CH664012A5

CH664012A5 - Verfahren und vorrichtung zum vermessen eines werkstueckes.

Info

Publication number: CH664012A5
Application number: CH453984A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Dr Staufert
Original assignee: Gerhard Dr Staufert
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1988-01-29
Also published as: EP0196304A1; WO1986001885A1

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTANSPRÜCH E
1. Verfahren zum Vermessen der Geometrie eines Werk ,tückes. bei \welchem mehrere Messstellen des Werkstückes mit mindestens einem Messaufnehmer vermessen werden, dadurch gekennzeichnet. dass die Position jeder Messstelle durch je einen vom Messaufnehmer unabhängigen Transmitter auf den Messaufnehmer übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Transmitter ein Messaufnehmer angeordnet wird. und dass die Messwerte für alle Messstellen gleichzeitig gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Messaufnehmer entlang einer bzw. je einer vorgegebenen Linie verfahren wird bzw. werden und die Messstellen über die Transmitter nacheinander mit diesem Messaufnehmer bzw. diesen Messaufnehmern vermessen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vermessen des Werkstückes ein Einstell-Meisterstück vermessen wird, dass die Messwerte dieses Meisterstückes gespeichert werden, und dass anschliessend bei der Vermessung des Werkstückes dessen Messwerte mit den gespeicherten Messwerten verglichen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass vor dem Vermessen des Werkstückes die Transmitter vermessen werden, und dass beim Vermessen des Werkstückes die Messwerte anhand der gespeicherten Daten korrigiert werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Halter (6) für den bzw. die Messaufnehmer(4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (10) für die als Übertragungsgestänge (8) ausgebildeten Transmitter gegenüber dem Halter (6) austauschbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Übertragungsgestänge (8) im Träger (10) ein Messaufnehmer (4) im Halter (6) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (4) im Halter (6) verschiebbar angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ( 10) aus je einem Trägerele ment (1 Oa-d) pro Übertragungsgestänge (8) besteht, und dass die Trägerelemente vorzugsweise miteinander verbunden sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselvorrichtung zum Auswechseln des Trägers (10) vorgesehen ist.

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Werkstückes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Die heute bekannten Mehr-Stellen-Messgeräte - die eine Erfassung der Ist-Werkstück-Geometrie relativ zu einem Einstell-Meisterstück erlauben - ermöglichen durch die gleichzeitige Aufnahme zahlreicher Messstellen und die mathematische Verknüpfung der Messwerte zu sogenannten Messfunktionen die extrem schnelle Kontrolle komplexer Werkstücke. Die verwendeten Messaufnehmer weisen in der
Regel eine hohe Messauflösung (0,0001 mm) bei einem kleinen Messweg (+- 1 mm) auf und bieten ein sehr günstiges Preisleistungsverhältnis. Dadurch ist es möglich, ein Mehrstellen-Messgerät durch Verwendung der optimalen Anzahl Messaufnehmer auch im Preis zu optimieren.

Da die Aufnehmer und die verwendeten Vorrichtungen sehr robust sind, lassen sich mit solchen Geräten Messungen hoher Genauigkeit auch bei den normalerweise ungünstigen Umgebungsbedingungen in unmittelbarer Nähe der Fertigungs Maschinen erzielen.

Die allgemeine Anwendbarkeit solcher Geräte wird durch zwei Tatsachen eingeschränkt: - Durch die Dimension der Messaufnehmer wird die Aufnahme sehr nahe beieinander liegender Messpunkte verunmöglicht, was in einzelnen Fällen die Lösung der Messaufgabe erschwert oder verunmöglicht.

- Für jedes neue Werkstück ist eine neue Messvorrichtung notwendig, deren Herstellung normalerweise teuer und deren Einrichtung meist mit grossem Zeitaufwand verbunden ist. Es sind auch Bausätze bekannt, mit welchen sich solche Messvorrichtungen aus Einzelelementen aufbauen lassen. Dieser Aufbau ist jedoch ebenfalls zeitaufwendig.

Dies bedeutet, dass solche Geräte nur bei grossen Serien eingesetzt werden können, und dass ihre Integrierbarkeit in automatisierte Fertigungssysteme erschwert ist.

