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Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgeräts, bei dem der Tastkopf des Koordinatenmessgeräts nach Steuerdaten gesteuert verfahren wird.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der
DE-PS 42 12 455 beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Geometriedaten von Geometrieelementen des Werkstücks von einem Rechner an die Steuerung des Koordinatenmessgeräts übergeben, dort anschließend in das Maschinenkoordinatensystem transformiert und anschließend an einen Stützpunktgenerator in der Steuerung gegeben, der die Stützpunkte generiert, auf denen der Tastkopf des Koordinatenmessgeräts dann gesteuert verfahren wird. Außerdem wird die Sollgeschwindigkeit, mit der die Werkstückoberfläche später abgetastet werden soll, als separate Information von dem Rechner an die Steuerung übergeben.
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Die
EP 0 762 250 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung von Koordinatenmessgeräten, bei dem der Tastkopf des Koordinatenmessgeräts nach Solldaten gesteuert verfahren wird, wobei die Geometriedaten der zu vermessenden Werkstückoberfläche aufbereitet werden, indem daraus Steuerdaten in Form von Punktfolgen generiert werden. Weiter werden die aufbereiteten Punkte von der Steuerung in einem festen Zeittakt einzeln abgefahren. Damit enthalten die Abstände der Punkte der Folge zueinander die Information über den gewünschten Verlauf der Geschwindigkeit und der Beschleunigung, mit der das Koordinatenmessgerät den Tastkopf verfährt. Der Abstand der Punkte ist hierbei stets kleiner als ein vorgegebener erster Wert und die erste Ableitung der Punktabstände ist an jeder Stelle kleiner als ein vorgegebener zweiter Wert.
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Die
EP 0 849 653 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgeräts, bei dem der Tastkopf und der daran beweglich befestigte Taststift des Koordinatenmessgeräts nach Solldaten gesteuert verfahren wird und bei dem der Taststift zum Vermessen des Werkstückes auf die zu vermessende Werkstückoberfläche aufgesetzt wird.
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Die
EP 0 569 694 B1 offenbart ein Verfahren zur Messung von Formelementen beliebiger räumlicher Orientierung an Werkstücken auf einem Koordinatenmessgerät mit einem messenden Tastkopf, wobei der Tastkopf einen auslenkbaren Taster mit einer Tastkugel aufweist. Weiter besitzt der Tastkopf einen Messwertgeber, der den Betrag der Tasterauslenkung in den Koordinatenrichtungen angibt. Weiter enthält der Tastkopf Messkraftgeneratoren, über die sich die Messkraft, die der Taster auf das Werkstück ausübt, für die Koordinatenrichtungen einstellen lässt. Alternativ enthält der Tastkopf Federn, die eine der Auslenkung des Tasters proportionale Messkraft in den Koordinatenrichtungen erzeugen.
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Es existieren Werkstücke, von denen nur einzelne Teilbereiche der Werkstückoberfläche, insbesondere gezielt, und nicht die gesamte Werkstückoberfläche vermessen werden müssen, um ein gewünschtes Vermessungsergebnis zu erhalten.
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Es ist wünschenswert, eine zur Erfassung von Messpunkten auf einem zu vermessenden Werkstücks benötigte Zeit sowie eine zur Auswertung der erfassten Messpunkte benötigte Zeit zu reduzieren, um den gesamten Vermessungsprozess, der die Aufnahme von Messpunkten und deren Auswertung umfasst, durch ein Koordinatenmessgerät zu beschleunigen.
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Es stellt sich daher das technische Problem, ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgeräts sowie ein Koordinatenmessgerät zu schaffen, welche eine Beschleunigung der Vermessung und der Auswertung von erfassten Messpunkten bei einer Vermessung eines Werkstückes ermöglichen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgerätes. Hierin wird ein Tastkopf des Koordinatenmessgeräts relativ zu einem vermessenden Werkstück nach Steuerdaten gesteuert verfahren. Der Tastkopf kann einen Taststift sowie eine Tastkugel umfassen, wobei die Tastkugel zur Vermessung des Werkstückes auf die zu vermessende Werkstückoberfläche aufgesetzt wird. Somit tritt die Tastkugel in mechanischen Kontakt mit der Werkstückoberfläche. Somit kann auch durch das gesteuerte Verfahren des Tastkopfes auch die Tastkugel nach Steuerdaten gesteuert verfahren werden. Das Verfahren ermöglicht also auch, dass eine Tastkugel des Koordinatenmessgeräts relativ zu einem zu vermessenden Werkstück nach Steuerdaten gesteuert verfahren wird.
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Die Tastkugel kann hierbei beweglich am Tastkopf befestigt sein.
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Das Koordinatenmessgerät kann über mindestens eine Antriebseinrichtung verfügen, mittels derer der Tastkopf in mindestens einer Raumrichtung verfahrbar ist. Vorzugsweise kann der mindestens eine Tastkopf des Koordinatenmessgeräts in drei Raumrichtungen verfahren werden, wobei die Raumrichtungen linear unabhängig voneinander sein können.
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Alternativ oder kumulativ zur Bewegung des Tastkopfes ist es auch möglich, das zu vermessende Werkstück zu bewegen. Beispielsweise kann das zu vermessende Werkstück auf einem Drehtisch des Koordinatenmessgeräts angeordnet werden, wobei mittels des Drehtisches das Werkstück gegenüber z.B. einem ortsfest angeordneten Tastkopf verfahrbar ist. Die Drehachse des Drehtisches kann insbesondere eine vertikale Achse sein, die senkrecht zu einer Oberfläche eines Messtisches des Koordinatenmessgeräts orientiert ist.
