DE10105194A1 - Prüf-, Mess-oder Fertigungsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüf-, Mess- oder Fertigungsmaschine mit einer Elektronik (1) und mehreren an einem Koppelabschnitt (2.2) einer Haltevorrichtung oder Pinole (2.1) lösbar mit einem Koppelstück (3.1) ankoppelbaren aktiven Messköfpen (3). Eine einfache Anpassbarkeit der Maschine an unterschiedliche Messaufgaben wird dadurch erreicht, dass in dem Koppelstück (3.1) der verschiedenen Messköpfe (3) jeweils gleiche Verbindungsteile und an dem Koppelabschnitt (2.2) eine daran angepasste Verbindungsvorrichtung vorgesehen sind und dass zwischen dem eingesetzten Messkopf (3) und der Elektronik (1) eine Datenübertragungsstrecke (3.12, 2.5) vorgesehen ist (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüf-, Mess- oder Fertigungsmaschine mit einer Elektronik und mehreren an einem Koppelabschnitt einer Haltevorrichtung oder Pinole lösbar mit einem Koppelstück ankoppelbaren aktiven Messköpfen.

Eine derartige Messmaschine zum Vermessen der Oberfläche eines Messobjekts ist in der DE 40 35 075 A 1 angegeben. Bei die ser bekannten Messmaschine weist ein relativ zur Oberfläche des Messobjekts beweglicher Messkopf eine Vielzahl von Sensoren auf, die je eine die Oberfläche des Messobjektes ab­ tastende Tastspitze besitzen. In jedem Sensor ist ein Messwertwandler zur Gewinnung von Tastsignalen enthalten und eine Stell- und Messeinrichtung für eine Positionierung der jeweiligen Tastspitze in Richtung senkrecht zur Ober­ fläche. Der Messkopf ist relativ aufwendig ausgebildet und für eine Vielzahl ver­ schiedenartiger Oberflächen nicht einsetzbar.

Es gibt auch Koordinatenmessmaschinen mit einem Taststift, mit dem das zu vermessende Werkstück berührt wird, um so die Werkstückkoordinaten des Be­ rührpunktes festzustellen. An derartigen taktilen Messmaschinen ist ein auto­ matischer Tasterwechsel üblich. Die Taster befinden sich in einem Tastermaga­ zin und sind entsprechend der jeweiligen Messaufgabe ausgeführt. Die Maschi­ ne wechselt die Taster je nach Messaufgabe automatisch ein. Für genaue, re­ produzierbare Messungen sollen die Taster und ihre Haltevorrichtung an der Ma­ schine mit genau definiertem Lager und Gegenlager versehen sein.

Viele Messobjekte lassen sich mit taktilen Tastern nicht vermessen, weil die Oberfläche z. B. nicht berührt werden darf, plastisch ist oder sich auf dem Tast­ stift ablagert. In solchen Fällen werden andere Messverfahren, wie z. B. op­ tische Verfahren gewählt. Beispielsweise wird in einfachen Fällen ein Trian­ gulations-Punktsensor an der Haltevorrichtung bzw. Pinole der Messmaschine befestigt, und die Messungen werden damit punktweise durchgeführt. Es ist auch möglich, in dem Triangulationssensor einen Scanner zu integrieren und so in jeder Messposition eine ganze Ebene auszumessen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, an der Pinole der Messmaschine eine Kamera mit zugehöriger Beleuchtung zu integrieren. Die Messung erfolgt dann über die Auswertung der aufgezeichneten Oberflächenstruktur mittels Bildverarbeitung, wie z. B. in der DE 42 44 332 C1 gezeigt, bei der die Oberflächengeometrie mittels eines elek­ trischen Feldes auf einer optischen Substanz sichtbar gemacht und dann optisch abgetastet wird.

Nachteilig ist bei derartigen Systemen, dass sie zu wenig anpassungsfähig sind, um mit ihnen verschiedene Messaufgaben zufriedenstellend bewältigen zu kön­ nen. Um flexibler messen zu können, verfügen einige Systeme über Wechselob­ jektive. Die Anbringung der Messköpfe bzw. optischen Sensoren an der Mess­ maschine ist dabei häufig schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüf-, Mess- oder Fertigungsma­ schine der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit der auch komplexe ak­ tive Messköpfe unterschiedlichster Art möglichst einfach eingewechselt werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass in dem Koppelstück der verschiedenen Messköpfe jeweils gleiche Verbindungsteile und an dem Koppelabschnitt eine daran angepasste Verbindungsvorrichtung vorgesehen sind und dass zwischen dem eingesetzten Messkopf und der Elektronik eine Datenübertragungsstrecke vorgesehen ist. Mit diesen Maßnahmen sind unterschiedliche Messköpfe für vielfältige Mess­ aufgaben mit einfachen Maßnahmen an der Prüf-, Mess- oder Fertigungsma­ schine anbringbar, wobei die Datenübertragungsstrecke zwischen dem Mess­ kopf und der Elektronik für die verschiedenen Messköpfe in gleicher Weise ausgenutzt wird. Mit den Daten kann dabei auch eine Kennung des individuellen Messkopfs oder des Messkopftyps für eine Aufzeichnung mittels der Elektronik übertragen werden.

