表面测量设备的操作方法与流程

本发明涉及一种用于测量工件表面的表面测量设备的操作方法。

背景技术：

相应的表面测量设备，例如以粗糙度测量设备的形式而众所周知，特别是被应用在工业制造测量技术中。它们具有探头，该探头具有能够围绕摆动轴发生角度偏移的探测臂，该探测臂在它的远离摆动轴的端部上具有探测元件，其中，探头能够相对于表面测量设备的基体沿着直线轴移动。已知的表面测量设备还具有评价装置以及用于控制测量过程的控制装置，该评价装置被设计并编程，使得在对工件表面进行扫描期间探测臂的角度偏移被转换成代表工件表面的表面形状的测量值。

为了适应不同的测量目的，在已知的表面测量设备中，探测臂是可更换的，其中，可以使用具有不同长度的探测臂并且探测臂的长度限定了探头进而是表面测量设备的测量范围。

为了将探测臂的更换设计得特别简单，探测臂例如可以通过磁耦合与探头连接。

由于对于具有特定长度的每个探测臂来说，表面测量设备都有一个特定的测量范围，因此需要在更换探测臂之后根据所使用的探测臂设定测量范围。

在这里已知的是，操作人员在更换探测臂之后手动地在表面测量设备的评价装置的软件中设定测量范围。如果操作人员忘记设定测量范围或者设定错误的测量范围，那么随后执行的测量的测量值是错误的，这可能不会被察觉。此外，还存在这样的危险，即在自动化的测量过程中，测量范围的错误设定会导致没有找到所期望的测量位置并且由此探测臂或者说探头与工件发生碰撞。由此还存在表面测量设备被损坏的危险。

此外还已知的是，探测臂被自动地更换。然而，相应的自动化装置在制造上是复杂的且昂贵的。

此外还已知的是，可更换的探测臂具有识别部件，比如形式为rfid(无线射频识别)芯片，从而在更换探测臂之后，对所使用的探测臂进行自动检测并且可以相应地设定表面测量设备的测量范围。其缺点是，识别部件使探测臂变得更加昂贵。此外，例如对于用于粗糙度测量设备的探测臂，由于它们的尺寸很小不能提供足够的空间来将识别部件安装到探测臂上，从而不能对探测臂进行自动检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供表面测量设备的一种操作方法，该方法可避免错误测量。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现。

本发明基于以下构思：在无需附加硬件的条件下实现自动检测探测臂的长度从而自动设定相应的测量范围。

本发明巧妙地利用了这样的事实：即由于表面测量设备的结构，其中探测臂在其一端处承载探测元件并且被安装成使得它可以在其另一端的区域内围绕摆动轴发生倾斜地偏转，在探头沿着直线轴移动一段规定的移动行程时，探测臂的不同长度将导致探测臂围绕摆动轴发生不同的角度偏移。由此出发：本发明提供了在根据本发明的方法中：

a)通过使探头借助于探测元件沿着直线轴移动对工件进行探测，

b)在对工件进行探测之后，使探头连同探测臂沿着所述直线轴移动一段规定的移动行程。

c)对所引起的探测臂围绕摆动轴的角度偏移进行测量以及

d)根据规定的探测臂的移动行程和测得的探测臂的角度偏移，对探测臂在它的长度方面进行分类。

也就是说，根据本发明，在对工件进行探测之后，使探头沿着直线轴(例如z轴，并且可以由表面测量设备的测量柱限定)相对于工件移动一段规定的移动行程。移动行程可以采用行程测量系统进行测量，该行程测量系统在表面测量设备中通常本来就设置在测量柱上。

该探头以及进而探测臂沿着直线轴的移动引起探测臂围绕摆动轴发生角度偏移，该角度偏移通过评价装置进行记录。相应于规定的移动行程，在摆动轴进行规定的的直线运动时，对于不同长度的探测臂，围绕摆动轴发生不同的角度偏移(角度变化)。本发明利用这一点来对在每种情况下使用的探测臂根据其长度进行分类。例如且特别地，根据本发明存在这样的可能方案：基于此而自动地设定表面测量设备的相应的测量范围。

以这种方式实现的探测臂的自动检测方法，可以在更换探测臂之后在控制装置的控制下自动进行。也可行的是，在每次测量之前对探测臂进行自动检测，例如特别是在工件探测之后立即进行自动检测。

根据本发明的方法的一个特别的优点是：探测臂(长度)的自动检测不需要任何附加硬件，而是可以在只使用已经存在的硬件进行。

因此，本发明在无需额外的硬件成本的条件下为表面测量设备提供新颖且有利的功能。

如果基于已完成的探测臂在长度方面的分类，自动地设定测量设备的测量范围，那么根据本发明的探测臂(长度)自动检测使得由操作人员对测量范围无须进行手动设定。这样节省了时间和成本。

根据本发明实现了探测臂(长度)自动检测并且相应地在完成探测臂(长度)检测之后可以自动设定与相关探测臂对应的测量范围，这样可靠地避免了由测量范围的不适当设定而引起的测量错误。这在通过根据本发明的表面测量设备执行测量时提高了测量精度并且提高了生产率。

