DD150111A1 - DEVICE FOR WAY-POWER COORDINATION AT ANTASTSYSTEMEN - Google Patents
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- DD150111A1 DD150111A1 DD22026380A DD22026380A DD150111A1 DD 150111 A1 DD150111 A1 DD 150111A1 DD 22026380 A DD22026380 A DD 22026380A DD 22026380 A DD22026380 A DD 22026380A DD 150111 A1 DD150111 A1 DD 150111A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Weg-Kraft-Koordinierung an Antastsystemen fuer Tastkoepfe an Koordinatenmeszgeraeten mit dem Ziel, auftretende Stoerquellen auszuschalten und die Meszgenauigkeit zu erhoehen. Die Aufgabe besteht darin, die Meszkraft am Taster in Betrag und Richtung programmierbar zu machen und ueber den Bereich der Tasterauslenkung konstant zu halten. Es sollen eine programmierbare Vorauslenkung des Tasters und eine programmierbare Daempfung der Fuehrungssysteme erreicht werden. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Steuerkreis, bei welchem Einstellmittel fuer den Sollwert der Meszkraft vorgesehen sind, oder durch einen Regelkreis mit Einstellmitteln fuer die Lage einer Tasteraufnahme. Die Einstellmittel sind ueber eine Stromquelle mit einem DC-Linearmotor verbunden. Im Tastkopf ist ein Wegmeszsystem und eine Regelstrecke und Regler vorhanden, durch welche die Weg- und Meszkraft-Sollwerte entsprechend den jeweiligen Antastbedingungen korrigiert werden. Eine dynamische Daempfung des gesamten Systems ist erreichbar.The invention relates to a device for path-force coordination of probing systems for Tastkoepfe on Koordinatenmeszaetena with the aim to eliminate occurring sources Stoerquellen and increase the Meszgenauigkeit. The task is to make the measuring force programmable in magnitude and direction on the probe and to keep it constant over the range of the probe deflection. A programmable deflection of the probe and a programmable damping of the control systems are to be achieved. The invention is characterized by a control circuit, in which adjusting means are provided for the desired value of the measuring force, or by a control circuit with adjusting means for the position of a button recording. The adjustment means are connected via a power source to a DC linear motor. In the probe a Wegmeszsystem and a controlled system and controller is available by which the Weg- and Meszkraft set values are corrected according to the respective probing conditions. A dynamic damping of the entire system is achievable.
Description
Titelt Einrichtung zur Weg-Kraft-Koordinierung an Antastsjstemen Title device for path-force coordination on probing systems
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Weg-Kraft-Koordinierung an Intastsjsteinen, insbesondere für die Meß kraftsteuerung für Tastkopfβ an Koordinatenmeßgeräte·The invention relates to a device for path-force coordination to Intastsjsteinen, especially for the measuring force control for Tastkopfβ to coordinate measuring ·
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen г Bekanntlich stellt das Antastsjstem bei Koordinatenmeßgeräten die notwendige Beziehung zwischen Heßobjekt und Meß-gerät her und beeinflußt deshalb in hohem Maße die Genauigkeit und Schnelligkeit der Messungen· Wesentlich für genaue Messung mit derartigen Meßgeräten ist bei Verwendung von Tastköpfen zur Objektantastung die Weg-Kraft-Beziehung der das Meßobjekt unmittelbar antastenden Taster und dieArt der Übernahme der Meßwerte der Meßs^steme in einer definierten Stellung des Tasters in Bezug auf das Antastejstem· So sind, insbesondere bei Dreikoordinaten-Meßgeräten, Tor- und Kachlauftasts^steme und -taster bekannt· Characteristic of known technical solutions It is well known that probing in coordinate measuring machines establishes the necessary relationship between the Hess object and the measuring device and therefore greatly influences the accuracy and speed of the measurements. The essential factor for accurate measurement with such measuring devices is the use of probing probes Path-force relationship of the probe immediately touching the object to be measured and the way in which the measured values of the measuring elements are adopted in a defined position of the probe with respect to the touch probe. button known ·
Bei den Vorlauftastern wird der Taster in Richtung zum Meßobjekt hin vorausgelenkt, und es erfolgt die Übernahme der Meßwerte der Meßsysteme in der Hullage des Tasters, d· h. wenn der Taster infolge ObjektberOhrung in die Nulllage zurückgedriickt wird· Ein solcher Tastkopf ist in der DD-PS 92.567 beschrieben, welcher mit mehreren Tastern versehen ist, von denen jeder in mindestens zwei Koordi-In the case of the forward buttons, the button is deflected in the direction of the object to be measured, and the measured values of the measuring systems are taken over in the hull position of the button, ie. When the probe is pushed back into the zero position as a result of object obstruction. Such a probe head is described in DD-PS 92.567, which is provided with a plurality of buttons, each of which is arranged in at least two coordinates.
