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    • 专利摘要:
    Bei einem Verfahren zum Abtasten einer Werkstückoberfläche werden nacheinander verschiedene Kontaktkräfte F¶1¶, F¶2¶, F¶3¶, F¶4¶, F¶5¶, F¶6¶, F¶7¶ zwischen einer Tastspitze eines Koordinatenmeßgeräts und der Werkstückoberfläche eingestellt. Hierbei wird die Kontaktkraft zunächst erhöht und dann wieder verringert oder zunächst verringert und dann wieder erhöht. Aus jeweils gemessenen Koordinatenwerten x¶1¶, x¶2¶, x¶3¶, x¶4¶, x¶5¶, x¶6¶, x¶7¶ wird ein Koordinatenwert x¶0¶ der Oberfläche des Werkstücks errechnet.
    公开号:DE102004007968A1
    申请号:DE102004007968
    申请日:2004-02-18
    公开日:2005-09-15
    发明作者:Eugen Dipl.-Ing. Aubele (FH)；Günter Dipl.-Ing. Grupp；Otto Dipl.-Ing. Ruck (FH)；Karl Dipl.-Ing. Schepperle (Fh)
    申请人:Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH；
    IPC主号:G01B5-008
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Antasten eines Werkstücks miteinem Koordinatenmessgerät.Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Antasten einerOberflächeeines Werkstücksmit dem Koordinatenmessgerät,wobei das Werkstückeinem Druck, den eine Tastspitze des Koordinatenmessgeräts auf dieOberflächedes Werkstücksausübt,nachgibt.
    [0002] EinherkömmlichesKoordinatenmessgerät umfassteine Werkstückhalterungzur Aufnahme eines anzutastenden Werkstücks und einen relativ zu denWerkstückhalterungräumlichverlagerbaren Tastkopf. Eine Position des Tastkopfes relativ zuder Werkstückhalterungkann in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts gemessenbzw. bestimmt werden. Der Tastkopf trägt einen Taststift, mit dessenTastspitze ein Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks durchVerlagern des Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung hergestellt wird.Wird der Kontakt zwischen der Tastspitze und der Oberfläche desWerkstücksregistriert, kann aus der Position des Tastkopfes relativ zu derWerkstückhalterungeine Koordinate der Oberflächedes Werkstücksan der Position, wo die Tastspitze mit dem Werkstück in Kontaktsteht, in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bestimmtwerden. Durch weiteres Verlagern des Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterungist es möglich,Koordinaten einer Vielzahl von Oberflächenpositionen des Werkstücks zu bestimmen.
    [0003] Hierzuist es notwendig, den Kontakt zwischen der Oberfläche desWerkstücksund der Tastspitze präzisenachzuweisen. Dies kann herkömmlicherweisedadurch geschehen, dass die Tastspitze an dem Tastkopf in einerRuhelage gehaltert ist, und eine Auslenkung aus dieser Ruhelageals ein In-Kontakt-Tretenmit der Werkstückoberfläche registriert wird.Insbesondere kann hierbei die Tastspitze gegen eine Kraft aus derRuhelage auslenkbar sein, so dass ein Zusammenhang zwischen einergemessenen Auslenkung aus der Ruhelage und einer Kontaktkraft zwischenTastspitze und Werkstückbesteht. So ist es beispielsweise möglich, den Tastkopf relativzu der Werkstückhalterungso zu verlagern, dass die Tastspitze entlang einer vorbestimmtenKurvenbahn über dieWerkstückoberfläche geführt wird,wobei diese kontinuierlich mit einer im Wesentlichen konstanten vorbestimmtenKontaktkraft gegen die Werkstückoberfläche gedrückt wird.
    [0004] Eshat sich gezeigt, dass dieses Verfahren in der Praxis gelegentlichnicht eine gewünschteGenauigkeit bei der Bestimmung von Oberflächenkoordinaten erreicht.
    [0005] Demgemäß ist eseine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Antasteneiner Oberflächeeines Werkstücksmit einem Koordinatenmessgerätbereitzustellen, welches eine erhöhte Genauigkeit bei der Vermessungvon Werkstückoberflächen ermöglicht.
