DE3640287A1 - Verfahren zur erzeugung eines gemeinsamen koordinatensystems bei mehrarmigen koordinatenmessgeraeten - Google Patents
Verfahren zur erzeugung eines gemeinsamen koordinatensystems bei mehrarmigen koordinatenmessgeraetenInfo
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Description
Zur Vermessung von großvolumigen Werkstücken, wie z. B.
Automobilkarosserien werden häufig Koordinatenmeßgeräte in
Mehrständerausführung, d. h. aus mehreren Einzelgeräten
aufgebaute Koordinatenmeßgeräte eingesetzt.
Derartige
Koordinatenmeßgeräte sind z. B. in der Druckschrift 60 12 001
der Firma Carl Zeiss mit dem Titel "Vollautomatische
Karosseriemessung mit Zeiss CNC-Mehrständer-Meßmaschinen"
beschrieben.
Bei diesen Koordinatenmeßgeräten besteht das Problem, die den
einzelnen Meßarmen zugeordneten und durch deren Führungen
definierten Koordinatensysteme so aneinander anzupassen, daß
ein für die Messung gemeinsames Koordinatensystem entsteht.
Dies wurde bisher dadurch erreicht, daß die Führungen der
Einzelgeräte mit der erforderlichen Genauigkeit im Bereich
weniger Winkelsekunden zueinander justiert wurden. Für die auf
diese Weise zueinander ausgerichteten Koordinatensysteme wurde
dann ein gemeinsamer Nullpunkt geschaffen, indem von den
Meßarmen ein im gemeinsamen Teil des Meßbereiches befindlicher
Referenzpunkt durch Antastung ermittelt wurde. Dieser
Referenzpunkt, der z. B. der Mittelpunkt eines Kugelnormals sein
konnte, wurde zum Nullpunkt des gemeinsamen Koordinatensystems
erklärt und im Rechner des Koordinatenmeßgerätes abgelegt.
Dem beschriebenen, bekannten Verfahren haftet der Mangel an,
daß alle gegenseitigen Abweichungen der Führungen der Einzel
geräte auch Abweichungen der ermittelten Meßwerte vom gemein
samen Koordinatensystem zur Folge haben und demzufolge
Meßfehler entstehen.
Zwar ist es bereits bekannt, die Führungsfehler von
Koordinatenmeßgeräten in den einzelnen Achsen rechnerisch zu
korrigieren. Die durch Fehljustierungen der Einzelgeräte zu
einander entstandenen Abweichungen wurden dadurch jedoch nicht
beseitigt. Zudem ist das genaue Ausrichten der Führungen der
Einzelgeräte zueinander ein zeitraubender Vorgang.
Aus der DE-OS 32 08 412 und der DE-OS 32 17 967 sind mehrarmige
Koordinatenmeßgeräte bekannt, deren Meßarme von einem einzigen
Rechner gleichzeitig gesteuert werden. Auch bei diesen
bekannten Meßsystemen hängt die Meßgenauigkeit davon ab, wie
genau die Führungen der beiden Meßarme zueinander justiert
sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Erzeugung eines gemeinsamen Koordinatensystems bei
mehrarmigen Koordinatenmeßgeräten zu schaffen, das einen
möglichst geringen Aufwand erfordert und es erlaubt, die
Meßgenauigkeit der Maschine zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem jeweils zwei
Meßarmen (11, 12) gemeinsamen Teil (13) des Meßbereiches des
Koordinatenmeßgerätes mindestend drei Meßpunkte von den beiden
Meßarmen angetastet werden und diesen Punkten in den
Koordinatensystemen der beiden Meßarme die gleichen
Koordinatenwerte zugeordnet werden.
