DE4439578C1

DE4439578C1 - Verfahren zum Auswerten von Sensorsignalen sowie Tastkopf zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4439578C1
Application number: DE19944439578
Authority: DE
Inventors: Falk Dipl Ing Dettmar
Original assignee: Leitz Messtecknik GmbH
Current assignee: Hexagon Metrology GmbH
Priority date: 1994-11-05
Filing date: 1994-11-05
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2014-11-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von Sensorsignalen bei Koordinatenmeßmaschinen, bei dem ein messender Tastkopf Antastsignale liefert sowie einen Tastkopf zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Stand der Technik gehören messende Tastköpfe gemäß der DE-PS 23 56 030, die ein analoges Ausgangssignal liefern.

Bei den zum Stand der Technik gehörenden Auswerteverfahren ist es notwendig, daß der Auslenksensor ein analoges Signal liefert, das direkt proportional, das heißt linear zur Auslenkung ist, und daß der Offset des Signales gleich Null ist, das heißt, daß der mechanische Nullpunkt dem elektrischen Nullpunkt entspricht.

Hierdurch werden sehr hohe Anforderungen an den Tastkopf mit dem Sensor gestellt. Das bedeutet, daß Tastköpfe mit derartigen Sensoren sehr aufwendig und sehr teuer sind.

Die zum Stand der Technik gehörenden Sensoren, die ein analoges Ausgangssignal liefern, weisen darüber hinaus den Nachteil auf, daß sie bei einem Defekt oder bei einer Koordinatenmeßmaschine, die mit mehreren Tastköpfen arbeitet, nur unter großem Aufwand auswechselbar sind. Bei diesen zum Stand der Technik gehörenden Sensoren ist es notwendig, vor Ort am Tastkopf eine Kalibrierung vorzunehmen, damit das analoge Signal proportional zur Auslenkung ist und der Offset gleich Null ist. Es ist also bei jedem Austausch eines zum Stand der Technik gehörenden Tastkopfes erforderlich, einen Abgleich an die nachfolgende Elektronik durchzuführen. Dieser Abgleich kann nur vor Ort an der Koordinatenmeßmaschine erfolgen. Das bedeutet, daß Service-Techniker diesen Abgleich beim Kunden durchführen müssen.

Durch den erforderlichen Abgleich bei jeder Auswechs lung des Tastkopfes kann eine Koordinatenmeßmaschine, die mit mehreren, das heißt unterschiedlichen Tastköpfen arbei tet, keine vollautomatische Auswechslung des Tastkopfes vornehmen.

Darüber hinaus haben Tastköpfe, die ein analoges Signal liefern, den Nachteil, daß die analoge Signalüber tragung der erzeugten, sehr schwachen Signale über mehrere Meter, beispielsweise bis zu 10 Metern, sehr störanfällig ist.

Gemäß der US-PS 4,530,159 ist es bekannt, mit einem Taststift eine Längenmessung durchzuführen. Die Verschie bung des Taststiftes wird mittels eines digitalen elektri schen Längenmeßsystems ermittelt. Ebenso wird die radiale Abweichung zur Z-Achse im X-Y-Koordinatensystem mit digita len elektrischen Längenmeßsystemen bestimmt.

Das digitale Meßsystem, das in dieser Entgegenhaltung beschrieben ist, hat den Nachteil, daß nur eine begrenzte Auflösung - repräsentiert durch den kleinsten möglichen Meßschritt - zur Verfügung steht. Analoge Meßsysteme erlau ben eine kontinuierliche Messung und damit eine theoretisch unendlich große Auflösung. Die anschließende Digitalisie rung durch einen Analog-Digitalwandler ist hierbei kein Nachteil, weil dessen Auflösung über die Anzahl der von ihm verarbeiteten BITs frei wählbar ist.