Anderseits sind 3-lCoordinaten-Messgeräte bekannt. Diese Geräte zeichnen sich dadurch aus, dass ein Messaufnehmer in 3 Koordinaten-Richtungen an jeden beliebigen Ort auf dem zu vermessenden Werkstück gefahren werden kann. Die Messungen werden relativ der achseigenen Mess-Lineale d.h.

absolut bezüglich des zu prüfenden Werkstückes durchgeführt. Vom Prinzip her können beliebig viele Messpunkte in beliebig dichter Lage gemessen und verarbeitet werden. Mit den geeigneten mathematischen Methoden (Ausgleichs Rechnung) lassen sich dann extrem aussagefähige Interpretationen der Werkstückfehler erarbeiten. Da die Geräte von CNC gesteuert sind, lassen sie sich problemlos in flexible Fertigungssysteme integrieren. Die Umrüstung auf ein anderes Werkstück erfolgt hauptsächlich durch die Eingabe eines neuen Messprogrammes, was natürlich auch automatisch durch den Leitrechner der flexiblen Fertigungs-Anlage erfolgen kann.

Die allgemeine Anwendbarkeit der 3-Koordinaten-Messgeräte wird durch folgende Tatsachen eingeschränkt: - 3-lCoordinaten-Messgeräte sind Präzisionsgeräte, die nur in klimatisierten Räumen mit gereinigter Luft ihre volle Genauigkeit erreichen. Wenn sie trotzdem unmittelbar integriert in die Fertigung eingesetzt werden sollen, müssen sie speziell gekapselt werden - was die an sich nicht billigen Geräte weiter verteuert -, oder man muss sich mit geringer Messgenauigkeit zufrieden geben.

- Da der Messtaster für jeden einzelnen Messpunkt in 3 Koordinaten-Richtungen neu positioniert werden muss, ergeben sich schon bei relativ wenigen Messpunkten lange Messzeiten. Diese Tatsache verunmöglicht den Einsatz dieser Geräte bei der Fertigung von Werkstücken mit kurzen Taktzeiten, wenn nicht auf eine 100-%-Kontrolle verzichtet werden kann.

- Da die Messwertaufnehmer einen grossen Messweg mit einer hohen Messauflösung kombinieren müssen, sind sie sehr teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der beiden genannten Messverfahren zu vereinigen, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Es soll demnach ermöglicht werden, mit preiswerten Messaufnehmern trotz ihres stark eingeschränkten Messbereichs grosse Dimensionsunterschiede schnell zu erfassen und darüberhinaus eine schnelle Umrüstung auf ein neues Werkstück zu erlauben. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Das zu vermessende Werkstück wird also nicht direkt, sondern überTransmitter mit dem Messaufnehmer vermessen.

Zweckmässig sind die Transmitter längs ihrer Achse verschiebbare Stangen. Die hinteren Enden dieser Stangen bilden zusammengenommen bezüglich eines Meisterwerkstückes eine Bezugs-Linie oder eine Bezugs-Fläche. Wird danach ein zu messendes Werkstück in die Messvorrichtung eingelegt, so ergeben sich an den hinteren Stangenenden Abweichungen von der Bezugs-Linie bzw. -Fläche, die die Werkstückfehlergenau wiedergeben.

Wenn die Anzahl der Messaufnehmer mindestens der Anzahl der Transmitter entspricht, können alle Messstellen gleichzeitig vermessen werden. Dies ergibt ebenso kurze Taktzeiten wie bei den bekannten Mehrstellen-Messgeräten.

Anderseits ist es auch möglich, einen einzigen Messaufnehmer entlang einer vorgegebenen Linie zu verfahren und dabei die Stellung der Transmitter nacheinander abzutasten.

