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DE19720049A1 - Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerätes sowie Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerätes sowie Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens

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DE19720049A1
DE19720049A1 DE1997120049 DE19720049A DE19720049A1 DE 19720049 A1 DE19720049 A1 DE 19720049A1 DE 1997120049 DE1997120049 DE 1997120049 DE 19720049 A DE19720049 A DE 19720049A DE 19720049 A1 DE19720049 A1 DE 19720049A1
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DE
Germany
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coordinate measuring
probe
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movement
measuring machine
Prior art date
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Application number
DE1997120049
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DE19720049B4 (de
Inventor
Heinz Roehr
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Hexagon Metrology GmbH
Original Assignee
Leitz Brown and Sharpe Messtechnik GmbH
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Publication date
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Application filed by Leitz Brown and Sharpe Messtechnik GmbH filed Critical Leitz Brown and Sharpe Messtechnik GmbH
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    • B25J17/0208—Compliance devices
    • B25J17/0216—Compliance devices comprising a stewart mechanism
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung ei­ nes motorischen Koordinatenmeßgerätes sowie ein Koordina­ tenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Stand der Technik gehören Koordinatenmeßgeräte, welche aus einem Stativ, einem Tastsystem, einer häufig se­ paraten Versorgungs- und Steuereinheit, zumeist einem transportablen Bedienpult und einem oft ebenfalls separaten Auswerterechner bestehen. Zur Lösung der Aufgabe, den Tast­ kopf meßbar relativ zum Werkstück zu bewegen, besteht das Stativ bei einem Koordinatenmeßgerät konventioneller Bauart aus drei senkrecht aufeinander aufbauenden Linear-Achsen, die eine translatorische Bewegung des Tastkopfes mit drei Freiheitsgraden relativ zum Werkstück realisieren.
Bei vielen Meßaufgaben reichen die drei translatori­ schen Freiheitsgrade jedoch nicht aus. So ist beispiels­ weise bei Messungen an Werkstücken mit schraubenartiger Form eine Drehachse günstig, zum Teil sogar unabdingbar für eine praxisgerechte Durchführung der Messung. Auch wenn an einem Werkstück in verschieden orientierten Bohrungen ge­ messen werden soll, so kann entweder für jede Bohrungsori­ entierung ein eigener Taster eingewechselt beziehungsweise in einem Tasterbaum angeordnet werden, oder ein einziger Taster mit Hilfe einer Drehschwenkeinrichtung jeweils ent­ sprechend orientiert werden. Da manche Tastköpfe nur leichte, einfache Taster zulassen und ein Tasterwechsel zeitaufwendig ist, ist der Gebrauch von Drehschwenkeinrich­ tungen zur Orientierung des Tasters oder des Tastkopfes weit verbreitet, obwohl dadurch häufig Genauigkeit und Dy­ namik des Koordinatenmeßgerätes eingeschränkt werden.
Bei der Verwendung von optischen Sensoren, deren Achse nahezu senkrecht zur Werkstückoberfläche orientiert werden muß, ist bei einem konventionellen Koordinatenmeßgerät der Einsatz einer Drehschwenkeinrichtung, die zwei zusätzliche Freiheitsgrade bietet, unumgänglich. Wünschenswert ist bei Sensoren mit nichtrotationssymmetrischer Charakteristik, wie bei den meisten Triangulationssensoren, ein zusätzli­ cher dritter rotatorischer Freiheitsgrad, die Rotation um die Längsachse des Sensors, um die Beobachtungsrichtung des Sensors mit Bezug zur Oberflächenstruktur zu orientieren.