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In Abhängigkeit von Geometriedaten einer zu vermessenden Werkstückoberfläche wird eine Sollbahn des Tastkopfes bestimmt. Die Sollbahn kann hierbei relativ zum zu vermessenden Werkstück bestimmt werden. Hierbei können z.B. Sollpunkte der Sollbahn bestimmt werden. Selbstverständlich kann auch in Abhängigkeit von Geometriedaten einer zu vermessenden Werkstückoberfläche eine Sollbahn der Tastkugel bestimmt werden. Auch können Sollpunkte der Sollbahn der Tastkugel bestimmt werden, wobei in Abhängigkeit der Sollpunkte der Tastkugel Sollpunkte des Tastkopfes bestimmt werden können. Somit kann nachfolgend die Sollbahn auch eine Sollbahn der Tastkugel bezeichnen.
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Die Geometriedaten können beispielsweise aus sogenannten CAD-Anwendungen (Computer-Aided-Design-Anwendungen) generiert werden und an eine Steuereinrichtung des Koordinatenmessgeräts übertragen werden. Somit bezeichnen die Geometriedaten bekannte Geometriedaten des Werkstücks. Diese codieren z.B. Informationen zu einer räumlichen Ausbildung des Werkstückes, insbesondere auch Informationen zu einer räumlichen Lage und Topografie einer Werkstückoberfläche.
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Sollpunkte der Sollbahn des Tastkopfes können in einem Maschinenkoordinatensystem bestimmt werden. Alternativ können die Sollpunkte der Sollbahn auch in einem vom Maschinenkoordinatensystem verschiedenen Koordinatensystem, beispielsweise in einem Werkstückkoordinatensystem, bestimmt und dann in das Maschinenkoordinatensystem umgerechnet werden.
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Zumindest ein Teil der Sollpunkte können als Stützpunkte einer Sollbahn dienen, wobei die Sollbahn mit bekannten Verfahren, beispielsweise durch bekannte Verfahren zur Kurvenangleichung, in Abhängigkeit der Stützpunkte bestimmt wird. Auch ist es möglich, erst die Sollbahn zu bestimmen und hiernach Sollpunkte entlang dieser Sollbahn zu bestimmen.
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Steuerdaten bezeichnen in diesem Fall Signale oder Daten zur Steuerung mindestens einer Antriebseinrichtung des Koordinatenmessgeräts und/oder einer Antriebseinrichtung zur Bewegung des Werkstückes derart, dass ein bestimmter Sollpunkt angefahren wird. Wird also die mindestens eine Antriebseinrichtung mittels der Steuerdaten angesteuert, so wird der Tastkopf bzw. die Tastkugel des Tastkopfes an dem Sollpunkt positioniert.
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Weiter wird eine Bewegungsgeschwindigkeit des Tastkopfes entlang der Sollbahn verändert. Dies bedeutet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Tastkopfes relativ zum Werkstück sich in verschiedenen Abschnitten der Sollbahn unterscheiden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Sollbahn derart bestimmt, dass die Sollbahn einen ersten aktiven Bahnabschnitt entlang eines ersten zu erfassenden Bereiches und mindestens einen weiteren aktiven Bahnabschnitt entlang mindestens eines weiteren zu erfassenden Bereiches umfasst. Hierbei umfasst die zu vermessende Werkstückoberfläche den ersten und mindestens einen weiteren zu erfassenden Bereich. Diese Bereiche können beabstandet voneinander angeordnet sein. Die zu erfassenden Bereiche können beispielsweise entlang einer Geraden, entlang eines Kreises, entlang einer Ellipse, in einer Ebene oder auf einer Kugeloberfläche angeordnet sein. Zwischen den zu erfassenden Bereichen kann ein Zwischenbereich angeordnet sein, der nicht zwangsläufig entlang der vorhergehend erläuterten Geraden, entlang des Kreises, entlang der Ellipse, in der Ebene oder auf der Kugeloberfläche angeordnet sein muss.
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In dem ersten und weiteren aktiven Bahnabschnitt werden die Sollpunkte derart bestimmt, dass ein mechanischer Kontakt zwischen einem Tastmittel des Tastkopfes, beispielsweise der Tastkugel des Tastkopfes, und dem entsprechenden zu erfassenden Bereich der Werkstückoberfläche hergestellt ist.
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Die aktiven Bahnabschnitte schließen hierbei einen passiven Bahnabschnitt ein. Der passive Bahnabschnitt bezeichnet somit den zwischen den aktiven Bahnabschnitten angeordneten Bahnabschnitt, wobei die Bahnabschnitte unmittelbar aneinander anschließen. Somit kann also in Abhängigkeit der aktiven Bahnabschnitte der mindestens eine passive Bahnabschnitt bestimmt werden.
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Ein aktiver Bahnabschnitt bezeichnet hierbei einen Bahnabschnitt, der Sollpunkte umfasst, für die ein Messwert erfasst und ausgewertet werden soll. Dies bedeutet, dass der im Bereich eines aktiven Bahnabschnitts erfasste Messwert in entsprechenden Auswerteverfahren, z.B. durch eine Auswerteeinrichtung, ausgewertet wird.
