CH646513A5 - Verfahren und anordnung zur automatischen vermessung eines werkstueckes. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung der ersten Messkoordinatenrichtung, Primärkoordinate ge-zur automatischen Vermessung eines von einem in wenigstens 65 nannt, verfahren wird, dass zur Aufrechterhaltung der Konzwei orthogonal zueinander verlaufenden Koordinatenrich- taktkraft zwischen Taster und Werkstück der Messtisch in der tungen bewegbaren Messtisch getragenen Werkstückes durch zweiten Messkoordinatenrichtung, Sekundärkoordinate ge-Abtasten mit wenigstens einem Taster eines Tastkopfes wäh- nannt, mit einer der Nachstellung des Tasters erforderlichen

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Geschwindigkeit durch eine im Regelkreis erzeugte, der Ta- Gang setzt. Der Regler ist dabei so ausgelegt, dass der ein-

sterablage von der Grundstellung entsprechende elektrische gangs eingestellte Sollwert «S» stets in etwa erhalten bleibt.

Spannung angesteuert und bewegt wird, dass die Steuerspan- Im Abtastbereich «A» ist, wie bereits weiter oben be-

nung der Bewegung in der Primärkoordinatenrichtung und schrieben, die Messkoordinatenrichtung «y» die Sekundär-

die Regelspannung der Sekundärkoordinatenrichtung fort- 5 koordinate, in welcher die Relativbewegung zwischen Induk-

laufend miteinander verglichen werden, und dass eine Vertäu- tivtaster 3 und dem Werkstück 1 durch einen Regelkreis be-

schung der Primär-/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe er- einflusst wird. Bei Punkt C in Fig. 1 wird die Geschwindigkeit folgt, wenn die beiden Spannungen Gleichheit erreichen. der Relativbewegung zwischen Induktivtaster 3 und Werk-

Eine bevorzugte Ausführungsform ist ferner dadurch ge- stück 1 in Richtung der Messkoordinaten «y» in etwa so gross kennzeichnet, dass der jeweils bei Vertauschung der Primär-/ io sein wie die Relativbewegung zwischen den beiden in Rich-

Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe in Tätigkeit tretende Re- tung der Messkoordinaten «x».

gelkreis auf die richtige Wiedergabe der Anfangsgeschwindig- Bei einer weiteren Bewegung in Messkoordinatenrichtung keit der von ihm geregelten Tasternachstellbewegung vorbe- «x» müsste die Bewegung in der «y»-Richtung sehr stark anreitet wird. steigen, und in Punkt «D» wäre ein Betrieb nicht nicht mehr Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Anord- is möglich. Deshalb muss in den Abtastbereich «B» umgeschal-nung vorgeschlagen, in welcher jeder Messkoordinatenrich- tet werden, in dem, wie bereits oben beschrieben, die Mess-tung je ein Steuerkreis und je ein Regelkreis zugeordnet sind, koordinatenrichtung «y» die Primär- und die Messkoordina-deren Ausgangssignale Motore ansteuern, mit welchen der tenrichtung «x» die Sekundärkoordinate wird.

das Werkstück tragende Messtisch verfahren wird. Dabei soll die Umschaltung bei Gleichheit der Geschwin-

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass je Messkoordinaten- 20 digkeiten der beiden Relativbewegungen vorgenommen richtung ein Längenschrittgeber vorhanden ist, der mit dem werden.

Messtisch verbunden dessen Bewegungsgrösse feststellt. Ausserdem soll der die Bewegung in der Sekundärkoordi-

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass den Steuerkrei- naten regelnde Kreis vorbereitet werden, so dass er unmittel-

sen ein gemeinsamer Rechner vorgeschaltet ist, der die Werte bar nach dem Umschaltvorgang die richtige Anfangsge-

zum Verfahren des Werkstückes in der Primärkoordinaten- 25 schwindigkeit für die sekundäre Relativbewegung zwischen richtung vorgibt. Taster 3 und Werkstück 1 wiedergibt.

