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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einer ersten Anzahl von Messobjekten.
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Bekannte Koordinatenmessgeräte besitzen einen verfahrbaren Messkopf, beispielsweise einen Tastkopf mit einem Taststift, der an einem unteren freien Ende einer vertikal angeordneten Pinole befestigt ist. Die Pinole ist verfahrbar, so dass der Messkopf senkrecht zu einem Messtisch verfahren werden kann, der zur Aufnahme eines Messobjekts dient. Die Pinole ist ihrerseits an einem Querträger eines Portals angeordnet, und sie kann an dem Querträger in einer ersten Horizontalrichtung verfahren werden. Das Portal kann zusammen mit der Pinole in einer zweiten Horizontalrichtung verfahren werden, so dass der Messkopf insgesamt in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen verfahren werden kann. Die maximalen Verfahrwege des Messkopfes entlang der drei Bewegungsrichtungen bestimmen ein Messvolumen, innerhalb dessen Raumkoordinaten an einem Messobjekt bestimmt werden können.
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Zur Durchführung einer Messung wird das Messobjekt in dem Messvolumen des Koordinatenmessgeräts angeordnet. Dies erfolgt in einer ersten Raumlage des Messobjekts relativ zu dem Messkopf. Anschließend werden dem Koordinatenmessgerät konstruktive Eigenschaften des Werkstücks in Form von CAD-Daten (Computer Aided Design) übermittelt. Das Positionieren des Messobjekts erfolgt derart, dass ein Koordinatensystem der CAD-Daten mit den Raumrichtungen des Koordinatenmessgeräts im Wesentlichen übereinstimmt. Dies erleichtert einem Anwender des Koordinatenmessgeräts ein Ausrichten des Messobjekts und vereinfacht eine Bestimmung von Raumkoordinaten an Messpositionen des Messobjekts. Da es in der Praxis kaum möglich ist, das Messobjekt exakt in der Raumlage zu positionieren, die von den CAD-Daten vorgegeben wird, wird das Werkstück in dem Koordinatenmessgerät eingemessen. Zu diesem Zweck bestimmt das Koordinatenmessgerät erste Raumkoordinaten an dem Messobjekt um die Raumlage zu identifizieren und vergleicht diese mit den CAD-Daten. Geringfügige Abweichungen der tatsächlichen Raumlage des Messobjekts zu der gewünschten Raumlage aus den CAD-Daten werden dann durch Anpassung der CAD-Daten kompensiert. Anschließend wird eine Vielzahl von Messpositionen an dem Messobjekt definiert, die für das eigentliche Vermessen des gesamten Messobjekts, also das Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten, verwendet werden. Um das Messobjekt zu vermessen, wird dann der Messkopf zu den Messpositionen verfahren, woraus sich eine Vielzahl von Verfahrwegen ergibt.
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Die benötigte Menge an Verfahrwegen führt zu einem entsprechenden Zeitaufwand, der von der Geschwindigkeit abhängt, mit der der Messkopf entlang der Raumrichtungen verfahren werden kann. Die Geschwindigkeit ist im Wesentlichen abhängig von der bereitgestellten maximal möglichen Beschleunigung und Verzögerung des Messkopfes durch das Koordinatenmessgerät. Um die Geschwindigkeit des Messkopfes zu erhöhen, bedarf es einer höheren Antriebskraft für den Messkopf, welche durch leistungsstärkere Antriebe herbeigeführt werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass leistungsstärkere Antriebe zu einer Massenerhöhung der bewegten Teile im Koordinatenmessgerät führen. Dies wiederum bewirkt, dass das Beschleunigen und Verzögern des Messkopfes erschwert wird und gleichzeitig Schwingungseffekte des Messkopfes beim Beschleunigen und Verzögern zunehmen, die die Messgenauigkeit und -geschwindigkeit beeinflussen.