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Beispielsweise kann im Rahmen der Auswertung eine Abweichung einer tatsächlichen Oberflächentopografie von einer gewünschten Oberflächentopografie des Werkstückes bestimmt werden.
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Ein passiver Bahnabschnitt bezeichnet einen Bahnabschnitt, der Sollpunkte umfasst, für die keine Auswertung erforderlich ist. Im Bereich des passiven Bahnabschnitts erfasste Messwerte werden also nicht ausgewertet, insbesondere ist keine Übertragung dieser Messwerte an eine entsprechende Auswerteeinrichtung notwendig. In passiven Bahnabschnitten, also in Bereichen, für die keine Auswertung erforderlich ist, ist daher eigentlich schon keine Erfassung von Messpunkten erforderlich.
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Somit können Messwerte, die an Sollpunkten in aktiven Bahnabschnitten erfasst werden, von mindestens einer Erfassungseinrichtung, die zur Erfassung mindestens eines Messwerts dient, an eine Auswerteeinrichtung übertragen werden. Messwerte, die an Sollpunkten eines passiven Bahnabschnittes erfasst werden, müssen oder werden nicht von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinrichtung übertragen.
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Somit können ausschließlich Messwerte, die in aktiven Bahnabschnitten generiert wurden, von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinrichtung übertragen werden.
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Hierbei kann eine Übertragung von Messwerten von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinrichtung zeitlich beispielsweise nur dann erfolgen, wenn sich der Tastkopf in einem aktiven Bahnabschnitt befindet.
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Weiter wird eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit bei der Bewegung entlang des passiven Bahnabschnitts größer als eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit entlang des aktiven Bahnabschnitts eingestellt.
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Somit wird der Tastkopf in Bereichen, für die keine Auswertung von erfassten Messpunkten der Werkstückoberfläche erforderlich ist, schneller verfahren als in Bereichen, die für eine gewünschte Auswertung zu vermessen sind.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise einerseits, dass eine Messzeit zur Vermessung des Werkstückes reduziert wird, da, insbesondere im Vergleich mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit, die auf die Bewegungsgeschwindigkeit zur Erfassung von Messpunkten in zu erfassenden Bereichen der Werkstückoberfläche begrenzt ist, aufgrund der teilweise erhöhten Bewegungsgeschwindigkeit die Sollbahn schneller abgefahren werden kann.
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Andererseits ergibt sich weiter vorteilhaft, dass in nicht zu vermessenden Bereichen weniger Sollpunkte entlang der Sollbahn vorgesehen sind, wodurch sich insgesamt eine Menge auszuwertender Daten, die an die Auswerteeinrichtung übertragen wird, reduziert. Dies ist insbesondere dann der Fall, falls, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine Zeitdauer zum Verfahren des Tastkopfes zwischen zwei entlang der Sollbahn benachbarten Sollpunkten konstant ist und in passiven Bahnabschnitten ein größerer Abstand zwischen Sollpunkten gewählt wird.
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Durch eine Reduktion der auszuwertenden Datenmenge wird wiederum in vorteilhafter Weise eine Auswertezeit reduziert.
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Insgesamt ergibt sich somit in vorteilhafter Weise eine verbesserte Nutzung des Koordinatenmessgeräts, da eine schnellere Vermessung und Auswertung ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Sollbahn entlang des ersten aktiven Abschnitts, des passiven Bahnabschnitts und des mindestens einen weiteren aktiven Bahnabschnitts eine konstante Krümmung auf. Beträgt die konstante Krümmung Null, so wird der Tastkopf entlang des ersten aktiven Bahnabschnitts, des passiven Bahnabschnitts und des mindestens einen weiteren aktiven Bahnabschnitts entlang einer Gerade bewegt. Somit umfasst die Sollbahn mit der konstanten Krümmung alle vorhergehend erläuterten Bahnabschnitte und keine weiteren Zwischenabschnitte.
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Insbesondere kann die Sollbahn auch eine kreisförmige Sollbahn sein.
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Es ist möglich, dass die Bewegungsgeschwindigkeit in dem aktiven als auch in dem passiven Bahnabschnitt zu jeder Zeit größer als Null ist. Dies bedeutet, dass während der Bewegung entlang der den aktiven und den passiven Bahnabschnitt umfassenden Sollbahn kein Anhalten der relativen Bewegung des Tastkopfes gegenüber dem Werkstück erfolgt.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass beim Bewegen des Tastkopfes entlang des passiven Bahnabschnitts außer der Bewegungsgeschwindigkeit weitere Bewegungsparameter nicht oder nur minimal geändert werden müssen. Insbesondere ist es nicht notwendig, dem Verlauf einer Werkstückoberfläche in einem nicht zu erfassenden Bereich der Werkstückoberfläche zu folgen. Dies ermöglicht eine Reduktion einer Länge des passiven Bahnabschnittes, wodurch in vorteilhafte Weise die Messzeit weiter verringert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit bei der Bewegung entlang des ersten aktiven Bahnabschnitts zum Ende des ersten aktiven Bahnabschnitts zu. Alternativ oder kumulativ nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit bei der Bewegung entlang des passiven Bahnabschnitts am Anfang des passiven Bahnabschnittes zu. Hierbei sind Ende und Anfang eines Bahnabschnitts jeweils in Relation zu einer Bewegungsrichtung entlang der Sollbahn definiert. Vorzugsweise ändert sich die Bewegungsgeschwindigkeit jedoch ausschließlich im Bereich des passiven Bahnabschnitts.
