WO2005088246A1

WO2005088246A1 - Koordinatenmesssystem und koordinatenmessverfahren unter einsatz eines koordinatenmessgeräts

Info

Publication number: WO2005088246A1
Application number: PCT/EP2005/002502
Authority: WO
Inventors: Bernd Georgi
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2006-09-10
Also published as: DE102004011707B3

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssytems und ein Koordinatenmesssystem vorgeschlagen, wobei das Koordinatenmesssytem ein Koordinatenmessgerät (3) umfasst mit einer Werkstückbasis zur Halterung eines anzutastenden Werkstücks, einem Tastkopf zum Antasten des Werkstücks und einer den Tastkopf tragende Verlagerungsmechanik mit einer Mehrzahl von relativ zueinander verlagerbaren Trägerliedern, von denen eines den Tastkopf trägt, und wobei das Verfahren bzw. das System umfassen: Darstellen eines Bilds (69) des Werkstücks oder/und von Abständen (81) aus einem Datenmodell (71) wenigstens eines Teils des Werkstücks in Abhängigkeit von einer Position (73) des Tastkopfs.

Description

Koordinatenmeßsystem und Koordinatenmeßverfahren unter Einsatz eines Koordinatenmeßgeräts

Ein herkömmliches Koordinatenmeßgerät umfaßt eine Werkstückbasis zur Halterung eines anzutastenden Werkstücks, einen Tastkopf zum Antasten des Werkstücks und eine den Tastkopf tragende Verlagerungsmechanik mit einer Mehrzahl von relativ zueinander verlagerbaren Trägergliedern, von denen eines den Tastkopf trägt .

An dem Tastkopf ist ein Taststift mit einer Tastspitze gehaltert, welche zur Bestimmung von Koordinaten einer Oberfläche des Werkstücks in Berührungskontakt mit der Werkstückoberfläche gebracht wird. Hierzu wird der Tastkopf durch die Verlagerungsmechanik solange relativ zu dem Werkstück verfahren bis ein Sensor des Tastkopfs den Berührungskontakt registriert. Sodann werden Sensoren der Verlagerungsmechanik ausgelesen, um Relativpositionen der Trägerglieder relativ zueinander zu bestimmen und daraus die Position der Spitze des Taststifts relativ zu der Werkstückbasis bzw. dem daran gehalterten Werkstück zu ermitteln. Es , können auf ähnliche Weise weitere Koordinaten von Oberflächenpunkten des Werkstücks ermittelt werden.

Die Verlagerung des Tastkopfs kann zum Beispiel per Hand erfolgen, indem ein Benutzer an den Tastkopf greift, um diesen zu verlagern. Die Verlagerungsmechanik kann allerdings auch Antriebe zur. Verlagerung der Trägerglieder relativ zueinander umfassen, und der Benutzer gibt beispielsweise über eine Tastatur oder einen Joystick Bewegungskommandos an die Verlagerungsmechanik, um die Antriebe zur Verlagerung des Tastkopfs anzusteuern.

Im Hinblick auf eine schnelle Abtastung der Werkstückoberflächen sollte eine Annäherung der Tastspitze an die Werkstückoberfläche durch eine schnelle Relativbewegung zwischen Tastkopf und Werkstückhalterung erfolgen. Allerdings muß diese Annäherung auch vorsichtig erfolgen, um zu vermeiden, daß Komponenten des Tastkopfs und der Tastspitze beschädigt werden, wenn die Bewegung des Tastkopfs bei Kontakt mit dem Werkstück nicht schnell genug gebremst werden kann.

Deshalb erfolgt die Annäherung der Tastspitze an das Werkstück häufig unter Beobachtung des Benutzers, der mit dem Auge die Annäherung der Tastspitze an das Werkstück registrieren und daraufhin die Annäherungsgeschwindigkeit verzögern kann.

Bei miniaturisierten Werkstücken und komplizierten Werk- Stückgeometrien, beispielsweise bei der Antastung von Hohlräumen innerhalb des Werkstücks, ist die direkte Beobachtung von Tastspitze und Werkstückoberfläche für den Benutzer unter Umständen mühsam oder gar unmöglich.

In dieser Hinsicht bietet ein aus US 5,615,489 bekanntes Koordinatenmeßsystem eine Erleichterung, bei welchem der Benutzer bei einer Annäherung eines Taststifts an eine Werkstückoberfläche auf einen Monitor einer Kamera blickt, welche in dem Tastkopf eingebaut ist und über eine Kameraoptik ein Bild der Tastspitze und deren Umgebung aufnimmt. Auch bei komplizierten Geometrien des Werkstücks kann der Benutzer die Annäherung des Taststifts an das Werkstück wenigstens auf dem Monitor verfolgen und das Koordinatenmeßgerät entsprechend steuern.