Weil dabei keine hohen Anforderungen an die Positionie rungsgenauigkeit des Messaufnehmers längs der Linie gestellt werden müssen, können die Messstellen erheblich rascher als beim 3-Koordinaten-Messverfahren abgetastet werden. Die Transmitter können mindestens in einer Dimension sehr klein gebaut werden, so dass Messpunkte in entsprechend dichter Folge übernommen werden können. Da der ganze Aufbau trotz der kleinen Dimensionen sehr robust gestaltet werden kann und da mit einfachen Mitteln eine annähernde Unabhängigkeit der Messresultate von Temperatur und Luftverschmutzung erreicht werden kann, ist ein solches Gerät für die Werkstatt-Umgebung bestens geeignet.

Es ist aber auch möglich, die beiden oben beschriebenen Varianten zu kombinieren und mit einigen wenigen Messaufnehmern eine Vielzahl von Messstellen nacheinander abzutasten. Dies ergibt verkürzte Taktzeiten gegenüber der Messung mit einem einzigen Aufnehmer.

Die Übertragungsgestänge können an ihren den Messaufnehmern zugewendeten Flächen so ausgebildet werden, dass das gewählte Messverfahren bestmögliche Resultate ergibt.

So ist es z.B. möglich, diese Flächen spiegelnd zu gestalten, um optische Messverfahren in optimaler Weise einsetzen zu können. welche bei herkömmlichen Mehrstellen-Messverfahren wegen ungünstiger Werkstückeigenschaften oder -oberflächen häufig nicht einsetzbar sind.

Die Übertragungsgestänge für eine bestimmte Werkstück Geometrie können zu einem magazinierbaren Werkzeug zusammengestellt werden. Wird dann die Grundvorrichtung so gebaut, dass unterschiedliche Übertragungsgestänge Werkzeuge und unterschiedlichste Werkstücke automatisch ausgewechselt werden können, so ist mittels eines entsprechenden Werkzeug-Wechslers eine sehr kurze Umrüstzeit erreichbar und damit die Integrierbarkeit einer solchen Anlage in flexible Fertigungssysteme mit rasch wechselnder Werkstückfolge und mit kurzen Taktzeiten möglich.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand beiliegender Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt durch je ein Ausführungsbeispiel, und
Fig. 3 einen Träger im Grundriss.

In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindung anhand der Vermessung eines Drehkörpers 2 veranschaulicht. Es sind vier Messstellen vorgesehen, und zwar drei Durchmesser-Messungen und eine Längenmessung. Die Positionen der Messstellen werden durch je ein Übertragungsgestänge 8 auf einen Messaufnehmer 4 übertragen. Dabei sind die Übertragungsgestänge drei in einem Träger 10 achsial verschiebbar gelagerte Stangen 8a-c sowie ein im Träger 10 auf einem Stift 16 schwenkbar gelagerter zweiarmiger Hebel 8d.

Bei der Ausführungsform nach Fig. list jedem Übertragungsgestänge 8a-d ein Messaufnehmer 4a-d zugeordnet.

Die Messaufnehmer 4a-c sind in einem Halter 6 fest eingebaut. Ihre Messtaster 12 liegen in Neutralstellung der Messaufnehmer 4a-c in gerader Linie. Die vier Messwerte können hier gleichzeitig erfasst werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein einziger Messaufnehmer 4 auf einer in Lagern 6' längsverschiebbaren Stange 18 montiert. Hier werden die Messwerte nacheinander abgetastet, wobei nebst dem Messtaster 12 ein weiterer Taster 14 die Stellung des Messaufnehmers 4 gegenüber einem Messlineal 20 ermittelt, um Ungenauigkeiten und Spiel der Stange 18 zu kompensieren.

Beide Ausführungsformen können geeicht werden, indem vor der Vermessung des Werkstückes 2 ein Einstell-Meisterstück vermessen wird. Wenn die Stellung der Messtaster 12 relativ zur Symmetrieachse 3 des Werkstückes 2 in Neutralstellung der Messaufnehmer 4 genau bekannt ist, reicht jedoch auch die Messung der Länge der Übertragungsstangen 8a-c zur Korrektur der mit den Messaufnehmern 4 ermittelten Messwerte.

