(19) *DE102011109580B420140828* (10) (12) Patentschrift (21) Aktenzeichen: 10 2011 109 580.6 (22) Anmeldetag: 05.08.2011 (43) Offenlegungstag: 07.02.2013 (45) Veröffentlichungstag der Patenterteilung: 28.08.2014 (51) Int Cl.: G01B 5/008 (2006.01) G01B 5/012 (2006.01) Innerhalb von neun Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach 59 Patentgesetz gegen das Patent Einspruch erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist eine Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten ( 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu 2 Abs. 1 Patentkostengesetz). (73) Patentinhaber: Hörmann, Ralf, 97422, Schweinfurt, DE (74) Vertreter: Gosdin, Michael, Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., 97422, Schweinfurt, DE (72) Erfinder: gleich Patentinhaber (56) Ermittelter Stand der Technik: DE 44 39 578 C1 DE 10 2006 025 012 B3 DE 10 2004 023 645 A1 DE 10 2009 060 784 A1 US 2004 / 0 185 706 A1 US 2008 / 0 052 936 A1 Microchip Technology Inc.: 8-Bit PIC Microcontrollers. 2355 W. Chandler Blvd., Chandler, AZ 85224-6199, Printed in the U.S.A. 8/ 10. - Firmenschrift (54) Bezeichnung: Messmaschine (57) Hauptanspruch: Messmaschine (1) zum mechanischen Vermessen eines Bauteils, wobei die Messmaschine (1) ein Maschinenteil (2) mit mindestens einer Messtaster-Aufnahme (3) sowie mindestens einen an der Messtaster-Aufnahme (3) formschlüssig und lösbar befestigbaren Messtaster (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Messtaster (4) ein Massenspeicher (5) angeordnet ist, wobei dieser mit einem USB-Stecker (6) verbunden ist, wobei an oder in der Messtaster-Aufnahme (3) eine zum Zusammenwirken mit dem USB-Stecker (6) ausgebildete USB-Buchse (7) angeordnet ist, wobei die USB-Buchse (7) mit einer elektronischen Gerätesteuerung (18) in Verbindung steht und wobei der Massenspeicher (5) samt USB-Stecker (6) als USB-Stick ausgebildet ist.
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Messmaschine zum mechanischen Vermessen eines Bauteils, wobei die Messmaschine ein Maschinenteil mit mindestens einer Messtaster-Aufnahme sowie mindestens einen an der Messtaster-Aufnahme formschlüssig und lösbar befestigbaren Messtaster umfasst. [0002] Messmaschinen dieser Art, die mit einem Messtaster eine Geometrie erfassen (taktile Messgeräte), wie beispielsweise Konturmessgeräte, Rauheitsmessgeräte, 2-D-Messgeräte und 3-D-Messgeräte, benötigen für die diversen Messaufgaben verschiedene Messtaster. Diese sind bei der Durchführung des Messvorgangs über eine Messtaster-Aufnahme mit dem Messgerät mechanisch verbunden. Die Tasteraufnahme kann dabei in verschiedenen Achsen schwenkbar bzw. verschiebbar sein. [0003] Bei einfachen taktilen Messgeräten wählt der Benutzer des Geräts den benötigten Messtaster oft über eine Mess-Software aus. Der Taster wird dann aus einem Tastersortiment entnommen und in die Messmaschine eingesetzt. Der Taster hat hierbei keine integrierte Elektronik zur Identifikation. Nachteilig ist hier, dass es gelegentlich zu Anwenderfehlern bei der Auswahl kommt. Wird ein falscher Messtaster mittels der Mess-Software ausgewählt, werden die aufgenommenen Messdaten mit falschen Parameter verrechnet, so dass die Messung fehlerhaft ist. Dies kann, wenn es unbemerkt bleibt, erhebliche Probleme bei der Qualitätssicherung des zu vermessenden Produkts verursachen. [0004] Da fertigungsnah aufgestellte Messgeräte häufig von messtechnisch ungeschultem Personal bedient