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natenrichtungen auslenkbar ist· Diese Taster sind mit einer vorgebbaren Meßkraft vorausgelenkt« Dieser Tastkopf besitzt Induktionsspulen für jede Meßrichtung zur Erzeugung der Meßkraft und die Rastung der Taster in einer Mittelstellung, wobei diese Spulen über mechanische Mittel mit einem die Taster tragenden Bügel verbunden sind· Durch vorgesehene Wandler werden nach dem Anlegen der Taster an das Meßobjekt von der Entfernung desselben zur Mittelstellung der Taster abhängige Steuersignale erzeugt, mit deren Hilfe der Bremsvorgang des Tastkopfes steuerbar ist· Beim Erreichen der Mittelstellung des Taster wird ein Meßwert ,analoger Positions wert, an vorhandenen Meßsystemen abgenommen·This probe has induction coils for each measuring direction for generating the measuring force and locking the buttons in a central position, these coils being connected by mechanical means to a bracket carrying the buttons Transducers are generated after the application of the probe to the DUT from the distance of the same to the middle position of the button-dependent control signals, with the aid of the braking of the probe is controlled · When reaching the center position of the button, a measured value, analog position worth, taken on existing measuring systems ·
Bei diesem Tastkopf erfolgt eine Hastung bzw· Entrastung eines kardanisch gelagerten KippS3stems durch Hubmagnete and Hasthebel· Über komplizierte Umlenkgetriebe und !federsysteme, die mit der erforderlichen Genauigkeit schwer herstellbar sind, erfolgen die Hastung und die Meßkrafterzeugung· Solch ein System ist für jede Koordinate vorgesehen, und es erfordert einen großen technischen Aufwand und ist außerdem störanfällig·In the case of this probe, there is a lifting or unlatching of a gimballed KippS3stems by lifting magnets and Hasthebel · About complicated Umlenkgetriebe and! Federsysteme, which are difficult to produce with the required accuracy, made the Hastung and the Meßkrafterzeugung · Such a system is provided for each coordinate and it requires a great deal of technical effort and is also prone to failure ·
In dem DS-GM 7.231 ·877 ist ein Tastkopf beschrieben, welcher aus einer torsionssteifen Aneinanderreihung von spiel- und reibungsfreien Federgeradführungen besteht, die ein räumliches Koordinatensystem bilden. Desweiteren sind elektrische Signalgeber für jede Koordinate sowie feiiiverstellbare Präzisionsgesperre und latte1 zur definierten Meßkraftvorgabe vorgesehen· um definierte Meßkräfte zu erzeugen, sind elektronisch gesteuerte Tauchspulen vorge-In DS-GM 7.231 · 877 a probe is described, which consists of a torsionally rigid juxtaposition of play and frictionless Federgeradführungen that form a spatial coordinate system. Furthermore, electric signal transmitters are provided for each coordinate as well as adjustable precision interlocking and latte1 for defined measuring force specification · in order to generate defined measuring forces, electronically controlled immersion coils are provided.
ЗО sehen, deren Bewegungen über Übertragungselemente auf dieЗО see their movements via transmission elements on the
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Tasteraufnahme übertragen «erden· Zum Halten der Tasteraufnahme und damit der Taster in einer definierten Nulllage ist ein Hastgesperrey bestehend aus einem mit einer V-Nut versehenen Bastkörper und einer Rastkugel· Diese Bastgesperre sind zwecks Übereinstimmender Einstellung der Taster sowohl auf den mechanisch-geometrischen als auch auf den elektrischen Nullpunkt· Dazu «erden Signale vorhandener induktiver Meßwertgeber zur motorischen Nachstellung der Raststellung mit einem Elektromotor herangezogen·· To hold the button holder and thus the button in a defined zero position is a Hastgesperre y consisting of a provided with a V-groove bast body and a detent ball · These Bastgesperre are for matching the setting of the probe both on the mechanical-geometric as also on the electrical zero point. In addition, signals of existing inductive transducers are used for the motor adjustment of the detent position with an electric motor.