Für einen Austausch der Messköpfe ist vorteilhaft, dass eine Wechselbank vorgesehen ist, in der die Messköpfe für einen automatischen Wechsel ablegbar sind. Die Elektronik in Verbindung z. B. mit einem PC oder einer entsprechenden Bedienereinrichtung kann dabei intelligent ausgebildet sein, wobei sie je nach Messaufgabe die Auswahl eines geeigneten Messkopfs unterstützt oder selbst­ tätig veranlasst.

Die sichere Arbeitsweise wird dadurch begünstigt, dass in die aktiven Mess­ köpfe ein Kollisionsschutz integriert ist.

Mit den Maßnahmen, dass in die Messköpfe eine Triggersignalerzeugungsein­ richtung integriert ist, mit der die Lage des Messkopfes relativ zu einem Prüf-, Mess- oder Fertigungskoordinatensystem zum Zeitpunkt der Messung bestimm­ bar ist, wird erreicht, dass den Messdaten mit einfachen Maßnahmen die ab­ solute Position auf dem Werkstück automatisch zuordenbar ist.

Ist vorgesehen, dass in die Messköpfe eine Auswerteelektronik integriert ist, so kann die Datenübertragung vereinfacht werden, da schon in dem Messkopf eine geeignete Vorverarbeitung und Anpassung der Daten für die Übertragung vorge­ nommen werden kann.

Eine für den Aufbau der Maschine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dass in die Messköpfe eine eigene Energieversorgungseinheit bestehend aus Batterie und/oder Akku integriert ist, wodurch eine Energiezufuhr über die Kop­ pelstelle eingespart wird. Dabei ist für den Betriebsablauf vorteilhaft, dass die Batterie oder der Akku in der Wechselbank mittels einer an den Ablagestellen ausgebildeten Ladevorrichtung ladbar ist.

Alternativ oder zusätzlich kann zur Energieversorgung vorgesehen sein, dass die Energieversorgung der Messköpfe über einen Kontakt im Koppelstück erfolgt.

Verschiedene vorteilhafte Ausbildungen der Datenübertragungsstrecke bestehen darin, dass die Daten über eine Lichtleiter-, eine Infrarot- und/oder eine Funk­ strecke vom eingesetzten Messkopf zur Elektronik der Maschine übertragen werden.

Für eine optimale Anpassung an die Datenübertragungsstrecke bzw. eine stö­ rungsfreie Übertragung sind die Maßnahmen vorteilhaft, dass in den Mess­ köpfen eine Modulationseinrichtung für die Datenübertragung vorgesehen ist.

Verschiedene Ausbildungen für Messköpfe bestehen darin, dass der Messkopf einen optischen, kapazitiven oder induktiven Messaufnehmer zum berührungs­ losen Messen aufweist.

Die Messmöglichkeiten werden dadurch erweitert, dass mindestens ein Mess­ kopf einen optischen Scanner aufweist. Ein einfacher Aufbau des Verstell­ mechanismus ergibt sich dabei dadurch, dass der Scanner ein mit einem elek­ trisch, piezoelektrisch oder magnetisch auslenkbaren Stellelement gekoppeltes optisches Strahl-Ablenkelement und/oder ein Interferometer aufweist.

Eine vorteilhafte Ausbildung, insbesondere eines optischen Messkopfs hinsicht­ lich Energiebedarf und Robustheit wird dadurch erhalten, dass der Messkopf eine Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtdioden aufweist.