Zur Umstellung auf ein Werkstück mit einer anderen Geometrie braucht nun bloss der Träger 10 mit den Übertragungsgestängen 8a-d ausgewechselt zu werden, beispielsweise mittels eines aus dem Werkzeugmaschinenbau bekannten automatischen Werkzeugwechslers. Da die Messgenauigkeit bei den Übertragungsstangen 8a-c kaum von der exakten Positionierung des Trägers 10 abhängt, ist nicht nach jedem Wechsel eine neue Eichung nötig, so dass in rascher Folge verschiedenartige Werkstücke vermessen werden können. Die Positionierung des Trägers 10 hat zwar einen Einfluss auf die Stellung des Übertragungshebels 8d, doch sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Längenmessung häufig um eine Grössenordnung geringer als jene an die Genauigkeit der Durchmessermessung.

Falls die achsiale Abstufung der Messstellen bei verschiedenen Werkstücken unterschiedlich ist, können bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zusätzliche Messaufnehmer 4 im Halter 6 angebracht sein. Bei der Ausführungsform nach Fig.

2 wird die Bewegung der Stange 18 entsprechend umprogrammiert. Gemäss Fig. 3 ist der Träger 10 aus je einem Trägerelement IOa-d pro Übertragungsgestänge 8a-d sowie Zwischenstücken 1 la-c zusammengebaut.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 wird die Vermessung eines Achsialschnittes eines Rotationskörpers, also die Vermessung in einer Ebene, durch die Übertragungsgestänge auf die Vermessung von Abweichungen von einer geraden Linie reduziert. In analoger Weise lässt sich die räumliche Vermessung eines Werkstückes auf die Vermessung von Abweichungen von einer Ebene reduzieren, wobei bei einer Ausführungsform analog Fig. 2 beispielsweise der Messaufnehmer 4 längs einer Ebene geführt wird, z.B. mittels eines Kreuzschlittens. Es ist jedoch auch möglich, mehrere längs einer Achse geführte Messaufnehmer 4 nebeneinander anzuordnen.

Claims

PATENTANSPRÜCH E 1. Verfahren zum Vermessen der Geometrie eines Werk ,tückes. bei \welchem mehrere Messstellen des Werkstückes mit mindestens einem Messaufnehmer vermessen werden, dadurch gekennzeichnet. dass die Position jeder Messstelle durch je einen vom Messaufnehmer unabhängigen Transmitter auf den Messaufnehmer übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Transmitter ein Messaufnehmer angeordnet wird. und dass die Messwerte für alle Messstellen gleichzeitig gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Messaufnehmer entlang einer bzw. je einer vorgegebenen Linie verfahren wird bzw. werden und die Messstellen über die Transmitter nacheinander mit diesem Messaufnehmer bzw. diesen Messaufnehmern vermessen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vermessen des Werkstückes ein Einstell-Meisterstück vermessen wird, dass die Messwerte dieses Meisterstückes gespeichert werden, und dass anschliessend bei der Vermessung des Werkstückes dessen Messwerte mit den gespeicherten Messwerten verglichen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass vor dem Vermessen des Werkstückes die Transmitter vermessen werden, und dass beim Vermessen des Werkstückes die Messwerte anhand der gespeicherten Daten korrigiert werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Halter (6) für den bzw. die Messaufnehmer(4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (10) für die als Übertragungsgestänge (8) ausgebildeten Transmitter gegenüber dem Halter (6) austauschbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Übertragungsgestänge (8) im Träger (10) ein Messaufnehmer (4) im Halter (6) zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (4) im Halter (6) verschiebbar angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ( 10) aus je einem Trägerele ment (1 Oa-d) pro Übertragungsgestänge (8) besteht, und dass die Trägerelemente vorzugsweise miteinander verbunden sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselvorrichtung zum Auswechseln des Trägers (10) vorgesehen ist.

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Werkstückes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Die heute bekannten Mehr-Stellen-Messgeräte - die eine Erfassung der Ist-Werkstück-Geometrie relativ zu einem Einstell-Meisterstück erlauben - ermöglichen durch die gleichzeitige Aufnahme zahlreicher Messstellen und die mathematische Verknüpfung der Messwerte zu sogenannten Messfunktionen die extrem schnelle Kontrolle komplexer Werkstücke. Die verwendeten Messaufnehmer weisen in der Regel eine hohe Messauflösung (0,0001 mm) bei einem kleinen Messweg (+- 1 mm) auf und bieten ein sehr günstiges Preisleistungsverhältnis. Dadurch ist es möglich, ein Mehrstellen-Messgerät durch Verwendung der optimalen Anzahl Messaufnehmer auch im Preis zu optimieren.