Auch bei diesem Tastkopf ist der mechanische und elektrische Aufwand groß, und durch die große Zahl miteinander verbundener, zusammenwirkender Teile zur Erzeugung der Meßkraft und zur Verwirklichung einer genauen Hastung der Tasteraufnahme für alle Koordinaten sind Störquellen vorhanden, die die Meßunsicherheit des Tastkopfee heraufsetzen* Da die Federgeradführungen ein schwingungsfähiges System darstellen, sind weiterhin für jede Führung Dampfungselemonte vorzusehen, um unerwünschte Schwingungen allseitig zu verhindern· Im bekannten Tastkopf sind hierzu viskosehjdraulische Elemente vorgesehen·Also in this probe, the mechanical and electrical effort is large, and by the large number of interconnected, cooperating parts to generate the measuring force and to achieve accurate Hastung the button recording for all coordinates sources of interference are present, which increase the measurement uncertainty of the probe head * Since the Federgeradführungen represent an oscillatory system, continue to be provided for each guide Dampfungselemonte to prevent unwanted vibrations on all sides · Viskosehjdraulische elements are provided for this purpose in the known probe ·
Bei weiteren bekannten Ta Steinrichtungen (DE-AS 2*356*030 und DE-4ÄS 2*347*633) erfolgt die Halterung (Fesselung) der Taster in einer Nullage mittels Nuten und Federn* Desweiteren sind mechanische Elemente zur Meßkrafterzeugung vorgesehen* Bei der Antastung des Meßobjektes erfolgt eine Stromkreisunterbrechung, wodurch ein Einzelimpuls für eine automatische Schalteinrichtung zur Abnahme der Meßwerte ausgelöst wird*In other known Ta stone directions (DE-AS 2 * 356 * 030 and DE-4ÄS 2 * 347 * 633), the holder (restraint) of the button is in a neutral position by means of grooves and springs * Furthermore, mechanical elements are provided for Meßkrafterzeugung * In the Touching the object to be measured is a circuit interruption, whereby a single pulse for an automatic switching device to decrease the measured values is triggered *
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Nachteil aller dieser !Tastkopfe ist der große Aufwand, der zur Realisierung einer hohen Reproduzierbarkeit und Vorwählbarkeit der Meßkraft notwendig 1st. So sind z. B. !testsysteme und Systeme zur Meßkrafterzeugung für jede Koordinate erforderlich. Außerdem treten Meßkraftschwan· klingen infolge von Störkräften, die durch die Führungssysteme hervorgerufen werden, auf· Die Schwankung der Meßkraft hat eine unterschiedliche Deformation an den Tastern und am Meßobjekt zur Folge, welche als Meßfehler in die Meßergebnisse э ing eben.Disadvantage of all these probes is the great effort that is necessary to realize a high reproducibility and preselectability of the measuring force. So z. B. test systems and systems for Meßkrafterzeugung required for each coordinate. In addition, measuring force swans occur as a result of disturbing forces caused by the guiding systems. The fluctuation of the measuring force results in a different deformation on the probes and on the object to be measured, which results in measuring errors in the measuring results.
Sa ist Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Tecfrnik zu beseitigen und auftretende Störquellen an Antasts^fstemen auszuschalten und damit die Genauigkeit der mit Tastköpfen ausgeführten Messungen zu erhöhen«It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to eliminate disturbing sources of probing faults and thus to increase the accuracy of the measurements made with probes.