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Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein "sanftes" Beschleunigen beim Übergang von Bereichen mit niedriger Bewegungsgeschwindigkeit zu Bereichen mit hoher Bewegungsgeschwindigkeit gewährleistet werden. Sanft bedeutet hierbei, dass die Geschwindigkeitsänderung derart erfolgt, dass unerwünschte Schwingungen der Tastkugel oder des gesamten Koordinatenmessgeräts nicht oder nur in minimaler Weise angeregt werden.
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Ein „sanfter“ Übergang kann erreicht werden, indem eine Beschleunigung zu jedem Zeitpunkt kleiner als eine vorgegebene maximale Beschleunigung ist.
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In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit bei der Bewegung entlang des passiven Bahnabschnitts zum Ende des passiven Bahnabschnitts ab. Alternativ oder kumulativ nimmt bei der Bewegung entlang des weiteren aktiven Bahnabschnitts die Bewegungsgeschwindigkeit am Anfang des weiteren aktiven Bahnabschnitts ab. Auch hierbei wird vorzugsweise die Bewegungsgeschwindigkeit nur im Bereich des passiven Bahnabschnitts geändert.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, entsprechend den vorhergehend getätigten Erläuterungen zum "sanften" Beschleunigen, ein "sanftes" Abbremsen des Tastkopfes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines Abstands zwischen entlang der Sollbahn benachbarten Sollpunkten eingestellt. Mit zunehmendem Abstand nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit zu. Ein maximaler Abstand zwischen benachbarten Sollpunkten ist in den aktiven Bahnabschnitten kleiner als ein maximaler Abstand in dem passiven Bahnabschnitt.
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Beispielsweise kann eine Zeitdauer, die zum Verfahren zwischen zwei entlang der Sollbahn benachbarten Sollpunkten benötigt wird, fest vorgegeben sein. Eine solche Zeitdauer kann beispielsweise 10 ms betragen. Somit ergibt sich, dass der Tastkopf zwischen zwei mit großem Abstand beabstandeten Sollpunkten schneller verfahren wird als zwischen zwei mit geringem Abstand beabstandeten Sollpunkten.
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Somit ist es also möglich, in aktiven Bahnabschnitten eine höhere Sollpunktdichte vorzusehen als in passiven Bahnabschnitten. Entsprechend den vorhergehend getätigten Erläuterungen kann am Anfang bzw. am Ende eines aktiven oder passiven Bahnabschnitts die Sollpunktdichte erhöht bzw. erniedrigt werden.
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Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache Codierung von Geschwindigkeitsinformationen. Diese müssen, wie in der
EP 0 762 250 B1 beschrieben, somit nicht separat an eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Tastkopfes übergeben werden. Somit wird ein steuerungstechnischer Aufwand in vorteilhafter Weise verringert.
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In einer weiteren Ausführungsform werden bei Bestimmung der Sollbahn Sollpunkte äquidistant derart verteilt, dass eine gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit, beispielsweise 2 mm/s, im Bereich der aktiven Bahnabschnitte erreicht wird. Zeitlich nachfolgend werden Sollpunkte in einem passiven Bereich und/oder zum Beginn eines aktiven Bahnabschnitts und/oder zum Ende eines aktiven Bahnabschnitts gelöscht.
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Hierzu werden aktive und passive Bahnabschnitte entlang der Sollbahn bestimmt. Durch das Löschen von bereits vorhandenen Sollpunkten ergibt sich in vorteilhafter Weise ein verarbeitungstechnisch einfaches Bestimmen der Sollpunkte entlang der Sollbahn.
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Alternativ oder kumulativ können die vorhandenen, äquidistant verteilten Sollpunkte entlang der Sollbahn repositioniert werden. Weiter alternativ oder kumulativ können weitere Sollpunkte entlang der Sollbahn hinzugefügt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Sollpunkte der Sollbahn derart bestimmt, dass zumindest in aktiven Bahnabschnitten eine vorbestimmte Eintauchtiefe einer Tastkugel des Tastkopfes eingestellt wird. Hierbei bezeichnet die Tastkugel ein Tastmittel des Tastkopfes zum mechanischen Kontaktieren der Werkstückoberfläche. Somit wird also die Soll-Position der Tastkugel in das Werkstück verlegt. In anderen Worten befindet sich die Soll-Position der Tastkugel innerhalb eines von der Werkstückoberfläche umfassten Volumens.
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Beispielsweise kann ein Sollpunkt, der auf der Werkstückoberfläche angeordnet ist, um die vorbestimmte Eintauchtiefe, die ein Distanzmaß darstellen kann, entlang einer Normalenrichtung verschoben werden, wobei die Normalenrichtung eine Richtung bezeichnet, die orthogonal zu einer Werkstückoberfläche in dem Sollpunkt orientiert ist. Die Werkstückoberfläche kann hierbei beispielsweise eine Tangentialebene sein, die das Werkstück in dem Sollpunkt berührt.
