DE19816272C2 - Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines ObjektsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts
mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen
Schafts angeordneten Tastelements, wobei das Tastelement mit dem Objekt in Berührung
gebracht und sodann seine Position unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem
Tastelement zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor bestimmt und die nach der
Berührung zwischen Tastelement und Objekt auftretende Antastkraft des Tastelements aus
dessen Auslenkung aus einer Ruhelage ermittelt wird. Auch bezieht sich die Erfindung auf
eine Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinaten
messgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten Tastelements,
das mit dem Objekt in Berührung bringbar ist, mit Mitteln, um dessen Position sodann un
mittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastelement zugeordnete Zielmarke mit
einem optischen Sensor zu bestimmen, und mit Mitteln, um aus der Größe der Auslenkung
des Tastelements aus der Ruhelage die Antastkraft zu ermitteln.
Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art ist bereits bekannt (DE 297 10 242 U1).
Bei dieser bekannten Anordnung wird die Oberflächentopographie eines Gegenstands bzw.
Objekts mit einem Photogrammetriesystem und dem Tastelement gemessen. Das Tastelement,
z. B. eine Kugel, ist am Ende eines elastischen Schafts angeordnet. Am Schaft können
Zielmarken angebracht sein, deren Positionen ein relativ zu einem Tasterbezugssystem vom
Photogrammetriesystem erfasst werden. Die Position des Tastelements wird z. B. aus den
Zielmarkenpositionen bestimmt.
Bekannt ist auch ein Messsystem zur Erfassung der Oberflächentopographie von Gegen
ständen mit einem Messwertsender, der aus einem Taststift und einer Lichtquelle definierter
Form an seinem Ende besteht. Die Lichtquelle wird längs der aufzunehmenden Kontur
geführt. Bei diesem Verfahren erfasst ein optischer Empfänger die jeweilige Lage der einen
Lichtfleck oder Lichtpunkt bildenden Lichtquelle in einem dreidimensionalen kartesischen
Koordinatensystem. Ein Rechner wertet die Messergebnisse aus. Die Lichtquelle hat als
Verlängerung des Taststifts z. B. die Form einer konzentrisch eingefassten Glasfaser (DE 40
02 043 C2).
Es ist weiterhin ein Tastsystem für die Messung kleiner Strukturen bekannt, welches auf
einem Schwingquarz basiert, der eine Glasfaser mit Antastelement anregt. Bei Berührung mit
der Werktstückoberfläche wird die Dämpfung des Systems ausgewertet. Diese Technik
ermöglicht zwar kleine Antastkräfte, ist jedoch mit einer relativ großen Ungenauigkeit
(Messfehler 5 µm) behaftet.
Schließlich ist es bekannt, mittels eines Mikroskops die Position eines Tastelements zur
Messung von Strukturen zu bestimmen, wobei gerätebedingt im Durchlichtverfahren ge
arbeitet werden muss, so dass allein Strukturen durchgehender Bohrungen oder sonstiger
Durchbrechungen gemessen werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Messung der Oberflächentopographie von Objekten zu entwickeln, mit denen beliebige
Strukturen und Objekte mit unterschiedlichen Oberflächenhärten mit einer hohen Mess
genauigkeit bestimmt werden können.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schaft mit Ausnahme einer
freien, am Ende das Tastelement umfassenden definierten Biegelänge innerhalb einer starren
oder im Wesentlichen starren Führung verläuft und dass die
Antastkraft auf einen an die Gegebenheiten des Objekts angepassten Wert durch eine
Verstellbewegung des Schafts eingestellt wird.
