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Die
Erfindung betrifft ein Messsystem zur Messgenauigkeitsprüfung einer
Messeinrichtung an einem eine Messgeometrie aufweisenden Messobjekt,
wobei das Messobjekt wenigstens in einem Flächensegment eine im Wesentlichen
halbkugelförmige
Auflagefläche
aufweist, auf welcher es dreh- und/oder schwenkbewegbar gelagert
ist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ferner
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Messsysteme
und Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise
offenbart die
DE 100
64 859 A1 ein selbstkalibrierendes Messsystem mit einem
Sensor und einer im Ausgangskreis des Sensors liegenden Kalibrierungsschaltung. Derartige
Messsysteme sind verhältnismäßig aufwendig.
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Aus
der
DE 196 02 636
A1 ist ein Messsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Messsystem der eingangs genannten
Art vorzuschlagen, das konstruktiv verhältnismäßig einfach aufgebaut ist. Ferner
ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren anzugeben.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Messsystem zeichnet sich
dadurch aus, dass der Halbkugelmittelpunkt mit einem Messgeometriemittelpunkt übereinstimmt,
der während
der Bewegung des Messobjekts lagekonstant bleibt. Hierdurch ist
es möglich,
eine Messgenauigkeitsprüfung
einer Messeinrichtung in einer dreh- und/oder schwenkbewegten Messstellung
durchzuführen,
wobei die Messergebnisse nicht durch eine unerwünschte Verlagerung des Messgeometriemittelpunkts
bei der Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Messobjekts verfälscht werden
können,
da der Messgeometriemittelpunkt während der Bewegung des Messobjekts
im Raum lagekonstant angeordnet bleibt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
das Messobjekt auf einer im Wesentlichen halbkugelförmigen Auflagefläche dreh-
und/oder schwenkbewegbar gelagert ist und der Messgeometriemittelpunkt mit
dem Halbkugelmittelpunkt exakt übereinstimmt. Die
Messgenauigkeitsprüfung
dient dabei insbesondere zur Ermittlung eines sich evtl. ergebenden Messgenauigkeitsverlustes
der Messeinrichtung bei einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung. Hierbei wird
unter einer Schwenkbewegung ein Verkippen um eine Kippachse verstanden.
Die Drehachse und die Kippachse des Messobjekts verlaufen jeweils durch
den Halbkugelmittelpunkt. Dabei kann die halbkugelförmige Auflagefläche als
Teilsegment der Außenfläche des
Messobjekts im Auflagebereich ausgebildet sein, wobei sich das Segment über den vorgesehenen
Bewegungsbereich des Messobjekts erstrecken muss. Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante
kann die Auflagefläche
auch eine vollständige
Halbkugelform aufweisen. Ermittelte Messungenauigkeiten der Messeinrichtung
können
somit unmittelbar auf das Messverhalten der Messeinrichtung bei
einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung bezogen werden, ohne dass diesbezüglich die
Messergebnisse verfälschende
Einflüsse
des Messobjekts bzw. der Bewegung desselben während der Messgenauigkeitsprüfung wirken
können.
Das Messsystem ist konstruk tiv verhältnismäßig einfach aufgebaut und reproduzierbar
genau handhabbar.
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Entsprechend
einer ersten möglichen
Ausführungsform
ist die Messgeometrie eine kreisförmige Messfläche mit
hinreichend genauer Ebenheit und mit einem Kreisflächenmittelpunkt,
der mit dem Halbkugelmittelpunkt übereinstimmt. Gemäß einem
weiteren, zweiten Ausführungsbeispiel
ist die Messgeometrie eine kreisförmige Öffnung, wobei der Öffnungsmittelpunkt
mit dem Halbkugelmittelpunkt übereinstimmt.