利用本发明的基本构思，在表面测量设备中还可以实现更多的功能。

例如可以对探头例如是粗糙度探头进行功能检查。为此，在对工件表面进行探测之后使探头沿着直线轴移动，使得粗糙度探头的整个测量范围被“遍历(durchfahren)”。在此，与相应的直线移动行程(探头沿着z轴的高度变化)相比，可以观察到测量值的信号变化曲线。以这种方式能够确定：测量信号随着探头沿着直线轴的移动行程的变化是否是稳定的。在变化稳定的情况下确保，探头在机械方面正常工作，也就是说例如探头支架没有被卡住。

另一功能在于，通过以下方式检查探头的直线度：再次“遍历”探头的测量范围并且确定：直线的移动行程是否引起探头输出信号呈线性增加。

根据本发明的一种有利的改进方案规定，在步骤d)中：

d1)由规定的探测臂的移动行程和测得的所引起的探测臂的角度偏移算出探测臂的长度以及

d2)通过将算出的探测臂的长度与规定的探测臂的各种长度进行比较来对探测臂进行分类。

由于通常只提供相对少量的具有事先已知的明显不同长度的探测臂，因此探测臂长度的计算以相对较小的精度实施就足够了。

根据本发明的方法可以用于检查由表面测量设备的操作人员做出的探测臂长度的选择。根据本发明也可以显示已确定的探测臂长度并且由表面测量设备的操作人员来确认。本发明的一种特别有利的改进方案规定，根据探测臂在其长度方面的分类自动地设定表面测量设备的测量范围。在该实施方式中，表面测量设备的测量范围是自动设置的，从而可靠地避免了由于操作人员错误地设定测量范围而引起的测量错误。

在通过根据本发明的方法进行操作的表面测量设备中，根据相应要求可以是任意的表面测量设备。就此而言，本发明的一种有利的改进方案提供，表面测量设备是粗糙度测量设备、轮廓测量设备或者形状测量设备。本发明特别适合于粗糙度测量设备，因为粗糙度测量设备的探测臂由于它们的尺寸很小经常是不允许安装例如采用rfid芯片形式的识别部件，因此排除了使用相应的识别部件对探测臂的自动检测。

另一适宜的改进方案规定，直线轴是竖直轴，其中，根据另一改进方案，直线轴是由表面测量设备的测量柱限定的。

根据本发明的另一适宜的改进方案，探头是触觉式探头。

本发明的另一有利的改进方案规定，探头借助于进给装置与表面测量设备的基体连接并且进给装置限定了直线进给轴，其中，对直线进给轴相对于水平轴的倾斜度进行确定并且将该倾斜度包含在探测臂在其长度方面的分类中。该实施方式基于以下认识：由进给装置的直线进给轴的非水平定向而产生探头测量值的投影，该投影取决于进给轴的倾斜度。进给轴的倾斜度可以通过使用电动的翻转装置来考虑。但是也可以通过在进给装置中提供的倾斜度传感器来考虑。

本发明还给出了根据本发明的用于在测量过程中对工件表面进行测量的表面测量设备。该表面测量设备具有基体和探头，该探头具有能够围绕摆动轴发生角度偏移的探测臂，该探测臂在它的远离摆动轴的端部上具有用于对工件表面进行扫描的探测元件，其中，探头能够相对于基体沿着直线轴移动。根据本发明的表面测量设备还具有评价装置，该评价装置被设计并编程为，使得探测臂在对工件表面进行扫描期间发生的角度偏移被转换成代表工件表面的表面形状的测量值，以及具有用于控制测量过程的控制装置。根据本发明，控制装置被设计并编程而使得：

a)借助于探测元件通过沿着直线轴移动探头对工件进行探测，

b)在对工件进行探测之后使探头连同探测臂沿着直线轴移动一段给定的移动行程，

c)对所引起的探测臂围绕摆动轴的角度偏移进行测量，

d)根据规定的探测臂的移动行程和测得的探测臂的角度偏移，对探测臂在它的长度方面进行分类。

根据本发明的表面测量设备的有利和适宜的改进方案在以下说明中给出。相应地，可得到与在根据本发明的方法及其改进方案中相同的优点和特征。

附图说明

下面根据实施例参照所附的示意图对本发明进行详细说明。在这里，所有描述的、在附图中示出的以及本发明要求保护的特征单独地以及按照任意适当的相互组合方式构成本发明的内容，不依赖于它们在权利要求及其引用关系中的概括，以及不依赖于它们的描述或者在附图中的图示。

在附图中：

图1用立体图示出了用于执行根据本发明的方法的一种实施例的本发明的表面测量设备的一种实施例以及

图2a和2b示出了用于说明本发明的基本原理的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了具有形式为粗糙度测量设备的根据本发明的表面测量设备2的一种示例性实施例的测量站，该表面测量设备具有探头3(测量探头)，该探头具有探测臂4，该探测臂具有在图1中不可识别的用于探测待测量工件的表面的探测元件。表面测量设备2具有进给装置6，该进给装置的固定基体8高度和倾斜度可调地设置在测量柱10上，该测量柱安装在底座12(基体)上。探测臂4通过机械接口14可更换地与进给装置6的滑座16连接。