    [0006] DieErfindung schlägthierzu ein Verfahren zum Antasten einer Oberfläche eines Werkstücks mit einemKoordinatenmessgerätvor, wobei eine an einem Tastkopf des Koordinatenmessgeräts gehalterte Tastspitzemit einer Oberflächedes Werkstücksan einer Kontaktposition in Kontakt gebracht wird und wobei unterBeibehaltung des Kontakts zwischen Tastspitze und Werkstückoberfläche an derKontaktposition zeitlich nacheinander wenigstens drei Kontaktkräfte vonder Kontaktspitze auf die Werkstückoberfläche ausgeübt werden.
    [0007] Sowerden beispielsweise nacheinander eine erste, eine zweite und einedritte Kontaktkraft ausgeübt,wobei die zweite Kontaktkraft entweder größer oder kleiner ist als jeweilsdie erste und die dritte Kontaktkraft. So kann die zweite Kontaktkraft größer alsdie erste Kontaktkraft und die dritte Kontaktkraft kleiner als diezweite Kontaktkraft sein, oder es kann die zweite Kontaktkraft kleinerals die erste Kontaktkraft und die dritte Kontaktkraft größer alsdie zweite Kontaktkraft sein.
    [0008] Wenigstensin der Situation, in der die Tastspitze mit der ersten Kontaktkraftgegen die Werkstückoberfläche drückt, undin der Situation, in der die Tastspitze mit der dritten Kontaktkraftgegen die Werkstückoberfläche drückt, wirdjeweils eine Position des Tastkopfes relativ zu der Werkstückoberfläche bestimmt,indem beispielsweise die Koordinate des Tastkopfes in einem erstenKoordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bestimmt wird. In Abhängigkeitvon den Positionen des Tastkopfes bei Ausübung der ersten und der drittenKontaktkraft auf die Werkstückoberfläche wirddann eine Koordinate der Werkstückoberfläche in einemgeeigneten Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bestimmt.
    [0009] DerErfindung liegt die Überlegungzu Grunde, dass eine gewünschteKontaktkraft, die die Tastspitze auf das Werkstück ausüben soll, in manchen Messsituationennicht beliebig genau reproduzierbar eingestellt werden kann. AlsGrund hierfürist bei einem Tastkopf, dessen Tastspitze aus einer Ruhelage herausauslenkbar ist, eine Reibungskraft denkbar, welche einer Änderungder Auslenkung entgegenwirkt. Ferner ist es bei einem Werkstück, dessen Oberfläche nichthart sondern vielmehr nachgiebig ist, denkbar, dass durch Ausüben derKontaktkraft sich eine Form des Werkstücks in einem Bereich um dieKontaktposition ändertund eine solche Änderung verschiedeneCharakteristiken aufweist, je nachdem ob die Kontaktkraft erhöht odererniedrigt wird.
    [0010] Durchdie oben beschriebenen Wahl der wenigstens drei aufeinander folgendeneingestellten Kontaktkräftewird die Kontaktkraft zwischen aufeinanderfolgenden Einstellungenentweder zuerst erhöhtund dann erniedrigt oder zuerst erniedrigt und dann erhöht. Ausden derart gewonnenen Messungen ist es dann möglich, die Koordinate der Werkstückoberfläche an derKontaktposition mit einer erhöhtenGenauigkeit zu bestimmen.
    [0011] Gemäß einerbeispielhaften Ausführungsformumfasst das Bestimmen der Koordinate der Werkstückoberfläche die Bildung eines Mittelwerts. Insbesonderekann der Mittelwert aus der Koordinate des Tastkopfes bei Ausübung derersten Kontaktkraft und der Koordinate des Tastkopfes bei Ausübung der zweitenKontaktkraft bestimmt werden. Allerdings kann der Mittelwert auchaus Werten bestimmt werden, welche von den jeweiligen Koordinatendes Tastkopfes abgeleitet werden, beispielsweise indem diese einergeeigneten Transformation unterworfen werden.
    [0012] Gemäß einerweiteren beispielhaften Ausführungsformist vorgesehen, dass nicht nur bei der Ausübung der ersten und der drittenKontaktkraft die Koordinaten des Tastkopfes bestimmt werden, sonderndass auch bei Ausübungder zweiten Kontaktkraft oder noch weiteren anderen Kontaktkräften Koordinatendes Tastkopfes in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgerätes bestimmtwerden.
