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Geräte- und Werkstückkoordinaten

Koordinatensysteme bauen aufeinander auf

In Koordinatenmessgeräten werden für verschiedene Aufgaben unterschiedliche Koordinatensysteme eingesetzt, z. B. für Geräteachsen, Sensormessbereiche sowie Bezugssysteme am Werkstück und am CAD-Modell. Diese Koordinatensysteme stehen aufgrund des Funktionsprinzips der Geräte zueinander in Beziehung oder werden durch den Anwender für die Lösung bestimmter Messaufgaben bewusst in Beziehung gesetzt.

Geräte- und Sensorkoordinaten

Das Gerätekoordinatensystem ist ein kartesisches Koordinatensystem, auf das die Lage der Messpunkte bezogen wird. In diesem Koordinatensystem ist auch die Sensorposition definiert. Hierbei sind die Positionen aller Geräteachsen inklusive der Werkstück-, Dreh- und Schwenkachsen sowie Korrekturen von Geometrie-, Temperaturabweichungen und anderen Effekten berücksichtigt. Im Sensorkoordinatensystem wird bei messenden Sensoren primär die Lage der Messpunkte zum Sensorbezugspunkt erfasst. Bei schaltenden Sensoren wird dies durch Erkennung des Bezugspunkts des Sensors (Triggerpunkt) ersetzt. Die Berechnung der Koordinaten der Messpunkte im Gerätekoordinatensystem erfolgt dementsprechend durch Überlagerung der Sensorposition in Gerätekoordinaten mit den Messpunkten in Sensorkoordinaten.

Messen »am Bild«

Bei Sensoren mit eigenem mehrdimensionalem Messbereich nennt man das Messen von Merkmalen unter Nutzung verschiedener Sensorpositionen Messen »am Bild« im Unterschied zum Messen »im Bild« (Abb. 58).

Die Berechnung von Maßen bzw. Merkmalen aus den so ermittelten Messpunkten setzt die Definition der zugehörigen Bezugssysteme voraus. Diese sind oft in der technischen Zeichnung des Werkstücks vorgegeben oder müssen vom Anwender festgelegt werden. Die Länge eines Parallelendmaßes z. B. kann nur senkrecht zu den Endmaßflächen richtig gemessen werden. Durch Setzen des Nullpunkts, der Achsrichtung und der Raumlage des Werkstückkoordinatensystems bezogen auf vorab gemessene Merkmale des Werkstücks (»Werkstückausrichtung«) wird dies gewährleistet. Die nachfolgenden Messungen werden nun in diesem Koordinatensystem ausgeführt und dargestellt (Abb. 59). Häufig werden für verschiedene Merkmale oder Merkmalsgruppen am gleichen Werkstück verschiedene Bezugssysteme verwendet. Im automatischen Messbetrieb werden die Werkstückkoordinaten für das Positionieren automatisch in Geräte- und Achskoordinaten transformiert. Um Werkstücke in verschiedenen Lagen mit dem gleichen Programm messen zu können, wird das Werkstückkoordinatensystem vorab grob mit wenigen Punkteneingemessen oder durch Aufnahme in einer Vorrichtung definiert.

Messen »am Bild«
<p>Abb. 58: Messung »im Bild« und »am Bild«: Der Durchmesser a und der Abstand b werden an einer Sensorposition »im Bild« gemessen. Der Kreis mit dem Durchmesser c wird aus verschiedenen Sensorpositionen x, y im Gerätekoordinatensystem ermittelt und somit »am Bild« gemessen; Analoges gilt auch für den Abstand d.</p>

Werkstückkoordinaten

Danach wird das Werkstückkoordinatensystem als Teil des Programms nochmals genauer bestimmt. Ein eindeutiges, reproduzierbares und vergleichbares Messen ist nur nach exakter Definition der Werkstückkoordinatensysteme möglich.

Sollen beim Messen die Informationen aus einem CAD-Datensatz benutzt werden (Sollmaße entnehmen, Messablauf steuern, Soll-Ist-Vergleich durchführen), müssen die CAD-Daten und die Messpunkte zueinander in die richtige Lage gebracht werden. Dieser Abgleich kann auf verschiedenen Wegen erfolgen:

Werkstückkoordinaten
<p>Abb. 59: Gerätekoordinatensystem (a) und Werkstückkoordinatensystem (b) eines schief liegenden Objekts, definiert an einer Zylinderachse (c) für die räumliche Ausrichtung der z-Achse und der Flächennormalen einer Quaderseitenfläche (d) für die Ausrichtung der x-Achse. Die Lage der y-Achse ergibt sich aus dem Schnittpunkt der Zylinderachse mit der oberen Quaderfläche als Koordinatenursprung (e).</p>

Überlagerung der Messpunkte mit CAD-Daten

  • Bestimmen von Koordinatensystemen aus gleichen Bezugselementen am Werkstück und am CAD-Modell und anschließendes Übereinanderlegen (Nullpunkt, Achsen)
  • Optimierung der Lage der gemessenen Punkte relativ zum CAD-Modell so, dass die Abweichungen so klein wie möglich sind (Bestfit, s. Vergleichen zu CAD-Daten, S. 81 ff.)
  • Optimierung der Lage der gemessenen Punkte relativ zum CAD-Modell so, dass die Toleranzzonen so wenig wie möglich ausgenutzt bzw. überschritten werden (ToleranceFit®, s. Vergleichen zu CAD-Daten, S. 81 ff.)
  • Bestimmung der Lage von definierten Messpunkten am Messobjekt und am CADModell mit nachfolgender Einpassung unter Berücksichtigung definierter Freiheitsgrade für diese Referenzpunkte (Mehr-Punkt-Ausrichtung, auch RPS-Ausrichtung)

Beim Abgleich wird der CAD-Datensatz automatisch transformiert und in der richtigen Lage zu den Messpunkten in Gerätekoordinaten dargestellt. Danach können wie oben beschrieben Werkstückkoordinatensysteme gesetzt werden. Diese gelten dann sowohl für die Messpunkte als auch für das CAD-Modell.