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Es kann jedoch auch möglich sein, alle oder einen bestimmten Anteil der Sollpunkte der Sollbahn, die auf einer Werkstückoberfläche angeordnet sind, um die vorbestimmte Eintauchtiefe in eine vorbestimmte Richtung zu verschieben (Parallelverschiebung).
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Weiter wird eine Messkraft erfasst. Die Messkraft bezeichnet hierbei eine Kraft, die bei der Positionierung der Tastkugel an den mit der Eintauchtiefe beaufschlagten Sollpunkten vom Werkstück auf die Tastkugel ausgeübt wird. Hierzu kann der Tastkopf entsprechende Krafterfassungseinrichtungen, beispielsweise Kraftsensoren, umfassen.
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In Abhängigkeit der erfassten Messkraft wird eine Position der Tastkugel oder werden Signale, die die Position der Tastkugel codieren, an eine Auswerteeinrichtung übertragen. Hierbei kann die Position der Tastkugel von einer entsprechenden Erfassungseinrichtung bestimmt und dann an die Auswerteeinrichtung übertragen werden. Alternativ können die Signale, beispielsweise Ausgangssignale von Sensoren, die die Position der Tastkugel codieren, an die Auswerteeinrichtung übertragen werden, die dann in Abhängigkeit dieser Signale die Position der Tastkugel bestimmt.
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Ein derartiges Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Werkstück derart ausgebildet ist, dass die Tastkugel an Sollpunkten von passiven Bahnabschnitten, die in Abhängigkeit der Eintauchtiefe bestimmt wurden, das Werkstück nicht berührt, also nicht in mechanischem Kontakt mit dem Werkstück ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn zwischen zwei zu erfassenden Bereichen der Werkstückoberfläche eine Aussparung angeordnet ist.
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In diesem Fall kann durch die kraftabhängige Übertragung von Positionsdaten oder die Position codierenden Daten an die Auswerteeinrichtung in vorteilhafter Weise die Menge an auszuwertenden Daten verringert werden. Insbesondere können nur die Positionsdaten oder die Position codierende Daten an die Auswerteeinrichtung übertragen werden, die in aktiven Bahnabschnitten erfasst wurden.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Verringerung der zu übertragenden Datenmenge, wodurch z.B. ein Speicherplatzbedarf verringert werden kann. Zusätzlich ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Auswertezeit verringert wird, da weniger Daten auszuwerten sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Position der Tastkugel oder werden Signale, die die Position der Tastkugel codieren, an eine Auswerteeinrichtung ausschließlich dann übertragen, wenn ein Betrag der erfassten Messkraft größer als ein vorbestimmter Wert ist. Dieser vorbestimmte Wert kann beispielsweise in Abhängigkeit der gewählten Eintauchtiefe bestimmt werden.
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Alternativ oder kumulativ erfolgt eine Übertragung ausschließlich dann, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer die erfasste Messkraft um mehr als ein vorbestimmtes Maß ansteigt. Entsprechend kann die Übertragung beendet werden, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer die erfasste Messkraft um mehr als ein vorbestimmtes Maß abfällt.
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Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Validierung eines Übergangs von einem passiven Bahnabschnitt zu einem aktiven Bahnabschnitt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die zu erfassende Werkstückoberfläche gezahnt ausgebildet, wobei ein zu erfassender Bereich einen Teilbereich eines Zahns umfasst und ein nicht zu erfassender Bereich einen Zahnzwischenraum umfasst.
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Insbesondere kann das Werkstück als sogenannter Walzfräser ausgebildet sein, wobei ausschließlich die Zähne, insbesondere Flanken der Zähne, vermessen werden. Im Bereich dieser Flanken können dann Messwerte erzeugt und an die Auswerteeinrichtung übertragen und hiernach ausgewertet werden. In den Zahnzwischenräumen können ebenfalls Messwerte erzeugt werden, die jedoch nicht an die Auswerteeinrichtung übertragen werden.
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Vorgeschlagen wird weiter ein Koordinatenmessgerät, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Steuereinrichtung umfasst, mittels derer ein Tastkopf, insbesondere auch eine Tastkugel eines Tastkopfs, des Koordinatenmessgeräts relativ zu einem vermessenden Werkstück nach Steuerdaten gesteuert verfahrbar ist. Das Koordinatenmessgerät umfasst mindestens eine Bahnbestimmungseinrichtung, mittels derer in Abhängigkeit von Geometriedaten einer zu vermessenden Werkstückoberfläche eine Sollbahn, insbesondere Sollpunkte der Sollbahn, des Tastkopfes oder der Tastkugel bestimmbar ist. Weiter ist eine Bewegungsgeschwindigkeit des Tastkopfes entlang der Sollbahn veränderbar.
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Erfindungsgemäß ist, z.B. ebenfalls mittels der Bahnbestimmungseinrichtung, mindestens ein erster aktiver Bahnabschnitt der Sollbahn entlang eines ersten zu erfassenden Bereichs der Werkstückoberfläche und mindestens ein weiterer aktiver Bahnabschnitt entlang mindestens eines weiteren zu erfassenden Bereichs der Werkstückoberfläche bestimmbar. Hierbei umfasst die zu vermessende Werkstückoberfläche den ersten und mindestens einen weiteren zu erfassenden Bereich, die beabstandet voneinander angeordnet sein können. Weiter ist ein von den aktiven Bahnabschnitten eingeschlossener passiver Bahnabschnitt bestimmbar, wobei eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit bei der Bewegung entlang des passiven Bahnabschnitts größer als eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit entlang der aktiven Bahnabschnitte einstellbar ist.