Mit Hilfe der drei gemeinsamen von z. B. zwei Meßarmen gemessenen
Punkte, denen dann vom Rechner des Koordinatenmeßgerätes die
gleichen Koordinatenwerte zugeordnet werden, lassen sich die
beiden Einzelkoordinatensysteme rechnerisch eindeutig mit
einander koppeln. Die Koordinatensysteme von weiteren Meßarmen
können dann sukzessive daran angeschlossen werden, indem der
Vorgang für den überlappenden Teil des Meßbereiches zu diesem
weiteren Meßarm in gleicher Weise wiederholt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise ein mit drei
räumlich exakt definierten Punkten, z. B. Kugelmittelpunkten
versehener Prüfkörper im gemeinsamen d. h. überlappenden
Teil des Meßbereiches zweier Meßarme angeordnet werden. Auf die
exakte Zuordnung der drei Punkte zueinander kommt es nicht an,
es ist lediglich sicherzustellen, daß die drei Meßpunkte, die
von beiden Meßarmen angetastet werden müssen, auch von beiden
Seiten zugänglich sind.
Es ist weiterhin möglich, einen Prüfkörper oder ein
Prüfwerkstück wie z. B. ein an sich bekanntes Kugelnormal, das
einen einzigen Meßpunkt definiert, an mindestens drei
verschiedenen Stellen im gemeinsamen Teil des Meßbereiches zu
positionieren und dort mit beiden Meßarmen anzutasten.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform des
Verfahrens besteht darin, daß jeweils einer der Meßarme selbst
das Prüfwerkstück trägt und diese an drei verschiedenen
Stellen positioniert, und diese Positionen von dem anderen
Meßarm durch Antastung ermittelt werden. Dazu kann ein anstelle
des Tasters am Tastkopf des einen Meßarmes eingewechselter
Prüfkörper verwendet werden, der mit einer entsprechenden
Aufnahme für den Tastkopf versehen ist. Der Wechselvorgang,
mit dem der Taststift gegen den Prüfkörper ausgetauscht wird,
ist hier ohne weiteres automatisierbar, wenn der Prüfkörper in
einem Magazin für eine automatische Tasterwechseleinrichtung
abgelegt ist, wie sie beispielsweise in der EP-A 1 01 28 464
beschrieben ist.
Weiterhin kann die ohnehin für den Meßvorgang vorgesehene
Tastkugel am Tastkopf eines der beiden Meßarme selbst als
Prüfkörper dienen und in drei verschiedenen Positionen von der
Tastkugel des jeweils anderen Meßarmes angetastet werden. Es
ist dann überhaupt kein Prüf- oder Referenzkörper nötig, um den
Anschluß der Koordinatensysteme der beiden sich gegenseitig
antastenden Meßarme sicherzustellen.
Bei der letztgenannten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist es zweckmäßig, einen der einander berührenden
Taststifte während des gegenseitigen Antastens in seinem Tast
kopf zu klemmen. Eine Klemmung des Taststiftes ist in vielen
Tastköpfen für Koordinatenmeßgeräte in der Regel ohnehin
bereits vorhanden und dort für andere Zwecke, z. B. für den
sogenannten "Scanning-Betrieb" vorgesehen.
Wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Anschluß der
Koordinatensysteme der verschiedenen Einzelgeräte rechnerisch
hergestellt, dann ist eine exakte mechanische Ausrichtung der
Führungen der Einzelgeräte zueinander mit der eingangs
genannten Genauigkeit von wenigen Winkelsekunden nicht mehr
erforderlich. Da dieses Verfahren sehr schnell z. B. auch
zwischen zwei Meßvorgängen ausgeführt werden kann, werden auch
Fehler eliminiert, die dadurch entstehen, daß sich die
Führungen der Einzelgeräte zueinander bewegen, beispielsweise
infolge wechselnden Belastungen durch das zu vermessende
Werkstück.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein
Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1-6 der
Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines
Koordinatenmeßgerätes in Zweiständerbauweise.
Fig. 2-4 und Fig. 6 sind schematische Skizzen, in denen die
Koordinatensysteme der beiden Einzelgeräte (1 und
2) in Fig. 1 in verschiedenen Stadien der gegen
seitigen Ausrichtung zueinander dargestellt
sind.
Fig. 5 ist eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Ver
fahrens zur Erzeugung eines gemeinsamen
Koordinatensystems für die beiden Einzelgeräte (1
und 2).