Es ist aber auch möglich, dass anstelle des Rechners den Ein Schaltungsbeispiel, mit dem diese Forderungen erfüllt

Steuerkreisen eine Schaltungsanordnung mit Komparatoren werden können, ist in Fig. 2 wiedergegeben.

vorgeschaltet ist. Vorzugsweise sind die Regelkreise dem Ta- Darin ist jeder Messkoordinatenrichtung je ein Steuer-

ster zugeordnet und werden von diesem in Tätigkeit gesetzt. 30 kreis 4,5 je ein Regelkreis 6,7 zugeordnet. Die Steuerkreise 4,

In den Steuer- bzw. Regelkreisen sind beispielsweise 5 besitzen einen gemeinsamen Rechner 8, je einen Digital/ Schalter und diese betätigende Mittel angeordnet, mit denen Analogwandler 9 bzw. 10, je zwei Widerstände 11,12 bzw. 13, die Vertauschung der Primär-/Sekundärgeschwindigkeitsvor- 14 je einen Verstärker 15 bzw. 16 und je einen Leistungsvergabe geschaltet wird. stärker 17 bzw. 18.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausfüh- 35 Die Regelkreise 6 und 7 bestehen je aus Verstärkern 15

rungsbeispiels schematisch dargestellt und im Nachstehenden und 16, die bereits auch den Steuerkreisen 4 bzw. 5 zugeord-

näher beschrieben. Es zeigen: net sind und denen je ein Vorwiderstand 19 bzw. 20 vorge-

Fig. 1 ein Abtastvorgang in Einzelheit und schaltet ist.

Fig. 2 Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen In den Rückkopplungszweig eines jeden Verstärkers 15

Anordnung. 40 bzw. 16, ist ein je aus einem Kondensator 21 bzw. 22 und ei-

Anhand der Fig. 1 sollen die erfindungsgemäss ablaufen- nem Widerstand 23 bzw. 24 bestehendes CR-Glied geschaltet,

den Vorgänge beim Abtasten eines Werkstückes in Einzelheit Jedem der Steuerkreise 4,5 und Regelkreise 6,7 sind beschrieben werden. Schalter 25 bis 28 zugeordnet, die durch Relais 29-32 betätigt

In einem nicht näher bezeichneten Werkstück 1 soll ein werden. Die Schalter 25-28 schalten jeweils die Steuerkreise 4,

Loch 2 durch Abtastung mittels eines Induktivtasters vermes- 45 5 oder die Regelkreise 6,7 an Motore 33 und 34, welche einen sen werden. Der Abtastvorgang als solcher findet in der Ebe- nicht mitdargestellten Messtisch in den Messkoordinatenrich-

ne «xy» statt. Während des gesamten Abtastvorganges soll tungen x und y bewegen. Die Grösse der Messtischbewegung der Taster 3 ständig mit dem Werkstück 1 in Kontakt bleiben, wird von je einem Längenschrittgeber 35 bzw. 36 kontrolliert.

Im Abtastbereich «A» ist die Messkoordinatenrichtung Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist, wie

«x» die Primärkoordinate und die Messkoordinatenrichtung 50 folgt: Im Abtastbereich «A» gemäss Fig. 1 ist die Messkoordi-

«y» die Sekundärkoordinate. Im Abtastbereich «B» wird «y» natenrichtung «x» die Primärkoordinate. Das heisst, der die Primärkoordinate und «x» die sekundäre. Jeweils in der Schalter 25 ist geschlossen und der Schalter 26 ist geöffnet.

Primärkoordinatenrichtung bewegen sich Induktivtaster und Die vom Rechner 8 vorgegebenen digitalen Werte werden im

Werkstück 1 mit konstanter Geschwindigkeit gegeneinander. Digital/Analogwandler 9 in eine analoge elektrische Span-

Zu Beginn des Abtastvorganges ist eine Antastung des 55 nung gewandelt, die nach Durchlaufen von Verstärker 15 und

Werkstückes 1 in Richtung der Messkoordinate «y» erfolgt. Leistungsverstärker 17 vom Motor 33 in eine entsprechende

Die Ablage des Tasters 3 in Richtung der Messkoordinate «y» Drehzahl umgesetzt wird, mit welcher der nicht mitdargestell-

wird auf einen Sollwert «S» eingestellt. te Messtisch in Richtung der Messkoordinaten «x» mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird.