Die in der Entgegenhaltung US-PS 4,530,159 offenbarte Verwendung von Gittermaßstäben hat den weiteren Nachteil, daß sie inkremental arbeiten, das heißt, ohne eine Refe renzfahrt ist der absolute Betrag der Tastkopfauslenkung nicht bekannt. Dies ist zum Beispiel dann von Nachteil, wenn das Koordinatenmeßgerät eingeschaltet wird, während sich der Tastkopf im ausgelenkten Zustand befindet. Die Steuerung des Koordinatenmeßgerätes ist dann mangels Infor mation über die Richtung und den Betrag dieser Auslenkung nicht in der Lage, automatisch freizufahren. Bei analogen Weggebern ist hingegen die Auslenkrichtung und ihr Betrag über den analogen Meßwert - üblicherweise eine Gleichspan nung - bekannt.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung von Sensorsignalen sowie einen Tastkopf anzugeben, bei dem die genannten Nachteile nicht auftreten.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und/oder die Merkmale des Anspruches 6 gelöst.

Dadurch, daß der Tastkopf erfindungsgemäß digitale Si gnale liefert, kann der Tastkopf für sich, unabhängig von der Koordinatenmeßmaschine, kalibriert werden. Diese Kali brierung kann am Herstellungsort vorgenommen werden und muß nicht mehr notwendigerweise direkt an der Koordinatenmeßma schine vor Ort vorgenommen werden.

Hierdurch ist es möglich, daß die Koordinatenmeßmaschine eine Auswechslung von Tastköpfen vollautomatisch vornimmt, da eine Kalibrierung beim Wechsel entfällt.

Weiterhin kann der Tastkopf zwischen verschiedenen Meßgeräten ausgetauscht werden, ohne daß jeweils eine Kalibrierung vorgenommen werden muß.

Der erfindungsgemäße Tastkopf kann darüber hinaus wie ein Taster in jedem beliebigen Magazinfach eines Tastermagazins gelagert werden.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß nicht so hohe Anforderungen an den Tastkopf zu stellen sind. Der Auslenksensor muß lediglich ein stetiges und monotones Signal liefern, welches mit Hilfe von Korrekturdaten zu einem linearen Signal mit einem Offset gleich Null korrigiert werden kann.

Die Sensoren in dem erfindungsgemäßen Tastkopf können somit preiswerte Sensoren sein, wie Feldplattenfühler, Hallsensoren, Lichtschrankensignale verarbeitende Sensoren, Dehnungsmeßstreifen, induktive oder kapazitive Sensoren.

Darüber hinaus ist eine digitale Signalübertragung auch bei sehr schwachen Signalen wesentlich einfacher und preiswerter vorzunehmen als bei analogen Signalen. Hierdurch wird eine bessere Störfestigkeit sowie ein besseres Signal-/Rauschverhältnis erreicht. Außerdem ist keine "qualitativ gute" Niederfrequenzsignalleitung (NF-Signalleitung) notwendig.

Bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf wird ein elektronischer Abgleich durchgeführt. Dieser Abgleich ist exakter und genauer durchzuführen als der Abgleich bei einem Tastkopf, der ein analoges Signal liefert. Bei einem zum Stand der Technik gehörenden Tastkopf, der ein analoges Signal liefert, ist ein mechanischer Abgleich erforderlich, der mit Hilfe von Potentiometern durchgeführt wird und der subjektiv, das heißt vom Menschen eingestellt wird. Hierbei tritt jeweils ein subjektiver Fehler auf beim Ablesen der Potentiometer. Dieser Fehler entfällt bei dem erfindungsgemäßen Tastkopf.

Dadurch, daß der erfindungsgemäße Tastkopf beliebig auswechselbar ist, ohne bei jeder Auswechslung eine Kalibrierung durchführen zu müssen, kann der Tastkopf auch vom Benutzer und nicht ausschließlich von einem Service-Techniker ausgewechselt werden.

Die Kalibrierung des erfindungsgemäßen Tastkopfes erfolgt dadurch, daß das Sensorsignal gegen eine Referenz gemessen wird. Die Eichkurve, beziehungsweise deren Koeffizienten (Polynom n-ter Ordnung) werden im Tastkopf beispielsweise in einem EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory; löschbarer, programmierbarer Nur-Lesespeicher) gespeichert. Diese Korrekturdaten können vor jeder Messung eingelesen werden, so daß der Tastkopf eine lineare Kennlinie mit einem Offset gleich Null aufweist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

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

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1;

Fig. 3 eine Kennlinie eines Tastkopfes.