Nach einer dritten alternativen Ausführungsform kann die Messgeometrie
eine geradlinige Kante sein, die durch den Halbkugelmittelpunkt verläuft. Bei
der kreisförmigen,
ebenen Messfläche kann
nach Durchführung
einer Schwenkbewegung des Messobjekts eine schwenkstellungsspezifische Ellipsenform
mittels der Messeinrichtung gemessen werden. Eine entsprechende
Ellipse ergibt sich auch bei der Messgeometrie in Form einer kreisförmigen Öffnung (beispielsweise
in Form einer Bohrung), wenn das Messobjekt in eine Schwenkstellung
gebracht wird. Bei einer Messgeometrie in Form einer geradlinigen
Kante kann mittels der zu prüfenden Messeinrichtung
die Messgenauigkeit derselben in Bezug auf eine Drehbewegung ermittelt
werden. Das Messobjekt ist bei allen erwähnten Messgeometrien fertigungstechnisch
verhältnismäßig einfach
und reproduzierbar präzise
herstellbar. Gegebenenfalls können
auch Messobjekte zur Messgenauigkeitsprüfung herangezogen werden, die
gleichartige Messgeometrien aufweisen, jedoch hinsichtlich der Geometrieabmessungen
zueinander unterschiedlich ausgebildet sind.
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Mit
Vorteil ist das Messobjekt mit seiner halbkugelförmigen Auflagefläche auf
einem Trägerelement
positioniert. Das Trägerelement
muss derart konzipiert sein, dass eine wenigstens bereichsweise ungehinderte
Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Messobjekts auf der im Wesentlichen
halbkugelförmigen
Auflagefläche
möglich
ist, so dass eine reproduzierbar präzise Messgenauigkeitsprüfung mittels
des Messsystems durchgeführt
werden kann.
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Das
Trägerelement
weist vorzugsweise ein umfangsförmig
mit der Auflagefläche
des Messobjekts in Anlagekontakt stehendes Trägersegment auf, wobei der maximale
Durchmesser des Trägersegments
kleiner ist als der Halbkugeldurchmesser des Messobjekts. Dabei
kann das Trägersegment
eine an die Halbkugelform angepasste Krümmung aufweisen oder auch als
ebenes Ringsegment ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann das Segment
auch die Form einer spitzen Umlaufkante aufweisen. Das Trägersegment
gewährleistet
eine definierte, d. h. bei einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Messobjekts auf
dem Trägerelement
bleibende zentrierte Anordnung des Messobjekts in eine Dreh- und/oder Schwenkstellung,
so dass der Messgeometriemittelpunkt des Messobjekts während und
nach der Bewegung des Messobjekts räumlich lagekonstant bleibt. Gleichzeitig
ermöglicht
ein derartiges Trägerelement eine
schnelle und reproduzierbar genaue Dreh- und/oder Schwenkbewegung
des Messobjekts zur Durchführung
einer Messgenauigkeitsprüfung.
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Mit
Vorteil enthält
das Messobjekt an seiner Auflagefläche eine Skalierung zur visuellen
Bestimmung einer Schwenkstellung des Messobjekts auf dem Trägerelement.
Dies ermöglicht
die Zuordnung der Messergebnisse einer jeweils eingestellten Schwenkstellung
des Messobjekts, so dass eine konkrete Aussage in Bezug auf die
Messgenauigkeit der Messeinrichtung in Abhängigkeit einer Schwenkstellung
möglich
ist.
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Ferner
kann das Messobjekt an seiner Auflagefläche und das Trägerelement
im Bereich seines Trägersegments
jeweils eine Nullmarkierung enthalten zur visuellen Bestimmung einer
Verdrehstellung des Messobjekts auf dem Trägerelement. Dies ermöglicht eine
entsprechende Begutachtung der Messgenauigkeit der Messeinrichtung
in vorgebbaren Drehstellungen, wobei die jeweiligen Drehwinkel des
Messobjekts reproduzierbar genau und schnell eingestellt bzw. ermittelt
werden können.