Allerdings sind Meßköpfe mit integrierter Kamera besonders aufwendig, und es existieren auch Taststiftgeometrien, wie beispielsweise sternförmige Taststifte, bei denen eine Kamera zur Aufnahme eines Bildes einer ausgewählten Tastspitze während des Betriebs nicht integrierbar ist.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Koordinatenmeßsystem und ein Koordinatenmeßverfahren vorzuschlagen, bei dem eine Antastung von Werkstücken vereinfacht möglich ist.

Die Erfindung schlägt hierzu vor, ein Bild des Werkstücks während des Antastens nicht, wie bei dem herkömmlichen System, durch eine in einem Tastkopf integrierte Kamera aufzunehmen, sondern dieses vielmehr aus einem Datenmodell des Werkstücks zu konstruieren und damit eine Kamera in dem Tastkopf zu simulieren, ohne diese tatsächlich in dem Tastkopf vorsehen zu müssen.

Eine Voraussetzung hierzu ist allerdings das Vorhandensein des dem Werkstück entsprechenden Datenmodells. Allerdings ist ein solches Datenmodell für eine Vielzahl von Werkstücken vorhanden. Insbesondere ist dies für Werkstücke der Fall, welche mittels eines CAD-Systems ("Computer-aided design") konstruiert oder mittels eines CAM-Systems ("Computer-aided manufacture") auf einer Werkzeugmaschine gefertigt wurden.

Hierbei kommt ein Koordinatenmeßgerät zum Einsatz, welches eine Werkstückbasis zur Halterung eines anzutastenden Werkstücks und einen Tastkopf zum Antasten des Werkstücks umfaßt.

Das erfindungsgemäße Koordinatenmeßverfahren umfaßt dann ein Erzeugen eines Bilds des Werkstücks aus einem Datenmodell wenigstens eines Teils des Werkstücks in Abhängigkeit von einer Position des Tastkopfs relativ zu dem Werkstück.

Ein erfindungsgemäßes Koordinatenmeßsystem umfaßt neben dem Koordinatenmeßgerät, soweit vorangehend geschildert, ein Rechnersystem mit einem Speicher zur Aufnahme eines Datenmodells wenigstens eines Teils des Werkstücks und einem ersten Berechnungsmodul zur Erzeugung von ein Bild des Werkstücks repräsentierenden Darstellungsdaten in Abhängigkeit von dem Datenmodell des Werkstücks und von Positionsdaten, welche eine Position des Tastkopfs relativ zu dem Werkstück repräsentieren.

Ferner umfaßt das Koordinatenmeßsystem ein Anzeigesystem zur Anzeige der Darstellungsdaten.

Vorzugsweise entspricht das dargestellte Bild einem Bild des Werkstücks bei Betrachtung von einem Ort, der relativ zu dem Tastkopf fest angeordnet ist. Damit erscheint das Werkstück durch das Anzeigesystem als ein Bild, welches einem Bild entspricht, wie es eine in dem Tastkopf integrierte Kamera aufnehmen könnte . Das Bild des Werkstücks auf dem Anzeigesystem ist hierbei insbesondere ein perspektivisches Bild in dem Sinn, daß sich das Bild bei Verlagerung des Tastkopfes bezüglich dem Werkstück unter Berücksichtigung der Perspektive ändert. Insbesondere ändern sich hierbei Winkel zwischen beispielsweise Kanten des Werkstücks in dem dargestellten Bild, wenn der Tastkopf relativ zu dem Werkstück bewegt wird.

Vorzugsweise umfaßt die Verlagerungsmechanik wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Relativposition zwischen zwei Trägergliedern der Mehrzahl Trägerglieder, wobei der Sensor ein diese Relativposition repräsentierendes Sensorsignal ausgibt. Das Rechnersystem kann dann aus diesem wenigstens einen Sensorsignal die Positionsdaten, welche die Position des Tastkopfs relativ zu dem Werkstück repräsentieren, errechnen.

Es ist jedoch auch möglich, die Positionsdaten auf andere Weise zu ermitteln, beispielsweise indem diese aus von einem Benutzer eingegebenen Bewegungsbefehlen für den Meßkopf abgeleitet werden.

Aus den Positionsdaten wird vorzugsweise auch eine Beobachtungsrichtung abgeleitet, um die Darstellungsdaten derart zu erzeugen, daß diese das Bild des Werkstücks bei Betrachtung aus der Beobachtungsrichtung repräsentieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Koordinatenmeßgeräten bei welchen eine Orientierung der Tastspitze im Raum durch den Tastkopf änderbar ist, wobei dann vorzugsweise auch ein Sensor zur Erfassung dieser Orientierung an dem Tastkopf vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise ist der Ort, von dem aus das Werkstück in dem Bild betrachtet erscheint, in einem Bereich nahe der Tastspitze angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, andere Orte zu wählen, beispielsweise solche, welche bezüglich der Tastspitze versetzt sind.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Beobachtungsrichtung, aus der das Werkstück in dem erzeugten Bild betrachtet erscheint, einer Erstreckungsrichtung des Taststifts hin zu der Tastspitze entspricht .