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Mittels des Koordinatenmessgeräts ist in vorteilhafter Weise eines der vorhergehend erläuterten Verfahren ausführbar.
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Die Erfindung wird anhand zweiter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild eines Koordinatenmessgeräts,
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2 einen exemplarischen Sollbahnverlauf entlang einer Werkstückoberfläche,
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3 einen weiteren exemplarischen Sollbahnverlauf entlang einer Werkstückoberfläche und
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4 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Koordinatenmessgeräts.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts 1 dargestellt. Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst eine Rechen- und Auswerteeinrichtung 2. Über eine nicht dargestellte Schnittstelle können Geometriedaten eines Werkstückes 3 an die Rechen- und Auswerteeinrichtung 2 übertragen werden. In Abhängigkeit dieser Geometriedaten, die eine räumliche Ausbildung der Werkstückoberfläche beschreiben, kann eine Sollbahn 4 (siehe z.B. 2) bestimmt werden. In diesem Fall bildet also die Rechen- und Auswerteeinrichtung 2 eine Bahnbestimmungseinrichtung. Entlang der Sollbahn 4 soll hierbei eine Tastkugel 5, die ein freies Ende eines Taststiftes 6 ausbildet, der an einem Tastkopf 7 befestigt ist, bewegt werden. Der Tastkopf 7 ist hierbei relativ zum Werkstück 3 bewegbar.
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So ist es z.B. vorstellbar, dass der Tastkopf 7 mittels Antriebseinrichtungen 8 in z.B. drei zueinander senkrechten Raumrichtungen bewegbar ist. Beispielsweise kann das Koordinatenmessgerät 1 ein Koordinatenmessgerät 1 in Portal- oder Ständerbauweise sein. Die Antriebseinrichtungen 8 bezeichnen somit Antriebseinrichtungen, mittels derer bewegbare Teile des Koordinatenmessgeräts 1 verfahrbar sind.
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Über eine Ausgabeschnittstelle 9 übermittelt die Rechen- und Auswerteeinrichtung 2 Informationen zur Sollbahn 4 über eine Eingabeschnittstelle 10 an eine Steuereinrichtung 11 des Koordinatenmessgeräts 1.
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Die Sollbahn 4 kann mehrere Sollpunkte S1, S2, ..., Sn (siehe z.B. 2) umfassen, die entlang der Sollbahn 4 angeordnet sind. Die übertragenen Informationen können hierbei bereits Informationen, z.B. Koordinaten, zu diesen Sollpunkten S1, S2, ..., Sn beinhalten. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass mittels der Steuereinrichtung 11 diese Sollpunkte S1, S2, ..., Sn, z.B. mittels einer Interpolation, bestimmt werden. Auch kann erst mittels der Steuereinrichtung 11 die Sollbahn 4 bestimmt werden.
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Die Steuereinrichtung 11 erzeugt in Abhängigkeit der Informationen zur Sollbahn 4 bzw. der Informationen zu den Sollpunkten S1, S2, ..., Sn Steuersignale für die Antriebseinrichtungen 8.
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Nach Beginn einer Vermessung des Werkstückes 3 werden die Antriebseinrichtungen 8 von der Steuereinrichtung 11 derart angesteuert, dass die Tastkugel 5 entlang der Sollbahn 4, insbesondere entlang der Sollpunkte S1, S2, ..., Sn bewegt wird.
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Eine Erfassungseinrichtung 12 bestimmt in Abhängigkeit von Positionsdaten der Antriebseinrichtungen 8 und Positionsdaten des Tastkopfes 7 eine räumliche Position der Tastkugel 5. Positionsdaten der Antriebseinrichtungen 8 können beispielsweise Positionen und/oder Winkelpositionen von verfahrbaren und/oder drehbaren Teilen der Antriebseinrichtungen 8 beinhalten. In Abhängigkeit der Positionsdaten der Antriebseinrichtungen 8 ist eine räumliche Position des Tastkopfes 7 in einem Maschinenkoordinatensystem bestimmbar. Hierzu können die Antriebseinrichtungen 8 geeignete Erfassungseinrichtungen, z.B. Weg- und/oder Winkelsensoren, umfassen.
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Die Tastkugel 5 ist relativ zum Tastkopf 7 beweglich. Der Tastkopf 7 kann geeignete Erfassungseinrichtungen, z.B. Weg- oder Kraftsensoren, umfassen, mittels derer eine Position der Tastkugel 5 relativ zum Tastkopf 7 bestimmbar ist. Somit kann eine räumliche Position der Tastkugel 5 relativ zum Tastkopf 7 in Abhängigkeit der Positionsdaten des Tastkopfes 7 bestimmt werden.
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Die Erfassungseinrichtung 12 ermöglicht somit eine Bestimmung der räumlichen Position der Tastkugel 5 in einem Maschinenkoordinatensystem. Ebenfalls kann mittels der Erfassungseinrichtung 12 diese räumliche Position im Maschinenkoordinatensystem in ein weiteres Koordinatensystem, beispielsweise in ein Werkstückkoordinatensystem, umgerechnet werden.