Ein weiteres Beispiel für eine Meßaufgabe, bei der drei translatorische Freiheitsgrade nicht ausreichen, ist die Antastung von tiefen, engen Bohrungen in einem Werk­ stück. Hierbei tritt häufig das Problem auf, daß nicht nur die Tastkugel Kontakt mit dem Werkstück hat, sondern daß häufig auch der Schaft, auf dem die Tastkugel angeordnet ist, das Werkstück berührt. Da diese Schaftantastungen vermieden werden sollen, werden enge Bohrungen derart angetastet, daß der Taststift schräg antastet, so daß die Tastkugel mit dem Werkstück in Berührung kommt, daß aber eine Schaftberührung mit dem Werkstück vermieden wird. Diese Antastung kann nur mit einem Koordinatenmeßgerät durchgeführt werden, welches wenigstens zwei rotatorische Freiheitsgrade aufweist.
Es sind Koordinatenmeßgeräte bekannt, die mehr als die drei translatorischen Freiheitsgrade aufweisen, insbeson­ dere solche in Gelenkarm- oder Hexapodbauweise (DE 195 34 535.5). Besonders vorteilhaft ist aus den obengenannten Gründen hierbei eine Bauweise, die alle drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgrade für die Relativbewegung von Tastkopf und Werkstück zuläßt.
Hierbei tritt jedoch das Problem auf, daß, anders als bei einem konventionellen kartesischen Koordinatenmeßgerät, auch für die Ausführung einer geometrisch einfachen Bewe­ gung in der Regel eine gekoppelte Bewegung mehrerer Achsen stattfinden muß. Die Bedienung eines Koordinatenmeßgerätes mit allen sechs Freiheitsgraden stellt daher besondere An­ forderungen. Insbesondere erschwert die Verknüpfung von ro­ tatorischen und translatorischen Bewegungen und das Fehlen erkennbarer Drehachsen die praktische Nutzung der rotato­ rischen Freiheitsgrade.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zur Steuerung eines Koordina­ tenmeßgerätes mit mehr als einem rotatorischen Freiheits­ grad, vorzugsweise mit drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden anzugeben, das es gestattet, alle Freiheitsgrade vorteilhaft zur Lösung von Meßaufgaben einzusetzen, wobei die Bedienung nicht mehr Unterschiede zu der Bedienung eines konventionellen Koordinatenmeßgerätes aufweist als unbedingt notwendig. Insbesondere soll auch eine Betriebsart ermöglicht werden, die sich in der Bedie­ nung von der eines konventionellen Koordinatenmeßgerätes nicht unterscheidet. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 sowie durch die Merkmale der Ansprüche 15 oder 17 gelöst.
Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerätes mit mehr als einem rotatorischen Freiheitsgrad eine Aufspaltung der allgemeinen Bewegung des Tastkopfes relativ zum Werkstück in eine translatorische und eine rotatorische Bewegung vor­ genommen wird, und daß die Aufspaltung unabhängig von den Antriebsachsen gewählt werden kann, ist eine einfache Be­ dienung des Koordinatenmeßgerätes unter Ausnutzung sämtli­ cher Freiheitsgrade möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Einsatz bestehender Meßprogramme für konventionelle Koordinatenmeß­ geräte sowie die Ausführung von Messungen zum Nachweis der Genauigkeit des Koordinatenmeßgerätes gemäß für konventi­ onelle Koordinatenmeßgeräte aufgestellten Normen. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Koordi­ natenmeßgeräten mit weniger als sechs Freiheitsgraden in bestimmten Fällen vorteilhaft.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei einem motorisch angetriebenen Koordinatenmeßgerät die Sollwerte für die Bewegung des Tastkopfes relativ zum Werkstück einer Transformation unterworfen, aufgrund derer die einzelnen Achsen so angesteuert werden, daß der Tastkopf die ge­ wünschte Bewegung ausführt. Die Sollwerte werden dabei bei­ spielsweise durch ein automatisch ablaufendes Programm (CNC-Betrieb), durch direkte Tastatureingabe oder auch über Steuerhebel (Handbetrieb) eingegeben. Im CNC-Betrieb werden in der Regel Positionen und Orientierungswinkel für den Tastkopf vorgegeben, im Handbetrieb kartesische und/oder Winkelgeschwindigkeiten.