werden, ist die Gefahr einer Verwechslung von Messtastern besonders hoch. [0005] Bekannt sind auch Messtaster (insbesondere Längenmesstaster), die eine integrierte Elektronik zur Signalverarbeitung aufweisen, d. h. eine proprietäre Elektronik. Diese Elektronik benötigt eine Software, die vom Messtasterhersteller entwickelt werden muss. Dies ist entsprechend aufwändig. Die Elektronik dient meist der Signalaufbereitung und bietet nur wenig Speicher. Eine solche Lösung ist aus der DE 10 2004 023 645 B4 bekannt. Der Messtaster weist hier ein Kabel auf, das mittels einer USB- Schnittstelle an einen Computer anschließbar ist. Somit ist ein Datenaustausch mit dem Computer möglich. [0006] Ähnliche Lösungen offenbaren die DE 20 2008 011 629 U1 und die DE 10 2009 035 747 A1. [0007] Die US 2004/0185706 A1 offenbart für ein Werkzeug-Identifikationssystem die Integration eines Speicherelements in das Werkzeug. Weitere Lösungen für Messsysteme zeigen die DE 10 2009 060 784 A1, die DE 44 39 578 C1, die DE 10 2006 025 012 B3 und die US 2008/0052936 A1. Die Firmenschrift 8-Bit PIC Microcontrollers der Microchip Technology Inc., 2355 W. Chandler Blvd., Chandler, AZ 85224-6199, offenbart den Einsatz von Micro-Controllern mit integriertem USB. [0008] Um eine Verwechslung von Messtastern zu verhindern, ist es auch bekannt, taktile Messtaster mit einer mechanischen Kodierung zu versehen und so eine Erkennung des Messtasters zu ermöglichen. [0009] Sofern also Identifikationssysteme für Messtaster von Messmaschinen bekannt sind, sind diese relativ aufwändig aufgebaut und erfordern insbesondere bei der Softwareerstellung einen entsprechenden Aufwand. [0010] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der diese Nachteile vermieden werden können. Es soll also in einfacher Weise eine Identifikation eines Messtasters an einer Messmaschine möglich werden, wobei auf einfache und handelsübliche Komponenten zurückgegriffen werden können soll. Damit soll es in kostengünstiger Weise möglich sein, zuverlässig eine Erkennung des in die Messmaschine eingesetzten Messtasters zu erreichen und so zu verhindern, dass mit einem falschen Messtaster gearbeitet wird. [0011] Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Messtaster ein Massenspeicher angeordnet ist, wobei dieser mit einem USB-Stecker (USB: Universal Serial Bus) verbunden bzw. ausgestattet ist, wobei an oder in der Messtaster-Aufnahme eine zum Zusammenwirken mit dem USB-Stecker ausgebildete USB- Buchse angeordnet ist, wobei die USB-Buchse mit einer elektronischen Gerätesteuerung in Verbindung steht und wobei der Massenspeicher samt USB-Stecker als USB-Stick ausgebildet ist. [0012] Hierbei kommt insbesondere ein handelsüblicher USB-Stick zum Einsatz, der in einer Ausnehmung im Messtaster angeordnet ist. Die USB-Buchse kann in einer Ausnehmung in der Messtaster-Aufnahme angeordnet sein. Von besonderem Vorteil ist hierbei die quasi automatische Herstellung der USB-Verbindung bei der Anordnung des Messtasters an der Messtaster-Aufnahme, wenn nämlich bei formschlüssiger und bestimmungsgemäßer Anlage des Messtasters an der Messtaster-Aufnahme der USB-Stecker in die USB-Buchse vollständig eingeschoben ist. [0013] Der Messtaster hat gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen 2/11