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DE 195 29 547 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung von Koordinatenmessgeräten. Es ist vorgesehen, dass ein Tastkopf des Koordinatenmessgeräts nach Solldaten gesteuert verfahren wird. Die Daten werden in einem Rechner des Koordinatenmessgeräts als Punktfolge aus Geometriedaten, wie beispielsweise CAD-Daten, aufbereitet, welche das abzufahrende Werkstückprofil beschreiben. Hierzu codiert der Rechner das Geschwindigkeitsprofil, das einen stoß- und ruckfreien Bewegungsvorgang und eine möglichst kurze Messzeit sicherstellen soll, durch entsprechende Wahl von Abständen zwischen den Punkten der Steuerdaten.
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DE 42 38 139 C2 beschreibt ein Koordinatenmessgerät, dessen Taster über hintereinander geschaltete, zueinander parallele Drehachsen in mehreren Freiheitsgraden leicht beweglich gelagert ist. Die Tasterlängsachse ist in etwa parallel zu den Drehachsen ausgerichtet. Das Gerät besitzt weiter einen Werkstücktisch, der mindestens um eine Achse drehbar und mindestens um eine Drehachse kippbar ist. Für ein schnelles manuelles Abtasten eines Werkstücks kann dieses mittels des dreh- und kippbaren Werkstücktisches neu orientiert werden. Es ist insgesamt ermöglicht, einen starren Taster einzusetzen, zu dem das Werkstück relativ verschwenkt werden kann, so dass das gesamte Werkstück von dem einen starr angeordneten Taster erfasst werden kann.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine sehr flexible, schnelle und trotzdem genaue Messung an Messobjekten ermöglicht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, mit den Schritten:
- – Bereitstellen eines Koordinatenmessgeräts mit einem Messkopf, der in zumindest zwei orthogonalen Raumrichtungen verfahren werden kann,
- – Bereitstellen von jeweils einem Aktor für jede der Raumrichtungen, zum Verfahren des Messkopfes,
- – Positionieren eines der Messobjekte in einer ersten Raumlage relativ zu dem Messkopf,
- – Bestimmen von ersten Raumkoordinaten an dem Messobjekt mit Hilfe des Messkopfes, wobei die ersten Raumkoordinaten die erste Raumlage des Messobjekts relativ zu den Raumrichtungen identifizieren,
- – Definieren einer ersten Vielzahl von Messpositionen an dem Messobjekt für den Messkopf in Abhängigkeit von den ersten Raumkoordinaten und von Referenzdaten, die strukturelle Informationen des Messobjekts beinhalten, wobei die Referenzdaten anhand der ersten Raumkoordinaten virtuell in die Lage des Messobjekts transformiert werden,
- – Umpositionieren eines der Messobjekte in eine zweite Raumlage vor einem Bestimmen von zweiten Raumkoordinaten, wobei die zweite Raumlage verschieden von der ersten Raumlage ist, und wobei die erste Vielzahl der Messpositionen entlang einer Bewegungsrichtung verteilt ist, die schräg zu den beiden orthogonalen Raumrichtungen liegt, und
- – Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten, wobei der Messkopf an die erste Vielzahl der Messpositionen verfahren wird und wobei mindestens zwei der Aktoren unterschiedlicher Raumrichtungen, zeitgleich in Betrieb genommen werden, um den Messkopf von einer Messposition zu einer weiteren Messposition zu verfahren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art gelöst, das einen Messkopf aufweist, der in zumindest zwei orthogonalen Raumrichtungen verfahrbar ist, das jeweils einen Aktor für jede der Raumrichtungen aufweist, um den Messkopf zu verfahren, das Positionierungsmittel aufweist, die Messobjekte in einer ersten Raumlage und in einer zweiten Raumlage relativ zu dem Messkopf positionieren, und das eine Steuer- und Auswerteeinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, erste Raumkoordinaten an dem Messobjekt mit Hilfe des Messkopfes zu bestimmen, wobei die ersten Raumkoordinaten die erste Raumlage des Messobjekts relativ zu den Raumrichtungen identifizieren, eine erste Vielzahl von Messpositionen für den Messkopf auf dem Messobjekt in Abhängigkeit von den ersten Raumkoordinaten und von Referenzdaten zu definieren, wobei die Referenzdaten strukturelle Informationen des Messobjekts beinhalten und anhand der ersten Raumkoordinaten virtuell in die Lage des Messobjekts transformiert werden, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit weiter dazu ausgebildet ist, eines der Messobjekte vor einem Bestimmen von zweiten Raumkoordinaten mittels der Positionierungsmittel in eine zweite Raumlage zu bringen, wobei die zweite Raumlage verschieden von der ersten Raumlage ist, und wobei die erste Vielzahl der Messpositionen entlang einer Bewegungsrichtung verteilt sind, die schräg zu den beiden orthogonalen Raumrichtungen liegt, und wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, die zweiten Raumkoordinaten zu bestimmen, wobei der Messkopf an die erste Vielzahl der Messpositionen verfahren wird und wobei mindestens zwei der Aktoren unterschiedlicher Raumrichtungen zeitgleich in Betrieb genommen werden, um den Messkopf von einer Messposition zu einer weiteren Messposition zu verfahren.