Die allgemeine Bewegung eines starren Körpers im Raum läßt sich beschreiben als Translation und Rotation mit je­ weils drei Freiheitsgraden. Die Translation kann aus drei Translationen jeweils in Richtung kartesischer Koordinaten­ achsen zusammengesetzt werden, und die Rotation kann aus drei aufeinander folgenden Drehungen um festgelegte Achsen aufgebaut werden. Der Betrag und die Richtung der Trans­ lation hängt dabei von der Lage der Drehachsen ab.
Erfindungsgemäß können Lage und Richtung der Drehach­ sen für die Ausführung einer rotatorischen Bewegung in einer der konkreten Aufgabe angepaßten Weise gewählt wer­ den. Soll beispielsweise zur Vermeidung von Schaftanta­ stungen die Richtung des Taststiftes geändert werden, wäh­ rend dieser in eine Bohrung eingesenkt ist, so wird als Zentrum der Drehbewegung der Tastkugel-Mittelpunkt gewählt oder ein Punkt der Taststiftachse. Bei rotationssymme­ trischen Werkstücken kann hierfür ein Punkt auf der Symme­ trieachse des Werkstückes günstig sein. In der Regel wird es jedoch vorteilhaft sein, wenn der Drehpunkt mit dem aktuellen Tastkugel -Mittelpunkt zusammenfällt.
Erfindungsgemäß wird die Lage und Richtung der Dreh­ achsen von Hand gewählt, oder sie werden automatisch einge­ stellt. Die Lage und Richtung der Drehachsen werden vor­ teilhaft einmal für jeden Meß- oder Lernlauf oder nur für einen Meß- oder Lernlauf oder nur für einen Teil davon oder nur für jede einzelne rotatorische Bewegung festgelegt.
Da bei einem Koordinatenmeßgerät mit sechs Freiheits­ graden, beispielsweise bei einem Koordinatenmeßgerät der unten beschriebenen Hexapodbauweise, in der Regel die rota­ torische Stellung des Tastkopfes bezüglich Rotation um seine eigene Achse schwer erkennbar ist, muß die Definition der Drehachsen für die Handsteuerung hiervon möglichst un­ abhängig sein. Als Parameter für die Beschreibung der rota­ torischen Bewegung werden daher Azimut und Elevation der Tastkopfachse bezüglich einer Basisebene des Koordinaten­ meßgerätes sowie die Eigenrotation des Tastkopfes um die Tastkopfachse bevorzugt und als Geschwindigkeitsparameter die zeitliche Ableitung dieser Winkel. Die Basisebene des Koordinatenmeßgerätes ist beispielsweise die Werkstückauf­ nahme oder auch eine kinematische Basisfläche, etwa die Ebene der Anlenkpunkte der Hexapodenbeine.
Die Geschwindigkeitsparameter für die rotatorische Be­ wegung werden durch dieselben Bedienelemente eingegeben wie die für die translatorische Bewegung, wobei die Bedien­ elemente umschaltbar sind. Die Geschwindigkeitsparameter für die rotatorische Bewegung können erfindungsgemäß aber auch durch unterschiedliche Bedienelemente eingegeben wer­ den. Die Bedienelemente sind vorteilhaft als Steuerhebel ausgebildet. Es sind aber auch andere Bedienelemente denk­ bar, beispielsweise ein Modell des Tastkopfes oder der Plattform eines Hexapod-Koordinatenmeßgerätes, das direkt die Vorgabe der Orientierung und/oder der Position des Tastkopfes im Raum oder auch der translatorischen und/oder rotatorischen Geschwindigkeiten erlaubt.
Erfindungsgemäß werden bei einer rotatorischen Bewe­ gung, wenn der Drehpunkt im Tastkugel-Mittelpunkt liegt, keine Antastpunkte aufgenommen. Nach Ausführung einer rota­ torischen Bewegung oder vor einer erneuten Anpassung oder bei Auswertung der entsprechenden Meßpunkte wird eine An­ passung des Meßsystems an die Orientierung des Tastkopfes vorgenommen oder verrechnet, beispielsweise ein Tasterge­ wichtsausgleich, eine Tasterlagekorrektur oder eine der Orientierung entsprechende Biegungskorrektur.