sich von einer mechanischen Befestigungsstelle an der Messtaster-Aufnahme aus in einer ersten Richtung erstreckenden ersten Abschnitt und einen sich von der mechanischen Befestigungsstelle aus in eine entgegengesetzte zweite Richtung erstreckenden zweiten Abschnitt; dabei ist dann weiter vorgesehen, dass im Bereich des ersten Abschnitts ein Messelement und im Bereich des zweiten Abschnitts der Massenspeicher angeordnet ist. Wie später noch näher beschrieben werden wird, ist damit eine thermische Entkopplung des messenden Bereichs des Messtasters von der Wärmequelle möglich, die der Massenspeicher darstellt, so dass Messungenauigkeiten reduziert bzw. weitgehend vermieden werden können. [0014] Zur formschlüssigen Festlegung des Messtasters an der Messtaster-Aufnahme kann mindestens ein Passstift oder Passbolzen bzw. mindestens eine Schraube vorgesehen sein. Es ist aber auch alternativ möglich, dass zur formschlüssigen Festlegung des Messtasters an der Messtaster-Aufnahme mindestens eine Passfläche am Messtaster und eine korrespondierende Passfläche an der Messtaster- Aufnahme vorhanden sind, wobei eine Haltekraft zwischen Messtaster-Aufnahme und Messtaster durch mindestens einen Magneten hergestellt wird. [0015] Auf dem Massenspeicher sind jedenfalls Identifikationsdaten zur Identifikation des Messtasters gespeichert, so dass das System nach der Anbringung des Messtasters an der Messtaster-Aufnahme anhand der installierten Mess-Software in der Gerätesteuerung autark prüfen kann, ob der richtige Messtaster angebracht wurde. [0016] Auf dem Massenspeicher können darüber hinaus auch Kalibrierdaten für den Messtaster gespeichert sein. [0017] Die Erfindung stellt also auf ein in der Massenproduktion gefertigtes USB-Gerät ab, insbesondere auf einen elektronischen, nichtflüchtigen USB- Massenspeicher ( USB-Stick, USB-Laufwerk ), der direkt in den taktilen Messtaster verbaut bzw. in diesen integriert ist. [0018] Auf dem USB-Massenspeicher können die Tasterparameter, aber auch Zusatzinformationen gespeichert werden. Mit den gespeicherten Daten kann der Messtaster eindeutig identifiziert werden. Somit ist die Verwechslungsgefahr für den Anwender des Messgeräts gebannt, da die Taster-Parameter stets korrekt von der Steuerung der Messmaschine erkannt und entsprechend von der Mess-Software in der Steuerung der Maschine verrechnet werden können. [0019] In der Messtaster-Aufnahme wird die entsprechende USB-Buchse mit integriert und per USB- Kabel mit dem Auswerte-PC der Messmaschine verbunden. Die Kosten sind dabei äußerst niedrig, da die benötigten USB-Komponenten als Massenware erhältlich sind. Verglichen mit den hohen Kosten für proprietäre Elektroniken, die in bekannten Messtastern integriert sind, und unter Berücksichtigung der damit verbundenen Hard- und Softwareentwicklungskosten wird mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag eine äußerst günstige Lösung bereitgestellt, mit der dennoch absolut sichergestellt werden kann, dass kein falscher Messtaster zum Einsatz kommt. [0020] Der USB-Massenspeicher wird vom Auswerte-PC der Messmaschine automatisch erkannt und steht der Mess-Software und dem Anwender damit vollständig zur Verfügung. [0021] Bei der Verbindung des Messtasters zum Messgerät kann der Auswerte-PC die Tasterdaten aus dem USB-Massenspeicher auslesen, verwerten oder speichern. Desweiteren können Daten, wie Kalibrierdaten, Bilder oder Messdaten, direkt auf dem Messtaster in großer Menge gespeichert werden (derzeit sind problemlos Speichergrößen von einigen Gigabyte möglich). Im Zuge der weiteren PC-Peripherie-Entwicklung wird ohne weitere