    [0013] Gemäß einerweiteren beispielhaften Ausführungsformist es dann möglich,bei der Bestimmung der Koordinate der Werkstückoberfläche eine Extrapolationsfunktionin Abhängigkeitvon den eingestellten Kontaktkräftenzu Grunde zu legen und eine Koordinate des Tastkopfes durch Extrapolation derge messenen Koordinaten auf eine vorbestimmte Kontaktkraft zu errechnen.Gemäß einerbeispielhaften Ausführungsformist die vorbestimmte Kontaktkraft, auf welche extrapoliert wird,eine Kontaktkraft von Null. Durch diese Extrapolation ist es insbesonderemöglich,Oberflächenweicher Werkstückemit hoher Präzisionzu vermessen, welche bereits durch so geringe Kontaktkräfte deformiertwerden, welche notwendig sind, um einen Kontakt zwischen Tastspitzeund dem Werkstück überhauptreproduzierbar zu registrieren.
    [0014] Gemäß einerweiteren beispielhaften Ausführungsformumfasst das Bestimmen der Koordinate der Werkstückoberfläche eine Mittelung zwischen verschiedenenExtrapolationen der gemessenen Koordinaten. So können beispielsweise zwei Extrapolationenauf eine Kontaktkraft von Null gemittelt werden, wobei eine ersteExtrapolation aus Messungen ermittelt wird, bei denen die Kontaktkraftnacheinander erhöhtwurde, und wobei eine zweite Extrapolation aus Messungen ermitteltwird bei, denen die Kontaktkraft nacheinander erniedrigt wurde.
    [0015] Dievorangehend erläutereErmittlung von Mittelwerten kann jegliche Art von Mittelung umfassen.Beispiele hierfürsind ein arithmetisches Mittel, ein geometrisches Mittel und einharmonisches Mittel.
    [0016] Dievorangehend erläutereExtrapolationsfunktion kann eine beliebige Extrapolationsfunktion, wieetwa eine lineare Extrapolationsfunktion, sein, welche an die gemessenenKoordinaten des Tastkopfes oder davon abgeleitete Werte auf geeignete Weiseangepasst wird. Als geeignete Anpassung kann beispielsweise dieMethode der kleinsten Quadrate oder eine andere Methode gewählt werden.
    [0017] DasKoordinatensystem, in dem die Oberfläche des Werkstücks bestimmtwird, kann das gleiche Koordinatensystem sein, in dem die Koordinatendes Tastkopfes bestimmt werden, wenn die Tastspitze mit den jeweiligenKontaktkräftenan der Werkstückoberfläche anliegt.Diese Koordinaten könnenallerdings auch verschieden sein. So ist es beispielsweise möglich, dassdie Koordinaten des Tastkopfes jeweils in einem unkorrigiertem Koordinatensystemdes Koordinatenmessgerätesbestimmt werden, bei welchem die Koordinatenwerte im wesentlichenunkorrigierten Skalenablesungen von relativ zu einander verlagerbarenKomponenten des Koordinatenmessgeräts entsprechen. Das Koordinatensystem,in welchem die Koordinate der Werkstückoberfläche bestimmt wird, kann danninsbesondere ein korrigiertes Koordinatensystem sein, welches hinsichtlichGeometriefehlern und Deformationen von Komponenten des Koordinatensystemrechnerisch korrigiert ist.
    [0018] DieErfindung umfasst ferner ein Koordinatenmessgerät, mit welchem das vorangehenderläuterteVerfahren zum Antasten der Werkstückoberfläche ausführbar ist, und die Erfindungumfasst auch ein computerlesbares Medium, welches ein Programm speichert,welches eine Steuerung eines Koordinatenmessgeräts ausführen kann, um das vorangehenderläuterteVerfahren zum Antasten der Werkstückoberfläche mit diesem Koordinatenmessgerät auszuführen.