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Nach dem neuen Verfahren und nach der neuen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass das Messobjekt zum Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten in eine zweite Raumlage gebracht wird. Das Messobjekt wird somit zum Bestimmen von Raumkoordinaten aus der ersten Raumlage in die zweite Raumlage umpositioniert. Es ist also vorgesehen, dass das Messobjekt zunächst in der ersten Raumlage innerhalb eines Messvolumens relativ zu dem Messkopf positioniert wird. Anschließend erfolgt ein Einmessen des Messobjekts, indem die ersten Raumkoordinaten mittels des Messkopfes bestimmt werden, so dass die erste Raumlage vom Koordinatenmessgerät identifiziert wird. Anhand der ersten Raumkoordinaten definiert das Koordinatenmessgerät die erste Vielzahl von Messpositionen. Messpositionen sind hierbei die Positionen auf der Oberfläche des Messobjekts, deren Raumkoordinaten ermittelt werden sollen. Mit der ersten Vielzahl von Messpositionen können Verfahrwege für ein optimales Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten an den Messpositionen festgelegt werden. Die Verfahrwege bestimmen die jeweilige Bewegungsrichtung des Messkopfes beim Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten. Sowohl die Messpositionen als auch die Verfahrwege liegen typischerweise als Daten innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit vor. Vor dem Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten wird das Messobjekt physisch in eine zweite Raumlage gebracht, die verschieden von der ersten Raumlage ist. Dadurch wird erreicht, dass die definierte Vielzahl von Messpositionen so angeordnet wird, dass die Bewegungsrichtung schräg zu den beiden Raumrichtungen liegt. Es ist auch denkbar, dass die Bewegungsrichtung schräg zu drei Raumrichtungen liegt.