Die Antastkraft hat bei manchen Objekten einen wesentlichen Einfluss auf die Messergeb
nisse. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Antastkraft als Parameter
der Messung den Gegebenheiten des Objekts wie der Oberflächentopographie und der
Oberflächenhärte anzupassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Antastkraft des Tastelements nach folgender
Gleichung bestimmt:
worin mit F die Antastkraft, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts, mit l die wirksame
Biegelänge des Schafts zwischen einer starren Führung und dem Tastelement, mit I das axiale
Flächenmoment des Schafts und mit f die Auslenkung des Rastelements aus einer Ruhelage
bezeichnet sind. Das Elastizitätsmodul, das axiale Flächen- bzw. Trägheitsmoment und die
Länge sind durch die konstruktiven bzw. Materialeigenschaften der Vorrichtung vorgegeben
und können zu einer Konstanten zusammengefasst werden. Damit ist die Antastkraft propor
tional der Auslenkung und kann schnell und ohne aufwendige Rechenoperationen und -zeiten
bestimmt werden.
Gegebenenfalls kann der Schaft innerhalb der Führung verschoben werden, um die wirksame
Biegelänge zu verändern. Losgelöst hiervon ist duch die starre Aufnahme des Schafts stets
reproduzierbar sichergestellt, dass der Schaft eine wohl definierte Biegelänge aufweist.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die Antastkraft als Regelgröße in einem
Regelkreis auf einem vorgebbaren, gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Wert
eingestellt, wobei eine Halterung, von der die Führung mit dem Tastelement ausgeht, wenig
stens einem motorischen Antrieb als Stellglied bewegt wird. Die Antastkraft kann bei dieser
Ausführungsform während der gesamten Messung einer Struktur auf einem vorgegebenen
Wert gehalten werden. Für die Messung der Oberflächentopographie in drei Dimensionen ist
es vielfach günstig, wenn die Halterung mit dem von ihr ausgehenden elastischen Schaft
durch Antriebe in fünf Freiheitsgraden bewegt
werden kann. Hierfür eignen sich numerische Regelkreise. Die Halterung ist insbesondere mit
dem Einstellmechanismus für das optische System zu einer Einheit verbunden, die motorisch
in fünf Freiheitsgraden verstellbar ist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Auslenkung des Tastelements mittels des optischen
Sensors gemessen wird, der den Unterschied zwischen der Stellung des Tastelements in
dessen Ruhelage und der Stellung des Tastelements bei Berührung mit der Oberfläche des
Objekts erfasst. Der Sensor, der der gleiche wie für die Messung der Struktur ist, wird dabei
zweckmäßigerweise gemeinsam mit der Halterung bewegt.
Die Position des Tastelementes und/oder der zumindest einen Zielmarke wird insbesondere
mittels reflektierender und/oder durch dieses bzw. diese abschattender und/oder von dem
Tastelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung optisch bestimmt. Zweckmäßiger
weise ist die Tasterverlängerung bzw. der Schaft als Lichtleiter ausgebildet oder umfasst
einen solchen, um über diesen dem Tastelement bzw. der Zielmarke das erforderliche Licht
zuzuführen.
Auch besteht die Möglichkeit, dass das Tastelement und/oder die Zielmarke als selbst
leuchtendes elektronisches Element wie LED ausgebildet ist oder ein solches umfasst.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird anordnungsgemäß dadurch gelöst, dass
der Schaft mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement umfassenden Biegelänge, in
einer starren oder im Wesentlichen starren Führung verläuft, die von einer Halterung ausgeht,
die mit wenigstens einem motorischen Antrieb verstellbar ist. Mit dieser Vorrichtung lässt
sich die Antastkraft des
Tastelementes an die Gegebenheiten der Oberflächeneigenschaften des Objekts anpassen. Bei
spielsweise kann die Antastkraft so auf die Härteeigenschaften der Oberfläche abgestimmt
werden, dass eine möglichst hohe Messgenauigkeit erzielt wird.
