CN210089632U - 校准制品和用于校准制品的保持设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及校准制品和用于校准制品的保持设备。校准制品具有透明衬底，其上具有由不透明材料制成的校准单元，校准单元形成至少一个校准单元群组，其每个具有两个单元行，其每个具有多个第一单元，单元行的第一单元的中心布置在沿第一制品坐标方向的线上，并且这些线在相对于第一制品坐标方向以直角取向的第二制品坐标方向上以单元行距离布置，在第一制品坐标方向上直接相邻的两个第一单元的中心具有相同第一单元距离；由第二单元构成的单元矩阵，第二单元在第一制品坐标方向上形成多个行并且在第二制品坐标方向上形成单元矩阵的多个列，在行和/或列中直接相邻的两个第二单元的中心具有第二单元距离；实心圆表面；圆形区域。

Description

校准制品和用于校准制品的保持设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量系统的校准制品以及一种用于此校准制品的保持设备，该测量系统被构造为测量在轴向方向上旋转对称的物体的轮廓，例如测量轴或其他细长物体。

背景技术

例如在US 6 704 102 B2中公开一种校准制品。在此文献中，衬底上放置有各种可以由光学检测设备检测的几何校准单元。已知的校准制品被认为适于光学检测设备的各种放大倍数，并且为此目的具有不同大小的几何校准单元。

DE 10 2015 122 842 A1公开一种校准板，其具有用于具有相机的3D检测设备的校准的各种校准单元和用于投影仪的校准的反射镜。

DE 44 39 557 A1描述一种分划板，其具有同心圆并且可以用于测量系统的光学检测设备针对不同放大倍数的校准。取决于所选定放大倍数，始终以正确大小绘示该同心环中的一者。

DE 20 2007 007 786 U1描述一种用于光学测量设备的测试体。该测试体上具有各种大小的校准单元，使得可以针对光学检测设备的不同放大倍数借助相同测试体进行校准。术语校准单元用于描述例如一系列线、矩形、正方形、实心圆、环形等等。

WO 03/023321 A1描述将二维校准场用于调节或测量系统的轴线的调节。测量过程应检测平移、旋转和直角偏差。

因此，已知的校准制品用于测量系统的机器轴线的调节或用于测量系统的光学检测设备的校准。

通常，用于测量旋转对称物体（尤其是轴）的轮廓的光学测量系统使用至少一个线相机或一个矩阵相机作为光学检测设备。测量在透射光中进行。待测量物体通常布置在照明和光学检测设备的远心范围内。尤其是在远心范围内，对轴的纵向轴线的高度的校准对精确测量来说是必需的。此校准必须能够完全确定测量系统的测量误差，以便能够例如通过数学校正来消除这些误差。

实用新型内容

可以认为本实用新型的目的是指示一种允许对用于测量旋转对称物体轴向方向上的轮廓的测量系统的简单校准的校准制品，此测量系统具有应该在单个设置操作中采用相同校准制品校准的光学检测设备。另一目的是形成一种用于校准制品的合适保持设备。

此目的通过根据本发明的校准制品和根据本发明的保持设备实现。

校准制品被构造为用于测量系统的校准，测量系统具有光学检测设备并且被构造为用于轴向方向上旋转对称物体的轮廓的测量，例如用于轴或其他细长物体的测量。因此，测量系统也可以称为轴测量系统。

校准制品具有优选地由玻璃制成的透明衬底，其上放置有由不透明材料制成的多个校准单元。优选地，所有校准单元都布置在衬底的相同表面上。例如，所存在校准单元可以由衬底上的铬层形成。每一个校准单元可以呈正或负结构单元的形式。负结构单元限定透明几何结构的边界。正结构单元覆盖不透明几何结构，优选地覆盖其整个表面，并且优选地并不环绕任何透明区域。

校准单元形成一个或多个校准单元群组，其每个被构造为用于测量系统的相关联光学检测设备的校准。

针对每一校准单元群组存在两个单元行，各自具有多个第一单元。每一单元行的这些第一单元的中心或交叉点布置在沿校准制品的第一制品坐标方向延伸的线上。其上布置相应单元行的第一单元的线在校准制品的第二制品坐标方向上具有单元行距离，此第二制品坐标方向相对于第一制品坐标方向成直角。单元行的每两个紧邻的第一单元的中心或交叉点在第一制品坐标方向上具有相同的第一单元距离。

第一单元可以例如由圆形单元和/或十字形和/或其他合适几何单元形成。优选地，第一单元由实心圆（正结构单元）形成。

此外，校准单元具有由第二单元构成的单元矩阵。类似于第一单元，第二单元可以是圆形（优选地实心圆）、十字形或类似物。在第一制品坐标方向上，第二单元形成多个行，并且在第二制品坐标方向上，其形成单元矩阵的多个列。行和/或列中两个紧邻的第二单元的中心、交叉点或那类点具有第二单元距离。在行方向和列方向上，第二单元距离可以具有相同大小或不同大小。优选地，如果单元矩阵位于图像区中并且在相机与校准制品之间不发生相对运动，则单元矩阵的行和列完全使相机芯片的所使用图像区光栅化。通常，这导致单元矩阵的行和列的不同数量。行的数量和列的数量还可以具有相同大小。

另一校准单元由被不透明材料完全填充的实心圆表面和被不透明材料限定边界的至少一个透明或未填充圆形区域（其可以被称为圆形边界）形成。圆形边界的内表面优选地完全没有不透明材料。实心圆表面和圆形边界可以布置在单元行之间的区域中。