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Das
Trägerelement
enthält
vorzugsweise einen Permanentmagneten zur lagestabilen und veränderbaren
Positionierung des Messobjekts, das aus einem magnetisierbaren Material
hergestellt ist. Mittels einer magnetischen Haltekraft sind eine
stabile Befestigung des Messobjekts am Trägerelement und eine zerstörungsfreie
Trennung dieser Befestigung möglich.
Dabei kann das Messobjekt in einer Befestigungsstellung mit dem
Permanentmagneten in Berührungskontakt
kommen oder auch in Abstand zu selbigem angeordnet sein.
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Die
Messeinrichtung kann ein Messsensor und insbesondere ein optischer
Messsensor sein. Hierbei kann es sich um einen optischen 1D-, 2D-, 2,5D-
oder 3D-Sensor handeln, die an sich bekannt sind. Derartige Sensoren
sind bei einer Verdrehung bzw. Verschwenkung (Verkippung) ggf. durch
einen verhältnismäßig großen Messgenauigkeitsverlust
gekennzeichnet, der je nach Messstellung des Messobjekts unterschiedlich
groß ausfallen
kann. Eine Messgenauigkeitsprüfung
mittels des Messsystems dient zur schnellen und reproduzierbar präzise wiederholbaren
Bestimmung gegebenenfalls auftretender Messgenauigkeitsverluste
bei derartigen Betriebsstellungen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ferner ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
12 vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass
die Messgenauigkeitsprüfung
mittels mindestens einer Kontrollmessung der Messeinrichtung an dem
Messobjekt erfolgt, das wenigstens in einem Flächensegment eine im Wesentlichen
halbkugelförmige
Auflagefläche
aufweist, auf welcher es gelagert ist und dreh- und/oder schwenkbewegt
wird, wobei der Halbkugelmittelpunkt mit einem Messgeometriemittelpunkt übereinstimmt
und der Messgeometrie mittelpunkt während der Bewegung des Messobjekts lagekonstant
bleibt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich
die in Bezug auf das Messsystem vorerwähnten Vorteile erzielen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
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Die
Erfindung wird anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf eine schematische Zeichnung erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Messsystems
entsprechend einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Draufsicht auf einen Teil des Messsystems der 1;
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3 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Messsystems
entsprechend einer zweiten alternativen Ausführungsform;
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4 eine
schematische Draufsicht auf einen Teil des Messsystems der 3;
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5 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Messsystems
entsprechend einer dritten alternativen Ausführungsform und
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6 eine
schematische Draufsicht auf einen Teil des Messsystems der 5.
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Die 1 bis 6 zeigen
drei verschiedene Ausführungsformen
eines Messsystems 10 zur Messgenauigkeitsprüfung einer
Messeinrichtung 12 an einem eine Messgeometrie 14 aufweisenden Messobjekt 16.
Bei allen dargestellten Ausführungsformen weist
das Messobjekt 16 eine halbkugelförmige Auflagefläche 18 auf,
an welcher es dreh- und/oder schwenkbewegbar (Doppelpfeile 20, 22) auf
einem Trägerelement 30 gelagert
ist. Das Trägerelement 30 enthält einen
Permanentmagneten 32, der dafür sorgt, dass das aus einem
geeigneten Metall hergestellte Messobjekt 16 lagestabil
in einer vorgebbaren Messstellung am Trägerelement 30 gehalten
wird.
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Das
Messobjekt 16 mit der halbkugelförmigen Auflagefläche 18 ist
derart ausgebildet, dass der Halbkugelmittelpunkt 24 mit
einem jeweiligen Messgeometriemittelpunkt übereinstimmt, so dass der Messgeometriemittelpunkt
während
der Bewegung des Messobjekts 16 entsprechend der Doppelpfeile 20, 22 jeweils
lagekonstant im Raum angeordnet bleibt.