Durch Tastendruck oder Software-Kommando ist in jeder translatorischen Position die Rückkehr zur rotatorischen Null-Stellung bezüglich der Eigenrotation des Tastkopfes oder bezüglich aller Winkel-Freiheitsgrade möglich.
Bei translatorischer Bewegung ist die Bedienung gleich der eines konventionellen Koordinatenmeßgerätes ohne rota­ torische Freiheitsgrade. Dieser Modus kann für Hand- und auch für CNC-Betrieb vorgegeben werden.
Das Koordinatenmeßgerät kann eine Überwachung des Meß­ volumens mit Software-Endschaltern aufweisen, die der je­ weiligen translatorischen und rotatorischen Stellung ange­ paßt reagieren. Die Software-Endschalter lassen eine abge­ stufte Reaktion, je nach Betriebsart (Hand- oder CNC-Steue­ rung, langsame oder schnelle Fahrt, Positionieren oder An­ tasten) zu.
Das Koordinatenmeßgerät ist vorteilhaft ein Koordina­ tenmeßgerät in Hexapodbauweise, in Hexapodbauweise mit ein­ geschränkten Freiheitsgraden oder in Gelenkarmbauweise, ge­ gebenenfalls mit zusätzlichem Drehtisch und/oder Dreh­ schwenkeinrichtung.
Das Koordinatenmeßgerät kann aber auch ein kartesi­ sches Koordinatenmeßgerät mit Drehschwenkeinrichtung sein, gegebenenfalls mit zusätzlichem Drehtisch.
Die Aufspaltung der allgemeinen Bewegung des Tastkop­ fes relativ zum Werkstück in eine translatorische und eine rotatorische Bewegung, wobei die Aufspaltung unabhängig von den Antriebsachsen wählbar ist, gilt für Automatik- oder Halbautomatikbetrieb oder für die Handsteuerung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt.
Die Figur zeigt ein Hexapod-Koordinatenmeßgerät (1) mit einem Gehäuse (2) und einer Grundplatte (3). Auf der Grundplatte (3) ist ein Werkstück (4) angeordnet, sowie eine Tasterwechseleinrichtung (5) und eine Kalibrierkugel (6).
Darüber hinaus sind auf der Grundplatte (3) längenver­ änderliche Beine (7 bis 12) allseitig schwenkbar gelagert angeordnet.
Die längenveränderlichen Beine (7 bis 12) sind bei­ spielsweise mittels Hydraulikzylindern in der Länge ver­ änderbar.
Die Beine (7 bis 12) tragen eine Plattform (13), wel­ che wiederum einen Ausleger (14) trägt, an welchem ein Tastkopf (16) angeordnet ist.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung der er­ findungsgemäßen Aufgabenstellung für das Koordinatenmeßge­ rät (1) in Hexapodbauweise beschrieben. Dieses Verfahren läßt sich in analoger Weise auf andere Koordinatenmeßgeräte mit rotatorischen Freiheitsgraden anwenden, etwa auf ein Koordinatenmeßgerät in Gelenkarmbauweise oder auch auf ein kartesisches Koordinatenmeßgerät mit Dreh- Schwenk-Ein­ richtung.
Bei dem im folgenden beschriebenen bevorzugten Ver­ fahren wird die Translation des Tastkopfes (16) des Koor­ dinatenmeßgerätes durch die kartesischen Koordinaten (x, y, z) des Mittelpunktes einer Tastkugel (15) in einem beliebi­ gen kartesischen Koordinatensystem (KS1) beschrieben, das fest mit der Werkstückauflage (Maschinenkoordinatensystem) oder dem Werkstück (Objektkoordinatensystem) verbunden ist.