实心圆表面可以由光学检测设备用于测量外径。圆形边界可以由光学检测设备用于测量内径。替代性地或另外，还可以确定实心圆表面和/或圆形边界中的每个的圆度。外圆或实心圆的这些不同测量和圆形边缘处理使得可以为外轮廓和内轮廓的每次测量确定单独的合适校正函数。

在两个单元行的帮助下，可以校准测量系统，使得关于校准制品与光学检测设备之间的相对位置或相对运动，校准过程对应于或接近于在经校准测量系统上待执行的物体的测量。例如，首先，可以在轴向方向上校准测量系统的轴线的轴线移动。其次，可以测试和/或测量轴向方向上的轴线移动的直线度。借助于单元行，可以在第一单元距离的指定网格中执行直线度测量和/或沿着单元行测量第一单元之间的距离，并且在测量旋转对称物体的轴向位置处这样做，例如，待测量轴位于经校准测量系统中。

优选地，单元行距离至少与待测量轴的最大直径一样大。

借助于单元矩阵，可以检测光学检测设备在相对于光轴成直角的平面中的失真。另外，还可以确定校准制品或衬底相对于检测设备的光轴或测量系统的另一参考轴线的倾斜。单元矩阵的边缘侧行或列的距离越大，则确定倾斜的可实现精度越大。优选地，该距离被选择成使得单元矩阵可以说完全填充相机芯片的图像区。

借助此校准制品，可以校准例如被构造为用于轴测量的测量系统。在校准期间可以考虑光学检测设备自身以及用于测量的测量系统的机器轴线。对于测量系统的完整校准，多个不同垂线、测试体或类似物不是必需的。这借助于校准制品、因此可以说在单个设置操作中实现。

优选地，一个单元行的第一单元的中心或交叉点和相应另一单元行的第一单元的中心或交叉点位于在第二制品坐标方向上延伸的线上。因此，两个单元行的第一单元各自形成对，其布置在沿第二制品坐标方向的共用线上。当校准制品处于使用其的位置中时，第一制品坐标方向对应于待测量旋转对称物体的轴向方向，并且第二制品坐标方向相对于其以直角取向。

在优选实施例中，第二单元距离小于第一单元距离。

进一步优选地，第一单元距离是第二单元距离的整数倍。优选地，第二单元距离为第一单元距离1/5倍。在一个示例实施例中，第一单元距离为5 mm，并且第二单元距离为1mm。

此外，有利地，单元行距离是第二单元距离的整数倍。

在实例中，第一和/或第二单元由圆形、尤其是实心圆形成，其可以具有0.4 mm至0.6 mm的直径。

优选地，单元矩阵的两个最外侧行的第二单元的中心或交叉点彼此分离大于单元行距离的距离。因此，单元矩阵在第二制品坐标方向上的大小优选地大于单元行距离。

优选地，两个单元行在第一制品坐标方向上继续穿过单元矩阵，并且单元行中的每个的第一单元在第一制品坐标方向上存在于单元矩阵的两侧上。在单元矩阵的区域中，单元行的每一第一单元可以与单元矩阵的第二单元重合。因此，在单元矩阵的所讨论行中，第二单元的一部分可以与所讨论单元行的第一单元重合。

除第一和第二单元以外，优选示例实施例还可以具有至少一个其他校准单元，其可以形成例如用于确定光学检测单元的分辨率的测试图案。该测试图案可以具有例如圆形形状，其具有由不透明材料制成的圆扇形，该圆扇形彼此以一距离在周向方向上规则分布布置。测试图案可以是例如所谓的“西门子星形”。优选地，存在多个此类测试图案（根据实例，三个），并且这多个测试图案可以是相同的。

有利地，至少一个测试图案布置在衬底的在两个单元行之间的区域中。

另一校准单元优选地由至少一个直线形成。该至少一个直线可以在第一制品坐标方向或第二制品坐标方向上延伸。还可以布置在第一制品坐标方向上的延伸的一个或多个线以及在第二制品坐标方向上延伸的一个或多个线作为校准单元。在第一制品坐标方向上延伸的线可以距两个单元行之间的中线以已知距离偏离中心地布置。

这些线中的至少一者可以穿过单元矩阵，优选地代替第二单元的列或行。该线可以例如居中地布置在紧邻列或行中的第二单元的中心或交叉点之间。

在一个示例实施例中，单元矩阵的多个（优选地三个）所选定第二单元可以具有不同尺寸，优选地大于其他第二单元，例如较大外径。这些所选定第二单元形成多边形，例如三角形，其不相对于第一制品坐标方向和/或相对于第二制品坐标方向镜像对称。这允许校准制品的正面和背面不同。

用于校准制品的本实用新型保持设备具有框架，该框架在其外表面上具有用于布置在测量系统中的保持装置。保持装置优选地被设计成使得保持设备可以以与待测量物体（例如待测量轴）相同的方式并且代替待测量物体（例如待测量轴）布置在测量系统中。框架上的保持装置使得可以将校准制品夹持在测量系统的工件保持件中以用于校准。测量系统的保持的夹持力由框架吸收，而不传递到校准制品。

在一个示例实施例中，保持装置可以由两个锥形凹陷部形成，该锥形凹陷部在共用保持轴线上布置在框架的相对侧上，并且该锥形凹陷部中的每个可从外部接入到例如测量系统的工件保持件的尾座中心。

保持设备还包括两个单独保持部件，其被构造为布置在校准制品的两个位置处，特别是在第一制品坐标方向上在校准制品的相对侧上。保持部件可以通过摩擦和/或以形状配合方式和/或优选地通过材料结合与校准制品连接。在一个实施例中，校准制品与保持部件粘合在一起。

