DE19950869A1 - Meßdatenerfassung auf Koordinatenmeß- und Digitalisiermaschinen - Google Patents
Meßdatenerfassung auf Koordinatenmeß- und DigitalisiermaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung geometrischer Eigenschaften von
Werkstücken auf Koordinatenmeßmaschinen oder Digitalisiermaschinen mittels
Meßgeräten, die eine Meßinformation über geometrische Eigenschaften des
Werkstücks relativ zu dem Meßgerät liefern, abgekürzt oftmals als messende
Sensoren bezeichnet.
Im Weiteren wird sowohl für Koordinatenmeßmaschinen als auch
Digitalisiermaschinen die Abkürzung KMG verwendet.
Zur Erfassung 3-dimensionaler geometrischen Größen werden heute überwiegend
KMG eingesetzt. Diese sind meist mit einem schaltenden Taster ausgestattet, der
bei Berührung der Oberfläche ein elektrisches Signal generiert. Mit diesem Signal
wird die Positionen der einzelnen linearen oder rotatorischen Achsen des KMG
eingefroren, d. h. die Achspositionen in ein Ausgaberegister kopiert. Diese
Information wird bei bekannter Kinematik des KMG inkl. des Tasters dazu
verwendet, einen Meßpunkt in einem ortsfesten Koordinatensystem zu generieren.
Bei der Erzeugung eines Meßpunktes werden teilweise weitergehende Fehlerkom
pensationen, wie z. B. Tastkugelradius-Korrektur, geometrische oder thermische
Maschinenpositionsfehler-Korrektur, durchgeführt. Die Grundlage für die Fehler
korrektur und z. T. auch für die Bestimmung der Kinematik ist meist ein Kalibrier
prozeß.
Werden mehrere Punkte nacheinander in dem selben ortsfesten Koordinatensystem
gemessen, ist die relative Position der Meßpunkte im ortsfesten Koordinatensystem
zueinander ein Maß für die relative Position der Berührpunkte auf der Werkstück
oberfläche. Somit können an dem Werkstück geometrische Größen bestimmt
werden.
In zunehmendem Maße werden bevorzugt zur Erfassung von Freiformflächen statt
schaltenden Tastern messende Sensoren eingesetzt. Sowohl berührende als auch
berührungslose Sensoren werden verwendet. Diese Sensoren bestimmen die Lage
des Meßpunktes auf dem Werkstück relativ zu ihrer Aufnahme, d. h. in einem
Sensor-festen Koordinatensystem, im Weiteren rst-Koordinatensystem genannt.
Eine Folge von Meßpunkten wird dabei in der Regel während der Bewegung des
KMG erfaßt, man spricht von "scannendem" Betrieb.
Zur Berechnung eines Meßpunktes in einem ortsfesten Koordinatensystem muß
zeitsynchron die Sensor-Information im rst-Koordinatensystem mit der Information
zur Position des Sensors im ortsfesten Koordinatensystem verknüpft werden. Dies
geschieht nach derzeit bekannten Verfahren, indem das Ergebnis der Messung des
Sensors im rst-Koordinatensystem mit dem Ergebnis der Sensorpositions
bestimmung durch das KMG im ortsfesten Koordinatensystem in einer meist
digitalen Signalverarbeitungseinheit so zeitgleich wie möglich erfaßt wird und
anschließend aus diesen beiden Einzelinformationen ein Meßpunkt im ortsfesten
Koordinatensystem berechnet wird.
Damit beim bekannten Verfahren tatsächlich die Informationen von Sensor und KMG
vom selben Zeitpunkt stammen, müssen die Zeiten für die Meßwertgewinnung, -ver
arbeitung und -übertragung für Sensor und KMG gleich groß sein, damit die zeit
synchrone Verknüpfung der Ergebnisse auch einem gleichen Meßzeitpunkt
entspricht. Andernfalls würde die Information des Sensors mit einer Position des
Sensors verknüpft, die er zum Zeitpunkt der Informationsgewinnung gar nicht
innehatte und dies würde mit Ausnahmen von einigen Sonderfällen zu einer falschen
Berechnung der Meßpunkte führen.
