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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Erfassen wenigstens einer Härteeigenschaft eines Objekts mit einem Koordinatenmessgerät.
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Koordinatenmessgeräte dienen in bekannter Weise dazu, Objekteigenschaften von z.B. industriell gefertigten Werkstücke zu erfassen. Bei den Objekteigenschaften handelt es sich typischerweise um Koordinatenwerte von Objektorten (sog. Abtastpunkten), die z.B. in Form einer 3D-Punktewolke zusammengefasst werden. Anhand dieser Koordinatenwerte kann beispielsweise auf die Abmessungen, die dreidimensionale Form und/oder das Einhalten vorbestimmter gewünschter Eigenschaften des Objekts geschlossen werden (z.B. das Einhalten zulässiger Formabweichungen).
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Um Koordinatenwerte zu erfassen, kann das Objekt z.B. taktil oder berührungslos (z.B. optisch) abgetastet werden. Hierzu wird eine taktile oder berührungslose Sensoreinrichtung relativ zu dem Objekt positioniert und bewegt. Das Positionieren erfolgt mittels einer Maschinenkinematik, die mehrere mittels einer jeweiligen Antriebseinrichtung bewegbare Maschinenachsen umfasst. Für das Erfassen der Koordinatenwerte können die eingenommenen Achspositionen (d.h. Achswerte) der einzelnen Maschinenachsen erfasst und/oder ausgewertet werden. Hierfür kommen Positionsmesssystem zum Einsatz, die zum Beispiel feststehende Maßstäbe (insbesondere Glasmaßstäbe) mittels Leseköpfen ablesen. Letztere werden typischerweise gemeinsam mit einer bewegbaren Komponente des Koordinatenmessgerätes und/oder einer Maschinenachse bewegt.
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Neben dem Erfassen von Koordinatenwerten können im Rahmen einer Objektuntersuchung (oder auch -prüfung) auch andere Informationen von Interesse sein. Insbesondere soll oftmals auch eine Härteeigenschaft (zum Beispiel ein Wert der Vickershärte (HV), wie er mit einer Vickersprüfung bestimmbar ist) eines Objekts erfasst werden. Bisher erfolgt dies in separaten Prüfgeräten, bei denen in an sich bekannter Weise Oberflächeneindrücke in dem Objekt erzeugt und anschließend vermessen werden. Das Verwenden zusätzlicher Prüfgeräte erhöht die Kosten zum Beispiel bei dem Einrichten eines industriellen Prüflabors. Ferner erhöht sich die für eine vollständige Untersuchung des Objekts benötigte Zeit, da das Objekt zwischen den verschiedenen Geräten hin und her bewegt werden muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit einer Objektuntersuchung einhergehenden Kosten und den zeitlichen Aufwand zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung und ein Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner versteht es sich, dass die in der einleitenden Beschreibung erwähnten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination auch bei der vorliegend offenbarten Lösung vorgesehen sein können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
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Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein Koordinatenmessgerät nicht nur zum Ermitteln bisher vorgesehene Messwerte verwendet (beispielsweise Koordinatenwerte), sondern auch für eine Härteprüfung eingesetzt. Hierfür ist vorgesehen, dass an dem Koordinatenmessgerät auch eine Härteprüfvorrichtung (d.h. eine Vorrichtung zum zumindest teilweisen Durchführen einer Härteprüfung) anordenbar ist, um ein Objekt, das sich in einem Arbeitsraum des Koordinatenmessgeräts befindet, einer Härteprüfung zu unterziehen. Dies bietet den Vorteil, dass mit einem einzigen Gerät (Koordinatenmessgerät) sowohl von Koordinatenmessgeräten üblicherweise ermittelbare Objekteigenschaften erfasst werden können (beispielswerte Koordinatenwerte), aber auch Härteeigenschaften eines Objekts, ohne dass hierfür ein zusätzliches Härte-Prüfgerät bereitgestellt werden muss.
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Im Detail wird eine Anordnung vorgeschlagen mit: einem Koordinatenmessgerät, einem Koordinatenmesssensor und einer Härteprüfvorrichtung, wobei die Härteprüfvorrichtung und der Koordinatenmesssensor wahlweise an dem Koordinatenmessgerät anordenbar sind.