Insbesondere bestimmt die Anordnung die Antastkraft aus dem Messwert der Auslenkung des
Tastelements nach folgender Gleichung:
worin mit F die Antastkraft, mit f die Auslenkung, mit l die Länge des Schafts in seiner
wirksamen Biegelänge, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts und mit I das axiale Flächen
moment des Schafts bezeichnet sind. Da in dieser Gleichung außer der Auslenkung f und der
Antastkraft alle Größen konstant sind, kann die Auslenkung unter Berücksichtigung der
Konstanten in der Einheit der Antastkraft geeicht werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist ein optisches System zur Erfassung der
Auslenkung des Tastelementes oder der Zielmarke aus einer Ruhelage vorgesehen und
zumindest mit dem Tastelement und dem Schaft als Einheit bewegbar. Mit dem System, mit
dem insbesondere auch die Oberflächentopographie bestimmt wird, kann die Ruhelage des
Tastelements bzw. der wenigstens einen Zielmarke oder mehrere Zielmarken bestimmt
werden, wenn keine Berührung mit einem Objekt oder Gegenstand stattfindet. Die ent
sprechende geometrische Position des Tastelements oder der wenigstens einen Zielmarke
kann gespeichert werden und bei Lageänderung des Systems entsprechend angepasst werden.
Bei Berührung des Tastelements mit einer Objektoberfläche wird der Unterschied zwischen
Ruhelage und Position bei Berührung erfasst, z. B. aus der Tastelementlage und der zugeord
neten Ruhelage. Das optische System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelements oder
der Zielmarke ist insbesondere als Istwertgeber in einem Regelkreis angeordnet, dessen
Regelgröße die Antastkraft ist und der als Stellglied mindestens einen motorischen Antrieb
für die Bewegung der das Tastelement, den Schaft und den Sensor enthaltenden Einheit
aufweist. Das Tastelement kann am Schaft durch Kleben, Schweissen oder sonstige geeignete
Verbindsarten angebracht sein. Auch kann das Tastelement und/oder die Zielmarke ein Ab
schnitt der Tastverlängerung selbst sein.
Der Schaft selbst kann endseitig als Taster ausgebildet sein oder einen solchen umfassen.
Insbesondere kann das Tastelement und/oder die Zielmarke auswechselbar mit der Tastver
längerung wie Schaft verbunden sein.
Um nahezu beliebige Strukturen bestimmen zu können, ist des Weiteren vorgesehen, dass das
Tastelement mit dem Schaft und dem optischen System von einer in fünf Freiheitsgraden
justierbaren Halterung verstellbar ist. Die Halterung selbst kann wiederum mit dem Sensor
eine Einheit bilden bzw. mit dem Sensor verbunden sein. Vorzugsweise sind das Testelement
und der Schaft ein Lichtleiter, wobei dem Tastelement über den Lichtleiter Licht zuführbar
ist. Hierbei leuchtet das Tastelement, das als Lichtfleck oder Lichtpunkt von dem optischen
System erfasst wird. Das Tastelement und/oder die wenigstens eine Zielmarke können auch
lichtreflektierend ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Tastelement
und/oder die Zielmarke als selbstleuchtendes Element wie LED auszubilden.
Das optische System, das zur Bestimmung der Auslenkung des Tastelements aus seiner
Ruhelage und zur Strukturmessung verwendet wird, ist insbesondere eine elektronische
Kamera. Die Messung der Auslenkung geschieht insbesondere auch mit einem Fokussystem,
wie dies in der optischen Koordinatenmesstechnik bei der Fokussierung auf die Werkstück
oberfläche bereits bekannt ist. Hierbei wird die Kontrastfunktion des Bildes in der elek
tronischen Kamera ausgewertet.
Zur Strukturbestimmung der Objekte wird die direkte Messung der Tastelementposition
genutzt. Grundsätzlich kommen für diese direkte Messung viele unterschiedliche physikali
sche Prinzipien in Frage. Da die Messung der Tastelementauslenkung in einem großen
Messbereich im Raum sehr genau erfolgen muss, z. B. um kontinuierliche Scanvorgänge zu
ermöglichen, und um einen großen Überhub bei Objektantastung aufzunehmen (z. B. aus
Sicherheitsgründen, aber auch um den Aufwand für eine genaue Positionierung zu ver
ringern), kann auch ein photogrammetrisches Verfahren eingesetzt werden. Zwei Kamerasy
steme mit zueinander geneigten Achsen könnten benutzt werden. Es können im Wesentlichen
die aus der Industriephotogrammetrie bekannten Auswertetechniken eingesetzt werden.