Es ist jedoch auch möglich, hiervon verschiedene Beobach- tungsrichtungen zu wählen.

Außerdem wird das Koordinatenmeßsystem und Koordinatenmeßverfahren nicht auf einen Tastkopf beschränkt, welcher eine Tastspitze trägt, die zur Erfassung einer Antastung des Werkstücks mit diesem in mechanischen Kontakt treten muß. Vielmehr ist das Koordinatenmeßsystem ^' und das ^" Koordinatenmeßverfahren auch mit einem Tastkopf ausführbar, welcher eine Annäherung an das Werkstück berührungslos, beispielsweise interferometrisch, erfaßt . Ein Beispiel für einen solchen Meßkopf ist aus der US 5,778,548 bekannt.

Bei der Berechnung der Darstellung des Werkstücks aus dem Datenmodell können noch Parameter für das Berechnungsverfahren in Betracht gezogen werden, welche vorzugsweise durch eine geeignete Eingabevorrichtung vom Benutzer eingegeben werden können. Beispiele für solche Parameter sind ein Zoomwert, das heißt eine Größe eines Bildfelds des Bilds, ein Fluchtpunkt für eine perspektivische Darstellung des Bildes und dergleichen.

Vorteilhafterweise erzeugt das Rechnersystem auch Abstandsdaten, welche einen Abstand zwischen einem relativ zu dem Meßkopf fest angeordneten Ort und dem Werkstück repräsentieren. Diese Abstandsdaten werden in Abhängigkeit von dem Datenmodell und den Positionsdaten errechnet. Vorzugsweise ist der relativ zu dem Meßkopf fest angeordnete Ort ein der Tastspitze des Tastkopfs naher Ort oder eine Oberfläche der Tastspitze.

Der von den Abstandsdaten repräsentierte Abstand umfaßt vorzugsweise einen Abstand von diesem Ort zu einer Oberfläche des Werkstücks in Richtung einer Verlagerungsrichtung des Tastkopfs .

Die Verlagerungsrichtung des Tastkopfs ist hierbei vorzugsweise eine solche Verlagerungsrichtung zwischen zwei relativ zueinander verlagerbaren Trägergliedern. Es kann jedoch auch eine Verlagerungsrichtung einer . ährend des Betriebs des Koordinatenmeßgeräts auftretenden Verlagerung des Tastkopfs, welche eine Verlagerung von mehreren Trägergliedern relativ zueinander umfaßt, sein.

Ferner kann der durch die Abstandsdaten repräsentierte Abstand einen absoluten Abstand der Tastspitze von einer Oberfläche des Werkstücks umfassen.

Wenigstens einer der von den Abstandsdaten repräsentierten Abstände wird von dem Anzeigesystem vorzugsweise auch angezeigt.

Das Datenmodell des Werkstücks ist vorzugsweise ein Datenmodell, welches das Werkstück als aus mehreren Komponenten zusammengesetzt repräsentiert. Solche Komponenten können beispielsweise einfache geometrische Flächen sein, wie beispielsweise Planflächen, Zylinderflächen, Kugelflächen oder dergleichen. Wenn der Tastkopf ein Antasten einer Oberfläche des Werkstücks repräsentiert, erzeugt er ein entsprechendes Antastsignal . Das Rechnersystem umfaßt vorzugsweise ein drittes Berechnungsmodul, welches bei Registrierung des Antastsignals in Abhängigkeit von den Positionsdaten und dem Datenmodell eine Kennung für die Komponente des Werkstücks repräsentiert, welche angetastet wurde.

Vorteilhafterweise wird in dem von dem Anzeigesystem dargestellten Bild diese durch die Kennung bezeichnete Komponente in einer von den übrigen Komponenten verschiedenen Qualität dargestellt. Diese verschiedene Qualität kann beispielsweise eine Farbe oder Schraffur oder dergleichen sein, welche von einer Farbe bzw. Schraffur oder ähnlichem verschieden ist, in denen diese übrigen Komponenten in dem Bild dargestellt werden.

Da das Datenmodell mit dem darin enthaltenen Koordinatenwerten für die Oberflächen des Werkstücks im allgemeinen verschieden ist von den tatsächlichen Koordinatenwerten der Oberflächen des Werkstücks, beispielsweise aufgrund von Fer- tigungsungenauigkeiten oder einer nicht perfekten Ausrichtung des Werkstücks auf der Werkstückbasis, ist es möglich, das Datenmodell an die nun durch Messung ermittelten tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen. Hierzu umfaßt das Rechnersystem vorzugsweise ein viertes Berechnungsmodul, welches bei Registrierung des Antastsignals in Abhängigkeit von den Positionsdaten einer Aktualisierung des Datenmodells errechnet und dieses in dem Speicher ergänzend zu dem bisherigen Datenmodell abspeichert oder gar das bisherige Datenmodell durch das aktualisierte Datenmodell ersetzt.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Koordinatenmeßsystems , welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Koordinatenmeßverfahrens ausgebildet ist,

Figur 2 ein Funktionsdiagramm des Koordinatenmeßsystems der Figur 1, und

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Bildschirminhalts einer Anzeigevorrichtung des Koordinatenmeßsystems der Figur 1 während dessen Betriebs .