Mit den Maßnahmen, dass die Verbindungsteile als jeweils mindestens ein Ein­ rastlager ausgebildet sind und die Verbindungsvorrichtung mindestens eine Rastaufnahme aufweist, werden die Vorgänge beim Abnehmen und Einsetzen der Messköpfe begünstigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Messmaschine in seitlicher Ansicht,

Fig. 2 einen an einer Haltevorrichtung der Messmaschine anzubringenden optischen Messkopf mit einer ersten Datenübertragungsstrecke in seitlicher Ansicht und

Fig. 3 eine weitere Darstellung eines an einer Haltevorrichtung anzubrin­ genden Messkopfs mit einer anderen Ausbildung der Datenüber­ tragungsstrecke.

Fig. 1 zeigt einen typischen Aufbau einer sogenannten Portalmessmaschine. An einer Haltevorrichtung in Form einer Pinole 2.1 ist ein aktiver Messkopf 3 ange­ koppelt. In einem Tasterwechselmagazin 2.6 befindet sich neben einem weite­ ren aktiven Messkopf zusätzlich ein taktiler Taster 4. Eine Übertragung der Da­ ten von dem Messkopf 3 zu einer Steuereinheit bzw. Elektronik 1 erfolgt in die­ sem Beispiel über eine Funkschnittstelle 1.1.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Messkopf 3 mit einem optischen Sensor und Kop­ pelstücken 3.1 zum Anbringen des Messkopfs 3. Der Messkopf 3 wird über einen Koppelabschnitt 2.2 und mindestens ein Koppelstück 3.1 in einer genau definierten Lage zur Pinole 2.1 fixiert. Fig. 2 zeigt einen Aufbau, bei dem eine optische Einheit, bestehend aus einer Kamera mit einem Kamerachip 3.4, einer Beleuchtung 3.5 und einem Objektiv 3.2 auf einer Grundplatte 3.11 befestigt ist. Eine Vorverarbeitung der Daten, Steuerung der Beleuchtung und das Senden der Daten erfolgen durch die Elektronik 1 und über die Antenne 3.6. Mittels eines Kollisionsschutzes 3.3 wird die Anordnung geschützt. Die Energiever­ sorgung der Einheit erfolgt über eine Leitung 2.3 und Kontaktierungsmittel 3.7.

In Fig. 3 ist eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 2 gezeigt. Hier erfolgt die Energieversorgung über Batterien 3.9, die über Kontakte 3.10 während der Ab­ lage in dem Tasterwechselmagazin nachgeladen werden können. Die Datenüber­ tragungsstrecke wird mit einem Lichtleiter 2.5 gebildet, in den die Signale von Empfangs- und Sendeelementen 3.8 über Koppelobjektive 2.4, 3.13 eingekop­ pelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Beleuchtung 3.5 in den Kollisionsschutz 3.3 integriert.

Die Messköpfe 3 können an der Pinole 2.1 auf einfache Weise angekoppelt und abgenommen werden, wobei die Koppelstücke mit als Einrastlager versehenen Verbindungsteilen und die Koppelabschnitte mit daran angepassten Rastauf­ nahmen versehen sein können. Die Messköpfe 3 haben möglichst geringe Mas­ se, um die Messergebnisse nicht zu verfälschen. Zu einem geringen Gewicht trägt auch die angegebene Ausbildung der Datenübertragungsstrecke mit leich­ ten, flexiblen Lichtleitern aus Glas- oder Kunststoff oder in Form einer Infrarot- oder Funkstrecke bei. Sender und Empfänger werden an einer geeigneten Stelle der Messmaschine und des Messkopfs 3 platziert. Zur Beleuchtung des Messob­ jektes, insbesondere in Verbindung mit einem optischen Messkopf 3, sind wegen ihres geringen Gewichts und auch des geringen Energieverbrauchs Leuchtdioden vorteilhaft. Erfolgt die Energieversorgung von der Elektronik 1 aus, so lässt sich die Leitung leicht durch die Pinole 2.1 führen, wie in Fig. 2 gezeigt.

Besitzt der aktive Messkopf einen optischen Scanner, so kann auch das Scan­ nergewicht reduziert werden, indem ein Spiegel oder entsprechendes Abtast­ element mittels eines elektrisch, piezoelektrisch oder magnetisch bzw. elektro­ magnetisch auslenkbaren Stellelements bewegt wird, so dass eine aufwendige Mechanik eingespart wird.