Bei Relativbewegung zwischen Werkstück 1 und Induk- 60 Durch die bei Beginn des Abtastvorganges in Messkoor-

tivtaster 3 in Richtung der Messkoordinaten «x» ergibt sich dinatenrichtung «y» erfolgte Antastung des Werkstückes 1

am Induktivtaster 3 aufgrund der Gestalt des Werkstückes 1 durch den Induktivtaster 3 ist der Schalter 27 über das Relais eine Ablage in Richtung Messkoordinate «y» vom Sollwert 31 geschlossen und der Schalter 28 mittels Relais 32 geöffnet

«S» die in eine entsprechende elektrische Grösse umgesetzt worden. Dadurch gelangt die vom Induktivtaster 3 erzeugte,

wird. Diese Grösse wird einem noch zu beschreibenden Re- 65 seiner Ablage vom Sollwert proportionale Spannung zum gier zugeführt, der wiederum einen Motor ansteuert, mit dem Verstärker 16, der als P-I-Regler ausgelegt ist. Mit Hilfe des nunmehr auch eine Relativbewegung zwischen Induktivtaster im Rückkopplungszweig des Verstärkers 16 angeordneten

3 und Werkstück in Richtung der Messkoordinaten «y» in Kondensators 22 wird der I-Anteil des Regelkreises 7 rea-

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lisiert, so dass am Ausgang des Verstärkers 16 eine Spannung A lx AI ansteht, die der Geschwindigkeit proportional ist, mit welcher Vx = —— bzw.Vy= —— der Induktivtaster 3 zur Aufrechterhaltung des Kontaktes mit t t dem Werkstück 1 bewegt werden muss. Diese Spannung gelangt über den Leistungsverstärker 18 zum Motor 34, der den 5 nicht mitdargestellten Messtisch in der Messkoordinatenrichtung «y» in diesem Falle in der Sekundärkoordinatenrichtung die Geschwindigkeit dieser Bewegung.

bewegt. Sobald der Rechner 8 gleiche Geschwindigkeiten zwi-

Noch während des Abtastvorganges im Bereich «A» hat sehen den Bewegungen in der Primär- bzw. Sekundärkoordi-

sich der im Rückkopplungszweig des Verstärkers 15 angeord- i0 natenrichtung feststellt, gibt er ein Signal aus, mit dem eine nete Kondensator 21 mit der Spannung aufgeladen, die der Vertauschung zwischen Primär- und Sekundärgeschwindig-

Geschwindigkeit der Bewegung in der Primärkoordinaten- keitsvorgabe erfolgt.

richtung, im vorliegenden Fall die Messkoordinatenrichtung Zu diesem Zeitpunkt werden die Schalter 25 und 27 geöff-

«x», proportional ist. net und die Schalter 26 und 28 geschlossen. Dadurch wird der

Wie weiter oben bereits beschrieben, muss, soll der Ab- is Regelkreis 6 von der Beeinflussung durch den Induktivtaster tastvorgang ohne Stillstand und ohne Unterbrechung der Da- 3 abgeschaltet und der Steuerkreis 4 eingeschaltet. Es wird tenermittlung ablaufen, frühzeitig genug vom Abtastbereich nunmehr in der Messkoordinatenrichtung «y» mit der vom

«A» in der Messkoordinatenrichtung «x» in den Abtastbe- Rechner 8 vorgegebenen Geschwindigkeit gesteuert und in reich «B» in Messkoordinatenrichtung «y» umgeschaltet der Messkoordinatenrichtung «x» geregelt. Da der zum Re-

werden. 20 gelkreis 6 gehörende Kondensator 21, wie beschrieben, mit ei-

Diese Umschaltung wird dadurch veranlasst, dass der ner der Verfahrensgeschwindigkeit in der Messkoordinaten-

Rechner 8 in kurzfristigen Intervallen die Geschwindigkeiten richtung «x» proportionalen Spannung aufgeladen wurde, er-

sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärkoordinaten- folgt der Übergang ruckfrei und ohne Stillstand.