Entwicklungskosten für den Nutzer der vorliegenden Erfindung die Speicherkapazität stets weiter anwachsen. [0022] Somit schlägt die vorliegende Erfindung vor, eine Platzierung eines USB-Massenspeichers vorzugsweise im nichtmessenden Teil des Messtasters vorzunehmen. Diese Anordnung ist deshalb bevorzugt, weil der Massenspeicher im Betrieb Wärme abgibt, was im messenden Teil des Tasters ungewollte Längenausdehnungen verursachen würde. Derartige Ausdehnungen können das Messergebnis verfälschen. [0023] Durch die bevorzugte Platzierung des USB- Massenspeichers im nichtmessenden Teil des Messtasters kann der Wärmewiderstand zum messenden Bereich des Messtasters so weit erhöht werden, dass die Wärmeleitung vom USB-Massenspeicher in den messenden Bereich äußerst gering ausfällt. Die Messfehler können daher durch eine geeignete Konstruktion unterhalb einer kritischen Messungenauigkeit gehalten werden. [0024] Natürlich wäre es in kinematischer Umkehr auch möglich, am Massenspeicher die USB-Buchse anzuordnen und in bzw. an der Messtaster-Aufnahme den USB-Stecker. [0025] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: [0026] Fig. 1 schematisch eine Messmaschine mit einer Messtaster-Aufnahme und einem Messtaster, bevor der Messtaster an der Messtaster-Aufnahme 3/11
befestigt wird, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, [0027] Fig. 2 schematisch eine zu Fig. 1 analoge Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, [0028] Fig. 3 die Seitenansicht und [0029] Fig. 4 die Draufsicht auf einen Teil einer Messmaschine mit einer Messtaster-Aufnahme und an dieser befestigtem Messtaster gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, [0030] Fig. 5 die Seitenansicht und [0031] Fig. 6 die Draufsicht auf die Messtaster-Aufnahme gemäß der Lösung nach Fig. 3 bzw. Fig. 4. [0032] In Fig. 1 ist schematisch eine Messmaschine 1 angedeutet, die ein Maschinenteil 2 hat, das wiederum eine Messtaster-Aufnahme 3 aufweist. Die Messtaster-Aufnahme 3 hat eine Messtaster-Anlagefläche 19 zur definierten Anlage eines Messtasters 4, der seinerseits eine Gegen-Anlagefläche 20 aufweist. Der Messtaster 4 hat einen Messarm 21, an dessen Ende ein Messelement 13 (Tastelement) angeordnet ist. [0033] Die präzise Anlage des Messtasters 4 an der Messtaster-Aufnahme 3 wird durch hier nicht näher dargestellte Passstife und Passstift-Bohrungen bewerkstelligt; ferner kann der Messtaster 4 an der Messtaster-Aufnahme 3 durch eine oder mehrere Schrauben festgelegt werden. Der Ort der Befestigung des Messtasters 4 an der Messtaster-Aufnahme bildet eine mechanische Befestigungsstelle 10. [0034] Wesentlich ist, dass im Messtaster 4 ein Massenspeicher 5 angeordnet ist. Dieser ist mit einem USB-Stecker 6 verbunden. USB-Stecker 6 samt Massenspeicher 5 sind als handelsüblicher USB-Stick ausgebildet; der Massenspeicher 5 ist in einer Ausnehmung 8 untergebracht, die in den Messtaster 4 eingearbeitet ist. [0035] Ferner ist in der Messtaster-Aufnahme 3 eine zum Zusammenwirken mit dem USB-Stecker 6 ausgebildete USB-Buchse 7 angeordnet. Diese ist wie schematisch angedeutet mit einer elektronischen Gerätesteuerung 18 verbunden. Auch für die USB- Buchse 7 ist eine Ausnehmung 9 vorgesehen, die in die Messtaster-Aufnahme 3 eingearbeitet ist. [0036] In Fig. 1 ist zu erkennen, dass zur Anbringung des Messtasters 4 an der Messtaster-Aufnahme 3 der Messtaster 4 in Richtung des Pfeils auf die Messtaster-Aufnahme 3 zu geschoben wird. Um