Mittels einer Datenreduktion und Datenaufbereitung bereits in dem Messkopf 3 wird die einheitliche Übertragung über die Datenübertragungsstrecke 3.12, 2.5 vereinfacht und die Zuverlässigkeit verbessert. Beispielsweise kann in dem Messkopf 3 bereits ein Teil einer Bildverarbeitung der von einem fotoelek­ trischen Bildaufnehmer aufgenommenen Signale durchgeführt werden, wodurch die Datenrate erheblich gesenkt wird. Für die Datenübertragung kann in dem Messkopf 3 auch eine Modulationseinrichtung zur Anpassung und Reduzierung der Störanfälligkeit vorgesehen sein, während die Elektronik 1 mit einem ent­ sprechenden Demodulator ausgestattet ist. Auch eine Ergänzung des Messkopfes 3 mit einer Triggereinrichtung zur Messung der absoluten Position auf dem Werkstück und zur Abgabe entsprechender Triggersignale ist günstig, um so die Lage des Messkoordinatensystems relativ zu dem Prüf-, Mess- oder Fertigungskoordinatensystem zum Messzeitpunkt bestimmen zu können.

Ein Messkopf 3 kann auch mit einem aktiven optischen Verfahren arbeiten, bei dem z. B. ein Laserpunkt oder ein Gitter projiziert werden. Auch kann ein Scan­ ner in dem Messkopf 3 integriert sein oder ein Interferometer und für eine op­ tische Abbildung dienende weitere optische Elemente, wie Filter und Objektiv.

Auch nicht optische Messverfahren, wie induktive oder kapazitive Messauf­ nehmer sind einsetzbar.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen darin, dass der Messaufnehmer als Mikromonochromator zur Messung der spektralen Oberflächeneigenschaften, als Kraftsensor zur Messung der Verformbarkeit oder als Sensor zur Messung der Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist. Auch in diesen Fällen werden die aufbereiteten Messsignale über die Datenübertradungsstrecke übermittelt.

Mit den beschriebenen Maßnahmen lassen sich auf einfache Weise jeweils an die Einzelmessungen optimal angepasste Messköpfe 3 einfach und schnell ein­ wechseln, wobei eine sichere Datenübertragung gewährleistet ist. Ein teurer Messkopf, der an möglichst viele denkbaren Messprobleme angepasst ist, wird damit überflüssig.

Claims (15)

1. Prüf-, Mess- oder Fertigungsmaschine mit einer Elektronik (1) und meh­ reren an einem Koppelabschnitt (2.2) einer Haltevorrichtung oder Pinole (2.1) lösbar mit einem Koppelstück (3.1) ankoppelbaren aktiven Mess­ köpfen (3), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Koppelstück (3.1) der verschiedenen Messköpfe (3) jeweils gleiche Verbindungsteile und an dem Koppelabschnitt (2.2) eine daran angepasste Verbindungsvorrichtung vorgesehen sind und dass zwischen dem eingesetzten Messkopf (3) und der Elektronik (1) eine Datenüber­ tragungsstrecke (3.12, 2.5) vorgesehen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselbank (2.6) vorgesehen ist, in der die Messköpfe (3) für einen automatischen Wechsel ablegbar sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die aktiven Messköpfe (3) ein Kollisionsschutz (3.3) integriert ist.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messköpfe (3) eine Triggersignalerzeugungseinrichtung inte­ griert ist, mit der die Lage des Messkopfes (3) relativ zu einem Prüf-, Mess- oder Fertigungskoordinatensystem zum Zeitpunkt der Messung be­ stimmbar ist.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messköpfe (3) eine Auswerteelektronik (3.6) integriert ist.

6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messköpfe (3) eine eigene Energieversorgungseinheit be­ stehend aus Batterie und/oder Akku (3.9) integriert ist.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie oder der Akku in der Wechselbank mittels einer an den Ablagestellen ausgebildeten Ladevorrichtung ladbar ist.

8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Messköpfe (3) über einen Kontakt im Koppelstück (3.1) erfolgt.

9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten über eine Lichtleiter-, eine Infrarot- und/oder eine Funk­ strecke vom eingesetzten Messkopf (3) zur Elektronik der Maschine (1) übertragen werden.

10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Messköpfen (3) eine Modulationseinrichtung für die Daten­ übertragung vorgesehen ist.

11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (3) einen optischen, kapazitiven oder induktiven Messaufnehmer zum berührungslosen Messen aufweist.

12. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messkopf (3) einen optischen Scanner aufweist.

13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner ein mit einem elektrisch, piezoelektrisch oder mag­ netisch auslenkbaren Stellelement gekoppeltes optisches Strahl-Ab­ lenkelement und/oder ein Interferometer aufweist.

14. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (3) eine Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtdioden aufweist.

15. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile (3.1) als jeweils mindestens ein Einrastlager ausgebildet sind und die Verbindungsvorrichtung mindestens eine Rastaufnahme aufweist.