    [0019] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbeizeigt:
    [0020] 1 eineperspektivische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts zur Ausführung einer Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrens,
    [0021] 2 eineschematische Darstellung zur Funktion des mit dem Koordinatenmessgerät gemäß 1 ausführbarenVerfahrens und
    [0022] 3 eineschematische Darstellung von Messwerten, welche bei der Ausführung desmit dem Koordinatenmessgerätgemäß 1 ausgeführten Verfahrengemessen werden.
    [0023] EinKoordinatenmessgerät 1 zurAusführung eineserfindungsgemäßen Verfahrenszum Antasten eines Werkstücksist in 1 schematisch in perspektivische Darstellung gezeigt.Das Koordinatenmessgerät 1 umfassteinen Sockel 3 mit Standfüßen 5 und einer Werkstückhalterung 7,auf der ein zu vermessendes Werkstück 9 angebracht ist.Beidseits der Werkstückhalterung 7 erstreckensich an dem Sockel 3 Streben 11, 12 nachoben, welche zwei beidseits der Werkstückhalterung 7 angeordneteund in einer horizontalen y-Richtung eines Koordinatensystem 10 desKoordinatenmessgeräts 1 sicherstreckende Längsführungen 13, 14 tragen.In einer x-Richtungeines Koordinatensystems 10 und senkrecht zu den Längsführungen 13, 14 erstrecktsich eine Querführung 15,welche an den Längsführungen 13, 14 iny-Richtung verschiebbar gelagert ist. Hierzu ist an einem Ende derQuerführung 15 ein Führungsprofil 17 vorgesehen,welches die Längsführung 14 vonoben U-förmigumgreift und an welchen mehrere Luftkissen 19 vorgesehensind, mit denen die Querführung 15 ander Längsführung 14 abgestützt ist.Mit ihrem anderen Ende ist di Querführung 15 mit einemweiteren Luftkissen 20 auf der Oberseite der Längsführung 13 abgestützt. Durcheinen in 1 nicht gezeigten motorischenAntrieb kann die Querführung 15 iny-Richtung verschoben werden, wobei eine entsprechende Verschiebestellung über einenan dem Sockel 3 festgelegten Maßstab 23 und einenzugehörigenan dem Führungsprofil 17 festgelegtenSensor 21 abgelesen wird.
    [0024] Ander Querführung 15 ist über einFührungsprofil 25 eineVertikalführung 30 inx-Richtung verschiebbar gelagert, wo bei eine Verschiebestellungwiederum übereinen an der Querführung 15 angebrachtenMaßstab 29 undeinen an dem Führungsprofil 25 festgemachtenSensor 31 abgelesen wird. An der Vertikalführung 30 isteine in eine z-Richtung des Koordinatensystems 10 sicherstreckende Stange 32 in z-Richtung verlagerbar gehaltert. EinMotor 33 ist vorgesehen, um die Position der Stange 33 in z-Richtungzu ändern,und ein Sensor 34 erfasst die Position der Stange 32 inz-Richtung relativzu einem Maßstab 35.
    [0025] Aneinem unteren Ende der Stange 32 ist ein Tastkopf 36 festangebracht, welcher einen Taststift 37 mit einer Tastspitze 39 trägt. DerTaststift 37 ist hierbei an dem Tastkopf in einer Ruhelagegehaltert und aus dieser gegen eine Kraft auslenkbar. Eine Auslenkungdes Taststifts 37 aus dessen Ruhelage wird durch in demTastkopf 36 enthaltene Sensoren erfasst. Der Tastkopf 36 kannhierzu einen herkömmlichenAufbau haben, wie er beispielsweise in GB 1 429 973 oder WO 02/090877 A2beschrieben ist.
    [0026] DasKoordinatenmessgerät 1 umfasstferner einen Steuercomputer 41 zur Ansteuerung der Motorenzur Verlagerung der Querführung 15 iny-Richtung, des Führungsprofils 25 inx-Richtung und der Stange 32 inz-Richtung, zum Auslesen der Sensoren 21, 31 und 34 undzum Auslesen der die Auslenkung des Taststifts 37 aus seinerRuhelage erfassenden Sensoren. Somit kann die Steuerung 41 den Tastkopf 36 derartverlagern, dass die Tastspitze 39 mit einer Oberfläche deszu vermessenden Werkstücks 9 inKontakt kommt. Der Kontakt zwischen der Tastspitze 39 undder Werkstückoberfläche kann hierbeidadurch erfasst werden, dass die Auslenkung des Taststifts 37 ausseiner Ruhelage einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.Eine Koordinate eines Punktes bzw. einer Position der Werkstückoberfläche, ander die Tastspitze 39 mit dieser in Kontakt steht, kanndann aus den von dem Steuercomputer 41 erfassten Sensorsignalenin dem Koordinatensystem 10 errechnet werden.