保持设备的安装设备被构造为将保持部件以可移动方式安装在框架上。可调节调节设备可以调节保持部件相对于框架的位置和取向。因此，调节设备可以相对于框架和光学检测设备调节校准制品或衬底的取向，特别是其可以相对于测量系统的光学检测设备的光轴以直角取向该校准制品或衬底。

有利地，调节设备被构造为在多个（优选地，五个或六个）自由度上调节保持部件相对于框架的位置和取向。这还允许例如校准制品的坐标原点移动到空间中的指定位置中。针对每一待调节自由度，调节设备优选地具有单独调节元件。所存在每一个调节元件可以具有例如可沿着相应调节轴线移动的定位止动件，或者可以由此定位止动件形成。例如，可以使用保持在框架中的螺纹孔中的螺纹螺栓作为定位止动件。

在优选示例实施例中，安装设备具有支撑元件，该支撑元件以可移动方式、特别是弹性地以可移动方式安装在框架上。支撑元件优选地与保持部件不可移动地连接。支撑元件可以是销形的。

此外，有利地，每一个支撑元件与安装元件相关联。安装元件可能是弹簧，尤其是螺旋弹簧和/或弹性体和/或永磁体。安装元件优选地产生作用在框架与支撑元件之间的预张紧力。安装元件还可以可选地在径向于预张紧力所作用方向的方向上实现弹性安装。

有利地，相应安装元件的预张紧力平行于调节轴线中的一者将保持部件推靠在定位止动件上。因此，预张紧力确保保持部件置靠在定位止动件上，使得保持部件在对应调节轴线的方向上呈现由定位止动件限定的位置。预张紧力可以由至少一个安装元件引入并且支撑在校准制品的相同侧上的相关联定位止动件上。因此，可以在此侧上封闭力流，使得在校准制品的相应相对侧上不需要反向保持或支撑。

框架优选地具有在框架的第一框架坐标方向上延伸的两个纵向构件和在框架的第二框架坐标方向上延伸的两个横向构件。第二框架坐标方向相对于第一框架坐标方向以直角伸展。有利地，两个纵向构件中仅一者上布置有至少一个支撑元件和/或至少一个安装元件。相应另一纵向构件优选地没有支撑元件和安装元件。布置在纵向构件上的支撑元件优选地在第二框架坐标方向上延伸。布置在至少一个纵向构件上的安装元件优选地在第二框架坐标方向上产生预张紧力。

此处，应该指出，除预张紧力以外，每一个安装元件还可以在其他方向上产生其他力分量，其量优选地明显小于预张紧力的量。

进一步优选地，两个横向构件中的每个在其上布置有至少一个支撑元件和/或至少一个安装元件。布置在横向构件上的支撑元件优选地在框架的第三框架坐标方向上延伸，该第三框架坐标方向相对于第一和第二框架坐标方向以直角取向。布置在横向构件上的安装元件优选地在第三框架坐标方向上产生预张紧力。

在一个示例实施例中，保持设备可以没有在第一框架坐标方向上产生预张紧力的安装元件。

每一个保持部件可以优选地具有支承表面，校准制品或其衬底可以置靠在该支承表面上。该支承表面优选地在由第一坐标方向和第二坐标方向跨越的平面中延伸。支承表面可以在第一坐标方向和/或第二坐标方向中的每个上由止动突出部限制。