die per Passstift definierte relative Lage an der Messtaster-Aufnahme 3 einzunehmen, muss der Messtaster 4 damit zwingend in eine Lage bewegt werden, in der der USB-Stecker 6 vollständig in die USB-Buchse 7 eingeschoben wird. [0037] Demgemäß ergibt sich quasi automatisch, dass eine elektrische Kopplung zwischen USB-Stecker 6 und somit dem Massenspeicher 5 und der USB-Buchse 7 und somit der Gerätesteuerung 18 hergestellt wird, wenn der Messtaster 4 montiert wird. [0038] Auf dem Massenspeicher 5 sind unter anderem auch Identifikationsdaten des Messtasters 4 gespeichert, die bei der Montage des Messtasters 4 an der Messtaster-Aufnahme 3 automatisch von der Software in der Gerätesteuerung 18 eingelesen werden. Ein automatisch gefahrener Vergleich mit den Daten des benötigten Messtasters in der Gerätesteuerung 18 lässt die Messmaschine selbständig erkennen, ob der für die vorgesehene Messaufgabe richtige Messtaster 4 montiert wurde. [0039] Die Lösung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, dass hier der USB-Stecker 6 in einem stirnseitigen Endbereich des Messtasters 4 angeordnet ist. Es gilt hier allerdings die grundsätzlich analoge Ausgestaltung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. [0040] Das weitere Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis Fig. 6 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung, bei der in besonderer Weise dem Umstand Rechnung getragen wurde, dass der Massenspeicher 5 im Betrieb ein gewisses Maß an Wärme erzeugt. Die darf nicht das Messergebnis verfälschen, was mit der in den genannten Figuren gezeigten Konstruktion sicher vermieden wird. [0041] Der Messtaster 4 hat hier zwei Abschnitte, nämlich einen ersten Abschnitt 11 und einen zweiten Abschnitt 12. Die beiden Abschnitte 11, 12 erstrecken sich in unterschiedlichen Richtung R 1 und R 2 weg von der mechanischen Befestigungsstelle 10, die hier durch eine Schraube 15 definiert wird, die in ein Gewinde 17 (s. Fig. 6) eingeschraubt ist und mit der der Messtaster 4 an der Messtaster-Aufnahme 3 festgelegt ist. [0042] Weiterhin sind in den Fig. 3 bis Fig. 6 auch Passstifte 14 dargestellt, die in Bohrungen 16 in der Messtaster-Aufnahme 3 eingreifen und den Messtaster 4 so ausrichten können. [0043] Der Messtaster rotiert hier um eine Drehachse A; die Schraube 15 ist vorliegend konzentrisch zur Drehachse A angeordnet. In einem Wellenabschnitt 24 ist eine Kabeldurchführung 23 ausgebildet, mit der ein Kabel 22 von der USB-Buchse 7 zur Gerätesteuerung geführt werden kann. 4/11
[0044] Wie zu erkennen ist, wirken sich Erwärmungen verursacht durch den Massenspeicher 5 so aus, dass sich nur der zweite Abschnitt 12 des Messtasters 4 ausdehnt, nicht indes der erste Abschnitt 11, der für die benötigte Messpräzision bestimmend ist. [0045] Eine entsprechend große Speicherkapazität des Massenspeichers 5 ermöglicht, dass nicht nur Identifikationsdaten für den Messtaster 4 hier gespeichert sind. Es können auch beliebige weitere Informationen hinterlegt werden, beispielsweise auch Messdaten oder Daten zur Historie der durchgeführten Messungen. [0046] Weiterhin kann grundsätzlich auch vorgesehen werden, dass auf dem Massenspeicher 5 Software-Updates für die Steuerungssoftware der Messmaschine gespeichert werden, die dann nach der Montage des Messtasters 4 auf der Messtaster-Aufnahme 3 von der Maschinensteuerung geladen werden. [0047] Computertechnisch übliche und sinnvolle Funktionen können