Es sind zwar Systeme bekannt, die bei ungleicher, aber jeweils konstanter
Signallaufzeit eine Korrektur durch eine Verzögerungsstrecke der schnelleren
Information bevorzugt durch einen Ringpuffer vornehmen; diese sind aber stör
anfällig, weil die Annahme konstanter Signallaufzeiten insbesondere bei optischen
Sensoren mit komplexer Signalverarbeitung nicht zu gewährleisten ist und auch die
Signalübertragungszeit bis an den Punkt der Signalverarbeitungseinheit, an dem
beide Informationen gleichzeitig erfaßt werden, im Allgemeinen nicht konstant ist.
Das gilt vor allem, wenn die Signalverarbeitungseinheit ein komplexes Multitasking-
Betriebssystem, wie z. B. Windows NT, benutzt.
Weiterhin setzen alle bekannten Systeme voraus, daß die Meßdatenrate von Sensor
und KMG gleich ist, d. h. jeweils ein Ergebnis vom Sensor mit einem Ergebnis vom
KMG verknüpft wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet diese Nachteile nun, indem der
Zeitpunkt der Messung durch ein elektrisches Signal (Trigger) sowohl für das KMG
als auch für den Sensor bestimmt wird.
Alle KMG, die für den Betrieb mit einem schaltenden Taster ausgelegt sind, erlauben
diese Funktion, indem das Triggersignal wie ein Signal von einem schaltenden
Taster behandelt wird.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Sensoren müssen ebenfalls eine Möglichkeit zur
Synchronisation ausweisen. Dies kann sowohl ein Trigger-Eingang zur exakten
Bestimmung des Meßzeitpunktes als auch ein Ausgangssignal (SYNC), das den
exakten Meßzeitpunkt anzeigt, sein. Im ersten Fall muß ein Meßdatenerfassungs
system nach erfindungsgemäßem Verfahren eine Triggerquelle enthalten, im
zweiten Fall würde der Sensor selbst als Triggerquelle fungieren.
Eine Signalverarbeitungseinheit nach erfindungsgemäßem Verfahren stellt sicher,
daß genau ein Meßergebnis vom Sensor und KMG je Trigger weiterverarbeitet wird.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, wirkt sich jetzt unterschiedliche Signal
laufzeit nicht mehr aus, da in der Signalverarbeitungseinheit die Gleichzeitigkeit der
Messung durch die Folge der Ergebnisse und nicht mehr durch den Zeitpunkt der
Erfassung der Ergebnisse bestimmt ist. Mit anderen Worten, das n-te Ergebnis nach
einer Initialisierung vom KMG und das n-te Ergebnis nach einer Initialisierung vom
Sensor stammen sicher vom gleichen Zeitpunkt, da sie vom gleichen Trigger
ausgelöst wurden.
Da insbesondere berührungslose Sensoren wesentlich dynamischer sind als das
KMG, sind unterschiedliche Meßdatenraten von Sensor und KMG sinnvoll und mit
erfindungsgemäßem Verfahren möglich, bevorzugt wenn das Verhältnis der
Meßdatenraten ganzzahlig ist.
Für die Berechnung von Meßpunkten werden in diesem Fall die Ergebnisse der
KMG nach bekannten Verfahren interpoliert, so daß nach der Interpolation gleich
viele Informationen vom KMG und vom Sensor vorliegen und wie bei gleicher
Meßdatenrate weiterverarbeitet werden können.
Um die Identifizierung, welches Ergebnis zum n-ten Trigger gehört, sicherer zu
machen, z. B. eventuell auftretende Signalübertragungsfehler zu erkennen, sollen
sowohl Sensoren als auch KMG in einer bevorzugten Variante des erfindungs
gemäßen Verfahrens neben ihrer sonstigen Information eine TAN-Nr. (Transaction
identifier) übertragen, die mit jedem Trigger erhöht wird und bei Überschreitung
einer maximalen Zahl wieder zurückgesetzt wird. Dadurch kann bei der Verknüpfung
der KMG- und Sensordaten auf einfachste Weise Synchronität überprüft werden
bzw. Synchronisierung erreicht werden.