Darlegung des Wesens der Erfindung* Гаг Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Antasts?steinen, insbesondere in Tastkopfen, die Meßkraft in Betrag und Richtung programmierbar zu machen und, sowohl zeitlich als auch Über den gesamten Bereich der Tasteraus lenkung konstant zu halten, eine programmierbare, vor ßtorkräften unabhängige Voraus lenkung der Taster zu erzielen und eine programmierbare Dämpfung der Führungs-83sterne zu erreichen· Principle of the invention * Гаг invention is based on the object at Antasts? Stones, especially in Tastkopfen to make the measuring force in magnitude and direction programmable and, both in time over the entire range of probe deflection to keep it constant, programmable to achieve front-end independent guidance of the probes and achieve programmable attenuation of the guide 83steps
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Einrichtung zur Weg-Kraft-Koordinierung an Antastsjstemen gelöst durch einen Steuerkreis, bei welchem Einstellmittel für den Sollwert der Meßkraft vorgesehen sind, oder durch eisen Regelkreis mit Einstellmitteln für die Lage der Tasteraufnahme, wobei diese Einstellmittel über eineAccording to the invention the object is achieved in a device for path-force coordination of Antastsjstemen by a control circuit, in which adjustment means are provided for the desired value of the measuring force, or by iron control loop with adjustment means for the position of the button recording, said adjusting means via a
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spannongsgesteuerte Stromquelle mit einem an sich bekannten DC-Linearmotor verbunden sind, bei welchem das im Tastkopf angeordnete Wegmeßs^stem einerseits über einen Weg-Eraft-Wandler oder Über eine im oder am Tastkopf angeordneten Bauteile gebildete und beeinflußte Regelstrecke mit dem Ausgang des DC-Line anno tors und andererseits über Verstärker, PID-Regler und/oder Geschwindigkeitsinformationen verarbeitende Glieder mit dem Eingang der spannungsgesteuerten Stromquelle verbunden ist·spannongsgesteuerte power source are connected to a known DC linear motor, in which the arranged in the probe Wegmeßs ^ stem on the one hand via a path-Eraft converter or via a arranged in or on the probe components formed and influenced controlled system with the output of the DC line anno gate and on the other hand via amplifiers, PID controller and / or speed information processing members connected to the input of the voltage-controlled current source ·
Zur Erzielung einer konstanten MeBkraft für die Tasteraufashme mit dem Taster ist ein Steuerkreis, bestehend aus der spannungsgesteuerten Stromquelle, dem DC-Linearmotor, dem Weg-Kraft-Wandler, dem Störinformationen liefernden Wegmeßsjstern und einem Regelverstärker, vorgesehen wobei'Einstellmittel für den Sollwert der Meßkraft über die spannungsgesteuerte Stromquelle mit dem DC-Linearmotor verbunden ist, dessen Ausgang mit dem die Störgroße erzeugenden Weg-Kraft-Wandler verbunden ist, und wobei das Wegaeßsjstem Über den Regelverstärker mit der Stromquelle elektrisch gekoppelt ist·In order to obtain a constant measuring force for the probe imprinting with the probe, a control circuit is provided, consisting of the voltage-controlled current source, the DC linear motor, the displacement-force converter, the distance measuring jamming guide and a control amplifier, provided setting means for the setpoint of the measuring force is connected via the voltage-controlled current source to the DC linear motor, the output of which is connected to the disturbance-large-generating path-to-power converter, and wherein the Wegesßsjstem is electrically coupled via the control amplifier with the power source ·
Zur Erzielung einer definierten Auslenkung und Arretierung der Sasteraufnahme mit dem Taster ist ein Regelkreis vorgesehen, der aus der spannungsgesteuerten Stromquelle, dem BC-Linaarmotor, der Regelstrecke, dem Wegmeßsystem und einem PID-Regler besteht, wobei ein Einstellmittel für den Lasesollwert über den PID-Regler mit der Stromquelle verbunden ist, an deren Ausgang der DC-Linearmotor liegt, und daß die Regelstrecke einerseits mit dem Ausgang des DC-Linearmotors und andererseits mit dem Wegmeßsystem verbunden ist, welches mit dem PID-Regler gekoppelt ist·To achieve a defined deflection and locking of the Sasteraufnahme with the button, a control loop is provided, which consists of the voltage-controlled current source, the BC-Linaarmotor, the controlled system, the position measuring system and a PID controller, wherein an adjustment means for the Lasesollwert on the PID Controller is connected to the power source, at the output of the DC linear motor is located, and that the control path is connected on the one hand to the output of the DC linear motor and on the other hand to the position measuring system, which is coupled to the PID controller ·