Ein in Figur 1 schematisch dargestelltes Koordinatenmeßsystem 1 umfaßt ein Koordinatenmeßgerät 3 und ein Rechnersystem 4.

Das Koordinatenmeßgerät 3 umfaßt einen Sockel 5, auf dem eine Werkstückbasis 7 zur Aufnahme eines zu vermessenden Werkstücks 9 fest angeordnet ist . In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel ist das Werkstück 9 ein Quader mit einer darin vorgesehenen Öffnung mit rechteckigem Querschnitt. Das Koordinatenmeßgerät 3 umfaßt weiter eine Verlagerungsmechanik 11 zur Verlagerung eines Tastkopfs 13 relativ zu der Werkstückbasis 7. Hierzu umfaßt die Verlagerungsmechanik ein Paar von Trägergliedern 15, 16, welche beidseits der Werkstückbasis von dem Sockel 5 ausgehend sich nach oben in z-Richtung erstrecken und fest mit dem Sockel 5 verbunden sind. Die Trägerglieder 15 und 16 tragen an ihren oberen Ende jeweils einen sich in y-Richtung erstreckenden Verschiebeschlitten 17 bzw. 18, um ein sich in x-Richtung erstreckendes Trägerglied 19 in y-Richtung verschiebbar zu haltern. Zur Bewegung des Trägerglieds 19 in y-Richtung ist in einem der Schlitten 17, 18 ein in Figur 1 nicht dargestellter Verschiebemotor vorgesehen, wobei weiterhin ein Positionssensor vorgesehen ist, um die Position des Trägerglieds 19 bezüglich der Trägerglieder 17 bzw. 18 in y-Richtung zu messen.

An dem Trägerglied 19 ist ein sich in x-Richtung erstreckender Verschiebeschlitten 21 vorgesehen, um ein weiteres Trägerglied 23 daran in x-Richtung verlagerbar zu haltern. Zur Betätigung des Schlittens 21 ist wiederum ein in Figur 1 nicht dargestellter Antrieb 21 vorgesehen und ein weiterer Positionssensor erfaßt die Position des Trägerglieds 23 relativ zu dem Trägerglied 19 in x-Richtung.

Das Trägerglied 23 umfaßt wiederum einen Verschiebeschlitten, der ein weiteres Trägerglied 25 in z-Richtung verlagerbar haltert, an dessen unterem Ende der Tastkopf 13 angebracht ist. Auch die Position des Trägerglieds 25 bezüglich dem Trägerglied 23 ist durch einen motorischen Antrieb änderbar und durch einen entsprechenden Sensor meßbar.

Der Tastkopf 13 trägt eine Anordnung 27 aus fünf Tastspitzen, welche sich in -z-Richtung, +x-Richtung, -x-Richtung, +y-Richtung bzw. -y-Richtung erstrecken. Die Taststifte tragen an ihren Enden jeweils eine als Saphirkugel ausgeführte Tastspitze. Zur Vermessung der Oberflächen des Werkstücks 9 wird eine der Tastspitzen jeweils auf eine Oberfläche des Werkstücks 9 solange zubewegt, bis der Tastkopf 13 einen Berührungskontakt zwischen der Tastspitze und dem Werkstück 9 registriert und ein entsprechendes Antastsignal abgibt.

Die Bewegungen des Tastkopfs 13 relativ zu der Werkstückbasis 7 werden durch das Rechnersystem 4 gesteuert, welches zum einen die von den vorangehend beschriebenen Sensoren ausgegebenen Sensorsignale auswertet und zum anderen die vorangehend beschriebenen Motoren ansteuert .

Das Rechnersystem umfaßt hierzu weiter neben einer Tastatur 31 und einer Maus 33 einen Joystick 35, über welchen ein Benutzer Bewegungsbefehle für den Tastkopf 13 eingeben kann. Somit kann der Benutzer durch Betätigung des Joysticks 35 den Tastkopf 13 an das Werkstück 9 derart annähern, daß eine von den Tastspitzen dessen obere Planfläche berührt . Der Tastkopf 13 erzeugt dann das Antastsignal, woraufhin das Rechnersystem die Positionssensoren des Koordinatenmeßgeräts ausliest und in Koordinaten eines von dem Benutzer gewählten Koordinatensystems umrechnet und diese auf einem Bildschirm 37 eines Anzeigesystems 38 anzeigt. Der Benutzer kann dann eine weitere Eingabe beispielsweise mittels der Tastatur 31 oder einer Taste an dem Joystick oder dergleichen betätigen, um diese Koordinaten für eine spätere Verwendung abzuspeichern.