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Hierbei ist vorteilhaft, dass ein Anwender das jeweilige Messobjekt an den Raumrichtungen des Koordinatenmessgeräts ausrichtet. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass mindestens eine Achse des Messobjekts zu mindestens einer der Raumrichtungen parallel ausgerichtet wird. Das Erfassen der ersten Raumkoordinaten an dem Messobjekt – ein Einmessen – dient vorzugsweise als Lernprogramm für das Koordinatenmessgerät, um einen Messablauf für das entsprechende Messobjekt. einzulernen. Für das eigentliche Vermessen des jeweiligen Messobjekts wird das Messobjekt in zwei oder in drei Raumrichtungen komplex im Raum angeordnet. Somit liegt das Messobjekt in der zweiten Raumlage, wodurch eine Überlagerung von mehreren gleichzeitig ausgeführten Bewegungen des Messkopfes in unterschiedliche Raumrichtungen gezielt ausgenutzt wird. Daraus ergibt sich eine Überlagerung der maximalen Beschleunigungen entlang der einzelnen Raumrichtungen. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass maximale Verzögerungen in den einzelnen Raumrichtungen überlagert werden. Die Überlagerungen der Beschleunigungen, der Verzögerungen und der Geschwindigkeiten erfolgen jeweils vektoriell, sodass sich in Richtung der Bewegungsrichtung die überlagerte und damit erhöhte Beschleunigung, Verzögerung sowie Geschwindigkeit ergeben. Aufgrund der erhöhten Beschleunigung und Verzögerung kann der Messkopf schneller entlang der Verfahrwege verfahren werden, als dies in eine einzelne Raumrichtung möglich ist. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verfahrwege nach dem Definieren der ersten Vielzahl von Messpositionen in der ersten Raumlage definiert werden und anschließend ebenfalls in die zweite Raumlage gebracht werden. Hierdurch können bestehende Systeme zum Bestimmen von Messpositionen eingesetzt werden, wobei anschließend das Messobjekt mit den bereits bestimmten Messpositionen und daraus resultierenden Verfahrwegen sowohl physisch als auch datentechnisch in die zweite Raumlage gebracht werden. Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Messzeit an dem jeweiligen Messobjekt gegenüber dem Stand der Technik reduziert, wodurch eine Produktivitätssteigerung bei dem Vermessen der ersten Anzahl von Messobjekten erreicht wird.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren auch ohne konstruktive Änderungen an bestehenden Koordinatenmessgeräten durchgeführt werden kann. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, dass bereits bestehende Koordinatenmessgeräte durch Anpassung einer Steuerung nachgerüstet werden können, was damit auf sehr wirtschaftliche Weise erfolgt. Zudem wird ein konventionelles Positionieren der Messobjekte in der ersten Raumlage gegenüber herkömmlichen Verfahren beibehalten, wodurch für einen Anwender eine einfache Bedienung ermöglicht wird.
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Ein Übergang von der ersten in die zweite Raumlage kann durch ein Drehen oder Kippen des Messobjekts erfolgen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das jeweilige Messobjekt beispielsweise automatisiert durch eine Drehvorrichtung gedreht und/oder gekippt wird. Weiter ist es denkbar, dass das Messobjekt durch manuelles Auf- und Umspannen gedreht und/oder gekippt wird. Auch sind pneumatische Vorrichtungen denkbar, welche das Drehen und/oder Kippen durchführen.
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Zudem ist es denkbar, dass das Messobjekt auf einem Trägerelement, beispielsweise einer Palette, angeordnet ist und die gesamte Palette verdreht oder gekippt wird, um das Messobjekt aus der ersten Raumlage in die zweite Raumlage zu bringen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die veränderte Raumlage automatisch der Steuerung mitgeteilt wird, so dass die erste Vielzahl von Messpositionen sowie entsprechende Bewegungsrichtungen und Verfahrwege automatisch an die zweite Raumlage angepasst werden können, was zu einer weiteren Beschleunigung des gesamten Verfahrens führt.
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Weiter weist das Koordinatenmessgerät für jede Raumrichtung mindestens einen gesonderten Aktor auf, beispielsweise Elektromotoren. Durch gleichzeitiges Betreiben von mindestens zwei der Aktoren wird der Messkopf entlang seiner Bewegungsrichtung schräg zu den Raumrichtungen verfahren. Die einzelnen Aktoren verfahren dabei den Messkopf jeweils nur in die Raumrichtung, die dem Aktor zugeordnet ist. Durch Gewichten von Antriebsleistungen der einzelnen Aktoren kann die Bewegungsrichtung sehr einfach und genau festgelegt werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch das zeitgleiche Inbetriebnehmen der Aktoren auch zeitgleich die Beschleunigungs- und Verzögerungsleistungen der Aktoren benutzt werden können. Ferner ergibt sich eine vereinfachte Steuerung, wenn die entsprechenden Aktoren gleichzeitig und gleichsinnig angesteuert werden. Ein optimaler Winkel zwischen der Bewegungsrichtung und einer der Raumrichtungen kann für jeden Maschinentyp berechnet werden. Die Berechnung erfolgt in Abhängigkeit der maximalen Beschleunigung und/oder der maximalen Geschwindigkeit der jeweiligen Antriebe. Anhand des optimalen Winkels kann die zweite Raumlage optimiert festgelegt werden.