在一个示例实施例中，可以说每一个保持部件由一角度形成。其可以具有两个彼此以直角置靠的保持构件，每一个保持构件具有支承表面的一部分和止动突出部。

附图说明

本实用新型的有利实施例由从属权利要求、说明书和附图产生。下文使用附图详细解释本实用新型的优选示例实施例。附图如下：

图1是校准制品的示例实施例的顶视图；

图2是用于图1的校准制品的保持设备的示例实施例以及处于前表面的顶视图中的此校准制品；

图3是从正面以一角度观察的图2的保持设备的透视图；

图4是从与正面相反的背面以一角度观察的图2和图3的保持设备的透视图；

图5是图2-4的保持设备的分解图；

图6是沿着图2中的线VI-VI穿过保持设备的纵向截面；

图7是图2-6的保持设备的侧视图；

图8是沿着图2中的线VIII-VIII穿过保持设备的横截面视图；

图9是呈测试图案、实心圆表面和圆形边界形式的不同校准单元的示意性表示；

图10是第一单元矩阵的放大示意性表示；

图11是图10的第一单元矩阵的单元的示意性表示，这些单元具有比第一单元矩阵的其他单元大的尺寸；

图12是第二单元矩阵的放大示意性表示；并且

图13是图12的第二单元矩阵的单元的布置的放大表示，其具有比第二单元矩阵的其他单元大的尺寸。

参考编号列表：

10 校准制品

11 衬底

12 衬底的正面

13 衬底的背面

14 校准单元

15 校准单元群组

15a 第一校准单元群组

15b 第二校准单元群组

18 单元行

19 第一单元

20 单元矩阵

21 第二单元

21x 放大的第二单元

22 单元矩阵的列

23 单元矩阵的行

27 测试图案

28 圆扇形

29 实心圆表面

30 圆形边界

31 第一直线

40 保持设备

41 框架

42 纵向构件

43 横向构件

44 窗口

45 保持部件

46 支承表面

47 第一止动突出部

48 第二止动突出部

49 容纳空间

52 安装设备

53 调节设备

54 支撑元件

55 固定螺钉

56 通孔

57 螺旋弹簧

58 头部

59 螺母

60 垫圈

61 安装元件

62 安装单元

63 永磁体

66 调节元件

67 定位止动件

70 保持装置

71 保持开口

72 插入件

73 柱形开口

A 轴线

b 单元矩阵的宽度

dr 单元行距离

d1 第一单元距离

d2 第二单元距离

h 单元矩阵的高度

J 调节轴线

Ma 第一校准单元群组的单元矩阵的中心

Mb 第二校准单元群组的单元矩阵的中心

W 测量系统的工件保持件的轴线

X_S 第二制品坐标方向

X_H 第二框架坐标方向

Y_S 第三制品坐标方向

Y_H 第三框架坐标方向

Z_S 第一制品坐标方向

Z_H 第一框架坐标方向

具体实施方式

图1示意性地示出校准制品10的示例实施例。校准制品10具有由透明材料制成的衬底11。衬底11可以例如由玻璃构成。衬底11具有例如带有矩形轮廓的正面12和带有对应轮廓的背面13（图4）。正面12上具有多个校准单元14。背面13没有校准单元14。校准单元14为平面二维形状。每一个校准单元14可以具有一个几何形状或多个单独几何形状，诸如点、十字形、星形结构、矩形、正方形、圆形等等。

校准单元14根据实例由一层形成，该层由对由测量系统的光学检测设备使用的一系列光波长（例如单色光（诸如，例如绿色光））不透明的材料构成。在示例实施例中，校准单元14由所施加铬层形成。

如图1中示出，校准单元14可以形成多个校准单元群组15。在所示出示例实施例中，校准单元14的一部分形成第一校准单元群组15a，并且校准单元14的另一部分形成第二校准单元群组15b。校准单元14还可以如下存在：其并不属于两个校准单元群组15a, 15b中的任一个，或者属于多个或所有校准单元群组15a, 15b。在经修改示例实施例中，还可能仅存在单个校准单元群组15。

每一校准单元群组15a, 15b中的每两个校准单元14由单元行18形成。每一单元行18具有多个第一单元19。在示例实施例中，第一单元19具有实心圆的形状。相应单元行18的第一单元19布置在沿校准制品10的第一制品坐标方向Z_S的一行中，使得其中心位于共用线上。第一制品坐标方向Z_S上的两个紧邻的第一单元19各自具有第一单元距离d1。两个单元行18在第二制品坐标方向X_S上彼此以一距离布置。相应单元行18的相应第一单元19沿着其延伸的两个线在第二制品坐标方向X_S上具有单元行距离dr。

如图1中可见的，属于第一校准单元群组15a的两个单元行18的第一单元距离d1大于属于第二校准单元群组15b的单元行18的第一单元19的第一单元距离d1。第一校准单元群组15a的两个单元行18的单元行距离dr大于第二校准单元群组15b的单元行18的单元行距离dr。单元行18优选地相对于轴线A对称布置，轴线A平行于第一制品坐标方向Z_S延伸并且优选地形成校准制品10的中心轴线。

第一制品坐标方向Z_S和第二制品坐标方向X_S跨越平行于衬底11的正面12取向的平面。

除两个单元行18以外，校准制品10的每一个校准单元群组15a, 15b具有另一校准单元14，其是具有按矩阵的形状布置的第二单元21的单元矩阵20。根据实例，第二单元21在形状和大小上对应于相同校准单元群组15a或15b的第一单元19，并且因此呈实心圆的形式。第二单元21形成相应单元矩阵20的列22和行23。相应单元矩阵20的列22的数量和行23的数量可以相同或不同。

两个紧邻的第二单元21的中心在第一制品坐标方向Z_S上并且还在第二制品坐标方向X_S上具有第二单元距离d2（图10, 12）。因此，相邻第二单元21之间的距离在列22和行23中具有相同大小。两个行23中彼此分开最远的第二单元21的中心限定单元矩阵20的高度h。彼此分开最远的两个列22的中心限定单元矩阵20的宽度b。根据实例，高度h和宽度b的大小不同。相应校准单元群组15a, 15b的单元矩阵20的高度h大于相同校准单元群组15a或15b的两个单元行18的单元行距离dr。

如图1中示出的，每一个校准单元群组15a, 15b各自具有两个单元行18和一个单元矩阵20。单元矩阵20具有不同高度h和/或宽度b。在示例实施例中，第二校准单元群组15b的单元矩阵20具有比第一校准单元群组15a的单元矩阵20小的高度h和宽度b。两个单元矩阵20当在第一制品坐标方向Z_S的方向上观察时彼此以一距离布置，并且根据实例定位在校准制品10的相对端部区域中。

在单个校准单元群组15a或15b内，第二单元距离d2小于第一单元距离d1。在示例实施例中，单个校准单元群组15a或15b内的第一单元距离d1是第二单元距离d2的整数倍。两个校准单元群组15a和15b的第一单元距离d1可以具有相同大小。第二单元距离d2在两个校准单元群组15a和15b中具有不同大小；根据实例，其在第一校准单元群组15a中比在第二校准单元群组15b中大。在第一校准单元群组15a中，第一单元距离d1根据实例为5 mm，并且第二单元距离d2根据实例为1 mm。在第二校准单元群组15b中，第一单元距离d1根据实例为5 mm，并且第二单元距离d2根据实例为0.25 mm。

单个校准单元群组15a或15b内的单元行距离dr优选地也是相应第二单元距离d2的整数倍，使得单元行距离dr对应于单元矩阵20的并不紧邻的两个行23的距离。在第一校准单元群组15a中，单元行距离dr根据实例为40.0 mm。在第二校准单元群组15b中，单元行距离dr根据实例为11.0 mm。根据第二校准单元群组15b的单元行距离dr的实例的较小单元行距离dr不是根据第一校准单元群组15a的实例的相应另一个校准单元群组的第二单元距离d2的整数倍，这允许第二校准单元群组15b的两个单元行18在第一校准单元群组15a的单元矩阵20的相邻行23之间穿过第一校准单元群组15a的单元矩阵20（参见图1和图10）。