richtung mit Hilfe eines digitalen Zahlenvergleiches über- Die hier beschriebene Schaltungsanordnung zur analogen wacht. Dies geschieht dadurch, dass der Rechner 8 in Zeitin- 25 Verarbeitung der Regelungs- und Steuersignale sowie die tervallen die Positionen des Messtisches aus den mit diesem rechnergesteuerte Überwachung der Geschwindigkeit sind verbundenen Längenschrittgebern 35 bzw. 36 abfragt und nur ein Ausführungsbeispiel. Andere Ausführungen zur den Weg A lx bzw. A ly zwischen zwei Abrufzeiten (t) Durchführung des erfmdungsgemässen Verfahrens sind berechnet. Gleichzeitig berechnet er auch nach der Formel möglich.

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C

1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

646 513 2 PATENTANSPRÜCHE rend einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Tast-

1. Verfahren zur automatischen Vermessung eines von ei- köpf in einer Koordinatenrichtung.

nem in wenigstens zwei orthogonal zueinander verlaufenden Verfahren und Anordnung dieser Art sind bei Drei-Koor-

Koordinatenrichtungen bewegbaren Messtisch getragenen dinaten-Messmaschinen von Bedeutung, mit denen das Profil Werkstückes durch Abtasten mit wenigstens einem Taster ei- 5 eines Werkstückes abgetastet werden soll und bei denen dazu nes Tastkopfes während einer Relativbewegung zwischen Taster und Werkstück dauernd durch geeignete Regelungs-

Werkstück und Tastkopf in einer Koordinatenrichtung, bei massnahmen in Berührung bleiben sollen.

dem der Taster aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird und Aus der DE-OS 26 54 839 ist dazu ein Verfahren und eine der Auslenkung entsprechende, auf die Grundstellung des Ta- Vorrichtung bekannt, bei denen eine absolute Messgrösse für sters bezogene proportionale elektrische Signale erzeugt wer- i0 die bei der Werkstückantastung entstehende Auslenkung des den und bei dem mit der Auslenkung des Tasters ein Regel- Tastfingers ermittelt wird, bei denen jeder eine Konturstelle kreis geschlossen wird, der eine vorgegebene Antastkraft des des Werkstückes kennzeichnende Messwert durch vorzeichen-Tasters aufrecht erhält, dadurch gekennzeichnet, dass nach richtige Addition der Tasterfingerauslenkungsmessgrösse Erreichen des Werkstückes und Antastung desselben mit vor- und einer die Stellung des Messkopfes im Koordinatenfeld gegebener Kraft längs der zweiten Messkoordinatenrichtung 15 markierende Messgrösse gebildet wird und bei denen weitere durch den Taster der Messtisch durch eine vorgegebene Steu- Messwerte dadurch ermittelt werden, dass das Werkstück erspannung mit einer konstanten Geschwindigkeit längs der oder der Messkopf stets in die Richtung weiterbewegt werden, ersten Messkoordinatenrichtung, Primärkoordinate genannt, die zur Tasterauslenkung seitlich versetzt ist und dass beim verfahren wird, dass zur Aufrechterhaltung der Kontaktkraft Umfahren des Werkstückes der Tastfinger ständig aus seiner zwischen T aster und Werkstück der Messtisch in der zweiten 20 Grundstellung ausgelenkt wird.

Messkoordinatenrichtung, Sekundärkoordinate genannt, mit Durch die US-PS 3 394 248 ist ferner ein System zur Mes-einer der Nachstellung des Tasters erforderlichen Geschwin- sung der Grösse einer relativen Bewegung zwischen einem digkeit durch eine im Regelkreis erzeugten der Tasterablage Objekt und einem Bezugspunkt bekannt geworden, in wel-von der Grundstellung entsprechende elektrische Spannung chem optische Gitter eingesetzt sind, mit denen die Bewegung angesetuert und bewegt wird, dass die Steuerspannung der 25 über fotoelektrische Elemente in elektrische Pulse umgesetzt Bewegung in der Primärkoordinatenrichtung und die Regel- werden, die je nach der Bewegungsrichtung über eine Addi-spannung der Sekundärkoordinatenrichtung fortlaufend mit- tions- bzw. Subtraktionsstufe einem Vorwärts-/Rückwärts-einander verglichen werden, und dass eine Vertauschung der zähler zugeführt werden.