Sollen allerdings Oberflächen der Ausnehmung in dem Werkstück angetastet werden, so ist die Bewegung des Meßkopfs bzw. der Tastspitze hin zu diesen Oberflächen für den Benutzer bei direkter Beobachtung des Vorgangs durch Blick auf das Werkstück 9 schwierig, da diese Oberflächen durch das Werkstück selbst verdeckt und für den Blick des Benutzers nur schwer zugänglich sein können.

Deshalb erzeugt das Rechnersystem 4 auf dem Bildschirm 37 eine Darstellung des Werkstücks 9 als Bild des Werkstücks wie es bei Betrachtung des Werkstücks 9 von dem Tastkopf 13 aus erscheinen würde. Bei der Antastung von durch das Werkstück 9 verdeckten oder dem Blick des Benutzers nicht leicht zugänglichen Oberflächen des Werkstücks blickt der Benutzer dann auf den Bildschirm 37 und führt seine Steuerbefehle durch den Joystick 35 bei ständiger Beobachtung des Bildschirms 37 und des darauf dargestellten Bilds des Werkstücks 9 aus.

Hierbei wird das Bild des Werkstücks 9 nicht unmittelbar etwa durch eine Kamera aufgenommen, sondern aus einem Datenmodell generiert, welches für das Werkstück 9 vorab in dem Rechnersystem 4 gespeichert wurde. Das Datenmodell kann beispielsweise ein CAD-Datenmodell sein, welches bei der Konstruktion des Werkstücks 9 erstellt wurde oder gar zur Fertigung des Werkstücks 9 auf einer Werkzeugmaschine eingesetzt wurde .

Ein Beispiel für eine Darstellung auf dem Bildschirm 37 während des Betriebs des Koordinatenmeßsystems 1 ist in Figur 3 schematisch erläutert. Darin ist in einem Fenster 39 links oben das von dem Rechnersystem 4 erzeugte simulierte Bild des Werkstücks 9 dargestellt . Darin repräsentieren eine Ringfläche 41 die obere Planfläche des Werkstücks, eine Fläche 42 den Boden der Ausnehmung und Flächen 43, 44, 45 und 46 Seitenwände der Ausnehmung. Eine Kreisfläche 49 symbolisiert die Tastspitze, und mit einem Punkt 51 ist ein Ort gekennzeichnet, an dem die Tastspitze 49 mit der Seitenfläche 44 in Berührungskontakt steht. Im Unterschied zu den übrigen Flächen 41 bis 46 ist die Fläche 44, mit der der Berührungskontakt besteht, durch Schraffur hervorgehoben.

In Figur 3 sind auch eine Vielzahl von Kanten des Werkstücks dargestellt. Ein Beispiel hierfür sind eine Kante 91 zwischen den Flächen 45 und 46 und eine Kante 93 zwischen den Flächen 42 und 46. Die Kanten 91 und 93 erstrecken sich in dem in Figur 3 dargestellten Bild unter einem Winkel α von etwa 110 ° . Wird nun die Position der Tastspitze 49 bzw. des Tastkopfes 13 relativ zu dem Werkstück verändert, so ändert sich, aufgrund des perspektivischen Charakters der Darstellung, auch der Wert des Winkels zwischen den Kanten 91 und 93. Hierbei ist der Winkel zwischen den Kanten 91 und 93 lediglich beispielhaft angesprochen, es ändern sich auch die Winkel in der Darstellung zwischen den übrigen Kanten des Werkstücks, so daß eine konsistente perspektivische Darstellung des Werkstücks beibehalten wird.

In einem rechten Fenster 53 des Bildschirms 37 sind die Koordinaten x, y und z des Berührungskontakts numerisch dargestellt . Ferner sind die Oberflächen des Werkstücks 9 in dessen Datenmodell durchnumeriert, wobei die Seitenfläche 44 der Ausnehmung in dem Datenmodell die Nummer 11 trägt, und mit "n=ll" wird in dem Fenster 53 dieser Berührungskontakt mit der Fläche 44 für den Benutzer sichtbar dargestellt.

In einem unteren Fenster 55 ist ein Diagramm dargestellt, welches dem Benutzer Abstände darstellt, die die Meßspitze 49 in die Bewegungsrichtungen x, y und z zu den nächsten Oberflächen des Werkstücks 9 aufweist. Ein zentraler Ring 56 repräsentiert dabei die Meßspitze 49, ein Balken 57 den Abstand der Meßspitze 49 in +y-Richtung zu der Seitenfläche 43, ein im Vergleich hierzu kürzerer Balken den Abstand in -y-Richtung zu der Seitenfläche 45 der Ausnehmung, ein im Vergleich hierzu längerer Balken 59 den Abstand der Meßspitze 49 in -x-Richtung zu der Seitenfläche 46 der Ausnehmung und ein Balken 60 den Abstand der Meßspitze 49 in -z-Richtung zum Boden 42 der Ausnehmung. Ein gestrichelt dargestellter Balken 61 symbolisiert einen sonst ähnlich wie die anderen Balken 57, 58, 59, 60 dargestellten Abstand in +x-Richtung, der allerdings im vorliegenden Fall aufgrund des Berührungskontakts zu der Seitenfläche 44 in der dargestellten Situation Null ist .