Das in Fig. 1 dargestellte Meßgerät ist aus zwei Einzelgeräten
(1 und 2) in Ständerbauweise aufgebaut. Die beiden Ständer
lassen sich entlang der mit (3 und 4) bezeichneten Führungen
parallel zueinander verschieben. Jeder Ständer trägt an seinem
Querarm bzw. Meßarm (11, 12) einen Tastkopf (7 bzw. 8) mit
mehreren Taststiften. Mit den Tastkugeln (9 und 10) kann das zu
vermessende Werkstück, das ist die in der Figur dargestellte
Automobilkarosserie (5), von beiden Seiten vermessen werden.
Hierbei werden die Meßergebnisse, d. h. die von den
Längenmeßsystemen an den Führungen der beiden Einzelgeräte (1
und 2) gelieferten Meßwerte von einem gemeinsamen Rechner
verarbeitet. Wie eingangs bereits ausgeführt ist zur Erzielung
einer hohen Meßgenauigkeit Voraussetzung, daß die
Koordinatensysteme der beiden Einzelgeräte (1 und 2) innerhalb
der geforderten Genauigkeit nicht voneinander abweichen.
In Fig. 2 sind die beiden Koordinatensysteme A 1 und A 2 der
beiden Einzelgeräte so dargestellt, wie sie sich nach
Aufstellung der Maschine ohne zusätzliche Maßnahmen ergeben.
Aufgrund der übertrieben dargestellten Abweichungen in den
Führungen der Einzelgeräte sind beide Koordinatensysteme in
sich schiefwinklig, verbogen und besitzen Maßstabsfehler in
allen drei Achsen. Korrigiert man diese einmal ermittelten
Abweichungen mit Hilfe an sich bekannter Verfahren, wie sie
z. B. in der EP-A 1 00 82 441 beschrieben sind, indem man für
jedes der beiden Einzelgeräte die translatorischen und
rotatorischen Führungsfehler ermittelt und bei der
Meßwertbildung berücksichtigt, so erhält man die beiden in
Fig. 3 dargestellten, rechtwinkligen und geradlinigen
Koordinatensysteme (B 1) und (B 2 ), die aber noch zueinander versetzt
und verkippt sind.
Mit dem eingangs genannten, aus der Firmenschrift 60 12 001
bekannten Verfahren, werden die beiden Koordinatensysteme (B 1) und
(B 2) rechnerisch gegeneinander verschoben und an dem in Fig. 4
mit R bezeichneten Punkt in Übereinstimmung gebracht, indem
von beiden Tastkugeln (9 und 10) ein gemeinsamer Referenzkörper
angetastet wird. Aus Fig. 4 ist außerdem ersichtlich, daß mit
dieser Maßnahme jedoch kein vollständiger Anschluß der
Koordinatensysteme (B 1) und (B 2) aneinander erreicht wird, denn die
beiden Koordinatensysteme können immer noch bezüglich dreier
Achsen gegeneinander verkippt bzw. verdreht sein. Bisher wurde
durch möglichst genaues Justieren der Führungen zueinander
dafür gesorgt, daß die resultierenden Meßfehler innerhalb der
für die Maschine angegebenen Grenzen bleiben. Man ging also
davon aus, daß die Führungen der Einzelgeräte (1 und 2) mit
ausreichender Genauigkeit zueinander parallel sind und die in
Fig. 4 mit α, β und γ bezeichneten Kippwinkel
vernachlässigt werden können.
Gemäß der Erfindung wird nun wie anhand von Fig. 5 darge
stellt, die Tastkugel (10) am Tastkopf (8) des Meßarmes (12)
des einen Einzelgerätes (2) im gemeinsamen Teil (13) der
einander überlappenden Meßbereiche der Einzelgeräte an den mit
(P 1, P 2 und P 3) bezeichneten Stellen positioniert. Die von den
Achsen des Gerätes (2) gelieferten Koordinatenmeßwerte in
diesen Positionen, die der Mittelpunkt der Tastkugel (10) ein
nimmt, werden im gemeinsamen Rechner des Koordinatenmeßgerätes
abgelegt.