Fig. 1 zeigt einen Tastkopf (1), der eine Tastspitze (2) trägt. Die Tastspitze (2) tastet ein Werkstück (3) an.

Die Sensorsignale, die der Tastkopf (1) liefert, werden über Datenleitungen (4, 5) an eine nachfolgende Elektronik (6) weitergeleitet. Der Tastkopf (1) weist hierzu digitale Schnittstellen (15) auf.

Fig. 2 zeigt den Tastkopf (1), der Sensoren (7) aufweist. Die analogen Daten der Sensoren (7) werden an einen A/D-Wandler (8) über eine Leitung (9) weitergegeben.

Um die nicht-lineare Kennlinie des Tastkopfes (1), die mit einem Offset belegt ist, zu korrigieren, ist ein Speicher (10) vorgesehen, der Korrekturdaten für die Kennlinie des Tastkopfes (1) gespeichert hat.

Die korrigierten digitalen Sensorsignale werden über Datenleitungen (4, 5) an die nachfolgende Elektronik (6) weitergeleitet und dort ausgewertet.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem eine Kennlinie (13) des Tastkopfes (1) wiedergegeben ist. In dem Diagramm ist die Spannung gegen den Weg aufgetragen.

Durch Korrektur der nicht-linearen Kennlinie (13) des Tastkopfes (1) mit Hilfe von Korrekturdaten, die im Speicher (10) abgespeichert sind, wird mathematisch eine lineare Kennlinie (14), die einen Offset von Null aufweist, erzeugt.

Dadurch, daß mathematisch eine lineare Kennlinie (14) erzeugt wird, sind die Anforderungen an den Tastkopf nicht so hoch, da der Tastkopf (1) keine lineare, sondern lediglich eine stetige und monotone Kennlinie aufweisen muß.

Der Tastkopf (1) ist somit für sich als Tastkopf kalibriert und muß nicht an die nachfolgende Elektronik (6) angepaßt werden.

Bezugszeichenliste

1 Tastkopf
2 Tastspitze
3 Werkstück
4, 5 Datenleitungen
6 Elektronik
7 Sensoren
8 A/D-Wandler
9 Datenleitung
10 Speicher
11, 12 Datenleitungen
13 Kennlinie
14 lineare Kennlinie
15 digitale Schnittstelle

Claims

1. Tastkopf vom messenden Typ zur Erzeugung von Antastsignalen bei Koordinatenmeßmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (1) einen Analog-/Digitalwandler (A/D-Wandler) (8) aufweist.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Tastkopf (1) gelieferten Antastsignale digitale Signale sind.

3. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (1) einen digitalen Speicher (10) für die Korrekturdaten einer Kennlinie (13, 14) des Tastkopfes (1) aufweist.

4. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (1) wenigstens eine digitale Schnittstelle (15) zur nachverarbeitenden Elektronik (6) aufweist.

5. Tastkopf nach Anspruch 1 in der Verwendung bei einer Koordinatenmeßmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (1) automatisch gegen einen anderen digitale Signale liefernden Tastkopf auswechselbar ist.

6. Verfahren zum Auswerten von Sensorsignalen bei Koordinatenmeßmaschinen unter Verwendung eines Tastkopfes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie (13, 14) des Tastkopfes (1) mittels Korrekturdaten eines digitalen Speichers (10) korrigiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturdaten als Korrekturtabelle oder als Koeffizienten eines Polynoms n-ter Ordnung in dem digitalen Speicher (10) gespeichert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie (13, 14) des Tastkopfes (1) zu einer linearen Kennlinie (14) korrigiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie (13, 14) des Tastkopfes (1) derart korrigiert wird, daß der elektrische Nullpunkt des Signales mit dem mechanischen Nullpunkt des Tastkopfes (1) übereinstimmt.