    [0027] Dasdurch den Steuercomputer 41 ausgeführte Verfahren zum Antastendes Werkstücks 9 wirdnachfolgend anhand der 2 beispielhaft näher erläutert. DasWerkstück 9 bestehtaus einem Sockel 43, welcher eine flexible Kunststoffplatte 45 haltert,die sich in einer yz-Ebene des Koordinatensystems 10 erstreckt.Die Platte 45 weist eine Dicke d auf, und eine in 2 rechteOberfläche 44 derselbenist an einer Koordinate x0 des Koordinatensystems 10 angeordnet.Eine Messaufgabe soll nun darin bestehen, festzustellen, ob sämtlicheOrte auf dieser Oberflächeder Platte 45 an der Koordinate x0 angeordnetsind. Hierzu wird die Tastspitze 39 zunächst an einer Kontaktposition 47 mitder Oberfläche 44 in Kontaktgebracht, wobei eine von Null verschiedene Kontaktkraft durch dieTastspitze 39 auf die Platte 45 ausgeübt wird.Diese Kontaktkraft führtdazu, dass die Platte 45 verbogen wird, wie dies in 2 mit durchgezogenerLinie dargestellt ist. Hierbei ist ein Ausmaß der Durchbiegung in 2 zurVerdeutlichung übertriebendargestellt. Allerdings führtauch eine geringe Durchbiegung der Platte 45 dazu, dass auseiner Bestimmung der Position der Tastspitze 39 in demKoordinatensystem 10 die Oberflächenkoordinate x0 derOberfläche 44 ander Kontaktposition 47 nicht unmittelbar bestimmt werdenkann.
    [0028] Mitgestrichelten Linien ist in 2 eine Situationdargestellt, in der die Tastspitze 39 mit der Oberfläche 44 geradein Kontakt steht, hierbei allerdings auf diese keine Kontaktkraftausübt.In dieser Situation erstreckt sich der Taststift 37 entlangder z-Achse des Koordinatensystems 10 und befindet sichdamit in seiner Ruhelage. In 2 ist dieFunktion des Tastkopfes 36 schematisch dargestellt, indemder Taststift 37 an dem Tastkopf 36 über einGelenk 51 schwenkbar gehaltert und durch Federn 49 in seinerRuhelage gehalten ist. Eine Auslenkung des Taststifts 37 ausder Ruhelage wird übereinen von dem Steuercomputer 41 ausgelesenen Sensor 53 erfasst.In 2 ist die Auslenkung der Tastspitze 39 in x-Richtungaus der Ruhelage um δxschematisch dargestellt. Allerdings ist in der Realität auch eine Auslenkungin die y- und z-Richtung möglichund überentsprechende Sensoren erfassbar.
    [0029] Aufgrundder Wirkung der Federn 49 führt die Auslenkung δx der Tastspitze 39 ausder Ruhelage dazu, dass die Tastspitze 39 mit der der Auslenkung δx entsprechendenKontaktkraft gegen die Oberfläche 44 drückt. Sofernder Zusammenhang zwischen Ausdehnung δx und erzeugter Kontaktkraft inetwa bekannt ist, kann der Steuercomputer 41 den Tastkopf 36 relativzu der Werkstückhalterung 7 derartverlagern, dass die Tastspitze 39 an der Kontaktposition 47 miteiner gewünschtenKontaktkraft gegen die Fläche 44 derPlatte 45 drückt,wie dies in 2 mit durchgezogenen Liniendargestellt ist. In dieser Situation können die Koordinate x des Tastkopfes 36 indem Koordinatensystem 10 und die Auslenkung δx der Tastspitze 39 durchAuslesen der entsprechenden Sensoren des Koordinatenmessgerätes 1 gemessenwerden. Es ist allerdings nicht möglich, daraus unmittelbar dieKoordinate x0 der Oberfläche 44 mit hoher Genauigkeitzu errechnen.
