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Sensoren und Geräteachsen

Messen von Punkten, Linien, Flächen und Volumen

Einige Sensoren (z. B. alle Taster) arbeiten nur punktweise. Diese Punktsensoren sind entweder schaltend oder messend ausgeführt.

Schaltende und …

Wie schon in Abschnitt Sensoren (s. S. 8 ff.) erläutert, liefern schaltende Punktsensoren beim Aufnehmen eines Messpunkts lediglich ein Triggersignal. Dieses bewirkt, dass die Wegmesssysteme der Koordinatenachsen ausgelesen und daraus die Punktkoordinaten auf der Oberfläche des Messobjekts ermittelt werden. Hierzu ist eine Bewegung in den Achsen zwingend erforderlich (dynamisches Messprinzip). Diese Sensoren können ein-, zwei- oder dreidimensional arbeiten (Abb. 57).

Schaltende und …
<p>Abb. 57: Sensordimensionalität: Sensoren können in 1, 2 oder 3 Richtungen Messsignale liefern. Sie können Punkte, Linien, Flä- chen oder Volumen erfassen. Es ergeben sich verschiedene Kombinationen, von denen die wesentlichen hier dargestellt sind.</p>

… messende Sensoren

Messende Punktsensoren verfügen intern über einen eigenen Messbereich (Abb. 3) in ein, zwei oder drei Dimensionen. Dessen Größe kann mehrere Millimeter betragen. Der Messwert ist als Abstand des gemessenen Punkts der jeweiligen Achse zum internen Sensornullpunkt definiert. Die Bestimmung eines Objektpunkts erfolgt durch Überlagerung der Messwerte des Sensors und der ausgelesenen Koordinaten der Sensorposition im Messgerät. Voraussetzung ist, dass sich der Objektpunkt im Messbereich des Sensors befindet. Das Bestimmen eines Punkts ist somit auch möglich, wenn das Koordinatenmessgerät stillsteht (statisches Messprinzip). Die zur Bestimmung von Merkmalen notwendige Messung mehrerer Punkte erfordert jedoch auch hier eine Bewegung der Geräteachsen.

… messende Sensoren
<p>Abb. 3: Schaltende (links) und messende Sensorik (rechts) im Vergleich: A Auslenkung, S Signalverlauf, M Messbereich</p>

1, 2 oder 3 Sensorachsen

Bei Punktsensoren mit zwei oder nur einer schaltenden bzw. messenden Achse werden zur Antastung die durch den Sensor nicht erfassten Koordinaten durch Reduzierung der Freiheitsgrade blockiert. Dies erfolgt z. B. beim Fasertaster 2D (s. S. 46 ff. Messende taktil-optische Sensoren) in Schaftrichtung, um in der hierdurch definierten Position in der senkrecht zum Schaft liegenden Ebene zu messen. Beim Konturtaster (s. S. 51 f. Taktil-optischer Kontursensor) ist dies umgekehrt, die Bewegung in der Ebene ist blockiert, der Sensor misst entlang seiner Führungsachse. Die blockierten Koordinaten ergeben sich aus der vorher eingemessenen Position des Sensorantastpunkts. Dieses Prinzip schränkt die Anwendbarkeit bei dreidimensionalen Objekten ein, da in den blockierten Richtungen nicht angetastet werden kann.

Messen »im Bild«

Andere Sensorprinzipien (z. B. Bildverarbeitung und Röntgentomografie) erlauben das Messen mehrerer Punkte in einem eigenen zwei- oder dreidimensionalen Messbereich praktisch gleichzeitig, ohne den Sensor in den Geräteachsen zu bewegen. Diese Sensoren können deshalb als Linien-, Flächen- oder Volumensensoren bezeichnet werden. Kleinere Objektmerkmale können so auf einmal erfasst werden. Man bezeichnet dies als Messen »im Bild« (Abb. 58). Bei der Röntgentomografie wird das Volumen des Objekts vollständig erfasst. Für die dimensionelle Messung werden die Materialübergänge (Oberflächen) extrahiert. Dies kann flächenhaft oder in Schnitten (linienförmig) mit beliebiger Raumlage erfolgen.

Messen »im 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>