在表面测量设备2工作时，进给装置6的滑座16相对于基体8沿着直线进给轴运动，从而通过安装在探测臂4上的探测元件可以对待测量工件进行扫描。包括探头和进给装置在内的相应的表面测量设备的基本结构对于本领域普通技术人员来说是众所周知的并且因此不进行详细说明。

在工件的扫描期间，探头3输出代表工件表面形状的探头原始数据。在与探头3处于数据传输连接的或者能够被置于与探头处于数据传输连接的评价装置18中对探头原始数据进行评价。评价装置18在图1中仅仅是象征性地示出并且探头与评价装置18之间的数据传输连接用虚线20象征性地表示。

评价装置18被设计并编程为，使在对工件表面进行扫描期间探测臂的角度偏移被转换成代表工件表面的表面形状的测量值。

为了控制测量过程，设有控制装置22。

探测臂以能够围绕摆动轴24发生角度偏移的方式支承在探头3上(参见图2a)并且在它的远离摆动轴的端部上具有用于对工件表面进行扫描的探测元件26——例如采用探测尖端的形式，其中，探头能够相对于测量柱沿着直线轴移动，该直线轴在图1中用点划线28象征性地示出。在所示的实施例中，直线轴28是z轴。

为了适应不同测量目的，探测臂4是可更换的，其中，探测臂的长度不同并且每种探测臂长度分别对应于表面测量设备2的一种测量范围。

根据本发明，在更换探测臂4之后，通过根据本发明的表面测量设备2的操作方法自动地设定表面测量设备2的相应的测量范围。

为此，控制装置22在所示的实施例中被设计并编程为，使得：

a)通过使探头3沿着直线轴28移动，借助于探测元件对工件进行探测，

b)在对工件进行探测之后，使探测臂4沿着直线轴28移动一段预定的移动行程，

c)对所引起的探测臂4围绕摆动轴的角度偏移进行测量，

d)根据预定的探测臂4的移动行程和测得的探测臂4的角度偏移，对探测臂4在它的长度方面进行分类以及

e)根据探测臂4在它的长度方面的分类自动设定表面测量设备2的测量范围。

根据本发明的方法的一种示例性实施例如下进行：

图2a和图2b示出了用于说明根据本发明的基本原理的示意图。在图2b中，由于说明原因，所示的探测臂4’的长度是如图2a的探测臂4的长度的两倍。

在图2a和2b中示出了探测元件30，探测臂4或者4’在它的远离摆动轴24的端部上安装该探测元件。

在图2a以及2b中分别象征性地示出待测量工件并且用附图标记32标出。

为了执行对工件32的表面进行测量的测量过程，首先通过使探头沿着直线轴28对工件32进行探测(根据本发明的方法的步骤a))。在图2a中示例性地示出了，探测元件30紧贴在工件32的表面上并且探测臂4近似呈水平地设置。

在以这种方式完成对工件32的探测之后，使探头3连同探测臂4沿着直线轴28(z轴)移动一段预定的移动行程z1，更具体地说在图2a中所示的实施例中向上移动(根据本发明的方法的步骤b))。

在此，探测元件30与工件32的表面保持接触，从而探测臂4围绕摆动轴24的角度偏移发生变化。对角度偏移的变化(图2a中的α1角)进行测量并且由评价装置18进行记录(根据本发明的方法的步骤c))。

在图2b中所示的具有双倍长度的探测臂4’的情况中，探头3连同探测臂4一起移动相同的直线移动行程z1导致探测臂4的的角度偏移较小(在图2b中的角α2)。

也就是说，由于对于沿着直线轴28的规定的移动行程，所引起的探测臂4或者4’的角度偏移直接取决于探测臂4或者4’的长度，所以由测得的角度偏移可以直接推断出探测臂4或者4’的长度。

因此，在步骤d)中，可以根据规定的探测臂4或者4’的移动行程和测得的探测臂4或者4’的角度偏移，对探测臂4或者4’在其长度方面进行分类。

在所示的实施例中，评价装置被设计并编程为，使得在步骤d)中：

d1)由规定的探测臂的移动行程和测得的所引起的探测臂的角度偏移算出探测臂的长度以及

d2)通过将计算出的探测臂的长度与规定的探测臂的各种长度进行比较来对探测臂进行分类。

在通过算出探测臂4或者4’的长度以及将算出的长度与规定的探测臂的各种长度进行比较，对探测臂4或者4’进行分类，然后识别其长度之后，可以相应地自动设定表面测量设备2的测量范围。

本发明因此以简单的方式在无需附加硬件的条件下实现了对不同长度的探测臂进行自动检测并且对表面测量设备2的相应测量范围进行自动设定。从而可靠地避免了由于在更换探测臂之后没有设定或者错误地设定表面测量设备的相应测量范围而引起的测量错误。