Es werden folgende Vektoren eingeführt (kursiv ge­ schriebene Zeichen stellen Vektoren dar):
x = (x, y, z)T Vektor vom Ursprung von KS1 zum Tastkugel -Mittelpunkt;
pi Vektor vom Ursprung von KS1 zum Basis-Anlenkpunkt von Bein i, i = 1 bis 6;
li Vektor vom Basis-Anlenkpunkt von Bein i zum Plattform-Anlenkpunkt von Bein i, i = 1 bis 6;
qi Vektor vom Plattform-Anlenkpunkt von Bein i zum Tastkugel-Mittel­ punkt, i = 1 bis 6;
D Drehmatrix zur Beschreibung der Orientierung der Plattform;
Qi = DT.q Vektor vom Plattform-Anlenkpunkt von Bein i zum Tastkugel-Mittel­ punkt in einer definierten "Null­ stellung" der Plattform, i = 1 bis 6.
Qi und qi beziehen sich auf den jeweils aktuellen Tast­ kugel-Mittelpunkt, das heißt, nach einem Tasterwechsel oder bei Benutzung eines anderen Tasters aus demselben Taster­ baum wird Qi von der Steuerung automatisch angepaßt. Die pi und Qi sind der Steuerung zu jedem Zeitpunkt bekannt.
Die folgenden Rechnungen gelten für ein geometrisch ideales Koordinatenmeßgerät in Hexapodbauweise; bei einem realen Koordinatenmeßgerät sind Abweichungs-Vektoren einzu­ führen, die beispielsweise die Abweichung der Lage der Ba­ sispunkte der Beine von der Soll-Lage beschreiben.
Es gilt dann die grundlegende Beziehung:
x = pi + li + D.Qi, i = 1, . . ., 6 (1).
Für die Steuerung der sechs Freiheitsgrade sind im wesentlichen drei verschiedene Aufgabenstellungen zu unterscheiden:
1. Positionieren
Hierbei sind x und D vorgegeben, der Vektor x durch die kartesischen Koordinaten der Zielposition des Tastkugel- Mittelpunktes und die Drehmatrix D in bekannter Weise durch die Zielorientierung der Plattform. Die sechs Beinlängen
li = |li|, i = 1, . . ., 6,
sind zu berechnen, und durch Ansteuerung der entspre­ chenden Antriebe ist die vorgegebene Position zu errei­ chen. Hierfür folgt aus Gleichung (1):
li = |x - pi - D.Qi|, i = 1, . . ., 6.
Um bei einer translatorischen Positionierung Vorgaben für die Bahn, die beispielsweise geradlinig verlaufen soll, einzuhalten, können entsprechende Zwischenpunkte berechnet werden. Ebenso können bei einer rotatorischen Positionierbewegung Zwischenorientierungen der Plattform berechnet werden. Dabei kann vorgegeben werden, ob translatorische und rotatorische Bewegungen voneinander getrennt oder gleichzeitig durchgeführt werden.
2. Antasten: a) Antasten mit einem schaltenden Tastkopf
Aus den im Moment des Antastens gemessenen sechs Beinlängen li, . . ., l6ist die Position x des Mittel­ punktes der aktuellen Tastkugel (15) zu berechnen. Dies ist aus Gleichung (1) nicht geschlossen möglich. Es sind aber Näherungs- und Iterations-Verfahren bekannt, um solche Problemstellungen zu lösen (E. M. Mikhail, F. Ackermann, Observations and Least Squares, New York 1976). Die Position x des Tastku­ gel-Mittelpunktes im Moment des Antastens ist dann der weiteren Auswertung durch Standardmeßsoftware zugänglich, um beispielsweise Korrekturen, wie Tastkugel-Radiuskorrektur oder Werkstück-Temperatur­ kompensation oder Transformationen in weitere Koordi­ natensysteme, durchzuführen und geometrische Elemente zu berechnen.
b) Antasten mit einem messenden Tastkopf
Mit einem messenden Tastkopf wird bei Berührung des Werkstücks in einem Intervall eine Kennlinie aufge­ nommen, aus der der Antastpunkt berechnet wird. Dabei kann jede einzelne, auf li bezogene Kennlinie ausge­ wertet und danach die obige Umrechnung durchgeführt oder für jeden Meßwert die obige Umrechnung durchge­ führt und danach die so ermittelte Kennlinie ausge­ wertet werden. In beiden Fällen wird eine Position x des Tastkugel-Mittelpunktes (15) ermittelt, die, wie oben beschrieben, der weiteren Auswertung zugänglich ist.