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Bei dem Koordinatenmessgerät kann es sich um ein Gerät herkömmlicher Bauart z.B. in Portal- oder Brückenbauweise handeln. Das Koordinatenmessgerät kann mehrere angetriebene Achsen (Maschinenachsen) umfassen, deren Positionen jeweils über ein eigens zugeordnetes Positionsmesssystem ermittelbar sind. Das Koordinatenmessgerät kann allgemein dazu eingerichtet sein, eine daran angebrachte Einrichtung (z.B. Koordinatenmesssensor oder eine Härteprüfvorrichtung) in beliebigen Positionen in einem Arbeitsraum des Koordinatenmessgeräts zu positionieren. Insbesondere kann das Koordinatenmessgerät wenigstens drei Achsen umfassen, die nach Art eines kartesischen Koordinatensystems relativ zueinander positioniert sind und/oder aufeinander aufbauen, um einen von dem Koordinatenmessgerät geführten Sensor im Raum positionieren zu können.
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Bei dem Koordinatenmesssensor kann es sich um jeglichen eine Objektoberfläche berührend oder berührungslos (d.h. taktil oder optisch) abtastenden Sensor handeln. Der Koordinatenmesssensor kann auch als Koordinatenmesskopf bezeichnet werden und/oder die Härteprüfvorrichtung kann auch als Härtemesskopf bezeichnet werden.
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Allgemein kann die Härteprüfvorrichtung eine Härteprüfung durchführen und insbesondere vollständig durchführen, d. h. ohne Zuhilfenahme weiterer Einheiten oder Sensoren die erforderlichen Messwerte erfassen. Hierfür kann die Härteprüfvorrichtung sensorische Funktionen oder einen Sensor umfassen bzw. als ein Härteprüfsensor ausgebildet sein. Alternativ kann die Härteprüfvorrichtung dazu eingerichtet sein, lediglich Teilaspekte oder Teilfunktionen für das Durchführen einer Härteprüfung bereitzustellen oder durchzuführen. Beispielsweise kann die Härteprüfvorrichtung dazu eingerichtet sein, einen Oberflächeneindruck in dem zu überprüfenden Werkstück zu erzeugen und hierfür vorzugsweise einen Eindring- oder Eindruckkörper umfassen. Die tatsächliche Härtewertermittlung und/oder Auswertung des Oberflächeneindrucks zur Messwerterzeugung kann aber mittels anderweitiger Einheiten und/oder Sensoren erfolgen.
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Mit dem Koordinatenmesssensor erfasste Messsignale können zumindest mittelbar zum Ermitteln von Koordinatenwerten auswertbar sein. Der Koordinatenmesssensor kann beispielsweise eine optische Sensoreinrichtung umfassen, z.B. einen Weißlichtsensor oder einen Laser-Triangulationssensor. Der Koordinatenmesssensor kann auch einen taktilen Messtaster umfassen. Ebenso kann der Koordinatenmesssensor eine sogenannte Multi-Sensoranordnung umfassen und/oder eine Wechselschnittstelle, an der verschiedene, insbesondere verschiedene taktile, Taster anordenbar sind. Ferner kann der Koordinatenmesssensor einen sogenannten Messkopf und insbesondere Tastkopf umfassen, der dazu eingerichtet ist, Auslenkungen eines taktilen Tasters zum Erzeugen von Koordinatenmesswerten zu erfassen.
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Allgemein kann der Koordinatenmesssensor dazu eingerichtet sein, Messsignale zum Ermitteln von Koordinatenwerten zu erfassen und diese (oder auch direkt ermittelte Koordinatenwerte) beispielsweise als ein Messergebnis bzw. Messwert auszugeben. Alternativ können erfasste Koordinatenwerte in ein gewünschtes Format umgerechnet werden oder gewünschte anderweitige Messinformationen oder Messwerte daraus abgeleitet werden, z.B. Rauheitsmesswerte. Übergeordnet kann der Koordinatenmesssensor eine Auswerteeinrichtung umfassen, um die erfassten Messsignale in gewünschte Messwerte umzurechnen oder mit einer entsprechenden Auswerteeinrichtung (z.B. in Form eines PC) verbunden sein.
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Das Koordinatenmessgerät kann einen Schnittstellenbereich umfassen, an dem verschiedene Sensoren und insbesondere der Koordinatenmesssensor oder die Härteprüfvorrichtung ankoppelbar sind. Dieser Schnittstellenbereich kann eine mechanische Schnittstelle zum mechanischen Koppeln mit einem entsprechenden Sensor umfassen. Zusätzlich können dort auch Leitungen zum Übertragen elektrischer Energie und/oder von Signalen vorhanden sein. Der Schnittstellenbereich des Koordinatenmessgeräts kann somit eine mechanische, elektrische und/oder signalübertragende Schnittstelle umfassen.