如在图1的示例实施例中示出的，每一个校准单元群组15a, 15b的两个单元行18在第一制品坐标方向Z_S上继续，各自在相同校准单元群组15a或15b的单元矩阵20的行23中。以一种方式选择单元矩阵20在第一制品坐标方向Z_S和第二制品坐标方向Z_S上的相对位置，使得在单元矩阵20的区域中第一单元19中的每个与单元矩阵20的所讨论行23的第二单元21重合。

单元行距离dr根据实例至少与借助待校准的光学检测设备待测量的物体（例如轴）的最大直径一样。校准制品10可以用于沿着第一制品坐标方向Z_S校准测量系统或光学检测设备，其中稍后在透射光中测量待测量物体（例如轴或轴直径）。所存在的每一个校准单元群组15被设计成使得其可以用于相关联光学检测设备的校准。因此，如果存在两个或更多个校准单元群组15，则校准制品10可以用于两个或更多个不同光学检测设备的校准。理论上，单个校准单元群组15足够。

每一个单元矩阵20中的至少一个并且优选地多个（根据实例，四个）第二单元21可以具有比相同单元矩阵20的其他第二单元21中的每个大的尺寸。例如，限定坐标系的原点或中心的第二单元21可以具有比其他第二单元21大的尺寸，诸如例如更大直径。

图11和图13示出具有较大实心圆直径的相应第二单元21，其可以被称为放大的第二单元21x。这些放大的第二单元21x中的一者形成第一校准单元群组15a或第二校准单元群组15b的单元矩阵20的中心Ma或Mb。其他放大的第二单元21x形成直角三角形的顶点。中心Ma或Mb可以沿着直角三角形的一个边、尤其是直角三角形的斜边布置。直角三角形的两个直角边具有不同长度，并且根据实例在第一制品坐标方向Z_S或第二制品坐标方向X_S上延伸。这允许例如校准制品10的正面和背面是不同的。

校准制品10可以用于校准任何测量系统，该测量系统被构造为测量旋转对称物体在其平行于对称轴的维度上的轮廓，例如测量轴或其他细长物体。

使用相应校准单元群组15a, 15b的单元矩阵20来确定测量系统的待校准的相关联光学检测设备的失真。此外，在单元矩阵20的帮助下，可以检测校准制品10相对于所讨论检测设备的光轴的倾角或倾斜，并且通过对应调节来消除此倾角或倾斜。单元矩阵20可以检测在两个空间方向上的倾斜。

在示例实施例中，正面12上具有三个校准单元14，各自呈测试图案27的形式（图1）。根据实例，每一个测试图案27具有带有多个圆扇形28的圆形形状（图9）。圆扇形28由不透明材料制成。在周向方向上，紧邻的圆扇形28彼此间隔开。因此，由不透明材料制成的圆扇形28在周向方向上与（可以说是）透明圆扇形交替。透明圆扇形由测试图案27的未被透明材料涂覆的部分形成。由不透明材料制成的圆扇形28在周向方向上规则分布布置。测试图案27还可以被称为“西门子星形”。根据实例，存在三个此类西门子星形。根据实例，测试图案27以一种方式布置，使得其位于直角三角形的顶点上，该直角三角形的直角边在第一制品坐标方向Z_S或第二制品坐标方向X_S上延伸。

测试图案27可以用于确定测量系统的光学检测设备的分辨率。根据实例，测试图案27与所存在所有校准单元群组15相关联。所存在校准单元群组15a, 15b中的每个还可以具有至少一个可以具有不同尺寸的单独测试图案27。

在正面12上，存在呈实心圆表面29形式的另一校准单元14。实心圆表面29由不透明材料完全填充。

另外，正面12上具有由圆形边界30形成的另一校准单元14。圆形边界30由在周向方向上完全封闭并且具有圆形内轮廓的边界形成。圆形边界30的内表面优选地完全没有正面12的涂层。在示例实施例中，实心圆表面29和由圆形边界30限定的圆限定相同直径。由实心圆表面29和圆形边界30形成的校准单元14用于外轮廓和内轮廓的测量，根据实例，实心圆表面29用于外轮廓并且圆形边界30用于内轮廓。这允许为两个不同类型的测量中的每个确定校正函数。实心圆表面29和圆形边界30还可以各自由环或另一合适外轮廓或内轮廓代替。

测试图案27、实心圆表面29和圆形边界30优选地布置在正面12上、在两个单元行18之间的区域中。其并不使其他校准单元14穿过其，并且优选地不与其他校准单元14不间断地连接。

轴线A在相应校准单元群组15a, 15b的两个单元行18之间的中间平行于第一制品坐标方向Z_S延伸。平行于此假想轴线A，可以存在呈在第一制品坐标方向Z_S上延伸的第一直线31形式的校准单元14。与此第一直线31成直角，可以存在呈在第二制品坐标方向X_S上延伸的第二直线32形式的另一校准单元14。第一直线31在距轴线A一距离处延伸，并且因此在两个单元行18之间偏离中心。根据实例，第一直线31在第二制品坐标方向X_S上偏离轴线A达第一校准单元群组15a的第二单元距离d2。代替第二单元21的所讨论行23，第一校准单元群组15a的单元矩阵20具有第一直线31。第一直线31终止于距第二校准单元群组15b的单元矩阵20一距离处。

