DE19543024A1 - Verfahren zur Messung der Temperatur eines mit Hilfe eines Koordinatenmeßgerätes auszumessenden Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines mit Hilfe eines Koordinatenmeßgerätes auszumessenden Werkstückes.

Die Temperatur des Werkstückes soll bei der Messung der Koordinaten des Werkstückes deshalb bekannt sein, weil das Werkstück bei einer Temperaturänderung seine Längenab­ messungen ändert. Anhand der gemessenen Temperatur können die gemessenen Längen des Werkstückes beispielsweise auf 20°C zurückgerechnet werden.

Die Temperaturmessung eines Werkstückes in einem Koor­ dinatenmeßgerät bereitet häufig Schwierigkeiten, weil be­ rührungslose Messungen, also die Verwendung von Meßfühlern, welche in einem gewissen Abstand vom Werkstück die Strah­ lung des Werkstückes messen, erheblichen fremden Tempera­ tureinflüssen ausgesetzt sind, zum Beispiel der Raumtempe­ ratur oder Strahlungen von anderen Strahlungsquellen, und weil durch die stark oberflächenabhängige Emissivität des Werkstückes nur ein sehr ungenauer Rückschluß von der gemessenen Strahlung auf die Temperatur des Werkstückes möglich ist.

Deshalb mißt man die Temperatur des Werkstückes, vor­ zugsweise im Bereich des anzufahrenden Meßpunktes, mit Tem­ peraturfühlern, welche das Werkstück berühren. Bei der Be­ rührungsmessung wird der Wärmeübergang vom Werkstück auf den Temperaturfühler gemessen. Da der Wärmeübergang nach einer e-Funktion erfolgt, beansprucht er einerseits eine recht lange Zeit, bis eine brauchbare Endtemperatur er­ reicht ist, andererseits wird die wahre Temperatur über­ haupt nicht erreicht, da sich die e-Funktion nur asympto­ tisch dem Endwert nähert.

Derartige Verfahren zur Erfassung der Temperatur von Meßobjekten sind beispielsweise in der europäischen Pa­ tentanmeldung 0 494 377 A1 und in der DE 38 23 373 A1 be­ schrieben.

Eine zusätzliche Unsicherheit entsteht dadurch, daß sowohl bei diesem Verfahren, als auch bei der oben beschrie­ benen Strahlungsmessung, bestenfalls die Temperatur ober­ flächennaher Schichten erfaßt werden kann, während für die Rückrechnung der gemessenen Längen auf die Bezugstemperatur die Innentemperatur des Werkstückes entscheidend ist. Diese unterscheidet sich von der Oberflächentemperatur insbeson­ dere dann, wenn das Werkstück von einem vorhergehenden Ar­ beitsprozeß her eine andere Temperatur als die Umgebung hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, zu genaueren und schnel­ leren Meßergebnissen zu kommen.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß jetzt die Innentemperatur des Werkstückes gemessen wird, beispielsweise in einem Hohlraum des Werk­ stückes, ist eine sichere Rückrechnung der gemessenen Län­ gen auf die Bezugstemperatur möglich. In einem Hohlraum kann der Temperaturfühler die Temperatur berührungslos er­ fassen. Die Messung geht relativ schnell vonstatten, da die auf den Temperaturfühler wirkende Strahlung, beziehungswei­ se der Wärmefluß, praktisch von allen Seiten auf den Sensor einwirkt. Äußere, den Meßwert beeinflussende Faktoren ent­ fallen vollkommen, da diese von der Masse des Werkstückes abgeschirmt werden. Die erfindungsgemäße Messung läßt sich also sehr schnell durchführen, und sie ist darüber hinaus sehr genau.

Dadurch, daß die Temperaturmessung in einem Hohlraum stattfindet, spielt die Emissivität der Oberfläche keine Rolle, da sowohl die Hohlraumstrahlung als auch die Tempe­ ratur der im Hohlraum befindlichen Luft davon weitgehendst unabhängig sind. Der Temperaturmeßwert ist daher auch davon unabhängig, über welchen Prozeß (Wärmestrahlung, -strömung oder -leitung) die Temperaturmessung erfolgt. Der Sensor kann daher ein in konventionellen Temperaturfühlern verwen­ deter Draht oder Chip sein, bei dem etwa über einen tempe­ raturabhängigen Widerstand die Temperatur im Hohlraum ge­ messen wird. Ein solcher Sensor muß sich über die erwähnten Prozesse selbst an die Temperatur des Hohlraumes annähern und sollte daher auf möglichst geringe thermische Trägheit ausgelegt sein. Die Temperaturmessung kann aber auch als direkte Messung der Hohlraumstrahlung erfolgen; eine solche Messung ist sehr schnell und unterliegt nicht den Störun­ gen, denen konventionelle, das heißt äußere Strahlungstem­ peraturmessungen ausgesetzt sind.

Wenn die Temperaturmessung ohne Berührung der Werk­ stückoberfläche erfolgt, unterliegt der Temperaturfühler auch keinem Verschleiß und keiner Verschmutzung.