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Die Härteprüfvorrichtung kann allgemein dazu eingerichtet sein, ein Härteprüfverfahren durchzuführen und/oder zumindest einen Oberflächeneindruck in einem zu überprüfenden Objekt zu erzeugen. Bei dem Prüfverfahren kann es sich insbesondere um ein Vickers-Prüfverfahren handeln. Der Erfinder hat erkannt, dass sich dieses durch vergleichsweise geringe Prüfkräfte auszeichnet, welche auch mit herkömmlichen Koordinatenmessgeräten erzeugbar und/oder aufgrund einer ausreichenden Steifigkeit strukturell aufnehmbar sind.
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Alternativ kann es sich um ein UCI-Messverfahren und bei der ermittelten Härteeigenschaft um einen per UCI-Messung ermittelten Härtewert handeln. UCI (Ultrasonic Contact Impendance) Messungen basieren im allgemeinen darauf, einen Stab, der an einem Ende einen in den Werkstoff drückbaren Kontakt- oder auch Eindringkörper (zum Beispiel einer Vickers-Pyramide und/oder einen Vickers-Diamanten) aufweist, zu Schwingungen anzuregen. Der Stab kann dann mit einer eigenen Resonanzfrequenz schwingen, die im Wesentlichen von seiner Länge abhängt. Gleichzeitig wird eine Prüfkraft (zum Beispiel von einer Feder) auf den Eindringkörper aufgebracht. Dringt dieser in die Objektoberfläche ein, ergibt sich eine Änderung und insbesondere Dämpfung der Stabschwingung, die messtechnisch erfasster ist. Ein Härtewert des Werkstoffs kann dann anhand der bekannten Prüfkraft, der gemessenen Frequenzänderungen und etwaigen gespeicherten Kalibrierwerten z.B. zur Berücksichtigung eines E-Moduls des zu prüfenden Werkstoffs berechnet werden. Das UCI-Verfahren zeichnet sich zum Beispiel durch eine leichte Automatisierbarkeit und sehr gute Reproduzierbarkeit der ermittelten Härtewerte aus.
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Allgemein kann die Härteprüfvorrichtung einen Eindruckkörper zum Erzeugen des Oberflächeneindrucks umfassen (auch Eindringkörper oder Indenter genannt). Hierbei kann es sich um einen vierseitigen pyramidenförmigen Körper mit quadratischer Grundfläche handeln, wobei eine Pyramidenspitze dem Objekt zugewandt ist. Die Pyramide kann aus Diamant gefertigt sein und/oder die einander gegenüberliegenden Pyramidenflächen können in einem Winkel von 136° zueinander stehen. Zum Erzeugen eines Oberflächeneindrucks wird auf den Eindringkörper eine vorbestimmte Prüfkraft aufgebracht, um diesen in die Objektoberfläche einzudrücken. Wie nachstehend geschildert, kann diese Prüfkraft ganz oder zumindest teilweise von dem Koordinatenmessgerät selbst (z.B. von einer angetriebenen Maschinenachse hiervon) oder aber von einem gesonderten Aktor erzeugt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung und der Verfahren ist das Koordinatenmessgerät dazu eingerichtet, automatisch zwischen dem Koordinatenmesssensor und der Härteprüfvorrichtung zu wechseln. Beispielsweise kann das Koordinatenmessgerät einen Lagerbereich oder Magazin umfassen, in dem die einwechselbaren Sensoren gelagert sind. Das Koordinatenmessgerät kann dazu eingerichtet sein, einen vorstehend erläuterten Schnittstellenbereich derart relativ zu dem Lagerbereich anzuordnen, dass es einen aktuell mit dem Koordinatenmessgerät gekoppelten Sensor darin ablegen kann (d.h. diesen Sensor auswechseln kann) und mit einem anderen in dem Lagerbereich angeordneten Sensor gekoppelt werden kann (d.h. diesen Sensor einwechseln kann). Für das Herstellen und Auflösen einer Kopplung mit einem Sensor kann der Schnittstellenbereich des Koordinatenmessgeräts eine geeignete Aktorik umfassen. Das automatische Einwechseln und Auswechseln verschiedener Sensoren bei einem Koordinatenmessgerät ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Erfindung zeichnet sich jedoch insbesondere durch die Art der automatisch ein- und auswechselbaren Sensoren aus, da hiervon auch die Härteprüfvorrichtung umfasst ist.