根据轴测量系统中的实例，图1中所示的校准制品10可以借助于保持设备40在测量系统中布置和调节。保持设备40的优选示例实施例示出在图2-8中，其呈现各种视图。

保持设备40具有框架41，其限定校准制品10的容纳空间49的边界。框架41围绕其将正面12与背面13连接在一起的侧向边缘完全环绕校准制品10的衬底11。框架41具有在第一框架坐标方向Z_H上延伸的两个纵向构件42和在第二框架坐标方向X_H上延伸的两个横向构件43。在横截面中，纵向构件42和横向构件43可以具有弯曲形状，一个角钢构件与衬底11的侧面边缘相对并且另一角钢构件与其横向，并且布置在由两个框架坐标方向Z_H, X_H跨越的平面中。框架41限定与衬底11的正面12相关联并且通向容纳空间49的窗口44的边界。窗口44足够大，使得光学检测设备可以通过窗口44识别校准制品10的所有校准单元14，并且窗口44不由纵向构件42或横向构件43覆盖。

由于具有三个制品坐标方向X_S, Y_S, Z_S的一个制品坐标系相对于衬底11静止并且此制品坐标系可以相对于保持设备40的框架坐标系移动，该框架坐标系静止布置在框架41上，因此指代框架41的静止框架坐标系的坐标方向具有下标“H”，并且指代制品坐标系的坐标方向具有下标“S”。

保持设备40还具有两个保持部件45，其尤其在图5中可见。保持部件45具有支承表面46，该支承表面46被构造为置靠在衬底11的正面12上（图6和图7）。每一个保持部件45相邻于支承表面46具有在第一制品坐标方向Z_S上限定支承表面46的边界的第一止动突出部47和在第二制品坐标方向X_S上限定支承表面46的边界的第二止动突出部48。两个止动突出部47, 48中的每个可以具有在第三制品坐标方向Y_S上远离支承表面46突出的条带的形状。第三制品坐标方向Y_S相对于两个其他制品坐标方向Z_S, X_S以直角取向。

保持部件45中的每个在第一制品坐标方向Z_S上在相对侧处在拐角区域中与衬底11不可移动地连接（图5）。该连接可以是摩擦和/或形状配合和/或通过材料结合，并且根据实例通过粘合连接实现。由于保持部件45可以与校准制品10一起相对于框架41移动，因此关于制品坐标系描述保持部件45。

每一个保持部件45根据实例具有带有两个保持构件的弯曲形状。保持构件中的每个上布置有支承表面46的一部分和止动突出部47, 48中的一者。

保持部件45通过安装设备52以可移动方式安装（优选地弹性地以可移动方式安装）在框架41上。调节设备53可以用于调节保持部件45相对于框架41的位置和取向，并且因此衬底11相对于框架41的位置和取向。优选地，调节设备53被构造为借助于保持部件45在至少五个（根据实例，在所有六个自由度上）相对于框架41取向和定位衬底11。下文详细解释安装设备52和调节设备53的示例实施例。

安装设备52包括例如多个支撑元件54，在示例实施例中，其呈固定螺钉55的形式。固定螺钉55例如通过螺纹连接与相关联保持部件45连接。从保持部件45开始，固定螺钉55突出穿过纵向构件42或横向构件43中的通孔56。通孔56具有比固定螺钉55的横截面尺寸大的尺寸，使得固定螺钉55可以在通孔56中横向于固定螺钉55延伸的方向移动。剩余游隙被选择成足够大以允许衬底11或校准制品10相对于框架41的所需调节移动，并且不因固定螺钉55与框架41之间的接触而过早地阻挡其。固定螺钉55与框架41之间的游隙尤其在图8中可见。

弹性元件（根据实例，螺旋弹簧57）将固定螺钉55支撑在框架41上。螺旋弹簧57在一侧上支撑在所讨论纵向构件42或横向构件43的外表面上，并且在另一侧上支撑在固定螺钉55的头部58上，该头部58形成与保持部件45相对的端部。在示例实施例中，头部58由多个部件组成：两个螺母59和一个垫圈60。垫圈60放置在固定螺钉55上并且面向螺旋弹簧57具有用于螺旋弹簧57的支撑表面。在相对侧上，垫圈60支撑在螺母59上，该螺母59旋拧到固定螺钉55上。每一固定螺钉55上的另一螺母59用于螺母保持。彼此抵靠旋拧两个螺母59避免固定螺钉55的意外松动。

螺旋弹簧57形成安装元件61。安装元件61在固定螺钉55（一方面）与框架41（另一方面）之间产生预张紧力。该力的主要力分量形成预张紧力，其作用在框架坐标方向中的一者上（根据实例，第二框架坐标方向X_H或相对于两个其他框架坐标方向X_H, Z_H以直角取向的第三框架坐标方向Y_H）。

横向构件43中的一者上仅具有一个安装单元62，其使用永磁体63作为安装元件61以节省空间。永磁体63在第一框架坐标方向Z_H上产生磁力或预张紧力。为实现此，相邻保持部件45可以具有永磁体和/或可磁化。

根据实例，安装元件61中的每个的预张紧力由张力形成，借助其，所讨论保持部件被推入或拉入成抵靠相关联的定位突出部67。预张紧力由至少一个安装元件61引入并且在校准制品10的相同侧上支撑在相关联定位止动件67上。因此，在此侧上封闭力流，使得在校准制品10的相应相对侧上不需要反向保持或支撑。