3. Handsteuerung
Bei Handsteuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerä­ tes wird entweder ein handgesteuerter Meßlauf durchge­ führt oder ein CNC-gesteuerter Meßlauf "gelernt". Hier­ bei werden translatorische oder rotatorische (Winkel-) Geschwindigkeiten durch Auslenkung von Steuerhebeln vorgegeben, woraus die sechs Beinlängen-Änderungsge­ schwindigkeiten zu berechnen und die sechs Antriebe ent­ sprechend anzusteuern sind. Aus Gleichung (1) folgt durch Ableitung:
dli/dt = dx/dt - dD/dt.Qi
und daher als Beinlängen-Änderungsgeschwindigkeit
dli/dt = (x - pi - D.Qi).(dx/dt - dD/dt.Qi)/li,
wobei li und x, wie unter Punkt 1 und Punkt 2 beschrie­ ben, berechnet und dx/dt und dD/dt unter Verwendung der Steuerhebelauslenkungen bestimmt werden. Dabei sind jeweils relativ grobe Näherungswerte ausreichend.
Zur Entlastung des Bedieners werden translatorische und rotatorische Bewegungen des Tastkopfes getrennt.
a) Handsteuerung translatorischer Bewegungen
In dieser Betriebsart haben die Steuerhebel dieselben Funktionen wie bei einem konventionellen Koordinaten­ meßgerät, die Winkelgeschwindigkeiten der Plattform sind Null:
dD/dt = 0.
Auch die übrigen Funktionen des Koordinatenmeßgerätes sind weitgehend dieselben wie bei einem konven­ tionellen Koordinatenmeßgerät. Wenn die Durchführung bestimmter Messungen an Normen gebunden ist, die für kartesische Koordinatenmeßgeräte erstellt wurden, sollten diese Messungen in diesem Modus durchgeführt beziehungsweise gelernt werden. Derselbe Modus kann auch für den CNC-Betrieb des Koordinatenmeßgerätes gewählt werden. Dann ist die Ausführung von Meßpro­ grammen, die auf kartesischen Koordinatenmeßgeräten erstellt wurden, möglich, ebenso wie umgekehrt die Erstellung von Meßprogrammen für konventionelle Koordinatenmeßgeräte auf einem Hexapod-Koordinaten­ meßgerät.
b) Handsteuerung rotatorischer Bewegungen
Nach Umschaltung der Steuerhebelfunktionen werden mit den Steuerhebeln Winkelgeschwindigkeiten oder andere äquivalente Parameter vorgegeben. Es ist dann:
dx/dt = 0,
das heißt, der Drehpunkt ist hier der jeweils aktu­ elle Tastkugel-Mittelpunkt. Dies bedeutet, daß den vom Bediener veranlaßten Drehbewegungen solche Trans­ lationsbewegungen der Plattform überlagert werden, daß der Tastkugel-Mittelpunkt bezüglich KS1 ortsfest bleibt. In diesem Modus ist dann keine Antastung mög­ lich. Nach erneutem Umschalten können wieder transla­ torische Bewegungen gesteuert werden.
Die Qi legen den Drehpunkt fest. Wenn ein anderer Drehpunkt als der aktuelle Tastkugel-Mittelpunkt gewählt werden soll, so sind für rotatorische Bewegungen alle Qi um einen entsprechenden Vektor zu ergänzen; bei einem zum Werkstück festen Drehpunkt ist dieser Vektor von der trans­ latorischen Stellung der Plattform abhängig, aber für die jeweilige rotatorische Bewegung fest.