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Wie erwähnt, kann das Koordinatenmessgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der Anordnung und der Verfahren dazu eingerichtet sein, zumindest einen Teil einer zum Durchführen einer Härteprüfung mit der Härteprüfvorrichtung erforderlichen Prüfkraft zu erzeugen. Allgemein kann die Härteprüfvorrichtung derart an dem Koordinatenmessgerät anordenbar sein, dass dieser geradlinig auf ein zu untersuchendes Objekt mittels des Koordinatenmessgeräts geführt werden kann. Die geradlinige Bewegung kann sich dabei im Wesentlichen orthogonal zu einer zu untersuchenden Objektoberfläche erstrecken und/oder entlang eines Prüfkraftvektors. Insbesondere kann die Härteprüfvorrichtung derart an dem Koordinatenmessgerät anordenbar sein, dass eine entsprechende Bewegung durch Verfahren lediglich einer Achse des Koordinatenmessgeräts möglich ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Z-, Pinolen- oder allgemein eine VertikalAchse handeln, die ein (in einem räumlichen Koordinatensystem betrachtet) vertikales Verfahren der Härteprüfvorrichtung ermöglicht, insbesondere vertikal nach unten in Richtung eines zu überprüfenden Objekts. Ein solches Aufbringen der Prüfkraft ist insbesondere beim Durchführen einer Vickers-Härteprüfung vorteilhaft.
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Auf diese Weise wird eine aufwandsarme Möglichkeit bereitgestellt, um die erforderliche Prüfkraft zu erzeugen. Beispielsweise verfügt das Koordinatenmessgerät in der Regel bereits über eine Aktorik, die zum Erzeugen einer solchen Prüfkraft verwendbar ist (z.B. in Form von Antriebsmotoren der einzelnen Linearachsen). Weiter kann das Koordinatenmessgerät auch über geeignete Steuer- und/oder Regeleinrichtungen verfügen, um eine gewünschte Prüfkraft beispielsweise über die hierfür erforderlichen Achsbewegungen zuverlässig einstellen zu können. Prinzipiell kann aber auch vorgesehen sein, dass die Härteprüfvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine aktuell erzeugte Prüfkraft zu erfassen. Etwaige Achsbewegungen des Koordinatenmessgeräts zum Erzeugen der Prüfkraft können daraufhin basierend auf dem aktuell erfassten Prüfkraftwert angepasst werden. Die aktuell vorliegende Prüfkraft kann z.B. durch eine auf den Eindringkörper einwirkende Gegenkraft und/oder eine etwaige Verlagerung des Eindringkörpers ermittelt werden. Hierfür können analoge oder digitale Messuhren eingesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung und des Verfahrens umfasst das Koordinatenmessgerät und/oder die Härteprüfvorrichtung einen Aktor, der dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil einer zum Durchführen einer Härteprüfung (mit der Härteprüfvorrichtung) erforderlichen Prüfkraft zu erzeugen. Der Aktor kann in die Härteprüfvorrichtung integriert sein oder in das Koordinatenmessgerät. Ebenso können sowohl das Koordinatenmessgerät als auch die Härteprüfvorrichtung einen entsprechenden Aktor umfassen, die zum Erzeugen der Prüfkraft zusammenwirken können. Der Aktor kann nach Maßgabe einer aktuell erfassten Prüfkraft geregelt werden. Anders ausgedrückt kann eine von dem Aktor erzeugte Prüfkraft in Abhängigkeit einer aktuell vorliegenden Prüfkraft anpassbar sein. Bei dem Aktor kann es sich z.B. einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder handeln. Allgemein kann der Aktor dazu eingerichtet sein, einen Eindringkörper der Härteprüfvorrichtung in Richtung einer zu überprüfenden Objektoberfläche zu verlagern und/oder den Eindringkörper zumindest teilweise in die Objektoberfläche einzudrücken. Das Vorsehen eines separaten Aktors bietet den Vorteil, dass eine präzise ansteuerbare und von etwaigen Ungenauigkeiten des Koordinatenmessgeräts nicht beeinflusste Einheit bereitsteht, um die Prüfkraft zu erzeugen. Entsprechend kann die Genauigkeit der Messergebnisse erhöht werden. Weiter kann der Aktor dazu eingerichtet sein, höhere Prüfkräfte zu erzeugen als sie mit dem Koordinatenmessgerät bereitstellbar wären. Somit kann das Anwendungsspektrum der Anordnung durch Vorsehen des separaten Aktors erweitert werden.