Mit zwei z. B. zur Längsrichtung des Tastelements bzw. der diesem zugewandten Enden
einer Tasterverlängerung wie Schaft geneigt 'blickenden' Kameras sind alle Messaufgaben
lösbar, bei denen das Tastelement nicht hinter Hinterschneidungen 'verschwindet'. Die
Verwendung eine redundanten Anzahl von Kameras (z. B. drei) ermöglicht auch an Objekten
mit steilen Konturen zu messen. Bei der Messung in kleinen Bohrungen kann eine Kamera
benutzt werden, di so angeordnet ist, dass sie in Längsrichtung des Tastelements bzw. der
Tasterverlängerung auf das Tastelement 'blickt'. Grundsätzlich ist bei zweidimensionalen
Messungen (also z. B. bei Messungen in Bohrungen) eine einzige Kamera ausreichend, die auf
die Längsrichtung der das Tastelement haltenden Tasterverlängerung wie Schaft ausgerichtet
ist.
Es ist auch erfindungsgemäß möglich, auf dem als Lichtleitfaser ausgebildeten Schaft weitere
beleuchtete Kugeln oder sonstige Zielmarken anzubringen, die Position dieser Zielmarken ins
besondere photogrammetrisch zu erfassen, und die Auslenkung des Tastelements entspre
chend zu berechnen. Kugeln stellen dabei vergleichsweise ideale, eindeutige Zielmarken dar,
die es auf der Faser ansonsten nicht gibt. Eine gute Lichteinkopplung in die Kugeln erreicht
man durch Störung der Lichtleitereigenschaften des Schafts, indem man z. B. die durchbohr
ten volumenstreuenden Kugeln auf den Schaft, d. h. der Tasterverlängerung aufsteckt und mit
diesem verklebt. Auch können die volumenstreuenden Kugeln seitlich am Schaft angeklebt
sein, wobei auch eine Lichteinkopplung möglich ist, vorausgesetzt, der Schaft führt bis zu
seiner Oberfläche Licht, weist also einen Mantel an der Klebestelle nicht auf. Eine besonders
hohe Genauigkeit wird erreicht, wenn die Tastelementposition als Funktion der Faserlage und
Faserkrümmung (Zonen der Faser in einigem Abstand von dem Tastelement) experimentell
erfasst (kalibriert) wird. Auch ist hier wieder die Anmessung von entlang der Faser aufge
brachten Zielmarken anstelle der Abmessung der Faser selbst möglich.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den
Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -,
sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden
bevorzugten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung ist schematisch eine Anordnung zur Erfassung der Oberflächentopographie
bzw. der Oberflächenstruktur bzw. der Geometrie von Gegenständen bzw. Objekten darge
stellt. Die Anordnung enthält ein Tastelement 10, insbesondere eine lichtdurchlässige Kugel.
Das Tastelement 10 ist mit einem Schaft 12, einem Lichtleiter, in Form von Lichtleitfasern
verbunden. Der Schaft 12 ist in einer steifen Hülle 14 oder Hülse mit einem ersten, nicht
näher bezeichneten Abschnitt geführt. Die Hülse 14 fixiert die Lage dieses Abschnitts. Ein
zweiter Abschnitt 16 des biegeelastischen Schafts 12 ragt aus der Hülse 14 heraus und trägt
an seinem Ende das Tastelement 10. Durch die Länge des Abschnitts 16 wird die wirksame
Biegelänge des Schafts 12 bestimmt bzw. durch Verschiebung des Schafts innerhalb der
Hülse 14 gezielt verändert.
Die Hülse 14 ist an ihrem, dem Abschnitt 16 abgewandten Ende in einem Halter 18 befestigt,
der mit einem Gehäuse 20 verbunden ist. Im Gehäuse 20 befindet sich vor dem nicht
dargestellten Ende des Schafts 18 eine Optik 22, mit der das von einer Lichtquelle 22 ausge
sandte Licht in den Schaft 12 eingespeist wird. Mit dem Gehäuse 24 ist eine Einheit 26 ver
bunden, die ein nicht näher bezeichnetes optisches System zur Messung der Position des
Tastelements 10 enthält. Zur Positionserfassung des Tastelements 10 kann eine Einrichtung
verwendet werden, die an sich bekannt ist und auch zur Strukturvermessung eingesetzt wird.