Eine Höhlung oder Bohrung ist in fast jedem techni­ schen Werkstück von vornherein vorhanden. Sie kann in das Werkstück aber auch besonders eingebracht werden. Die Höh­ lung kann durch eine durchgehende Bohrung gebildet sein, aber auch durch eine Sackbohrung.

Der Temperaturfühler kann manuell, mit einer Hilfsvor­ richtung, oder auch automatisch im Rahmen des Meßlaufes in den Hohlraum eingeführt werden. Der Temperaturfühler kann während der gesamten Messung in dem Hohlraum, zum Beispiel einer Bohrung, verbleiben. Er muß nur dann aus der Bohrung entfernt werden, wenn die Bohrung selbst mit dem Koor­ dinatenmeßgerät ausgemessen werden soll, oder wenn der Temperaturfühler anstelle des Tasters für eine Koordinaten­ messung eingeschaltet wird. In diesem Fall wird zweckmäßig vor der Koordinatenmessung sowie unmittelbar nach der Koordinatenmessung die Temperatur in der Bohrung bestimmt und bei einer Abweichung dieser Temperaturen voneinander eine Interpolation vorgenommen.

Ist keine Bohrung oder Höhlung in dem Werkstück von vornherein vorhanden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine den Meßfühler tragende Haltevorrichtung, beispielsweise eine Klammer oder dergleichen, mit einer entsprechenden Bohrung an das Werkzeug angesetzt werden, die dann während des Meßlaufes am Werkzeug verbleibt und dessen Temperatur annimmt.

Da der Temperaturfühler bei Berührung der Werkstück­ oberfläche beschädigt werden kann, ist dieser gegen Kolli­ sion zu schützen. Hierfür genügt beispielsweise ein um den Sensor angeordneter Drahtbügel.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Werkstück mit eingeführtem Temperaturfühler;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

Gemäß den Figuren ist im Werkstück (10) eine Bohrung (11) vorgesehen. Zur Messung der Temperatur des Werkstückes (10) wird in die Bohrung (11) ein Temperaturfühler (12) eingebracht. Das eigentliche Meßelement ist der Sensor (1). Die elektrischen Anschlüsse des Sensors (1) sind mit (2) bezeichnet. Ein Kabel (3) führt aus der Bohrung (11) heraus zu einem nicht dargestellten Rechner.

Der Sensor (1) ist von mindestens einem Drahtbügel (6) umgeben, so daß er nicht mit der Innenwandung (11a) der Bohrung (11) in Berührung kommen kann.

Der Sensor (1) ist an einer Verlängerung (4) befe­ stigt, welche in die Bohrung (11) eingeführt ist. Die Ver­ längerung (4) trägt Befestigungsmittel (5), beispielsweise einen Gewindestift (13), der am Gerät befestigt werden kann, so daß der Temperaturfühler (12) in der Bohrung (11) unverrückbar gehalten wird.

Bezugszeichenliste

1 Sensor
2 elektrische Anschlüsse
3 Kabel
4 Verlängerung
5 Befestigungsmittel
6 Drahtbügel
10 Werkstück
11 Bohrung
11a Innenwandung der Bohrung (11)
12 Temperaturfühler
13 Gewindestift

Claims (11)

1. Verfahren zur Messung der Temperatur eines mit Hilfe eines Koordinatenmeßgerätes auszumessenden Werk­ stückes, dadurch gekennzeichnet, daß die Innentemperatur des Werkstückes (10) gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum berührungslosen Mes­ sen der Temperatur des Werkstückes (10), dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Temperaturfühler (12) in einen Hohlraum des Werkstückes (10) eingeführt, in dem Hohlraum mit Ab­ stand von dessen Wandung (11a) gehalten wird und die Tempe­ ratur in dem Hohlraum gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hohlraum eine im Werkstück (10) vorhandene Bohrung (11) oder eine Nut verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturmessung ein bei einer Temperaturänderung seinen elektrischen Widerstand änderndes elektrisch leitfä­ higes Material verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturmessung eine bei einer Temperaturänderung sich ändernde Kontaktspannung gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturmessung ein Strahlungssensor verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfüh­ ler (12) gegen Beschädigung bei Kollision mit dem Werkstück geschützt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kollisionsschutz durch wenigstens einen den Sensor (1) umgebenden fest angeordneten oder über einen Schaltkontakt beweglich gelagerten Drahtbügel (6) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Temperaturfühler durch Anhalten der Maschinen­ achse bei Entstehen eines elektrischen Kontaktes zwischen Werkstück und Temperaturfühler (12) gegen Kollision ge­ schützt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (12) an einer Tasterwechselvor­ richtung angebracht ist, so daß der Temperaturfühler vom Koordinatenmeßgerät wie ein Taster eingewechselt, zur Temperaturmessung in den Hohlraum eingeführt, während der Temperaturmessung dort mit Abstand von dessen Wandung gehalten und nach der Temperaturmessung wieder aus dem Hohlraum herausgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor und nach der Koordinatenmessung die Hohlraumtempe­ ratur gemessen wird, daß zwischenzeitlich der Temperatur­ fühler aus der Höhlung entfernt wird, daß während dieses Zeitraumes die Längenmessung durchgeführt wird und die Temperatur im Zeitpunkt der Messung durch Interpolation ermittelt wird.