ebenfalls auf dem Massenspeicher 5 gespeichert werden, wie z. B. eine Chiffrierung für Daten, ein Schreibschutz, etc. Bezugszeichenliste 1 Messmaschine 2 Maschinenteil 3 Messtaster-Aufnahme 4 Messtaster 5 Massenspeicher 6 USB-Stecker 7 USB-Buchse 8 Ausnehmung 9 Ausnehmung 10 mechanische Befestigungsstelle 11 erster Abschnitt 12 zweiter Abschnitt 13 Messelement 14 Passstift 15 Schraube 16 Bohrung für Passstift 17 Gewinde 18 Gerätesteuerung 19 Messtaster-Anlagefläche 20 Gegen-Anlagefläche 21 Messarm 22 Kabel 23 Kabeldurchführung 24 Wellenabschnitt R 1 erste Richtung R 2 zweite Richtung A Drehachse Patentansprüche 1. Messmaschine (1) zum mechanischen Vermessen eines Bauteils, wobei die Messmaschine (1) ein Maschinenteil (2) mit mindestens einer Messtaster-Aufnahme (3) sowie mindestens einen an der Messtaster-Aufnahme (3) formschlüssig und lösbar befestigbaren Messtaster (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Messtaster (4) ein Massenspeicher (5) angeordnet ist, wobei dieser mit einem USB-Stecker (6) verbunden ist, wobei an oder in der Messtaster-Aufnahme (3) eine zum Zusammenwirken mit dem USB-Stecker (6) ausgebildete USB-Buchse (7) angeordnet ist, wobei die USB- Buchse (7) mit einer elektronischen Gerätesteuerung (18) in Verbindung steht und wobei der Massenspeicher (5) samt USB-Stecker (6) als USB-Stick ausgebildet ist. 2. Messmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein handelsüblicher USB-Stick (5, 6) in einer Ausnehmung (8) im Messtaster (4) angeordnet ist. 3. Messmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die USB-Buchse (7) in einer Ausnehmung (9) in der Messtaster-Aufnahme (3) angeordnet ist. 4. Messmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei formschlüssiger und bestimmungsgemäßer Anlage des Messtasters (4) an der Messtaster-Aufnahme (3) der USB-Stecker (6) in die USB-Buchse (7) vollständig eingeschoben ist. 5. Messmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (4) einen sich von einer mechanischen Befestigungsstelle (10) an der Messtaster-Aufnahme (3) aus in einer ersten Richtung (R 1 ) erstreckenden ersten Abschnitt (11) und einen sich von der mechanischen Befestigungsstelle (10) aus in eine entgegengesetzte zweite Richtung (R 2 ) erstreckenden zweiten Abschnitt (12) aufweist, wobei im Bereich des ersten Abschnitts (11) ein Messelement (13) und im Bereich des zweiten Abschnitts (12) der Massenspeicher (5) angeordnet ist. 6. Messmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur formschlüssigen Festlegung des Messtasters (4) an der Messtaster-Aufnahme (3) mindestens ein Passstift (14) oder Passbolzen und/oder mindestens eine Schraube (15) vorgesehen sind. 7. Messmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur formschlüssigen Festlegung des Messtasters (4) an der Messtaster-Aufnahme (3) mindestens eine Passfläche am Messtaster und eine korrespondierende Passfläche 5/11
an der Messtaster-Aufnahme (3) vorhanden sind, wobei eine Haltekraft zwischen Messtaster-Aufnahme (3) und Messtaster (4) durch mindestens einen Magneten hergestellt wird. 8. Messmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Massenspeicher (5) Identifikationsdaten zur Identifikation des Messtasters (4) gespeichert sind. 9. Messmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Massenspeicher (5) Kalibrierdaten für den Messtaster (4) gespeichert sind. Es folgen 5 Seiten Zeichnungen 6/11
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