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Der Tastkopf 7 umfasst weiter einen nicht dargestellten Kraftsensor. Mittels des Kraftsensors ist eine aktive Messkraft erfassbar, die von der Tastkugel 5 auf das Werkstück 3 ausgeübt wird, wenn die Tastkugel 5 in mechanischem Kontakt mit der Werkstückoberfläche ist.
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Hierbei überträgt die Erfassungseinrichtung 12 die Positionsdaten der Tastkugel 5 ausschließlich dann über eine Ausgabeschnittstelle 13 und eine Eingabeschnittstelle 14 an die Rechen- und Auswerteeinrichtung 2, wenn die aktive Messkraft um einen vorbestimmten Wert angestiegen ist. Der vorbestimmte Wert kann beispielsweise abhängig von einer Tastkopfkonstruktion gewählt werden. Ebenso beendet die Erfassungseinrichtung 12 die Übertragung der Positionsdaten, wenn ein Betrag der Messkraft um mehr als den vorbestimmten Wert oder einen weiteren vorbestimmten Wert, gesunken ist. Der Anstieg bzw. das Absinken kann sich auf einen zeitlich gleitenden Mittelwert beziehen, der z.B. zu jedem Zeitpunkt über Messkräfte bestimmt wird, die in einem Zeitintervall vorbestimmter Dauer vor dem aktuellen Zeitpunkt erfasst wurden.
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Die Rechen- und Auswerteeinrichtung 2 wertet dann die von der Erfassungseinrichtung selektiv übertragenen Messwerte aus.
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In 2 ist eine exemplarische Darstellung einer Sollbahn 4 entlang eines Werkstücks 3 dargestellt. Das Werkstück 3 ist hierbei als sogenannter Walzfräser ausgebildet, wobei nur ein Ausschnitt eines Querschnitts durch den Walzfräser dargestellt ist. Eine Werkstückoberfläche des Werkstücks 3 umfasst Zähne 15 und Zahnzwischenräume 16. Hierbei sind die Zahnzwischenräume 16 in Umfangsrichtung zwischen Zähnen 15 angeordnet und werden von diesen eingeschlossen.
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Zur Qualitätskontrolle des Walzfräsers ist es erforderlich, die Lage und Topographie der Werkstückoberfläche im Bereich der Zähne 15 zu vermessen. Ebenso ist es wünschenswert, eine Größe der Zahnzwischenräume 16 zu vermessen, die sich aus dem Abstand von zwei benachbarten Zähnen 15 ergibt.
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In 2 ist ein exemplarischer Verlauf einer Sollbahn 4 dargestellt, die entlang von, bezogen auf das rotationssymmetrische Werkstück 3, radial außen liegenden Oberflächen der Zähne 15 entlangführt. Exemplarisch sind Sollpunkte S1, S2, ..., Sn entlang der Sollbahn 4 dargestellt. Selbstverständlich sind neben den dargestellten Sollpunkten S1, S2, ... Sn weitere Sollpunkte entlang der Sollbahn 4 angeordnet.
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Weiter dargestellt ist, dass die Sollbahn 4 aktive Bahnabschnitte aBA1, aBA2, aBA und passive Bahnabschnitte pBA umfasst. Zwischen zwei aktiven Bahnabschnitten aBA1, aBA2, aBA ist jeweils ein passiver Bahnabschnitt pBA angeordnet. Die aktiven Bahnabschnitte aBA1, aBA2, aBA stellen Abschnitte der Sollbahn 4 dar, in denen die Tastkugel 5 auf der Werkstückoberfläche im Bereich der Zähne 15 bewegt wird. Somit wird die Tastkugel 5 (siehe 1) in den aktiven Bereichen aBA1, aBA2, aBA entlang zu erfassenden Bereichen der Werkstückoberfläche bewegt. Die passiven Bereiche pBA bezeichnen hierbei Bereiche, in denen die Tastkugel 5 nicht entlang der Werkstückoberfläche im Bereich der Zähne 15, sondern durch die Zahnzwischenräume 16 bewegt wird. Somit bezeichnen die passiven Bahnabschnitte pBA Bahnabschnitte der Sollbahn 4, in denen die Tastkugel 5 an nicht zu vermessenden Bereichen der Werkstückoberfläche vorbeibewegt wird.
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Beispielsweise ist ein erster aktiver Bahnabschnitt aBA1 zwischen den Sollpunkten S5, S10 angeordnet. Der entlang der Sollbahn 4 folgende weitere aktive Bahnabschnitt aBA2 ist zwischen den Sollpunkten S16 und Sn angeordnet. Zwischen diesen aktiven Bahnabschnitten aBA1, aBA2 ist ein passiver Bahnabschnitt pBA zwischen den Sollpunkten S10 und S16 angeordnet.
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Weiter dargestellt ist, dass ein maximaler Abstand zwischen benachbarten Sollpunkten S1, S2, ..., Sn in aktiven Bahnabschnitten aBA1, aBA2, aBA kleiner ist als in den passiven Bahnabschnitten pBA. So ist z.B. ein Abstand zwischen benachbarten Sollpunkten S6, S7 in dem ersten aktiven Bahnabschnitt aBA1 kleiner als ein Abstand zwischen Sollpunkten S12, S13 in dem entlang der Sollbahn 4 folgenden passiven Bahnabschnitt pBA.