Gleichzeitig tastet der am Meßarm (11) des anderen
Einzelgerätes (1) befestigte Tastkopf (7) mit seiner Tastkugel (9)
die Tastkugel (10) des anderen Einzelgerätes in den drei
Positionen (P 1, P 2 und P 3 ) nacheinander so oft an, wie er es zur
Bestimmung des jeweiligen Mittelpunktes der Tastkugel (10)
erforderlich ist. Die von den Achsen des zweiten Einzelgerätes
(1) gelieferten Meßwerte werden ebenfalls im Steuerrechner des
Koordinatenmeßgerätes abgelegt. Der Rechner des
Koordinatenmeßgerätes ordnet nun den entsprechenden Punkten der
beiden Datensätze jeweils die gleichen Koordinaten zu. Auf
diese Weise werden die beiden Koordinatensysteme der
Einzelgeräte (1 und 2) an den drei Punkten (P 1 bis P 3) aneinander
angeschlossen. Das Resultat zeigt Fig. 6. Durch den Anschluß
entsteht im Rechner ein gemeinsames Koordinatensystem aus den
jetzt auch winkelmäßig zueinander ausgerichteten
Koordinatensystemen (B 1 und B 2) der Einzelgeräte (1 und 2).
Während sich die beiden Taststifte der Meßarme (11 und 12) im
"Hand-Shaking" Verfahren gegenseitig antasten, wird der
Taststift in einem der beiden Tastköpfe (8) in allen
drei Meßachsen geklemmt, um die Eindeutigkeit beim
Antastvorgang sicherzustellen.
Bei der Durchführung des soeben geschilderten Verfahrens ist
darauf zu achten, daß die Punkten (P 1, P 2 und P 3) nicht auf einer
Linie liegen, sondern ein Dreieck bilden, dessen Fläche
möglichst groß ist, damit der Anschluß der Koordinatensysteme
bezüglich Kippungen um alle drei möglichen Achsen
sichergestellt sind.
Es ist klar, daß das wie beschrieben im Rechner gebildete
gemeinsame Koordinatensystem der beiden Einzelgeräte (1 und 2)
durch Transformation an ein anderes externes Koordinatensystem,
wie z. B. das Werkstückkoordinatensystem gekoppelt werden kann.
Außerdem können weitere Meßarme in das Koordinatensystem
eingebunden werden, indem das beschriebene Verfahren nochmals,
für den mit dem weiteren Meßarm überlappenden Teil des
Meßbereiches durchgeführt wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Koordinatensystems
bei mehrarmigen Koordinatenmeßgeräten, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem jeweils zwei Meßarmen (11, 12)
gemeinsamen Teil (13) des Meßbereiches des Koordinatenmeßge
rätes mindestens drei Meßpunkte (P 1, P 2, P 3) von den beiden
Meßarmen angetastet werden und diesen Punkten in den
Koordinatensystemen der beiden Meßarme die gleichen
Koordinatenwerte zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle
Meßpunkte auf einem Prüfkörper befestigt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßpunkte durch ein einziges Prüfwerkstück realisiert sind,
das an verschiedenen Stellen im gemeinsamen Teil des
Meßbereiches positioniert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Prüfwerkstück an einem der beiden Meßarme befestigt und mit
Hilfe des Meßarmes positioniert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem jeweils zwei Meßarmen (11, 12) gemeinsamen Teil (13) des
Meßbereiches an mindestens drei Stellen (P 1, P 2, P 3) ein
gegenseitiges Antasten der Tastelemente (Kugel 9, 10) der
beiden Meßarme (11, 12) stattfindet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Taststift mit dem Tastelement (10) des Tastkopfes (8) an
einen der beiden Meßarme (12) während des gegenseitigen
Antastens geklemmt ist.
Priority Applications (1)
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DE19863640287 DE3640287A1 (de) | 1986-11-25 | 1986-11-25 | Verfahren zur erzeugung eines gemeinsamen koordinatensystems bei mehrarmigen koordinatenmessgeraeten |
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DE19863640287 DE3640287A1 (de) | 1986-11-25 | 1986-11-25 | Verfahren zur erzeugung eines gemeinsamen koordinatensystems bei mehrarmigen koordinatenmessgeraeten |
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