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Im Fall einer UCI-Messung kann der Aktor als eine Feder in der Härteprüfvorrichtung bereitgestellt sein. Im Fall einer Vickers-Härteprüfung kommen insbesondere die vorstehend geschilderten hydraulischen oder pneumatischen Varianten am Koordinatenmessgerät und/oder an der Härteprüfvorrichtung in Betracht.
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Eine Weiterbildung der Anordnung und der Verfahren sieht vor, dass eine im Rahmen einer Härteprüfung erzeugte Eindrucktiefe zumindest teilweise mittels wenigstens einem Positionsmesssystem des Koordinatenmessgeräts ermittelbar ist. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die Prüfkraft zumindest teilweise durch das Koordinatenmessgerät erzeugt wird und/oder ein Vickers-Prüfverfahren durchgeführt wird. Anhand des während dem Erzeugen eines Oberflächeneindrucks zurückgelegten Bewegungswegs (bzw. der zurückgelegten Bewegungsstrecke) des Koordinatenmessgeräts kann dann auf eine Eindrucktiefe (oder auch Eindringtiefe) geschlossen werden. Diese Eindrucktiefe kann zum Ermitteln eines Härtewerts in an sich bekannter Weise ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Eindrucktiefe aufgrund einer bekannten Gestalt des Eindringkörpers in Eindruck-Diagonalen umgerechnet werden, wie sie beispielsweise zum Ermitteln der Vickershärte benötigt werden. Bei dem in diesem Zusammenhang verwendeten Positionsmesssystem kann es sich um das Positionsmesssystem derjenigen Achse handeln, welche zum Erzeugen der Prüfkraft die Härteprüfvorrichtung relativ zu dem zu prüfenden Objekt bewegt (beispielsweise eine vertikale Z-Achse des Koordinatenmessgeräts).
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Eine weitere Ausführungsform der Anordnung und der Verfahren sieht eine (vorzugsweise optische) Erfassungseinheit vor, die dazu eingerichtet ist, einen im Rahmen einer Härteprüfung und insbesondere von der Härteprüfvorrichtung in einer Objektoberfläche erzeugten Oberflächeneindruck (vorzugsweise optisch) zu erfassen. Insbesondere kann hierüber vorbestimmte Eigenschaften des Oberflächeneindrucks erfasst werden. Beispielsweise können Diagonalen eines Oberflächeneindrucks mit einer quadratischen Grundfläche bestimmt werden, wie sie zum Ermitteln einer Vickershärte verwendet werden. Die Erfassungseinheit kann z.B. eine Kamera und eine Recheneinheit mit einer geeigneten Auswertesoftware (z.B. zum Durchführen einer Mustererkennung oder einer allgemeinen Bildauswertung) umfassen, um vorbestimmte Eigenschaften des optisch erfassten Oberflächeneindrucks zu bestimmen. Alternativ kann die Erfassung auch taktil erfolgen (d. h. von einer taktilen Erfassungseinheit ausgeführt werden). Die Erfassungseinheit kann an dem Koordinatenmessgerät angeordnet und insbesondere dauerhaft mit diesem gekoppelt sein. Alternativ kann die Erfassungseinheit in die Härteprüfvorrichtung integriert werden und beispielsweise nach dem Erzeugen eines Oberflächeneindrucks durch einen etwaigen Eindruckkörper der Härteprüfvorrichtung den Oberflächeneindruck optisch erfassen.
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Eine Weiterbildung der Anordnung und der Verfahren sieht vor, dass ein Objekt (z.B. ein Werkstück) sowohl mit der Härteprüfvorrichtung als auch dem Koordinatenmesssensor erfassbar ist (bzw. erfasst wird) und die Anordnung dazu eingerichtet ist, Messinformationen für das Objekt anhand der Messergebnisse von sowohl der Härteprüfvorrichtung als auch dem Koordinatenmesssensor zu erzeugen. Anders ausgedrückt kann die Anordnung dazu eingerichtet sein, ein und dasselbe Objekt sowohl mit der Härteprüfvorrichtung als auch mit dem Koordinatenmesssensor zu erfassen bzw. zu vermessen. Die insgesamt ermittelten Informationen (bzw. die jeweils mit den einzelnen Sensoren ermittelten Messinformationen oder Messwerte) können dann als (Gesamt-)Messinformationen für das Objekt zusammengefasst werden. Insbesondere können die schlussendlich erhaltenen Messinformationen einen Ergebnis- oder Gesamtdatensatz bilden, der anhand beider Sensoren ermittelte Messwerte enthält. Ein Bediener kann somit nach Durchführen einer Objektvermessung sowohl Informationen zu Koordinatenmesswerten als auch zu Härtewerten (z.B. einer Vickershärte) des Objekts erhalten.