Primär-/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe erfolgt, wenn die Es sind aber auch Messmaschinen bekannt, bei denen die beiden Spannungen Gleichheit erreichen. 30 Signale für die Regelung aus den Signalen des Induktionsta-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, sters abgeleitet werden, die die Auslenkung des Tastkopfes in dass der jeweils bei Vertauschung der Primär-/Sekundär- orthogonal zueinanderstehenden Richtungen repräsentieren, geschwindigkeitsvorgabe in Tätigkeit tretende Regelkreis auf Dabei wird mit diesen Signalen ein Regelkreis geschlossen, die richtige Wiedergabe der Anfangsgeschwindigkeit der von der eine vorgegebene Antastkraft des Tasters während einer ihm geregelten Tasternachstellbewegung vorbereitet wird. 35 Relativbewegung zwischen Werkstück und Tastkopf in einer

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Koordinatenrichtung aufrecht erhält.

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messkoordi- Bei den bisher bekannten Messmaschinen hat sich jedoch natenrichtung je ein Steuerkreis (4,5) und je ein Regelkreis (6, als gemeinsamer Nachteil herausgestellt, dass in der Nähe der 7) zugeordnet sind, deren Ausgangssignale Motore (33,34) Umschaltstelle von einer Messkoordinatenrichtung in die än-ansteuern, mit welchen der das Werkstück tragende Messtisch 40 dere Messungenauigkeiten auftreten, die durch den aus der verfahren wird. Reibung zwischen Werkstück und Taster resultierenden

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, Schleppfehler entstehen.

dass je Messkoordinatenrichtung ein Längenschrittgeber (35, Ein weiterer den bekannten Messmaschinen gemeinsamer 36) vorhanden ist, der mit dem Messtisch verbunden das Aus- Nachteil ist, dass während der Umschaltung der Antastvor-mass von dessen Bewegung feststellt. 45 gang unterbrochen wird, da zunächst die Relativbewegung

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, zwischen Tastkopf und Werkstück in der einenKoordinaten-dass den Steuerkreisen (4,5) ein gemeinsamer Rechner (8) richtung gebremst werden muss, bevor nach einer Beruhi-vorgeschaltet ist, der die Werte zum Verfahren des Werkstük- gungszeit die Relativbewegung in die zweite Koordinaten-kes in der Primärkoordinatenrichtung vorgibt. richtung in Gang gesetzt werden kann. Die durch Bremsung

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, so und Beschleunigung verursachten Fehler lassen die Gewinn-dass den Steuerkreisen (4,5) eine Schaltungsanordnung mit ung von Messwerten in einem gewissen Bereich nicht zu. Komparatoren vorgeschaltet ist. Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die bei

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, der Profilabtastung mit den bekannten Messmaschinen auf-dass die Regelkreise (6,7) dem Taster (3) zugeordnet sind und tretenden Nachteile abzustellen und einen Umschaltvorgang von diesem in Tätigkeit versetzt werden. 55 von der einen Messkoordinaten in die andere ohne Stillstand

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch der Relativbewegung zwischen Werkstück und Tastkopf und gekennzeichnet, dass in den Steuer- (4,5) bzw. Regelkreisen ohne Unterbrechung der Datenermittlung zu realisieren. (6,7) Schalter (25,26,27,28) und diese betätigende Mittel (29, Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch ein Verfah-30,31,32) angeordnet sind, mit denen die Vertauschung der ren gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass Primär-/Sekundärgeschwindigkeitsvorgabe geschaltet wird. <>0 nach Erreichen des Werkstückes und Antastung desselben mit vorgegebener Kraft längs der zweiten Messkoordinatenrich-

tung durch den Taster der Messtisch durch eine vorgegebene

Steuerspannung mit einer konstanten Geschwindigkeit längs