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Somit ist die Aufgabe vollständig gelöst.
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In einer Ausgestaltung erfolgt das Bestimmen der ersten Raumkoordinaten an dem Messobjekt in Abhängigkeit von Referenzdaten.
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In dieser Ausgestaltung werden im Koordinatenmessgerät Referenzdaten zur Verfügung gestellt. Anhand dieser Referenzdaten bestimmt das Koordinatenmessgerät erste Messpositionen zum Bestimmen der ersten Raumkoordinaten. Die Referenzdaten beinhalten strukturelle Informationen des Messobjekts. Somit wird dem Koordinatenmessgerät ermöglicht, die erste Raumlage des Messobjekts zunächst abzuschätzen und durch Bestimmen der ersten Raumkoordinaten exakt festzustellen, also zu identifizieren. Besonders vorteilhaft ist, dass dies automatisch erfolgen kann, wodurch der gesamte Messablauf beschleunigt wird.
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Das Definieren der Vielzahl von zweiten Messpositionen kann in Abhängigkeit von den Referenzdaten erfolgen.
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Aufgrund der Strukturinformationen innerhalb der Referenzdaten kann das Koordinatenmessgerät auf einfache Weise sinnvolle Messpositionen definieren oder von dem Anwender gewünschte Messpositionen zugewiesen bekommen. Ferner ist es denkbar, dass dem Koordinatenmessgerät bestimmte Bereiche des Messobjekts vorgegeben werden, in denen die Messpositionen angeordnet sein sollen. Die Verwendung von Referenzdaten hat weiter zur Folge, dass dem Koordinatenmessgerät die Struktur des Messobjekts mitgeteilt wird und somit eine Kollision zwischen dem Messkopf und dem Messobjekt verhindert werden kann. Weiter ist es denkbar, anhand der Referenzdaten eine Optimierung der Verfahrwege und damit der Bewegungsrichtung rechnerisch durchzuführen. Somit ist es möglich, dass die zweite Raumlage durch eine solche Optimierung an das jeweilige Messobjekt selbst angepasst werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden als Referenzdaten CAD-Daten der Messobjekte verwendet.
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In dieser Ausgestaltung werden Konstruktionsdaten der Messobjekte direkt als Referenzdaten verwendet. Dies hat den Vorteil, dass CAD-Daten sehr einfach verfügbar sind und in elektronischer Form vorliegen, so dass diese auf einfache Weise an das Koordinatenmessgerät übermittelt werden können. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Raumlage der Lage des Messobjekts entspricht, die von den CAD-Daten vorgegeben werden. In anderen Worten das Positionieren eines der Messobjekte in der ersten Raumlage erfolgt vorzugsweise derart, dass ein Koordinatensystem der CAD-Daten mit den Raumrichtungen des Koordinatenmessgeräts zusammenfällt. Auf diese Weise können die CAD-Daten beispielsweise als Basis für ein Lernprogramm dienen, das zum Einlernen der Struktur der jeweiligen Messobjekte in dem Koordinatenmessgerät dient.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden die zweiten Raumkoordinaten an einer zweiten Anzahl von Messobjekten bestimmt, mit den zusätzlichen Schritten:
- – Positionieren eines der Messobjekte der zweiten Anzahl von Messobjekten in der zweiten Raumlage, und
- – Bestimmen der zweiten Raumkoordinaten, wobei der Messkopf an die erste Vielzahl der Messpositionen verfahren wird.