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Übergeordnet können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ermittelte Härteeigenschaften (insbesondere Härtewerte oder auch eine Vickershärte) unter zusätzlicher Berücksichtigung einer dabei eingenommenen Position des Koordinatenmessgeräts und/oder der Koordinatenwerte eines aktuellen Objekt-Abtastpunkts hinterlegt werden. Somit kann ein Zusammenhang zwischen Objektorten und dort vorliegenden Härte-Messwerten ermittelt werden und einem Bediener zum Beispiel in dieser Form auch angezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erfassen von Objekteigenschaften, umfassend:
- - Erfassen von Koordinatenwerten eines Objekts mit einem Koordinatenmessgerät;
- - Erfassen einer Härteeigenschaft (z.B. einer Vickershärte und/oder eines Härte-Messwertes, z.B. eines UCI-Messwerts) desselben Objekts mit einer von dem Koordinatenmessgerät geführten (und/oder daran angekoppelten) H ärteprüfvorri chtung.
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Zum Erfassen der Koordinatenwerte kann das Koordinatenmessgerät mit einem Koordinatenmesssensor gekoppelt sein und diesen relativ zu dem Objekt positionieren. In gleicher Weise können zum Erfassen der Härteeigenschaft (und insbesondere einer Vickershärte) des Objekts mittels des Koordinatenmessgeräts Relativbewegungen zwischen dem Objekt und der Härteprüfvorrichtung erzeugt werden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer Härteeigenschaft eines Objekts, umfassend wenigstens einen der folgenden Schritte:
- - Erzeugen zumindest eines Teils einer Prüfkraft zum Durchführen einer Härteprüfung eines Objekts mit einem Koordinatenmessgerät;
- - Erfassen eines im Rahmen einer Härteprüfung erzeugten Oberflächeneindrucks in einem Objekt mit einer von einem Koordinatenmessgerät geführten (vorzugsweise optischen) Erfassungseinheit.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erfassen von Objekteigenschaften, umfassend:
- - Erfassen einer Härteeigenschaft eines Objekts mit einer von dem Koordinatenmessgerät geführten Härteprüfvorrichtung.
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Die Verfahren können jeglichen weiteren Schritt, jegliche Weiterbildung und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der vorstehenden oder nachstehenden Wechselwirkungen, Betriebszustände und Funktionen bereitzustellen. Insbesondere können jegliche vorstehenden oder nachstehenden Erläuterungen und Weiterbildungen der Anordnungsmerkmale auch auf die gleichlautenden Verfahrensmerkmale zutreffen und/oder bei diesen vorgesehen sein. Insbesondere kann das Verfahren mit einer Anordnung gemäß jeglichen der vorstehenden oder nachstehenden Aspekte ausführbar sein oder ausgeführt werden.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Es stellt dar:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, mit der ein erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 60 gezeigt, die ein Messgerät in Form eines Koordinatenmessgeräts (KMG) 11 umfasst. Das KMG 11 dient allgemein dazu, einen daran an gekoppelten Sensor relativ zu einem zu vermessenden Messobjekt 24 zu positionieren.
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In an sich prinzipiell bekannter Weise ist das KMG 11 in Portalbauweise ausgebildet und umfasst einen Messtisch 1, über dem Säulen 2, 3 verfahrbar sind, die zusammen mit einem Querträger 4 ein Portal des KMG 11 bilden. Der Querträger 4 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 2 bzw. 3 verbunden, die auf dem Messtisch 1 längsverschieblich entlang einer ersten Achse (X-Achse) des KMG 11 gelagert sind.
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Der Querträger 4 ist mit einem Querschlitten 7 kombiniert, welcher luftgelagert entlang dem Querträger 4 sowie einer zweiten Achse (Y-Achse) des KMG 11 beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 7 relativ zu dem Querträger 4 kann mit einem Positionsmesssystem der Y-Achse festgestellt werden, das eine Maßstabsteilung 6 umfasst werden. Allgemein umfassen jegliche X-, Y-und Z-Achsen des KMG 11 ein derartiges Positionsmesssystem, was in 1 jedoch nicht für sämtliche Achsen gezeigt ist.