Die Position des Tastelements 10 kann mit einem Sensor, z. B. einem elektronischen Bildver
arbeitungssystem wie elektronischer Kamera festgestellt werden. Auch kann die Position des
Tastelements 10 bei dessen Berührung mit dem Messobjekt durch Auswertung einer Kon
trastfunktion des Bildes mittels einer elektronischen Kamera erfasst werden. Eine weitere
Möglichkeit besteht darin, die Position des Tastelements 10 bei Berührung mit dem Mess
objekt aus einer Größenänderung des Bildes wenigstens einer Zielmarke zu bestimmen, die
am Schaft 12 angeordnet ist. Die Größenänderung ergibt sich aus dem strahlenoptischen
Zusammenhang zwischen Objekt-Abstand und Vergrößerung.
Die Position des Tastelements 10 lässt sich auch aus der scheinbaren Größenänderung der
Zielmarke ermitteln, die aus dem Kontrastverlust durch Defokussierung entsteht. Dabei wird
die Position bei Berührung des Tastelements und des Objekts im Vergleich zur optischen
Achse 28 des Bildverarbeitungssystems bzw. der elektronischen Kamera oder alternativ mit
einem Photogrammetriesystem bestimmt.
Bei der Berührung zwischen Tastelement 10 und Objekt wirkt zwischen beiden eine Kraft,
die einen Einfluss auf die Messergebnisse hat. Um eine genaue Messung zu erreichen, wird
diese Antastkraft den Gegebenheiten des Objekts z. B. der Oberflächenhärte, Oberflächenrau
higkeit usw. angepasst. Dazu wird die Antastkraft zuerst gemessen. Die Messung der Antast
kraft geschieht durch Erfassung der Auslenkung bzw. Biegung des Abschnitts 16 des Schafts
12. Die Größe der Auslenkung wird durch den Unterschied zwischen der Position des
Tastelements 10 in der Ruhelage, die in der Zeichnung dargestellt ist, und der Lage bei
Berührung zwischen Tastelement und Objekt bestimmt. Dabei nutzt man den erfindungs
gemäßen Gedanken, dass der Schaft 12 über eine definierte Länge nur biegbar ist, nämlich
dem Abschnitt 16, der über der Hülse 14 vorsteht.
Die Antastkraft F wird dabei nach folgender Gleichung bestimmt:
mit l = Länge des Abschnitts 16, d. h. der freien Faser, f = Durchbiegung (Auslenkung des
Antastelements 10 aus der Ruhelage), E = Elastizitätsmodul des Schafts 12 bzw. Abschnitts
16 und I = axiales Flächenmoment des Schafts 12 bzw. Abschnitts 16.
Die Ruhelage des Tastelements 10 wird mit dem optischen System der Einheit 26 gemessen.
Der Abschnitt 16 und ein Teil 30 der steifen Hülle 14 verlaufen längs der optischen Achse
28. Die Hülle 14 ist abgewinkelt bzw. gebogen. Der andere, nicht näher bezeichnete abgewin
kelte Teil der Hülle 14 ist mit seinem Ende an der Hülse 18 befestigt.
Das Gehäuse 20 mit der Lichtquelle 24 und der Optik 22 ist mit der Einheit 26 auf einem
gemeinsamen Träger 32 angeordnet, der nur schematisch dargestellt ist. Der Träger 32 ist
wenigstens in den drei Richtungen des kartesischen Koordinatensystems motorisch verstell
bar. Vorzugsweise ist der Träger in fünf Freiheitsgraden verstellbar.
Bei der Verstellung des Trägers 32 im Raum, d. h. bei der Änderung der Orientierung der
optischen Achse 28 wird die Lage des Tastelements 10 in der Ruheposition, die dieser Lage
der Achse im Raum entspricht, durch Berechnung ermittelt.