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Zur Erzielung einer dynamischen -Dämpfung für die Tasteraufnahme mit dem Taster ist anstelle dee PID-Reglers ein Geschwindigkeitsinforiaa tionen verarbeitendes Glied, vorzugsweise ein D-Regier7 vorgesehen. Ea iat ein Vorteil der Erfindung, daß bei Antasts^stemen, insbesondere für Eoordinatenme£geräte der gerätetechnische Aufwand zur Realisierung einer hohen Reproduzierbarkeit der Meßkraft, einer zuverlässigen Hastung der Tasteraufnahme mit dem daran angeordneten Taster und einer Dämpfung des gesamten Systems wesentlich verringert wird· Desweiteren ist eine Steuerung der Meßkraft und des Dampfungsverhaltens in Abhängigkeit von den Antastbedingungen am Meßobjekt und von den Betriebsarten des gesamten Systems, z· B* Scanning-Be trieb, mit geringes Aufwand erzielbar·To achieve a dynamic damping for the button recording with the button, instead of the PID controller, a speed information processing member, preferably a D-Regier 7 is provided. Ea iat an advantage of the invention that in Antasts ^ stemen, especially for Eoordinatenme ε devices of equipment complexity to realize a high reproducibility of the measuring force, a reliable Hastung the button recording with the arranged thereon button and a damping of the entire system is substantially reduced · Desweiteren is a control of the measuring force and the damping behavior as a function of the contact conditions on the object to be measured and the operating modes of the entire system, z · B * Scanning Be operation, achieved with little effort ·
Es ist ferner möglich, eine exakte Lage des Tasters mittels "fesselung** desselben im Sinne einer Bast, einzustellen und jederzeit auf den Sollwert zu korrigieren· Der entscheidende Torteil gegenüber den bekannten, bei An te st 37 stemen angewendeten mechanischen Hasten liegt darin, daß bei SollkraftUberschreitung bei der Antastung des Meßobjektes Steuersignale gewonnen werden können,die eine Lageregelung der Tasteraufnahme und ein evtl. notwendiges Ausweichen derselben ermöglichen, oder den Vorschub des Antastsjstems in Sichtung zum Meßobjekt hin unterbrechen·It is also possible, an exact position of the probe by means of "captivation ** same in the sense of a bast, set and at any time to correct the target value." The crucial part of the goal over the known, at te sting 37 stemen applied mechanical fasting is that control signals can be obtained in the case of a force exceeding the target value during the probing of the object to be measured, which enable a position control of the probe receptacle and any necessary evasion thereof, or interrupt the advance of the probing system in the direction of the object to be measured.
Auafghrungsbeiapiel: Training program:
Sie Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeiepiel näher erläutert werden· In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. Shown in the drawing
Pig· 1 schematisch den Aufbau des Antastaystems, Hg· 2 das Blockschaltbild des Steuerkreises fürPig x 1 schematically shows the structure of the probing ay stems, Hg · 2 shows the block diagram of the control circuit for
die Meßkrafterzeugungthe Meßkrafterzeugung
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Pig· 3 das Blockschaltbild des Regelkreises fürPig · 3 the block diagram of the control loop for
die Lagefesselung undthe Lagefesselung and
Fig. 4- das Blockschaltbild des RegelkreisesffirFig. 4- the block diagram of the control loop
die Dämpfungthe damping
Das in Hg· 1 schematisch dargestellte Antasts^stem für Tastköpfe umfaßt eine in einem Gehäuse 1 des Tastkopfes z· B· in Blattfedern 2 und 3 verschiebbar angeordnete Tasteraufnahme 4, in welcher ein Taster 5 zur Antastung des Meßobjektes eingesetzt ist· Am Gehäuse 1 ist ein Anker 6 angeordnet, der in eine, mit der Tasteraufnahme verbundene und mit dieser bewegbare Tauchspule 7 eingreift. Anker б und Tauchspule 7 stellen einen DC-Linearootor dar und übernehmen dessen Funktion· Zur Ermittlung der Re la tiνVerschiebung von Tasteraufnahme 4 und Taster und Gehäuse 1 ist vorteilhafterweise ein internes Meßsystem 8, bestehend aus Kern 9 und Spule 10, him Tastkopf vorgesehen· Als Meßs^stem kann beispielsweise ein Differentia ltrafо angewendet werden*The probing probe system shown schematically in FIG. 1 comprises a probe receptacle 4 displaceably arranged in leaf springs 2 and 3 in a housing 1 of the probe head, in which a probe 5 is inserted for probing the object to be measured an armature 6 is arranged, which engages in a, connected to the button recording and movable with this moving coil 7. Anchor and immersion coil 7 represent a DC linear motor and assume its function. To determine the displacement of the probe receptacle 4 and probe and housing 1, an internal measuring system 8, consisting of core 9 and coil 10, is advantageously provided For example, a differential ltrafo can be used *
Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den einzelnen Bauteilen des Tastkopfes nach Hg. 1 in den Figuren 2 bis 4 Blöcke 11, 12, 13, 14 im Blockschaltbild zugeordnet· So ist der Block dem DC-LLnearmotor, der aus Anker 6 und Tauchspule 7 besteht, Block 12 dem Weg-Kraft-Wandler, Block I3 der Regelstrecke, Block 14 dem internen Wegmeßs^stem 8· Bei der Erläuterung zu den Figuren 2 bis 4 werden deshalb die Bezugszeichen der einzelnen Blöcke für die entsprechenden Bauteile des Tastkopfes verwendet· In Fig· 1 ist die Zuordnung durch gestrichelte Linien kenntlich gemacht·To illustrate the operation of the device according to the invention the individual components of the probe according to Hg. 1 in Figures 2 to 4 blocks 11, 12, 13, 14 are assigned in the block diagram · So the block is the DC-LLnearmotor consisting of armature 6 and plunger coil 7, block 12 the path-force converter, block I3 of the controlled system, block 14 the internal Wegmeßs ^ stem 8 · In the explanation of Figures 2 to 4, therefore, the reference numerals of the individual blocks are used for the corresponding components of the probe In FIG. 1, the assignment is indicated by dashed lines.