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An dem Querschlitten 7 ist eine in vertikaler Richtung und somit entlang einer Z-Achse des KMG 11 bewegliche Pinole 8 gelagert, die an ihrem unteren Ende über einen Schnittstellenbereich 10 mit einem Koordinatenmesssensor 5 verbunden ist. An dem Koordinatenmesssensor 5 ist ein taktil abtastender Taststift 9 angeordnet. Anstelle des Taststifts 9 könnte der Koordinatenmesssensor 5 ebenso einen berührungslos abtastenden Sensor umfassen, insbesondere einen Lasersensor. Der Schnittstellenbereich 10 ermöglicht eine mechanische und optional auch eine signalübertragene und/oder elektrische Verbindung des KMG 11 mit dem Koordinatenmesssensor 5. Letzterer kann von dem KMG 11 über das Antreiben von der X-Y-Z-Achsen im Raum positioniert werden.
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Auf dem Messtisch 1 kann optional ein zusätzlicher drehbarer Messtisch 13 angeordnet werden, auf dem das zu vermessende oder, anders ausgedrückt, zu überprüfende Messobjekt 24 angeordnet ist. Das Messobjekt 24 kann durch Drehung des optionalen Messtisches 13 um eine vertikale Drehachse gedreht werden kann.
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Ferner ist auf dem Messtisch 1 ein Magazin 14 angeordnet, in dem verschiedene Taststifte angeordnet werden können, die gegen den Taststift 9 ausgetauscht werden können, falls dieser abnehmbar an dem Koordinatenmesssensor 5 angeordnet ist. In dem gezeigten Fall umfasst das Magazin 14 jedoch eine Härteprüfvorrichtung 20, die einen pyramidenförmigen Eindringkörper (oder auch Eindruckkörper) 22 umfasst. Der Eindringkörper 22 ist als eine Vickerspyramide ausgebildet.
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In dem gezeigten Beispiel wird mit der Härteprüfvorrichtung 20 ein übliches Vickers-Härteprüfverfahren durchgeführt. Es kann aber ebenso vorgesehen sein, eine UCI-Härteprüfvorrichtung zu verwenden, mit dem eine vorstehend allgemein geschilderte UCI-Messung durchgeführt wird. In diesem Fall ist es zum Beispiel nicht erforderlich, einen Oberflächeneindruck gemäß den nachfolgenden Ausführungen optisch zu erfassen, da es stattdessen auf Schwingungen innerhalb der Härteprüfvorrichtung ankommt.
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Ferner zeigt 1 schematisch eine Steuereinrichtung 12 des KMG 60, die beispielsweise durch einen Computer realisiert werden kann, der über Software und zumindest einen Datenspeicher 15 verfügt und der über Signal- und Steuerleitungen mit ansteuerbaren Komponenten des Koordinatenmessgerätes 60 verbunden ist, insbesondere mit Antrieben. Außerdem ist die Steuereinrichtung 12 über eine Messdatenverbindung mit denjenigen Elementen des KMG 60 verbunden, die zur Ermittlung von Messwerten eingesetzt werden, also insbesondere dem mit dem Schnittstellenbereich 10 aktuell verbundenen Sensor und/oder den Positionsmesssystemen der einzelnen Achsen des KMG 11.
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In dem gezeigten Beispiel kann wenigstens einer von dem Koordinatenmesssensor 5 und der Härteprüfvorrichtung 20 dazu eingerichtet sein, zum Beispiel mittels einer integrierten Auswerteeinrichtung selbstständig Messwerte zu ermitteln und an die Steuereinrichtung 12 zu übermitteln. Alternativ können der Koordinatenmesssensor 5 und/oder die Härteprüfvorrichtung 20 Messsignale an die Steuereinrichtung 12 übermitteln, die dann zum Beispiel über eine Auswertefunktion Messwerte aus den Messsignalen erzeugt. Die ermittelten Messwerte von jeglichen der Sensoren 5, 20 können als resultierende Messergebnisse zum Beispiel in Form eines Ergebnisdatensatzes in dem Datenspeicher 15 gespeichert werden.
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Die Anordnung 60 ist in dem gezeigten Auszugsbeispiel derart betreibbar, dass ein Messobjekt 24 sowohl mit dem Koordinatenmesssensor 5 als auch der Härteprüfvorrichtung 20 erfass- bzw. vermessbar ist. Hierfür kann das KMG 11 einen automatischen Sensorwechsel vornehmen, indem sie den aktuell an gekoppelten Sensor 5, 20 in dem Magazin 14 positioniert und einen anderen in dem Magazin 14 angeordneten Sensor (im gezeigten Fall der Härteprüfvorrichtung 20) mit dem Schnittstellenbereich 10 gekoppelt. Hierfür muss der Schnittstellenbereich 10 über die Achsen des KMG 11 oberhalb des Magazins 14 positioniert und eine an sich bekannte Wechsel-Aktorik dieses Schnittstellenbereichs 10 aktiviert werden.