    [0030] Deshalbwerden nacheinander verschiedene Werte der Kontaktkraft eingestellt,indem der Messkopf 36 in x-Richtung verlagert wird, sodass sich die in 2 gezeigte Größe Δx ändert. Beieiner jeden eingestellten Kontaktkraft wird die Position des Messkopfes 36 indem Koordinatensystem 10 erfasst. Diese Abfolge ist in 3 schematischdargestellt.
    [0031] Eswerden nacheinander 7 Positionen des Messkopfes 36 in x-Richtung angefahren:sobald ein Kontakt zwischen der Tast spitze 39 und der Fläche 44 erfasstwird, wird die Strecke Δxerhöht,bis eine Kontaktkraft F1 erreicht ist. Indieser Position I werden die Koordinate des Messkopfes 36 unddie Auslenkung δxder Tastspitze 39 in dem Koordinatensystem 10 gemessenund daraus die Koordinate x1 der Tastspitze 39 errechnet.Danach wird die Kontaktkraft auf einen Wert F2 erhöht, in dieserPosition II werden die Koordinate des Tastkopfes und die Auslenkung δx der Tastspitze 39 gemessenund daraus die Koordinate x2 der Tastspitze 39 errechnet.Daraufhin wird die Kraft nacheinander auf die Werte F3 undF4 erhöht,und jeweils die Koordinate des Tastkopfes 36 und die Auslenkung δx der Tastspitze 39 gemessen. Darauswerden Koordinaten x3 bzw. x4 derTastspitze errechnet. Daraufhin wird die Kraft nacheinander durchVerringern des Wertes Δxauf die Werte F3, F2 undschließlichF1 verringert, und in entsprechenden PositionenV, VI, bzw. VII werden jeweils Koordinaten des Tastkopfes 36 undAuslenkungen δxder Tastspitze gemessen. Hieraus werden Koordinaten x5,x6 bzw. x7 der Tastspitzebei den KräftenF3, F2 und F1 errechnet.
    [0032] Aus 3 istersichtlich, dass die Koordinaten x1 undx7 voneinander verschieden sind, obwohl diesebei der gleichen Kontaktkraft F1 gemessenwurden. Ebenso sind die Koordinaten x2 undx6 und die Koordinaten x3 undx5 voneinander verschieden, obwohl sie beiden gleichen KontaktkräftenF2 bzw. F3 gemessenwurden. Dies ist darauf zurückzuführen, dassdie Platte 45 nicht perfekt elastisch ist und damit derenAuslenkung einer gewissen Hysterese unterliegt, und darauf dassdie Änderungder Auslenkung des Taststifts 37 aus seiner Ruhlage einergewissen Reibung unterworfen ist, so dass die Einstellung einergewünschtenKontaktkraft ebenfalls einer gewissen Hysterese unterworfen ist.
    [0033] Umnun die gesuchte Koordinate x0 der Oberfläche 44 derPlatte 45 zu errechnen, wird zunächst eine Gerade 57 derarterrechnet, dass die Summe der Quadrate der Abstände der Punkte I, II und IIIvon dieser Geraden minimal ist. Sodann wird eine Gerade 59 derarterrechnet, dass eine Summe der Quadrate der Abstände der Punkte V, VI, VII von dieserGeraden minimal ist. Die Gerade 57 wird extrapoliert zudem Wert der Kontaktkraft F = 0. Dort ergibt sich für die Koordinatedes Messkopfes 36 ein Wert x'. Die Gerade 59 wird ebenfallsextrapoliert zu F = 0. Dort ergibt sich die Koordinate x'' des Messkopfes 36. Die Koordinatenwertex' und x'' werden arithmetisch gemittelt, unddas Ergebnis der Mittelung wird als Wert x0 für die gemesseneKoordinate x0 der Oberfläche 44 der Platte 45 ander Kontaktposition 47 verwendet und von dem Steuercomputer 41 ausgegeben.