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird das Verfahren zur Erzeugung der Darstellung gemäß Figur 3 auf dem Bildschirm 37 nachfolgend erläutert .

Darin ist das Koordinatenmeßgerät 3 symbolisiert durch einen Funktionsblock, welcher den Sensor 45 zur Erfassung der Position des Trägerglieds 23 relativ zu dem Trägerglied 19 in x-Richtung, den Sensor 66 zur Erfassung der Position des Trägerglieds 19 relativ zu den Trägergliedern 15 bzw. 16, den Sensor 67 zur Erfassung der Position des Trägerglieds 25 relativ zu dem Trägerglied 23 in z-Richtung und den Meßkopf 13 zur Abgabe des Antastsignals bei einem Berührkontakt zwischen Tastspitze und Werkstück enthält.

Das Anzeigesystem 38 ist als Funktionsblock repräsentiert, welcher den Bildschirm 37 und ein Videomodul 69 enthält, welches die Bilddaten zur Darstellung auf dem Bildschirm 37 generiert. Das Rechnersystem 4 ist ebenfalls als Funktionsblock repräsentiert, welcher einen Speicher 71 umfaßt, der das Datenmodell des Werkstücks 9 enthält.

Ferner ist in dem Funktionsblock 4 ein als Software ausgeführtes Rechenmodul 73 enthalten, welches die Positionssensoren 65, 66 und 67 ausliest und daraus Positionsdaten in dem x-y-z- Koordinatensystem erzeugt. Hierbei berücksichtigt das Rechenmodul 73 neben den Ausgaben der Sensoren 65, 66 und 67 auch Korrekturen, welche beispielsweise aus Kalibrierdaten des Koordinatenmeßgeräts errechnet werden.

Ein weiteres Rechenmodul 75 erzeugt Darstellungsdaten, die das in dem Fenster 39 des Bildschirms 37 dargestellte Bild des Werkstücks 9 repräsentieren. Hierzu übernimmt das Modul 75 die von dem Modul 73 erzeugten Positionsdaten des Meßkopfs und erzeugt daraus zunächst eine Beobachterposition, von der aus das Werkstück zu betrachten ist . Eine Beobachtungsrichtung ist die Erstreckungsrichtung des verwendeten Taststifts, also im vorliegenden Beispiel die -z-Richtung. Ausgehend von dieser Beobachtungsposition und Beobachtungsrichtung generiert das Modul 75 dann aus dem Datenmodell 71 das Bild 39 und erzeugt die entsprechenden Darstellungsdaten, welche an das Videomodul 69 übermittelt werden, welches die Daten dann in dem Fenster 39 auf dem Bildschirm 37 als Bild darstellt.

Bei der Errechnung des Bildes werden ferner ein Zoomfaktor und ein Fluchtpunkt als Parameter berücksichtigt, welche von einem Modul 77. des Rechnersystems 4 übernommen werden und in dieses vorab von dem Benutzer, beispielsweise unter Zuhilfenahme des Joysticks 35 eingegeben wurden.

Ein weiteres Rechenmodul 79 ermittelt dann, wenn der Meßkopf 13 einen Berührkontakt zwischen Tastspitze und Werkstück registriert und das entsprechende Antastsignal ausgibt, aus den Positionsdaten und dem Datenmodell die Komponente des Werkstücks, welche gerade berührt wird, und ermittelt die entsprechende Kennung der Komponente in dem Datenmodell, in dem vorliegenden Beispiel ist die Kennung "11". Diese Kennung wird ebenfalls an das Modul 75 übermittelt, welche dann die Kennung bei der Generierung der Darstellungsdaten des Bilds berücksichtigt und die entsprechende Fläche in einer Qualität darstellt, welche von der Qualität der übrigen Flächen verschieden ist, hier einer Schraffur, mit der die Fläche 44 in dem Fenster 39 dargestellt wird.

Ein weiteres Modul 81 ermittelt aus den Positionsdaten und dem Datenmodell die Abstände, die die Tastspitze von den umliegenden Oberflächen des Werkstücks in den Richtungen +x, -x, +y, -y und -z aufweist, und übermittelt diese Abstandsdaten dann an das Videomodul 69, welches daraus das Diagramm erzeugt, das in dem Fenster 55 des Bildschirms 37 dargestellt wird.