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Das in Pig· 2 dargestellte Blockschaltbild zeigt den Steuerkreis mit Störgrößenaufschaltung für die Meßkraft und deren Konstanthaltung, welcher aus einer spannungsgesteuerten Stromquelle 15 für die Spule 10 des DC-Idnearmotors 11, dem DC-Linearmotor 11, dem Weg-Kraft-Wandler 12 und einem Hegelverstärker 16 besteht. Es ist ferner ein Einstellmittel 17 für den Sollwert der Jdeßkraft vorgesehen, das über die Stromquelle 15 mit dem DC-Iinearmotor 11 verbunden ist· Bas interne Wegmeßsystem 14, welches wegproportionale Signale entsprechend der Auslenkung der Tasteraufnahme 4 mit dem !Taster 5 eraeugt, ist über den Regelverstärker 16 mit der Stromquelle 15 elektrisch gekoppelt·The block diagram shown in Pig · 2 shows the control circuit with feedforward control for the measuring force and their constancy, which consists of a voltage controlled current source 15 for the coil 10 of the DC Idnearmotors 11, the DC linear motor 11, the displacement-force transducer 12 and a Hegelverstärker 16 consists. There is also provided an adjustment means 17 for the setpoint value of the force of force, which is connected to the DC linear motor 11 via the current source 15. Bas internal position measuring system 14, which measures out-of-proportion signals corresponding to the displacement of the push-button receptacle 4 with the push-button 5, is over the control amplifier 16 is electrically coupled to the power source 15 ·
Der Sollwert der programmierten Meßkraft wird durch das Einstellmittel 17 über die spannungsgesteuerte Stromquelle 15 und den DC-Linearmotor 11 durch einen vorgewählten Spannungswert (Sollwert) programmiert· Eine Störgrößenaufschaltung erfolgt dann, wenn durch besondere Antastverhältnisse bei der Antastung des Meßobjektes durch den Taster 5 eine zusätzliche, durch Störkräfte bedingte Auslenkung Δ S der in den Blattfedern 2 und 3 gelagerten Tasteraufnahme 4 entsteht und damit das Meßsjstem 14 (bzw· 8) an den Hegelverstärker 16 eine Spannung liefert, welche dieser so bewertet, daß die Beeinflussung des Sollwertes genau den Einfluß der Störkräfte kompensiert, welche über den Weg-Kraftwandler 12 an den Ausgang des DC-Linearmotors 11 gegeben werden· Die dem Einfluß der Störkräfte entsprechende Ausgangsspannung des Verstärkers 16 wird vorzeichenbehaftet der spannungsgesteuerten Stromquelle 15 zugeschaltet, wodurchThe setpoint of the programmed measuring force is programmed by the setting means 17 via the voltage-controlled current source 15 and the DC linear motor 11 by a preselected voltage value (setpoint). A feedforward control occurs when, due to special probing conditions when the measured object is touched by the pushbutton 5, an additional caused by disturbance forces deflection Δ S of the stored in the leaf springs 2 and 3 button recording 4 and thus the Meßsjstem 14 (or · 8) to the Hegelverstärker 16 supplies a voltage which evaluates this so that the influence of the setpoint exactly the influence of Disturbance forces compensated, which are given to the output of the DC linear motor 11 via the path-force converter 12 · The output voltage of the amplifier 16 corresponding to the influence of the disturbance forces is switched signed the voltage-controlled current source 15, whereby
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der Sollwert der programmierten Meßkraft so korrigiert wird, daß während des gesamten Meßvorganges eine konstan« te resultierende Meßkraft ]* Q als Ergebnis zur Verfügung steht· Bei Λ S χ 0 ist demzufolge der Sollwert der programmierten Meßkraft gleich der resultierenden Meßkraftthe target value of the programmed measuring force is corrected so that throughout the measurement process a konstan "te resultant measurement force] * Q as a result is available · If Λ S χ 0 is, therefore, the target value of the programmed measuring force equal to the resultant measurement force