每一安装单元62由一个支撑元件54和一个安装元件61形成。在本文所述优选示例实施例中，安装单元62由固定螺钉55、螺旋弹簧57和头部58形成。每一个横向构件43具有至少一个安装单元62，其在框架41的坐标系的第三框架坐标方向Y_H上产生预张紧力。两个纵向构件42中的一者上具有至少两个安装单元62，其在第一框架坐标方向Z_H上具有大距离，并且根据实例，各自布置在横向构件43中的一者的区域中。布置在纵向构件42上的安装单元62在第二框架坐标方向X_H上产生预张紧力。

在此示例实施例中，一个横向构件43上布置有四个安装单元，另一横向构件43上布置有两个安装单元62，并且纵向构件42具有在第一框架坐标方向Z_H上分开的两个群组，每一群组上布置有两个安装单元62。

调节设备53具有多个调节元件66，根据实例六个调节元件66。每一调节元件66具有可沿着调节轴线J调节或移动的定位突出部67。在示例实施例中，每一调节元件66由调节螺钉形成，其与螺钉头相对的自由端表示定位止动件67（图5）。每一个调节元件66可以旋拧穿过框架41中的螺纹孔，从而将自由端、并且因此定位止动件67布置在框架41的保持区域中。相对于框架41转动调节元件66致使定位止动件67的位置沿着调节元件66的所讨论调节轴线J移动。调节轴线J对应于调节元件66或调节螺钉的相应纵向轴线。

在本文所述示例实施例中，每两个紧邻的安装单元62之间布置有调节元件66，调节轴线J平行于安装单元62的预张紧力作用的方向延伸。因此，一个横向构件43上具有两个调节元件66，其具有在第三框架坐标方向Y_H上延伸的调节轴线J，这些调节轴线J在第二框架坐标方向X_H上彼此以一距离布置。与一个横向构件43相对的相应另一横向构件43上具有调节元件66，其具有在第三坐标方向Y_H上延伸的调节轴线J。相邻于横向构件43中的每个，一个纵向构件42具有调节元件66，其具有在第一坐标方向X_H上延伸的调节轴线J。在示例实施例中，在两个横向构件43中的一者上存在又一个调节元件66，其调节轴线J在第一框架坐标方向Z_H上延伸。

分别在第三坐标方向Y_H和第二坐标方向X_H上平行于调节轴线作用的预张紧力使得保持部件45置靠在相应定位突出部67上。六个调节元件66可以调节两个保持部件45相对于框架41的取向和位置，其中衬底11或校准制品10不可移动地附接到保持部件45。

在两个横向构件43中，框架41具有用于将保持设备40布置在测量系统中的保持装置70。保持装置70由两个保持开口71提供，该保持开口71从横向构件43的外表面朝向容纳空间49向内呈锥形地渐缩。根据实例，这些保持开口71形成在套筒形插入件72中，该套筒形插入件72根据实例布置成压入到相应横向构件43中的柱形开口73中。保持开口71以一种方式允许保持设备40在测量系统中跨越，使得保持开口71与由测量系统的工件保持件限定的轴线W同轴布置（图6）。调节设备53以一种方式允许衬底11或校准制品10布置在框架41的容纳空间49中，使得衬底11的轴线A与测量系统的工件保持件的轴线W重合。在此位置中，工件保持件的轴线W沿着衬底11的正面12延伸。待测量物体或待测量轴的纵向轴线沿着此轴线W伸展。如果衬底的正面12相对于测量系统的光学检测设备的光轴以直角取向，则正面12位于与光轴成直角穿过测量系统的工件保持件的轴线W的径向平面中。这恰好允许待测量物体保持在测量系统中的区域中的精确校准。

在保持设备40的帮助下，布置在测量系统中的校准制品10如下使用。

校准单元群组15a或15b的相应单元矩阵20的中心Ma, Mb形成用于校准制品10的制品坐标系X_S, Z_S的校准的坐标原点。因此，取决于哪一校准单元群组15a或15b用于校准（这又取决于待校准的光学检测设备），坐标原点具有不同位置。该坐标原点基于单元矩阵20的相应第二单元21形成通过坐标原点的两个坐标轴。坐标原点成像在光学检测设备的图像获取区域（例如，相机芯片）的中心处。此后，针对单元矩阵20中的每一个第二单元21，可以确定以此方式针对第一制品坐标方向Z_S并且针对第二制品坐标方向X_S形成的坐标系中的坐标值。由于已知单元矩阵20的第二单元21的中心的实际位置，因此可以根据第二单元21的所确定坐标值关于第一框架坐标方向Z_H和第二框架坐标方向X_H确定衬底11相对于光轴或测量系统的另一个参考轴线的倾斜，并且在调节设备53的帮助下消除该倾斜，使得校准制品10的正面12相对于测量系统的光学检测设备的光轴以直角取向。

在此之后，可以在单元矩阵的帮助下确定光学检测设备的失真，诸如例如，枕形失真或类似失真。

实心圆表面29（正结构单元）和圆形边界（负结构单元）30各自通过测量多个测量点来检测。实心圆表面29的外径和圆形边界30的内径可以例如使用最小二乘法确定。圆度可以例如使用高斯滤波器确定。直径和圆度的实际值是已知的。根据其，可以确定对应偏差并且为后续测量定义校正函数。

沿着第一直线31，可以实施直线度测量，可以将各个测量点放在小于第一单元距离d1的网格中。根据此测量，可以使用最小二乘法确定直线度偏差。另外或替代性地，可以确定测量系统的轴线和第一制品坐标方向Z_S的倾斜。