Berührt das Tastelement 10 eine Objektoberfläche, dann wird mit dem optischen System der
Einheit 26 aus der Größe der Auslenkung des Tastelements 10 die Antastkraft nach obiger
Gleichung bestimmt.
Da bis auf die Antastkraft und die Auslenkung alle Größen der Gleichung Konstante sind, ist
die Antastkraft der Auslenkung proportional, wodurch sich die Antastkraft schnell und
einfach bestimmen lässt. Die Auslenkung des Tastelements 10 wird nicht nur in Verbindung
mit der räumlichen Stellung des Trägers 32 zur Messung der Oberflächentopologie sondern
auch zur Messung der Antastkraft ausgenutzt.
Die Antastkraft kann auf einem Display angezeigt werden. Durch eine Änderung der Stellung
des Trägers 32 mittels eines oder mehrerer motorischer Antriebe, die in der Zeichnung
symbolisch durch einen einzigen Motor 34 dargestellt sind, kann die Anstellkraft auf
gewünschte Werte eingestellt werden.
Die gemessene Antastkraft wird als Istwert der Regelgröße einem Vergleicher in einem
Regelkreis zugeführt, dessen Sollwert mittels einer Eingabeeinheit 36 eingestellt wird.
Bestandteil des Regelkreises ist ein Rechner 38, der den Istwert der Regelgröße aus der
berechneten Ruhelage des Tastelements 10 im Raum in Bezug auf die jeweilige Lage der
optischen Achse im Raum und der gemessenen Auslenkung bestimmt und der an Hand des
Sollwertes die Regelabweichung ermittelt. Der Rechner 38 gibt über eine Ansteuerschaltung
40 Stellsignale an den Motor 34 aus. Durch die Regelung wird die Antastkraft auf einem
gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Wert gehalten. Dies hängt vom gewählten
Regelalgorithmus ab. Auf diese Weise wird die Antastkraft an die Gegebenheiten des
Messobjekts angepasst und während der Messung der Struktur beibehalten. Für die gewählte
Höhe der Antastkraft ist die Oberflächentopologie und die Oberflächenhärte des Messobjekts
bestimmend.
Das für die Bestimmung der Antastkraft verwendete Tastelement 10 ist das gleiche wie für
die Messung der Oberflächentopographie.
Die steife Hülle 14 bzw. Hülse ist vorzugsweise aus Metall.
Die Antastkraft wird bei der Messung von Strukturen an Objekten, die geringe Materialhärten
haben bzw. nachgiebige Oberflächeneigenschaften haben, auf geringe Werte eingestellt,
wodurch der Einfluss der Antastkraft auf die Messgenauigkeit nur gering ist.
Claims (16)
1. Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordina
tenmessgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten
Tastelements, wobei das Tastelement mit dem Objekt in Berührung gebracht und
sodann seine Position unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastele
ment zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor bestimmt und die nach der
Berührung zwischen Tastelement und Objekt auftretende Antastkraft des Tastelements
aus dessen Auslenkung aus einer Ruhelage ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaft mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement umfassenden
definierten Biegelänge innerhalb einer starren oder im Wesentlichen starren Führung
verläuft und dass die Antastkraft auf einen an die Gegebenheiten des Objekts ange
passten Wert durch eine Verstellbewegung des Schafts eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antastkraft des Tastelements nach folgender Gleichung bestimmt wird:
worin mit F die Antastkraft, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts, mit l die freie wirksame Biegelänge des Schafts außerhalb der Führung, mit I das axiale Flächen moment des Schafts und mit f die Auslenkung des Tastelements aus seiner Ruhelage bezeichnet sind.