Ein weiteres Rechenmodul 83 ist vorgesehen, um bei einem Berührkontakt zwischen der Tastspitze und dem Werkstück die entsprechenden Positionsdaten zu übernehmen und diese als Ist- Daten des Werkstücks 9 zusammen mit dem Datenmodell in dem Speicher 71 abzuspeichern. Hierbei ist es möglich, daß derartige Ist-Daten nur auf eine entsprechende Eingabe des Benutzers hin in dem Speicher 71 übernommen werden. Ferner kann das Rechenmodul 83 dazu ausgebildet sein, das Datenmodell des Werkstücks 9 anhand der Positionsdaten zu aktualisieren und als aktualisiertes Datenmodel ebenfalls in dem Speicher 71 abzuspeichern oder dort das Datenmodell sogar zu ersetzen.

Wie vorangehend erläutert, erleichtert das beschriebene Koordinatenmeßsystem und Koordinatenmeßverfahren das Antasten von Werkstücken, welche dem Blick des Benutzers nur schwer zugänglich sind. Hierbei ist das Koordinatenmeßsystem und Koordinatenmeßverfahren nicht auf Meßköpfe des Koordinatenmeßsystems beschränkt, welche zur Erfassung von Koordinaten der Werkstückoberfläche einen Berührkontakt zu dieser voraussetzen. Der vorangehend beschriebene Tastkopf mit Tastspitzen kann ohne weiteres ersetzt werden durch einen berührungslos messenden Tastkopf .

Zusammenfassend wird ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmeßsystems und ein Koordinatenmeßsystem vorgeschlagen, wobei das Koordinatenmeßsystem ein Koordinatenmeßgerät 3 umfaßt mit einer Werkstückbasis zur Halterung eines anzutastenden Werkstücks, einem Tastkopf zum Antasten des Werkstücks und einer den Tastkopf tragende Verlagerungsmechanik mit einer Mehrzahl von relativ zueinander verlagerbaren Trägergliedern, von denen eines den Tastkopf trägt, und wobei das Verfahren bzw. das System umfassen: Darstellen eines Bilds 69 des Werkstücks oder/und von Abständen 81 aus einem Datenmodell 71 wenigstens eines Teils des Werkstücks in Abhängigkeit von einer Position 73 des Tastkopfs.

Claims

Patentansprüche

1. Koordinatenmeßsystem, umfassend: eine Werkstückbasis (7) zur Halterung eines anzu- tastenden Werkstücks (9) ; einen Tastkopf (13) zum Antasten des Werkstücks; eine den Tastkopf tragende Verlagerungsmechanik (11) mit einer Mehrzahl von relativ zueinander verlagerbaren Trägergliedern (15, 16, 19, 23, 25), von denen eines den Tastkopf (13) trägt; ein Rechnersystem (4) mit: einem Speicher zur Aufnahme eines Datenmodells (71) wenigstens eines Teils des Werkstücks (9) , und einem ersten Berechnungsmodul (75) zur Erzeugung von ein Bild (39) des Werkstücks repräsentierenden Darstellungsdaten (75) in Abhängigkeit von dem Datenmodell (71) des Werkstücks und von Positionsdaten (73) , welche eine Position des Tastkopfs (13) relativ zu dem Werkstück (9) repräsentieren; und ein Anzeigesystem (38) zur Anzeige der Darstellungsdaten (75) .

2. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 1, wobei das Rechnersystem (4) mit dem ersten Berechnungsmodul (75) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den Positionsdaten (73) eine Beobachtungsposition zu bestimmen und die Darstellungsdaten (75) derart zu erzeugen, daß diese das Bild des Werkstücks bei Betrachtung von der Beobachtungsposition aus repräsentieren.

3. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 2, wobei die Beobachtungsposition einem Ort entspricht, der relativ zu dem Meßkopf (13). fest angeordnet ist.

Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Rechnersystem (4) mit dem ersten Berechnungsmodul (75) dazu ausgebildet ist, bei einem Werkstück, welches wenigstens zwei unter einem Winkel zueinander sich erstreckende Kanten aufweist, erste Darstellungsdaten für eine erste Position des Tastkopfes derart zu erzeugen, daß die beiden Kanten sich in dem durch die ersten Darstellungsdaten repräsentierten Bild unter einem ersten Winkel zueinander erstrecken, und zweite Darstellungsdaten für eine von der ersten Position verschiedene zweite Position des Tastkopfes derart zu erzeugen, daß die beiden Kanten sich in dem durch die zweiten Darstellungsdaten repräsentierten Bild unter einem von dem ersten Winkel verschiedenen zweiten Winkel zueinander erstrecken.

5. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rechnersystem (4) mit dem ersten Berechnungsmodul (75) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den Positionsdaten (73) eine Beobachtungsrichtung zu bestimmen und die Darstellungsdaten (75) derart zu erzeugen, daß diese das Bild des Werkstücks (9) bei Betrachtung aus der Beobachtungsrichtung repräsentieren.

6. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 5, wobei die Beobachtungsrichtung einer Richtung entspricht, die relativ zu dem Meßkopf (13) fest orientiert ist.

7. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Tastkopf (13) wenigstens einen Taststift (27) mit einer Tastspitze (49) trägt und der der Beobachtungsposition entsprechende Ort an dem Taststift (27) angeordnet ist bzw. die der Beobachtungsrichtung entsprechende Richtung eine Erstreckungsrichtung des Taststifts (27) hin zu der Tastspitze (49) ist.

8. Koordinatenmeßsystem. nach, einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Rechnersystem (4) eine Eingabevorrichtung (31, 33, 35) zur Eingabe wenigstens eines Parameters (77) für die Berechnung der Darstellungsdaten umfaßt .

9. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Parameter (77) eine Größe eines Bildfelds oder/und einen Projektionsabstand umfaßt.

10. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Rechnersystem ein zweites Berechnungsmodul (81) aufweist zur Erzeugung von wenigstens einen Abstand (57, 58, 59, 60, 61) zwischen einem relativ zu dem Meßkopf fest angeordneten Ort und dem Werkstück repräsentierenden Abstandsdaten (81) in Abhängigkeit von dem Datenmodell (71) des Werkstücks (9) und von den Positionsdaten (73) .

11. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 10, wobei der Ort an einer Tastspitze (49) des Tastkopfs (13) angeordnet ist.

12. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Abstand (57, 58, 59, 60, 61) ein in Richtung einer Verlagerungsrichtung (x, y, z) des Tastkopfs (13) relativ zu einer Oberfläche (42, 43, 44, 45, 46) des Werkstücks (9) gemessener Abstand ist.

13. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 12, wobei die Verlagerungsrichtung eine Verlagerungsrichtung (x, y, z) des Tastkopfs (13) relativ zu dem Werkstück (9) bei einer Relativbewegung von lediglich zwei Trägergliedern (15, 16, 19, 23, 25) der Verlagerungsmechanik (11) ist.

14. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Abstand ein absoluter Abstand der Tastspitze von einer Oberfläche des Werkstücks ist.

15. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Anzeigesystem (38) zur Anzeige des wenigstens einen Abstands (57, 58, 59, 60, 61) ausgebildet ist.

16. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Tastkopf (13) ein Antasten einer Oberfläche des Werkstücks (9) repräsentierendes Antastsignal (13) erzeugt, wobei das Datenmodell (71) eine Mehrzahl von Komponenten des Werkstücks repräsentiert und wobei das Rechnersystem (4) ein drittes Berechnungsmodul (79) aufweist zur Erzeugung einer der angetasteten Komponente des Werkstücks (9) zugeordneten Kennung (79) in Abhängigkeit von dem Antastsignal (13) , von dem Datenmodell und von den Positionsdaten (73) .

17. Koordinatenmeßsystem nach Anspruch 16, wobei das erste Berechnungsmodul (75) dazu ausgebildet ist, die Darstellungsdaten (75) ferner in Abhängigkeit von der Kennung (79) derart zu erzeugen, daß die der Kennuhg (79) zugeordnete Komponente (44) durch die Anzeigevorrichtung (38) in einer anderen Qualität erscheint als hiervon verschiedene Komponenten des Werkstücks (9) .

18. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Tastkopf (13) ein Antasten einer Oberfläche des Werkstücks (9) repräsentierendes AntastSignal (13) erzeugt und wobei das Rechnersystem (4) ein viertes Berechnungsmodul (83) aufweist zur Aktualisierung des Datenmodells (71) in Abhängigkeit von dem Antastsignal (13) und von den Positionsdaten (73) .

19. Koordinatenmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Verlagerungsmechanik wenigstens einen Sensor (65, 66, 67) zur Erfassung einer Relativposition zwischen zwei Trägergliedern (15, 16, 19, 23, 25) und zur Ausgabe eines die Relativposition repräsentierenden Sensorsignals umfaßt und wobei das Rechnersystem ein fünftes Berechnungsmodul (73) aufweist zur Berechnung der Positionsdaten in Abhängig- keit von dem Sensorsignal.

20. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmeßsystem, insbesondere eines Koordinatenmeßsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Koordinatenmeßsystem umfaßt: - eine Werkstückbasis zur Halterung eines anzutastenden Werkstücks, einen Tastkopf zum Antasten des Werkstücks und eine den Tastkopf tragende Verlagerungsmechanik mit einer Mehrzahl von relativ zueinander verlagerbaren Trägergliedern, von denen eines den Tastkopf trägt, und wobei das Verfahren umfaßt: Darstellen eines Bilds des Werkstücks aus einem Datenmodell wenigstens eines Teils des Werkstücks in Abhängigkeit von einer Position des Tastkopfs.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das dargestellte Bild einem Bild des Werkstücks bei Betrachtung von einem Ort entspricht, der relativ zu dem Tastkopf fest angeordnet ist.