Winkelparameter, die bei einem im wesentlichen hori­ zontalen Tastkopf bei Handsteuerung für die meisten Meßauf­ gaben besonders günstig sind, sind Azimut und Elevation der Tastkopfachse und Eigenrotation des Tastkopfes um diese Achse. Bei einem im wesentlichen vertikalen Tastkopf wer­ den, um die Singularität bei senkrechter Stellung zu ver­ meiden, Azimut und Elevation, bezogen auf eine senkrechte Ebene, bevorzugt. Die Eigenrotation des Tastkopfes ist auch dann der dritte Parameter. Es können aber auch andere Para­ meter, etwa Euler-Winkel, verwendet werden.
Dieses Verfahren ermöglicht ein besonders einfaches Steuern aller Freiheitsgrade eines Koordinatenmeßgerätes in Hexapodbauweise, um diese für die Lösung von Meßaufgaben einzusetzen. Die Tatsache, daß im Gegensatz zu konventio­ nellen Koordinatenmeßgeräten mit Drehachsen hier keine phy­ sikalischen Drehachsen vorgegeben sind, wird durch Wahl des Tastkugel-Mittelpunktes als Drehpunkt genutzt. Falls not­ wendig, können auch andere Drehpunkte oder sich nicht schneidende Drehachsen, beispielsweise werkstück- oder raumfeste Drehachsen vorgegeben werden. Dann kann auch ein Antasten im rotatorischen Modus erlaubt sein.
Bezugszeichenliste
1
Koordinatenmeßgerät
2
Gehäuse
3
Grundplatte
4
Werkstück
5
Tasterwechseleinrichtung
6
Kalibrierkugel
7
bis
12
Beine
13
Plattform
14
Ausleger
15
Tastkugel
16
Tastkopf
x Vektor

Claims (24)

1. Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordina­ tenmeßgerätes mit mehr als einem rotatorischen Freiheits­ grad, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die allgemeine Bewegung des Tastkopfes relativ zum Werkstück in eine translatorische und eine rotatorische Bewegung aufgespalten wird,
  • - daß die Aufspaltung unabhängig von den Antriebsachsen wählbar ist,
  • - daß die translatorische Bewegung und die rotatorische Be­ wegung des Tastkopfes durch geeignete Koordinaten be­ schrieben werden,
  • - daß die Antriebe des. Koordinatenmeßgerätes durch eine Steuerung des Koordinatenmeßgerätes entsprechend in den gewählten Koordinaten gegebenen oder in die gewählten Koordinaten umgerechneten Sollwerten angesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungsvektoren eingeführt werden, die ein reales Koordinatenmeßgerät (1) wiedergeben und daß die Abwei­ chungsvektoren bei der Steuerung der Bewegung des Koordina­ tenmeßgerätes (1) berücksichtigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspaltung für Automatikbetrieb oder Halbautoma­ tikbetrieb oder bei Handsteuerung vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und/oder die Richtung der Drehachsen unabhän­ gig von den Antriebsachsen gewählt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und/oder die Richtung der Drehachsen von Hand gewählt werden oder automatisch eingestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und/oder die Drehachsen für einen Meß- oder Lernlauf oder für einen Teil des Meß- oder Lernlaufes oder für jede einzelne rotatorische Bewegung oder einmal gene­ rell für jeden Meß- oder Lernlauf festgelegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und/oder Richtung der Drehachsen im Maschinen- oder im Werkstück-Koordinatensystem festgelegt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen durch den Mittelpunkt einer jeweils aktuellen Tastkugel (15) oder durch einen Referenzpunkt am Tastkopf (16) oder durch einen genäherten Antastpunkt oder durch einen Punkt auf einer Symmetrieachse des Werkstückes verlaufen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für die Beschreibung der rotatorischen Bewegung Azimut und Elevation der Tastkopfachse bezüglich einer Basisebene des Koordinatenmeßgerätes und die Eigen­ rotation des Tastkopfes um die Tastkopfachse verwendet wer­ den, und daß als Geschwindigkeitsparameter die zeitliche Ableitung dieser Winkel verwendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer rein rotatorischen Bewegung keine Antast­ punkte aufgenommen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausführung einer rotatorischen Bewegung oder vor einer erneuten Antastung oder bei