worin mit F die Antastkraft, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts, mit l die freie wirksame Biegelänge des Schafts außerhalb der Führung, mit I das axiale Flächen moment des Schafts und mit f die Auslenkung des Tastelements aus seiner Ruhelage bezeichnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antastkraft als Regelgröße in einem Regelkreis auf einen vorgebbaren,
gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Wert eingestellt wird und dass eine
Halterung, von der die Führung mit dem Tastelement ausgeht, von wenigstens einem
motorischen Antrieb als Stellglied bewegt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auslenkung des Tastelements mittels des optischen Sensors gemessen wird,
der die Stellung des Tastelements in dessen Ruhelage und die Stellung des Tast
elements bei Berührung mit der Oberfläche eines Objekts erfasst.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stellung des Tastelements und/oder der zumindest einen Zielmarke mittels
von diesem bzw. dieser reflektierter Strahlung und/oder von dem Tastelement ab
strahlender Strahlung und/oder von dem Tastelement und/oder der zumindest einen
Zielmarke erzeugtem Schatten bestimmt wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Ruhelage des Tastelements in einer vorgegebenen ersten Position des
optischen Sensors gemessen wird, dass weitere Ruhelagen des Tastelements in von
der ersten Position des optischen Sensors abweichenden Positionen aus der vorgegebe
nen ersten Position und der Lageänderung des optischen Sensors bestimmt werden
und dass die Lage des Tastelements bei Berührung mit dem Objekt mit dem optischen
Sensor gemessen und die Messwerte für die Struktur des Objekts und die Bestimmung
und Auslenkung der Antastkraft verarbeitet werden.
7. Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koor
dinatenmessgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten
Tastelements, das mit dem Objekt in Berührung bringbar ist, mit Mitteln, um dessen
Position sodann unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastelement
zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor zu bestimmen, und mit Mitteln,
um aus der Größe der Auslenkung des Tastelements aus der Ruhelage die Antastkraft
zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaft (12) mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement (10) um
fassenden Biegelänge, in einer starren oder im Wesentlichen starren Führung (14)
verläuft, die von einer Halterung ausgeht, die mit wenigstens einem motorischen
Antrieb (34) verstellbar ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antastkraft aus dem Wert der Größe der Auslenkung nach folgender Glei
chung bestimmt wird:
worin mit F die Antastkraft, mit f die Größe der Auslenkung aus der Ruhelage, mit l die Länge des elastischen Schafts (12) zwischen dem Tastelement (10) und einer starren Hülse (30), mit E der Elastizitätsmodul des Schafts (12) und mit I das axiale Fächenmoment des Schafts (12) bezeichnet sind.
worin mit F die Antastkraft, mit f die Größe der Auslenkung aus der Ruhelage, mit l die Länge des elastischen Schafts (12) zwischen dem Tastelement (10) und einer starren Hülse (30), mit E der Elastizitätsmodul des Schafts (12) und mit I das axiale Fächenmoment des Schafts (12) bezeichnet sind.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein optisches System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelements (10) oder
der wenigstens einen Zielmarke aus der Ruhelage vorgesehen und zumindest mit dem
Tastelement (10) und dem Schaft (12) als Einheit bewegbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das optische System zum Erfassen der Auslenkung des Tastelements (10) in
einem Regelkreis angeordnet ist, dessen Regelgröße die Antastkraft ist und der als
Stellglied wenigstens einen motorischen Antrieb (34) für die Bewegung der das Tast
element (10), den Schaft (12) und den Sensor enthaltenden Einheit aufweist.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tastelement (10) mit dem Schaft (12) und dem optischen System von einer
in fünf Freiheitsgraden bewegbaren Halterung (32) verstellbar ist.
12. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das optische System zur Bestimmung der Auslenkung des Tastelements (10) eine
elektronische Kamera oder ein Fokussystem ist.
13. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das optische System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelements (10) aus der
Ruhelage auch für die Messung der Struktur des Objekts vorgesehen ist.
14. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Rechner (38) für die Berechnung der Position des Tastelements (10) in Bezug
auf die Lage des optischen Systems bei der Messung der Ruhelage des Tastelements
und bei Änderung der Lage des optischen Systems im Raum vorgesehen ist.
15. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tastelement (10) und der Schaft (12) Lichtleiter sind und dass dem Tast
element (10) über den Lichtleiter Licht zuführbar ist.
16. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schaft (12) innerhalb der Führung (14) verschiebbar angeordnet ist.
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