Oberfläche der Bohrlochinnenwand ab und fährt zum nächsten zu vermessenden Merkmal weiter. Hierdurch kann das Bohrloch in sehr kurzer Zeit vermessen werden, wobei bei der Meßwertaufnahme zusätzlich auf relativ einfache Weise sowohl Geometriefehler des Bohrloches in longitudinaler Richtung der Bohrlochachse wie auch in trans versaler Richtung der Bohrlochachse ermittelt werden können. Das Verfahren kann selbstverständlich beliebig verfeinert werden, indem die Anzahl der gegeneinander versetzten Spiralen in denen die Bohrlochinnenwand gemessen wird erhöht wird.

Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze, mit der das Aufsetzen und Abheben gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht wird. Es wird hierzu das zu vermessende Werkstück (21) im Schnitt dargestellt, wobei das Werkstück (21) eine Bohrung aufweist, die vom Taststift (19) bzw. der Tastkugel (7) überfahren werden muß.

Analog zu Fig. 2 wird der Tastkopf (2) hierbei entlang von Lagesollwerten (L₁₁ bis L₁₃) über die Werkstückoberfläche des Werkstückes (21) verfahren. Die Lagesollwerte (L₁₁ bis L₁₃) sind hierbei selbstverständlich nur ausschnittsweise dargestellt.

Der Tastkopf (2) im Lagesollwert (L11) zeigt hierbei rein schematisch den Tastkopf (2) im Abhebepunkt (Pab). Um die Tastkugel (7) hierbei von der Werkstückoberfläche abzuheben, um hierdurch die Bohrung zu überbrücken, wird der Taststift (19) gegenüber dem Tastkopf (2) angehoben. Dies geschieht mit den oben bezeichneten Linearantrieben der Funktionsbaugruppe (13) "Antriebe Tako", indem im Abhebepunkt eine normal von der Werkstückoberfläche wegweisende Meßkraft (meß) auf den Taststift (19) aufgeschaltet wird, wobei hierdurch der Taststift (19) von der Werkstückoberfläche abgehoben wird. Die Meßkraft (meß) wird hierbei, wie oben bereits erläutert, aufgrund der einzustellenden Meßkraft (soll) durch die Funktionsbaugruppe (13) "Interpolation" entsprechend vorgegeben. Wie klar zu erkennen ist, verlaufen die Lagesollwerte (L11 bis L13) parallel zur Werkstückoberfläche.

Damit ist der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Tastkopfes (2) beim Abheben und der Projektion der Bewegungsrichtung auf die Tangentialebene im Abhebepunkt genau 0°, also ebenfalls kleiner als 30°. Die Geschwindigkeitsvektoren und die Winkel im Aufsetz- bzw. Abhebepunkt sind in Fig. 3 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet und ergeben sich analog zu Fig. 2.

Analog erfolgt das Aufsetzen des Taststiftes (19) im Lagesollwert (L13) indem aufgrund der einzustellenden Meßkraft (soll) über die Funktionsbaugruppe (13) "Antriebe Tako" der Taststift (19) mit einer normal auf die Werkstückoberfläche gerichteten Meßkraft (meß) beaufschlagt wird, und der Taststift (19) hierdurch gegenüber dem Tastkopf (2) auf die Werkstückoberfläche zubewegt wird. Da auch im Aufsetzpunkt (Pauf) der Verlauf der Lagesollwerte (L11 bis L13) parallel zur Werkstückoberfläche verläuft, ist auch hierbei der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Tastkopfes (2) beim Aufsetzen und der Projektion der Bewegungsrichtung auf die Tangentialebene im Aufsetzpunkt genau 0°, also kleiner als 30°.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmeßgerätes, bei dem der Tastkopf (2) und der daran beweglich befestigte Taststift (19) des Koordinatenmeßgerätes nach Solldaten (Pi) gesteuert verfahren wird und bei dem der Taststift (19) zum Vermessen des Werkstückes (15) auf die zu vermessende Werkstückoberfläche aufgesetzt oder von der zu vermessenden Werkstückoberfläche abgehoben wird, wobei der Winkel (αauf, αab) zwischen der Bewegungsrichtung (res) des Tastkopfes (2) beim Aufsetzen oder beim Abheben und der Projektion (proj) der Bewegungsrichtung auf die Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetz- bzw. Abhebepunkt (Pauf, Pab) kleiner als 30° ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Tastkopf (2)

- unmittelbar vor dem Aufsetzen oder
- beim Aufsetzen oder
- beim Abheben

des Taststiftes (19) von der Werkstückoberfläche entlang einer bogenförmigen Bahn (Si) verfahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die bogenförmige Bahn (Si) im wesentlichen eine kreisbogenförmige Bahn ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als erster zu vermessender Punkt frühestens der zweite Lagesollwert (Li) nach dem Aufsetzen gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn entlang derer der Tastkopf beim Aufsetzen des Taststiftes verfahren wird derart ausgelegt ist, daß der Taststift beim Aufsetzen in normal auf die Werkstückoberfläche stehender Richtung gegenüber dem Tastkopf aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird.

6. Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmeßgerätes, bei dem der Tastkopf (2) und der daran beweglich befestigte Taststift (19) des Koordinatenmeßgerätes nach Solldaten (Pi) gesteuert verfahren wird und bei dem der Taststift (19) zum Vermessen des Werkstückes (15) auf die zu vermessende Werkstückoberfläche aufgesetzt oder von der zu vermessenden Werkstückoberfläche abgehoben wird, wobei der Tastkopf (2)

der Werkstückoberfläche zur Vornahme von Richtungs änderungen auf bogenförmigen Bahnen geführt wird.

7. Koordinatenmeßgerät mit einer Steuerung (1), die den Tast kopf (2) und den hieran beweglich befestigten Taststift (19) nach Solldaten (Pi) gesteuert verfährt, wobei die Steuerung u. a. eine Funktionsbaugruppe (11) aufweist, die aus den gegebenen Solldaten (Pi) eine vom Tastkopf (2) während eines Meßvorganges abzufahrende Bahn (Si) derart berechnet, daß der Winkel (αauf, αab) zwischen der Bewegungsrichtung (res) des Tastkopfes (2) beim Aufsetzen des Taststiftes (19) auf oder beim Abheben des Taststiftes (19) von der Werkstückoberfläche und der Projektion (proj) der Bewegungsrichtung auf die Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetz- bzw. Abhebepunkt kleiner als 30° ist.

8. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 7, wobei die Bahn (Si) durch die Funktionsbaugruppe (11) derart berechenbar ist, daß der Tastkopf (2)

- unmittelbar vor dem Aufsetzen oder
- beim Aufsetzen oder
- beim Abheben

9. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 8, wobei die bogen förmige Bahn (Si) näherungsweise eine kreisbogenförmige Bahn ist.

10. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 7, wobei die Bahn (Si) durch die Funktionsbaugruppe (11) derart berechenbar ist, daß als erster zu vermessender Punkt (Pi) frühestens der zweite Lagesollwert (Li) nach dem Aufsetzen gewählt wird.

11. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 7, wobei die Bahn durch die Funktionsbaugruppe (11) derart berechenbar ist, daß der Taststift (19) beim Aufsetzen in normal auf die Werk stückoberfläche stehender Richtung gegenüber dem Tastkopf aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird.

12. Koordinatenmeßgerät mit einer Steuerung (1), die den Tast kopf (2) und den hieran beweglich befestigten Taststift (19) nach Solldaten (Pi) gesteuert verfährt, wobei die Steuerung u. a. eine Funktionsbaugruppe (11) aufweist, die aus den gegebenen Solldaten (Pi) eine vom Tastkopf (2) während eines Meßvorganges abzufahrende Bahn (Si) derart berechnet, daß der Tastkopf (2)

- vor dem ersten Aufsetzen oder
- zwischen dem Abheben und dem erneuten Aufsetzen oder
- nach dem letzten Abheben

von der Werkstückoberfläche zur Vornahme von Richtungs änderungen auf bogenförmigen Bahnen geführt wird.

13. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, wobei der Tastkopf beim Aufsetzen oder beim Abheben parallel zur Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetzpunkt bzw. im Abhebepunkt bewegt wird und der Taststift zum Aufsetzen oder Abheben gegenüber dem Tastkopf ausgelenkt wird.

14. Koordinatenmeßgerät nach Ansprüchen 7 bis 11, wobei die Bahn durch die Funktionsbaugruppe (11) derart berechenbar ist, daß der Tastkopf (2) beim Aufsetzen oder beim Abheben parallel zur Tangentialebene der Werkstückoberfläche im Aufsetzpunkt oder im Abhebepunkt bewegt wird und der Taststift zum Aufsetzen oder Abheben gegenüber dem Tastkopf ausgelenkt wird.