Das Blockschaltbild nach Fig· 3 zeigt den Regelkreis für die läge und Arretierung der Tasteraufnahme 4 mit dem Taster 5t welcher aus der spannungsgesteuerten Stromquelle 15э dem DC-Linearmotor 11, einer Regelstrecke 13, dem Wegmeßs^stem 14 und einem PID-Regler 18 besteht· Dabei ist ein Einstellmittel 19 für den Sollwert der Lage der Tasteraufnahme 4 über den PID-Regler 18 mit der Stromquelle 15 verbunden, an deren Ausgang der DC-Linearmotor 11 angeschlossen ist· Die Regelstrecke 13» die durch das gesamte schwingungsfähige System des Tastkopfes beeinflußt wird, ist einerseits mit dem Ausgang des DC-Linearmotors 11 und andererseits mit dem Wegoeßs^stem 14 verbunden, welches mit dem PID-Regler 18 gekoppelt isto The block diagram according to FIG. 3 shows the control loop for the latching and locking of the push-button receptacle 4 with the push-button 5t, which consists of the voltage-controlled current source 15 E e of the DC linear motor 11, a controlled system 13, the position measuring system 14 and a PID controller 18. In this case, an adjustment means 19 for the desired value of the position of the probe recording 4 via the PID controller 18 to the power source 15 is connected to the output of the DC linear motor 11 is connected · The controlled system 13 »which is affected by the entire oscillatory system of the probe , is connected on the one hand to the output of the DC linear motor 11 and on the other hand to the Wegoesßs ^ stem 14, which is coupled to the PID controller 18 o
Die zu regelnde Große, die Regelgröße, ist die Auslenkung AS der Tasteraufnahme 4, d. h. diejenige Größe, die einmal durch einen, mittels des Einstellmittels 19 zu programmierenden Lage-Sollwert auf eine bestimmte Auslenkung geführt werden soll und zum anderen diese programmierte Lage auch unter Einflüssen von äußeren Störungen (Storkräften Fg-^2,) möglichst genau beibehalten werden soll, was einer Fesselung der Tasteraufnahme 4 in einer Sollage gleichkommt· Die Einrichtung besitzt bei dieser Betriebsart die Eigenschaft einer Rast·The variable to be controlled, the controlled variable, is the deflection AS of the push-button receptacle 4, ie the variable which is to be guided once by a setpoint value to be programmed by means of the setting means 19 to a certain deflection and on the other hand this programmed position also under influences external interference (Storkräften Fg- ^ 2 ,) is to be maintained as accurately as possible, which is equivalent to a captivation of the probe holder 4 in a desired position · The device has in this mode, the property of a rest
Bei Abweichung der Istwert la ge der Tasteraufnahme 4 mit dem Taster 5 von der durch das Einstellmittel 19 programmierten Sollage, z« B. infolge einer auftretenden, auf den Taster 5 einwirkenden Störkraft F3^g1.» verarbeitet der PID-Hegler 18 ein Differenzsignal, das am Ausgang des Heglers 18 über die spannungsgesteuerte Stromquelle 15 an den DC-Linearmotor 11- gegeben wird, welcher eine Kraft erzeugt, die über die Regelstrecke 13 die Istwertlage zum Sollwert korrigiert· Im Fesselbetrieb, d, h· unter Beibehaltung einer festen Lage oder Vor auslenkung der Tasteraufnahme 4 während des gesamten Meßvorganges, werden mittels des Wegmeßsystems 14 ständig Betrag und Vorzeichen der Regelgröße, d· h· der Auslenkung A S, gemessen und entsprechende Signale dem PID-Regler 18 zugeführt.In case of deviation of the actual value la ge of the button recording 4 with the button 5 of the setpoint programmed by the setting means 19, eg, as a result of occurring, acting on the button 5 disturbing force F 3 ^ g 1. »Processed the PID-Hegler 18 a Difference signal, which is given at the output of the Hegel 18 via the voltage-controlled current source 15 to the DC linear motor 11-, which generates a force that corrects the actual value position to the setpoint via the controlled system 13 · In fetlock operation, d, h · while maintaining a fixed Position or forward deflection of the probe receptacle 4 during the entire measuring process, the absolute value and sign of the controlled variable, ie the displacement A S, are continuously measured by means of the position measuring system 14 and corresponding signals are fed to the PID controller 18.