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In dieser Ausgestaltung wird mindestens ein Messobjekt der ersten Anzahl von Messobjekten zunächst in der ersten Raumlage positioniert und anschließend eines der Messobjekte der ersten Anzahl von Messobjekten in der zweiten Raumlage positioniert. Die zweite Anzahl von Messobjekten wird direkt in der zweiten Raumlage positioniert. Dadurch wird erreicht, dass die zweiten Raumkoordinaten an der zweiten Anzahl von Messobjekten direkt in der vorteilhaften Weise bestimmt werden können. Zu diesem Zweck wird die erste Vielzahl von Messpositionen, die anhand der ersten Anzahl von Messobjekten definiert wurden, für die zweite Anzahl von Messobjekten verwendet. Dadurch wird erreicht, dass für eine Serie von Messobjekten, bestehend aus der ersten und der zweiten Anzahl von Messobjekten, nur ein Messobjekt der ersten Anzahl von Messobjekten in der ersten Raumlage positioniert werden muss. Alle weiteren Messobjekte der Serie können dann direkt in der zweiten Raumlage in dem Koordinatenmessgerät angeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die Messobjekte baugleich zueinander sind.
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Vorteilhaft ist es, das Koordinatenmessgerät mit einer automatischen Zuführung der Messobjekte zu versehen, so dass ein erstes Messobjekt der ersten Anzahl von Messobjekten in der ersten Raumlage dem Koordinatenmessgerät zugeführt wird. Nach dem Bestimmen der ersten Raumkoordinaten an diesem ersten Messobjekt wird die erste Vielzahl von Messpositionen an dem ersten Messobjekt definiert. Anschließend wird dann entweder das erste Messobjekt in die zweite Raumlage gebracht oder es wird ein zweites Messobjekt der ersten Anzahl an Messobjekten in dem Koordinatenmessgerät direkt in der zweiten Raumlage positioniert. Die zweite Anzahl an Messobjekten kann dann in dem Koordinatenmessgerät direkt in der zweiten Raumlage angeordnet werden und anhand der ersten Anzahl von Messpositionen vermessen werden. Auf diese Weise kann eine sehr starke Beschleunigung des gesamten Messvorgangs über die ganze Serie an Messobjekten erreicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die zusätzlichen Schritte vorgesehen:
- – Definieren einer zweiten Vielzahl von Messpositionen an dem Messobjekt für den Messkopf in Abhängigkeit von den ersten Raumkoordinaten,
- – Bestimmen von dritten Raumkoordinaten, wobei der Messkopf an die zweite Vielzahl der Messpositionen verfahren wird, wobei das Messobjekt vor dem Bestimmen der dritten Raumkoordinaten in eine dritte Raumlage gebracht wird und die dritte Raumlage verschieden von der zweiten Raumlage ist, und wobei die zweite Vielzahl der Messpositionen entlang einer Bewegungsrichtung verteilt ist, die schräg zu den beiden orthogonalen Raumrichtungen liegt.
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In dieser Ausgestaltung wird ein Messobjekt, welches in die zweite Raumlage gebracht wurde, auch in eine dritte Raumlage gebracht. Es ist dabei vorgesehen, das entsprechende Messobjekt abschnittsweise zu vermessen. Dies erfolgt zunächst anhand der ersten Vielzahl von Messpositionen in der zweiten Raumlage, die in einem ersten Abschnitt des Messobjekts angeordnet sind. Anschließend erfolgt ein Bestimmen der dritten Raumkoordinaten an der zweiten Vielzahl von Messpositionen in der dritten Raumlage. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die Messobjekte gekrümmt oder gekröpft sind. In anderen Worten, dies ist vorteilhaft bei Messobjekten, die abschnittsweise vermessen werden, wobei Abschnitte des Messobjekts aus unterschiedlichen Richtungen von dem Messkopf angefahren werden müssen.
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Es ist vorzugsweise vorgesehen, das entsprechende Messobjekt automatisch aus der zweiten in die dritte Raumlage zu bringen, so dass das Koordinatenmessgerät selbst in der Lage ist, die tatsächliche Raumlage des Messobjekts zu bestimmen. Ferner ist hierbei eine Steuerung denkbar, welche einen lernfähigen, optimierenden dynamischen Messablauf durchführt. Es ist somit möglich, die höhere Beschleunigung und höhere Verzögerung entlang der Bewegungsrichtung für unterschiedliche Abschnitte des Messobjekts optimal einzusetzen, wodurch der Messablauf im Gesamten beschleunigt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Messkopf an die Raumlage des Messobjekts angepasst.