    [0034] Indem vorangehend erläutertenBeispiel wurde an die Punkte I, II und III bzw. V, VI, VII jeweils eineGerade angepasst. Es ist auch möglich,an die Messpunkte andere Funktionen anzupassen, wie beispielsweiseeine Parabel oder andere Polynome. Ferner wurden in dem vorangehenderläutertenBeispiel sieben verschiedene Kontaktkräfte eingestellt, wobei Paarevon Kontaktkräftenauf einem Hinweg und einem Rückweggleich waren. Es ist jedoch auch möglich, eine andere Anzahl vonKontaktkräftenanzufahren, wobei diese auf dem Hin- und Rückweg nicht gleich sein müssen. DasEinstellen der Kontaktkraft kann hierbei gezielt erfolgen, indemder Messkopf so lange in eine Richtung bewegt wird, bis eine gewünschte Krafterreicht ist. Es ist jedoch auch möglich, den Messkopf schrittweiseoder kontinuierlich in eine Richtung zu bewegen, ohne hierbei die Bewegungvon einer gemessenen Kontaktkraft abhängig zu machen. Eine zusätzlicheVerlagerung des Messkopfs in die Richtung führt dann automatisch, je nachOrientierung der angetasteten Oberfläche, zu einer Erhöhung bzw.Erniedrigung der Kontaktkraft. Die Bewegung kann dabei auch kontinuierlicherfolgen, und die Erfassung der Koordinate des Tastkopfes und/oderder Auslenkung der Tastspitze erfolgt während der fortschreitendenBewegung an Positionen der Verlagerung, welche vorbestimmt seinkönnenoder sich aufgrund anderer Parameter, wie etwa einer limitiertenAusleserate der Sensoren, ergeben.
    [0035] Indem vorangehend erläutertenBeispiel wurde an Punkte des Hinwegs eine Funktion angepasst undan Punkte des Rückwegseine zweite Funktion angepasst, und die Extrapolationen der Funktionenwurden gemittelt. Es ist jedoch auch möglich, zuerst eine Mittelungund dann eine Extrapolation durchzuführen, in dem beispielsweisedie Punkte I und VII gemittelt werden, die Punkte II und VI gemitteltwerden und die Punkte III und V gemittelt werden und durch diesesgemittelten Punkte eine Funktion, wie beispielsweise eine Geradegelegt wird, welche dann zur Kraft F = 0 extrapoliert wird, um denWert x0 zu erhalten.
    [0036] Indem vorangehend erläutertenBeispiel ist das Werkstückein weiches Werkstück,welches beim Antasten mit einer Kontaktkraft nachgibt. Es ist jedochauch möglich,harte Werkstückemit dem angegebenen Verfahren anzutasten, da es das Verfahren erlaubt,bei einer verbleibenden Hysterese des Tastkopfes die Genauigkeitzu erhöhen.
    [0037] Indem vorangehend erläutertenVerfahren wird die Kontaktkraft zunächst erhöht und dann wieder verringert.Es ist jedoch auch möglich,ausgehend von einer bereits eingestellten großen Kontaktkraft diese zu verringernund nachfolgend wieder zu erhöhenund auf die jeweils gewonnenen Messwerte die Prinzipien der Erfindunganzuwenden.
    [0038] Zusammenfassendwerden bei einem Verfahren zum Antasten einer Werkstückoberfläche nacheinanderverschiedene Kontaktkräftezwischen einer Tastspitze eines Koordinatenmeßgeräts und der Werkstückoberfläche eingestellt.Hierbei wird die Kontaktkraft zunächst erhöht und dann wieder verringertoder zunächstverringert und dann wieder erhöht.