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Um eine Härteprüfung vorzunehmen, kann das KMG 11 daraufhin die Härteprüfvorrichtung 20 in Richtung des Messobjekts 24 bewegen, insbesondere derart, dass der Eindringkörper 22 eine Objektoberfläche kontaktiert. Anschließend kann über einen nicht gesondert dargestellten Aktor eine Prüfkraft erzeugt werden, mit der der Eindringkörper 22 in die Objektoberfläche hineingedrückt wird. Dort entsteht eine lokale Verformung in Form eines (hohl-)pyramidenförmigen Oberflächeneindrucks. Der Aktor kann als der Antrieb von insbesondere der Z-Achse des KMG 11 bereitgestellt sein. Alternativ kann ein von den Antrieben der KMG-achsen unabhängiger Aktor bereitgestellt sein. Dieser kann zum Beispiel in das KMG 11 und insbesondere die Pinole 8 integriert sein und/oder in die Härteprüfvorrichtung 20 (zum Beispiel in Form eines verlagerbaren Zylinders, der den Eindringkörper 22 gegen und in die Objektoberfläche drückt). Über eine geeignete Ansteuerung des Aktors (beispielsweise mit der Steuereinrichtung 12) kann daraufhin eine definierte Prüfkraft erzeugt werden.
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Wurde auf diese Weise ein Oberflächeneindruck in dem Messobjekt 24 erzeugt, kann dieser zum Beispiel optisch erfasst werden. In dem gezeigten Beispiel ist eine optische Erfassungseinheit 25 (zum Beispiel in Form einer Kamera) in die Härteprüfvorrichtung 20 integriert und mit einer analogen Ausrichtung wie der Eindringkörper 22 auf das Messobjekt 24 richtbar. In 1 ist die Erfassungseinheit 25 dabei beispielhaft als an dem Eindringkörper 22 angeordnetes separates Bauelement dargestellt. Die Erfassungseinheit 25 kann aber auch an dem KMG 11 angeordnet sein, beispielsweise an der Pinole 8.
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Über ein von der Erfassungseinheit 25 erfasstes Bild können Diagonalen des Oberflächeneindrucks (vorzugsweise die Diagonalen einer quadratischen Grundfläche des Oberflächeneindrucks) bestimmt werden, um in an sich bekannter Weise eine Härteeigenschaft zum Beispiel in Form einer Vickershärte des Messobjekts 24 zu ermitteln. Ein solcher Messwert kann anschließend in dem Datenspeicher 15 gespeichert werden.
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Nachdem das Messobjekt 24 somit von beiden Sensoren 15, 20 erfasst wurde, können in dem Datenspeicher 15 sowohl Härte-Messwerte als auch Koordinatenmesswerte für ein und dasselbe Objekt 24 vorliegen. Diese können einem Benutzer auch gemeinsam angezeigt werden und/oder als ein gemeinsamer Ergebnisdatensatz hinterlegt und abrufbar sein.
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Insgesamt kann somit mit lediglich einem Gerät (nämlich dem KMG 11) ein Messobjekt 24 hinsichtlich mehrerer Eigenschaften, nämlich Härteeigenschaften sowie dessen Koordinaten, vermessen werden, ohne dass das Messobjekt 24 in dem Arbeitsraum eines anderen Gerätes angeordnet werden muss oder ein weiteres separates Gerät (insbesondere zur Härteprüfung) bereitgestellt werden muss. Dies mindert die Kosten und reduziert den für eine Objektprüfung erforderlichen Zeitaufwand.
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Zu beachten ist ferner, dass nachdem entsprechende Programmanweisungen zum Beispiel in den Datenspeicher 15 der Steuereinrichtung 12 hinterlegt sind, eine vollständige Koordinaten- und Härtemessung für das Messobjekt 24 ohne weitere Benutzereingaben automatisch durchführbar ist. Dies kann insbesondere den geschilderten automatischen Sensorwechsel mithilfe des Magazins 14 umfassen.
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Schließlich ist allgemein darauf hinzuweisen, dass mit dem Koordinatenmessgerät 11 statt der Härteprüfvorrichtung 20 auch andere Sensoren geführt werden könnten, beispielsweise zur Schichtdickenmessung und/oder zur Bestimmung der Trockenschichtdicke. In diesem Fall könnte analog zum vorstehenden Beispiel zwischen einem Koordinatenmesssensor 5 und einem Schichtdickensensor automatisch gewechselt werden.