在校准中，还可以确定第一单元距离d1。为实现此，确定各个第一单元19在形成在校准制品上的坐标系中的位置，由此又可以确定第一单元距离d1。已知实际第一单元距离d1，使得还可以确定用于此测量的校正函数。

Claims (21)

1.一种校准制品(10)，所述校准制品用于测量系统，所述测量系统具有光学检测设备并且被构造为沿着旋转对称物体的轴向延伸方向测量所述旋转对称物体的轮廓，其特征在于，

所述校准制品(10)具有透明衬底(11)，其上具有由不透明材料制成的校准单元(14)，所述校准单元(14)形成至少一个校准单元群组，其每个具有：

- 两个单元行(18)，其每个具有多个第一单元(19)，单元行(18)的所述第一单元(19)的中心各自布置在沿第一制品坐标方向(Z_S)的线上，并且这些线在相对于所述第一制品坐标方向(Z_S)以直角取向的第二制品坐标方向(X_S)上以单元行距离(dr)布置，单元行(18)的在所述第一制品坐标方向(Z_S)上直接相邻的两个第一单元(19)的中心各自具有相同的第一单元距离(d1)，

- 由第二单元(21)构成的单元矩阵(20)，所述第二单元(21)在所述第一制品坐标方向(Z_S)上形成多个行(23)并且在所述第二制品坐标方向(X_S)上形成所述单元矩阵(20)的多个列(22)，在行(23)和/或列(22)中直接相邻的两个第二单元(21)的中心具有第二单元距离(d2)，

- 实心圆表面(29)，其由不透明材料完全填充，

- 圆形区域，其被由不透明材料制成的圆形边界(30)完全围绕。

2.根据权利要求1所述的校准制品，其特征在于，一个单元行(18)的第一单元(19)的中心和另一单元行(18)的第一单元(19)的中心布置在沿所述第二制品坐标方向(X_S)延伸的线上。

3.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，在相同校准单元群组内，所述第二单元距离(d2)小于所述第一单元距离(d1)。

4.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，相同校准单元群组内的所述第一单元距离(d1)是所述第二单元距离(d2)的整数倍。

5.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，所述单元行距离(dr)是所述第二单元距离(d2)的整数倍。

6.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，相同校准单元群组内在所述第一制品坐标方向(Z_S)上的所述两个单元行(18)继续穿过相应单元矩阵(20)。

7.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，存在两个校准单元群组，并且所述校准单元群组中的一者的所述两个单元行(18)的多个第一单元(19)布置在相应另一个校准单元群组的所述单元矩阵(20)的所述第二单元(21)之间。

8.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，存在至少一个另外的校准单元(14)，其形成测试图案以确定光学检测单元的分辨率。

9.根据权利要求8所述的校准制品，其特征在于，所述至少一个测试图案(27)具有圆形形状，其具有由不透明材料制成的圆扇形(28)，所述圆扇形(28)彼此以一距离在周向方向上规则分布布置。

10.根据权利要求1或2所述的校准制品，其特征在于，存在呈至少一个直线形式的至少一个另外的校准单元(14)，其在所述第一制品坐标方向(Z_S)或所述第二制品坐标方向(X_S)上延伸。

11.根据权利要求9所述的校准制品，其特征在于，所述至少一个测试图案(27)表示与多个校准单元群组相关联的校准单元(14)。

12.根据权利要求10所述的校准制品，其特征在于，所述至少一个直线表示与多个校准单元群组相关联的校准单元(14)。

13.一种用于校准制品(10)的保持设备(40)，其特征在于，

具有框架(41)，所述框架(41)在其外表面上具有用于布置在测量系统中的保持装置(70)，

具有两个单独保持部件(45)，其被构造为布置在所述校准制品(10)的相对侧上，

具有安装设备(52)，其被构造为将所述保持部件(45)以可移动方式安装在所述框架(41)上，

具有可调节调节设备(53)，其被构造为调节所述保持部件(45)相对于所述框架(41)的位置和取向。

14.根据权利要求13所述的保持设备，其特征在于，所述调节设备(53)被构造为在多个自由度上调节所述保持部件(45)相对于所述框架(41)的位置和取向。

15.根据权利要求13或14所述的保持设备，其特征在于，所述调节设备(53)针对待调节的每一自由度具有单独调节元件(66)。

16.根据权利要求15所述的保持设备，其特征在于，每一个调节元件(66)具有可沿着相应调节轴线(J)移动的定位止动件(67)。

17.根据权利要求13或14所述的保持设备，其特征在于，所述安装设备(52)具有支撑元件(54)，所述支撑元件(54)以可移动方式安装在所述框架(41)上并且与相应保持部件(45)不可移动地连接。

18.根据权利要求17所述的保持设备，其特征在于，指派给每一支撑元件(54)的安装元件(61)在所述框架(41)与所述支撑元件(54)之间产生预张紧力。

19.根据权利要求18所述的保持设备，其特征在于，所述调节设备(53)针对待调节的每一自由度具有单独调节元件(66)，每一个调节元件(66)具有可沿着相应调节轴线(J)移动的定位止动件(67)，且相应安装元件(61)的预张紧力平行于所述调节轴线(J)中的一者将所述保持部件(45)推靠在所述定位止动件(67)上。

20.根据权利要求13或14所述的保持设备，其特征在于，每一保持部件(45)具有支承表面(46)，所述支承表面(46)在相对于彼此以直角取向的两个方向(X_S ,Z_S)中的每个上由止动突出部限定边界。

21.根据权利要求20所述的保持设备，其特征在于，每一保持部件(45)具有彼此以直角置靠的两个保持构件，其每个具有所述支承表面(46)的一部分和止动突出部。

Images