In einer bevorzugten Variante weist mindestens der Sensor, möglichst aber auch
das KMG, einen FIFO Ausgabespeicher auf, der sicherstellt, daß auch unter nicht
echtzeitfähigen Betriebssystemen (wie z. B. Windows NT) eine vollständige und
eineindeutige Übertragung jeder einzelnen Information je Trigger sichergestellt ist.
Insbesondere für die bei berührungslosen Sensoren möglichen hohen Datenraten
wird dadurch verhindert, daß die Signalverarbeitungseinheit durch Belastungen mit
anderen Aufgaben, die Signalübertragung nicht innerhalb der durch die
Meßdatenrate vorgegebenen Zeit bearbeiten kann und damit einzelne Informationen
gar nicht zur Weiterverarbeitung gelangen.
Der FIFO Ausgabespeicher insbesondere in Kombination mit der TAN-Nr. erlaubt
zum einen im Vergleich zu heutigen Lösungen sehr störsicheren Betrieb, zum
anderen erlaubter, die Informationen von Sensor oder KMG statt einzeln je Trigger
in wählbaren Blockgrößen für mehrere Trigger zu übertragen, was die Belastung der
Signalverarbeitungseinheit durch die Datenübertragung signifikant vermindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt daher ohne signifikante Erhöhung des
Aufwandes an heute üblichen KMG eine wesentliche Steigerung der Meßdatenrate
bei gleichzeitiger Erhöhung der Störsicherheit und Verminderung der Belastung der
Signalverarbeitungseinheit.
Claims (7)
1. Verfahren zur Bestimmung von Meßpunkten auf Werkstücken mittels eines KMG's
mit messenden Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl das KMG als auch der messende Sensor eine Möglichkeit besitzen, durch
ein bevorzugt elektrisches Signal den Meßzeitpunkt exakt zu bestimmen. Exakt
bedeutet hierbei genügend exakt, um für die jeweilige Meßaufgabe die
geforderten Fehlergrenzen unter Berücksichtigung von Synchronisationsfehlern
einzuhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßzeitpunkt für das KMG und für den Sensor jeweils durch ein in bekannter
zeitlicher Relation stehendes bevorzugt elektrisches Signal definiert wird.
Bevorzugt als zeitliche Relation ist die Gleichheit, d. h. der Meßzeitpunkt für das
KMG und für den Sensor wird durch ein gemeinsames, bevorzugt elektrisches,
Signal definiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
entweder das KMG oder der Sensor ein bevorzugt elektrisches Signal zur
Bestimmung seines Meßzeitpunkts erzeugt und damit ggf nach einer Teilung,
Vervielfachung oder zeitlichen Verschiebung den Meßzeitpunkt des jeweils
anderen bestimmt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eines der beiden, das KMG oder der Sensor, Einrichtungen besitzt,
die je Messung einen zumindest bis zu einer maximalen Anzahl von Messungen
eindeutigen Identifikator erzeugen und als Bestandteil des Meßergebnisses an
die jeweilige Messung koppeln. Nach Überschreitung der maximalen Anzahl
wiederholt sich der Identifikator, d. h. er ist zyklisch eindeutig.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl das KMG als auch der messende Sensor Einrichtungen besitzen, die je
Messung das Meßergebnis an eine Signalverarbeitungseinheit übertragen oder
zumindest der Signalverarbeitungseinheit zur Verfügung stellen und diese durch
ein bevorzugt elektrisches Signal über das Vorliegen eines neuen
Meßergebnisses informieren.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eines der beiden, das KMG oder der Sensor, Einrichtungen besitzen,
die je Messung das Meßergebnis speichern und zu einem späteren Zeitpunkt
exakt in der Reihenfolge ihres Auftretens an eine Signalverarbeitungseinheit
übertragen oder zumindest der Signalverarbeitungseinheit zur Verfügung stellen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eines der beiden, das KMG oder der Sensor, die Meßergebnisse
nicht einzeln sondern blockweise zu mehreren Messung zusammengefaßt an eine
Signalverarbeitungseinheit überträgt oder zumindest der Signalverarbeitungs
einheit zur Verfügung stellt.
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