    [0039] Ausjeweils gemessenen Koordinatenwerten wird ein Koordinatenwert derOberflächedes Werkstückserrechnet.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Verfahren zum Antasten einer Oberfläche (44) einesWerkstücks(9) mit einem Koordinatenmessgerät (1), welches eineWerkstückhalterung(7) zur Aufnahme des anzutastenden Werkstücks (9),einen relativ zu der Werkstückhalterungräumlichverlagerbaren Tastkopf (36), und eine an dem Tastkopf getrageneTastspitze (39) umfaßt,wobei das Verfahren umfaßt – Verlagerndes Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung derart, daß die Tastspitzemit der Oberflächedes Werkstücksan einer Kontaktposition (47) in Kontakt tritt und an diesermit einer ersten Kontaktkraft (F1) anliegt,und Bestimmen einer ersten Koordinate (x1)des Tastkopfes in einem ersten Koordinatensystem (10) desKoordinatenmeßgeräts; – Verlagerndes Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung unter Beibehaltendes Kontakts der Tastspitze mit der Oberfläche an der Kontaktpositionderart, daß dieTastspitze an der Oberflächemit einer zweiten Kontaktkraft (F4) anliegt;und – Verlagerndes Tastkopfes relativ zu der Werkstückhalterung unter Beibehaltendes Kontakts der Tastspitze mit der Oberfläche an der Kontaktpositionderart, daß dieTastspitze an der Oberflächemit einer dritten Kontaktkraft (F1) anliegt,und Bestimmen einer zweiten Koordinate (x7)des Tastkopfes in dem ersten Koordinatensystem des Koordinatenmeßgeräts; wobeidie zweite Kontaktkraft (F4) größer istoder kleiner ist als die erste Kontaktkraft (F1)und die dritte Kontaktkraft (F7), und wobeidas Verfahren ferner umfaßt: – Bestimmeneiner Koordinate (x0) der Oberfläche desWerkstücksan der Kontaktposition in einem zweiten Koordinatensystem des Koordinatenmeßgeräts in Abhängigkeitvon wenigstens der ersten Koordinate (x1)und der zweiten Koordinate (x7) des Tastkopfes.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Koordinate (x0) der Oberfläche des Werkstücks fernerin Abhängigkeitvon Auslenkungen (δx)der Tastspitze relativ zu dem Tastkopf bei der Bestimmung wenigstenseiner Koordinate (x1, x2)des Tastkopfs bestimmt wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmender Koordinate (x0) der Oberfläche des Werkstücks eineBildung eines Mittelwertes aus wenigstens einem in Abhängigkeitvon der ersten Koordinate (x1) des Tastkopfesbestimmten Wertes (x') undeinem in Abhängigkeitvon der zweiten Koordinate (x7) des Tastkopfesbestimmten Wertes (x'') umfaßt.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassendBestimmen einer dritten Koordinate (x4)des Tastkopfes in dem ersten Koordinatensystem, wenn die Tastspitzean der Oberflächemit der zweiten Kontaktkraft (F4) anliegt,und wobei das Bestimmen der Koordinate der Oberfläche desWerkstücksferner in Abhängigkeitvon der zweiten Koordinate des Tastkopfes erfolgt.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen derKoordinate der Oberflächedes Werkstücks fernerein Bestimmen einer Extrapolationsfunktion (57, 59)in Abhängigkeitvon der Kontaktkraft (F) umfaßt.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen derKoordinate der Oberflächedes Werkstücks einBestimmen der Koordinate der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeitvon einer Auswertung der Extrapolationsfunktion für einenWert der Kontaktkraft von Null umfaßt.
    [7] Koordinatenmeßgerät umfassend: eineWerkstückhalterungzur Aufnahme eines anzutastenden Werkstücks, einen relativ zuder Werkstückhalterungräumlichverlagerbaren Tastkopf, eine an dem Tastkopf getragene Tastspitze,und eine Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, mit dem Koordinatenmeßgerät das Verfahrennach einem der Ansprüche1 bis 6 auszuführen.
    [8] Computerlesbares Medium, welches Programmdaten speichert,durch welche eine Steuerung eines Koordinatenmeßgeräts kontrollierbar wird, um mitdem Koordinatenmeßgerät das Verfahrennach einem der Ansprüche1 bis 6 auszuführen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004007968B4|2006-02-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-15| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-08-03| 8364| No opposition during term of opposition|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004007968A|DE102004007968B4|2004-02-18|2004-02-18|Verfahren zum Antasten eines Werkstücks mit einem Koordinatenmessgerät|DE102004007968A| DE102004007968B4|2004-02-18|2004-02-18|Verfahren zum Antasten eines Werkstücks mit einem Koordinatenmessgerät|
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