Auswertung der entspre­ chenden Meßpunkte eine Anpassung des Meßsystems an die Ori­ entierung des Tastkopfes vorgenommen oder verrechnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tastergewichtsausgleich, eine Tasterlagekorrektur und/oder eine der Orientierung entsprechende Bie­ gungskorrektur vorgenommen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder translatorischen Position eine Rückkehr zur rotatorischen Null-Stellung bezüglich der Eigenrotation des Tastkopfes oder bezüglich aller Winkelfreiheitsgrade durch­ führbar ist, und daß die Durchführung durch Tastendruck oder Software-Kommando gestartet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienung des Koordinatenmeßgerätes (1) bei trans­ latorischer Bewegung gleich der Bedienung eines konventio­ nellen Koordinatenmeßgerätes ohne rotatorische Freiheits­ grade ist.
15. Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koor­ dinatenmeßgerät (1) ein Koordinatenmeßgerät in Hexapodbau­ weise, ein Koordinatenmeßgerät in Hexapodbauweise mit ein­ geschränkten Freiheitsgraden oder ein Koordinatenmeßgerät in Gelenkarmbauweise ist.
16. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät (1) einen zusätz­ lichen Drehtisch und/oder eine Drehschwenkeinrichtung auf­ weist.
17. Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koor­ dinatenmeßgerät als ein kartesisches Koordinatenmeßgerät mit Drehschwenkeinrichtung ausgebildet ist.
18. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät einen zusätzli­ chen Drehtisch aufweist.
19. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15 oder 17 da­ durch gekennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät (1) Be­ dienelemente für die Eingabe der Geschwindigkeitsparameter für die rotatorische Bewegung und für die Eingabe der Ge­ schwindigkeitsparameter für die translatorische Bewegung aufweist, und daß die Bedienelemente umschaltbar ausgebil­ det sind.
20. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät (1) Be­ dienelemente für die Eingabe der Geschwindigkeitsparameter für die rotatorische Bewegung aufweist, und daß weitere Bedienelemente für die Eingabe der Geschwindigkeitspara­ meter für die translatorische Bewegung vorgesehen sind.
21. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 19 oder 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bedienelemente als Steuer­ hebel ausgebildet sind.
22. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 19 oder 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bedienelemente als Modell des Koordinatenmeßgerätes zur Vorgabe von jeweils drei Parame­ tern für Position, Orientierung, translatorischer Ge­ schwindigkeit oder Drehgeschwindigkeit ausgebildet sind.
23. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 15 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät (1) Soft­ ware-Endschalter für die Überwachung des Meßvolumens auf­ weist, und daß die Software-Endschalter als auf die jewei­ lige translatorische und rotatorische Stellung der Platt­ form angepaßt reagierende Endschalter ausgebildet sind.
24. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Software-Endschalter als eine abge­ stufte Reaktion je nach Betriebsart zulassende Endschalter ausgebildet sind.
DE1997120049 1997-05-14 1997-05-14 Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerätes sowie Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens Revoked DE19720049B4 (de)

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DE1997120049 DE19720049B4 (de) 1997-05-14 1997-05-14 Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerätes sowie Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens

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DE1997120049 DE19720049B4 (de) 1997-05-14 1997-05-14 Verfahren zur Steuerung eines motorischen Koordinatenmeßgerätes sowie Koordinatenmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens

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DE19720049A1 true DE19720049A1 (de) 1998-11-19
DE19720049B4 DE19720049B4 (de) 2006-01-19

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