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Zur
Gewährleistung
einer lagestabilen Halterung des Messobjekts 16 am Trägerelement 30 ist letzteres
mit einer nestartigen Aufnahmestruktur versehen, die ein umfangsförmig mit
der Auflagefläche 18 des
Messobjekts 16 in Anlagekontakt stehendes Trägersegment
in Form einer spitzen Kante aufweist, an welcher sich das mittels
der Magnetkraft des Permanentmagneten 32 an dem Trägerelement 30 gehaltene
Messobjekt 16 lagestabil in mehreren vorgebbaren Messstellungen
abstützen
kann. Der Durchmesser des Trägersegments
ist dabei kleiner als der Halbkugeldurchmesser 2R des Messobjekts 16.
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Die
Messeinrichtung 12 bleibt zur Durchführung einer Messgenauigkeitsprüfung lagestabil
in einer vorgebbaren Richtung gemäß Pfeil 32 auf das Messobjekt 16 gerichtet
angeordnet, während
das Messobjekt 16 gemäß den Doppelpfeilen 20, 22 auf dem
Trägerelement 30 dreh-
und/oder schwenkbewegbar ist zur variablen Erzielung einer gedrehten und/oder
geschwenkten bzw. gekippten Messstellung. Zur Ermittlung der jeweils
vorliegenden Messstellung des Messobjekts 16 relativ zum
Träger element 30 kann
das Messobjekt 16 an seiner Auflagefläche 18 eine Skalierung
enthalten zur visuellen Bestimmung einer vorgebbaren Schwenkstellung
des Messobjekts 16 auf dem Trägerelement 30. Ferner kann
das Messobjekt 16 an seiner Auflagefläche 18 und das Trägerelement 30 im
Bereich seines Trägersegments
jeweils eine Nullmarkierung enthalten zur visuellen Bestimmung einer
frei vorgebbaren Verdrehstellung des Messobjekts 16 auf
dem ortsfest angeordneten Trägerelement 30.
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Bei
der ersten Ausführungsform
gemäß den 1 und 2 ist
die Messgeometrie 14 eine kreisförmige Messfläche mit
hinreichend genauer Ebenheit und mit einem Kreisflächenmittelpunkt,
der mit dem Halbkugelmittelpunkt 24 übereinstimmt.
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Bei
der dritten Ausführungsform
gemäß den 5 und 6 ist
die Messgeometrie 14 eine kreisförmige Öffnung 26, wobei der Öffnungsmittelpunkt mit
dem Halbkugelmittelpunkt 24 übereinstimmt.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
gemäß den 3 und 4 ist
die Messgeometrie 14 eine geradlinige Kante 28,
die durch den Halbkugelmittelpunkt 24 verläuft.
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Zur
Durchführung
der Messgenauigkeitsprüfung
erfolgt mindestens eine Kontrollmessung der Messeinrichtung 12 an
dem Messobjekt 16 in einer definierten Messstellung, wobei
das Messobjekt 16 zur Einstellung der definierten Messstellung
auf dem Trägerelement 30 um
einen vorgegebenen Winkelbetrag dreh- und/oder schwenkbewegt wird gemäß den Doppelpfeilen 20, 22.
Bei dieser Bewegung des Messobjekts 16 in eine definierte
Messstellung bleibt der Messgeometriemittelpunkt bzw. der Halbkugelmittelpunkt 24 lagekonstant
im Raum angeordnet. Mittels einer Kontrollmessung der Messgeometrie 14 des
Messobjekts 16 mittels der Messeinrichtung 12 ist
es reproduzierbar präzise
möglich,
Messgenauigkeitsverluste der Messeinrichtung 12 in vorgebbaren Dreh-
und/oder Schwenkstellungen zu ermitteln. Bei der Messeinrichtung 12 kann
es sich um handelsübliche
optische Sensoren, wie beispielsweise 1D-, 2D-, 2,5D- oder 3D-Sensoren
handeln.
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Die
konkrete Auswertung der Messergebnisse und die Bestimmung des Messgenauigkeitsverlustes
der Messeinrichtung in vorgegebenen Dreh- und/oder Schwenkstellungen
ist an sich bekannt, so dass auf eine diesbezügliche eingehende Beschreibung
verzichtet wird.