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Weiter ist dargestellt, dass sich ein Abstand von entlang der Sollbahn 4 benachbarten Sollpunkten S1, S2, ..., Sn zum Ende des passiven Bahnabschnittes pBA verringert. So verringert sich beispielsweise der Abstand zwischen den Sollpunkten S13, S14, S15, S16.
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Ebenfalls dargestellt ist, dass sich ein Abstand von entlang der Sollbahn 4 benachbarten Sollpunkten S1, S2, ..., Sn am Anfang eines passiven Bahnabschnittes pBA vergrößert. So vergrößert sich beispielsweise ein Abstand der Sollpunkte S10, S11, S12.
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Ist eine Zeitdauer zur Bewegung der Tastkugel 5 von einem Sollpunkt S1, S2, ..., S22 bis zu einem entlang der Sollbahn 4 benachbarten Sollpunkt S2, S3, ..., Sn fest vorgegeben, beispielsweise 10 ms, so bedeutet dies, dass sich eine Geschwindigkeit zum Anfang eines passiven Bahnabschnitts pBA der Tastkugel 5 erhöht und zum Ende des passiven Bahnabschnitts pBA verringert. Ebenfalls bedeutet dies, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Tastkugel 5 in den aktiven Bahnabschnitten aBA1, aBA2, aBA geringer ist als in den passiven Bahnabschnitten pBA.
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In 3 ist ein exemplarischer Verlauf einer weiteren Sollbahn 4 dargestellt.
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Hierbei sind die Sollpunkte S1, S2, ..., Sn der Sollbahn 4 derart bestimmt, dass in aktiven Bahnabschnitten aBA1, aBA2, aBA eine vorbestimmte Eintauchtiefe A der Tastkugel 5 des Tastkopfes 7 eingestellt ist. Dies bedeutet, dass die Sollposition der Tastkugel 5 in den aktiven Bahnabschnitten aBA1, aBA2, aBA innerhalb des Werkstückes 3 angeordnet ist.
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Die Sollpunkte S1, S2, ..., Sn der in 3 dargestellten Sollbahn 4 können beispielsweise bestimmt werden, indem die Sollpunkte S1, S2, ..., Sn der in 2 dargestellten Sollbahn 4, die entlang einer Werkstückoberfläche führt, jeweils um die Eintauchtiefe A in radialer Richtung hin zum Zentrum des Werkstücks 3 versetzt werden. Die radiale Richtung bezeichnet hierbei eine Normalenrichtung der Werkstückoberfläche an den Sollpunkt S1, S2, ..., Sn, der auf der Werkstückoberfläche angeordnet ist.
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Werden die in 1 dargestellten Antriebseinrichtungen 8 derart angesteuert, dass die Tastkugel 5 z.B. an einem Sollpunkt S7, der in dem ersten aktiven Bahnabschnitt aBA1 angeordnet ist, positioniert werden soll, so wird die Tastkugel 5 aus einer Ruhestellung der Tastkugel 5 ausgelenkt, da die Oberfläche des Zahnes 15 eine aktive Messkraft auf die Tastkugel 5 ausübt. Diese kann, wie vorhergehend erläutert, durch mindestens einen Kraftsensor des Tastkopfes 7 erfasst werden.
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In 4 ist ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren Koordinatenmessgeräts 1 dargestellt. Das Koordinatenmessgerät 1 ist hierbei in großen Teilen wie das in 1 dargestellte Koordinatenmessgerät 1 ausgebildet. Daher wird an dieser Stelle auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen.
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Im Unterschied zu 1 umfasst das Koordinatenmessgerät 1 einen Drehtisch 17, auf dem das Werkstück 3 drehbar gelagert ist. Mittels des Drehtisches 17 ist das Werkstück 3 in einer Rotationsrichtung 18 relativ zur Tastkugel 5 drehbar. Hierzu umfasst das Koordinatenmessgerät 1 eine Antriebseinrichtung 19, mittels derer der Drehtisch 17 verdrehbar ist.
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Zusätzlich zu einer Bewegung des Tastkopfes 7 mittels der Antriebseinrichtungen 8 ist daher eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 3 und der Tastkugel 5 auch durch eine Verdrehung des Drehtisches 17 möglich.
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Auch ist es vorstellbar, dass der Tastkopf 7 mit der Tastkugel 5 ortsfest angeordnet ist. In diesem Fall ist es nicht zwingend notwendig, dass Antriebseinrichtungen 8 zur Bewegung des Tastkopfes 7 vorgesehen sind. In diesem Fall erfolgt die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 3 und der Tastkugel 5 ausschließlich durch eine Bewegung des Werkstückes 3 relativ zum Tastkopf 7, insbesondere durch eine Verdrehung des Werkstückes 3 relativ zur Tastkugel 5.
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In diesem Fall kann die Auswerteinrichtung 12 eine räumliche Position der Tastkugel 5 (auch) in Abhängigkeit von Positionsdaten des Drehtisches 17 bestimmen. Diese Positionsdaten können beispielsweise eine Winkelposition des Drehtisches 17 beinhalten. Somit lässt sich in Abhängigkeit von Positionsdaten des Drehtisches 17 eine räumliche Position der Tastkugel 5 in einem Werkstückkoordinatensystem bestimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4212455 [0002]
- EP 0762250 B1 [0003, 0047]
- EP 0849653 B1 [0004]
- EP 0569694 B1 [0005]