Da die Aufnehmer und die verwendeten Vorrichtungen sehr robust sind, lassen sich mit solchen Geräten Messungen hoher Genauigkeit auch bei den normalerweise ungünstigen Umgebungsbedingungen in unmittelbarer Nähe der Fertigungs Maschinen erzielen.

Die allgemeine Anwendbarkeit solcher Geräte wird durch zwei Tatsachen eingeschränkt: - Durch die Dimension der Messaufnehmer wird die Aufnahme sehr nahe beieinander liegender Messpunkte verunmöglicht, was in einzelnen Fällen die Lösung der Messaufgabe erschwert oder verunmöglicht.

- Für jedes neue Werkstück ist eine neue Messvorrichtung notwendig, deren Herstellung normalerweise teuer und deren Einrichtung meist mit grossem Zeitaufwand verbunden ist. Es sind auch Bausätze bekannt, mit welchen sich solche Messvorrichtungen aus Einzelelementen aufbauen lassen. Dieser Aufbau ist jedoch ebenfalls zeitaufwendig.

Dies bedeutet, dass solche Geräte nur bei grossen Serien eingesetzt werden können, und dass ihre Integrierbarkeit in automatisierte Fertigungssysteme erschwert ist.

Anderseits sind 3-lCoordinaten-Messgeräte bekannt. Diese Geräte zeichnen sich dadurch aus, dass ein Messaufnehmer in 3 Koordinaten-Richtungen an jeden beliebigen Ort auf dem zu vermessenden Werkstück gefahren werden kann. Die Messungen werden relativ der achseigenen Mess-Lineale d.h.

absolut bezüglich des zu prüfenden Werkstückes durchgeführt. Vom Prinzip her können beliebig viele Messpunkte in beliebig dichter Lage gemessen und verarbeitet werden. Mit den geeigneten mathematischen Methoden (Ausgleichs Rechnung) lassen sich dann extrem aussagefähige Interpretationen der Werkstückfehler erarbeiten. Da die Geräte von CNC gesteuert sind, lassen sie sich problemlos in flexible Fertigungssysteme integrieren. Die Umrüstung auf ein anderes Werkstück erfolgt hauptsächlich durch die Eingabe eines neuen Messprogrammes, was natürlich auch automatisch durch den Leitrechner der flexiblen Fertigungs-Anlage erfolgen kann.

Die allgemeine Anwendbarkeit der 3-Koordinaten-Messgeräte wird durch folgende Tatsachen eingeschränkt: - 3-lCoordinaten-Messgeräte sind Präzisionsgeräte, die nur in klimatisierten Räumen mit gereinigter Luft ihre volle Genauigkeit erreichen. Wenn sie trotzdem unmittelbar integriert in die Fertigung eingesetzt werden sollen, müssen sie speziell gekapselt werden - was die an sich nicht billigen Geräte weiter verteuert -, oder man muss sich mit geringer Messgenauigkeit zufrieden geben.

- Da der Messtaster für jeden einzelnen Messpunkt in 3 Koordinaten-Richtungen neu positioniert werden muss, ergeben sich schon bei relativ wenigen Messpunkten lange Messzeiten. Diese Tatsache verunmöglicht den Einsatz dieser Geräte bei der Fertigung von Werkstücken mit kurzen Taktzeiten, wenn nicht auf eine 100-%-Kontrolle verzichtet werden kann.

- Da die Messwertaufnehmer einen grossen Messweg mit einer hohen Messauflösung kombinieren müssen, sind sie sehr teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der beiden genannten Messverfahren zu vereinigen, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Es soll demnach ermöglicht werden, mit preiswerten Messaufnehmern trotz ihres stark eingeschränkten Messbereichs grosse Dimensionsunterschiede schnell zu erfassen und darüberhinaus eine schnelle Umrüstung auf ein neues Werkstück zu erlauben. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst. **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.