Solange die einzelnen Elemente des Hegelkreises nicht "übersteuert" werden, gibt es keine Regelabweichung, d« h· die Lage der Tasteraufnahme 4 ist an den Lage-Sollwert gefesselt* Dadurch werden die Eigenschaften einer Präzisionsrast erreicht, jedoch mit einem entscheidenden Torteil gegenüber einer mechanischen Rast· Sobald auf die Tasteraufnahme 4 eine Kraft zu wirken beginnt, steht аи Regelausgang eine in Betrag und Vorzeichen der Störkraft Fg-fc-p zugeordnete Spannung U* zur Auswertung zur Verfügung, welche zur zusätzlichen Kraftmessung oder auch zum Abschalten des Vorschubs benutzt werden kann· So kann diese elektronische Rast beim Auftreten von Storkräften auch noch vor dem Erreichen einer Grenzkraft aus dem Regelkreis ein Meldesignal liefern, welches weiterverarbeitbar ist·As long as the individual elements of the Hegel circle are not "overdriven", there is no control deviation, ie the position of the push-button receptacle 4 is tied to the position setpoint * This achieves the properties of a precision catch, but with a decisive door part over a mechanical one Rest · As soon as a force begins to act on the push-button receptacle 4, a voltage U * assigned in magnitude and sign of the disturbing force Fg-fc-p is available for evaluation, which can be used for additional force measurement or also for switching off the feed · Thus, this electronic detent can deliver a message signal from the control loop even before a limit force has been reached, which can be processed further
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Der in Fig. 4 dargestellte Regelkreis zur Erzielung einer dynamischen Dämpfung des gesamten Tastersystems, welches vor allem aus dem schwingungsfähigen System, Blattfedern 2, 3 - Tasteraufnahme 4 mit Taster 5 sowie Kern 9 und Tauchspule 7 besteht, umfaßt die in Hg· 3 beschriebenen Elemente des Regelkreises mit dem Unterschied, daß an Stelle des PID-Reglers 18 ein Geschwindigkeitsinformationen verarbeitendes Glied 20, vorzugsweise ein D-Regler, vorgesehen ist* Die Notwendigkeit einer Dämpfung ist wegen der geforderten reibungsfreien Federlagerung für die Tasteraufnahme 4 und der daraus resultierenden hohen mechanischen Schwingungsgüte immer dann besonders gegeben, wenn ohne Voraus lenkung, ohne zusätzliche Meßkraft und nicht im oben dargelegten Fesselbetrieb gearbeitet werden soll· Solche Einsatzfälle treten dann auf, wenn der Taster 5 selbstzentrierend das Meßobjekt antasten soll, wie z· B. bei Gewindemessungen· Durch die Dämpfung wird die Tasteraufnahme 4 mit dem Taster 5 dynamisch in einer Nullaga gehalten, d.h. die Amplituden der Eigenbewegung durch die unvermeidbaren Anregungen durch das Meßgerät werden unterdrückt·The control circuit shown in Fig. 4 for achieving a dynamic damping of the entire stylus system, which consists mainly of the oscillatory system, leaf springs 2, 3 - button 4 with probe 5 and core 9 and plunger coil 7, comprises the elements described in Hg · 3 the control circuit with the difference that instead of the PID controller 18, a speed information processing member 20, preferably a D-controller, is provided * The need for damping is due to the required friction-free spring mounting for the probe receptacle 4 and the resulting high mechanical vibration quality always given especially when steering without advance, without additional measuring force and not in the above-described restraint operation is to be · such applications occur when the button 5 self-centering the test object should touch, such as in threaded measurements · By the damping is the button recording 4 with the button r 5 is kept dynamically in a Nullaga, i. the amplitudes of the proper motion due to the unavoidable excitations by the measuring device are suppressed ·
Bei dieser Betriebsart der Einrichtung verarbeitet der Regelkreis durch das Meßsjstem 14 gelieferte Spannungssignale, die im Glied 20 differenziert und in GeschwindigkeitsinforiBationen U der Regelgröße umgewandelt werden, die zur Erzeugung eines entsprechenden Dämpfungsgrades weiter verwendet werden·In this mode of operation of the device, the control circuit processes voltage signals supplied by the measuring system 14, which are differentiated in the element 20 and converted into speed information U of the controlled variable, which are further used to generate a corresponding degree of attenuation.
So kann bei dieser Betriebsart die Dämpfung entsprechend den jeweilig vorliegenden SchwingungsVerhältnissen der gesamten Einrichtung optimal gestaltet werden·Thus, in this mode of operation, the damping can be optimally designed according to the prevailing vibration ratios of the entire device.
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