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In dieser Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Messkopf für unterschiedliche Raumlagen des Messobjekts unterschiedlich konfiguriert ist. Dies kann beispielsweise durch eine Anpassung einer Ausrichtung oder Größe eines Sensors an dem Messkopf erfolgen. Durch Anpassen des Messkopfes an die Raumlage kann eine Messstrategie in der ersten Raumlage bestimmt werden. Die Messstrategie kann nach entsprechender Anpassung des Sensors direkt in einer anderen Raumlage eingesetzt werden, indem die gesamte Messstrategie virtuell an die andere Raumlage angepasst wird. In anderen Worten, die Messstrategie folgt durch virtuelles Drehen oder Kippen dem realen Drehen oder Kippen des Messobjekts aus der ersten Raumlage in die entsprechende andere Raumlage. Die veränderte Konfiguration des Messkopfes wird vorzugsweise dem Koordinatenmessgerät mitgeteilt oder automatisch erkannt, so dass die bestimmten Raumkoordinaten korrekt interpretiert werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird als Messkopf ein Tastkopf verwendet, der einen Taster aufweist, wobei der Messkopf durch Austauschen des Tastkopfs angepasst wird.
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In dieser Ausgestaltung bestimmt das Koordinatenmessgerät Raumkoordinaten an den Messobjekten durch Antasten. Zu diesem Zweck ist als Messkopf ein Tastkopf vorgesehen, der mindestens einen Taster aufweist. Der Taster dient dazu, das Messobjekt an einer gewünschten Messposition anzutasten, wodurch die Raumkoordinaten ermittelt werden. Durch Austauschen des Tasters kann dieser in einfacher Weise an die zweite Raumlage des Messobjekts angepasst werden. Beispielsweise ist dadurch möglich, dass eine Ausrichtung des Tasters entlang der Raumrichtungen verändert werden kann. Ein an die Raumlage angepasster Taster hat den Vorteil, dass dieser optimal an die Messpositionen herangeführt werden kann, wodurch ein hochgenaues Ergebnis beim Bestimmen der Raumkoordinaten erzielt werden kann. Vorteilhaft ist weiter, dass zum Austauschen des Tasters manuelle sowie automatische Systeme für industrielle Anwendungen verfügbar sind, so dass eine Realisierung in einfacher und wirtschaftlicher Weise erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird als Messkopf ein Tastkopf verwendet, der einen Taster aufweist, wobei der Messkopf durch Verschwenken des Tasters angepasst wird.
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In dieser Ausgestaltung wird der Messkopf an die entsprechenden Raumlagen des Messobjekts durch ein Verschwenken des Tasters (optional mit dem Tastkopf) ausgerichtet und damit angepasst. Es ergibt sich damit ein besonders schnelles Anpassen des Tasters an die entsprechenden Raumlagen, ohne dass der Tastkopf wesentlich von seiner aktuellen Position weg verfahren werden muss. Das Verschwenken des Tasters erfolgt vorzugsweise mittels Dreh- oder Schwenkgelenken, die mit dem Tastkopf zusammenwirken. Vorteilhaft hierbei ist weiter, dass Vorrichtungen zum Verschwenken des Tasters für industrielle Anwendungen bereits verfügbar sind und somit wirtschaftlich eingesetzt werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Messkopf für mindestens eine Raumlage des Messobjekts kalibriert.
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In dieser Ausgestaltung wird der Messkopf nach einem Anpassen kalibriert, um Messfehlern vorzubeugen. Das Kalibrieren kann dabei auch dann erfolgen, wenn das Messobjekt in eine der Raumlagen gebracht wurde. Auf diese Weise wird eine Genauigkeit beim Bestimmen der Raumkoordinaten erhöht.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Messkopf von einer der Messpositionen zu einer weiteren der Messpositionen in einem Winkel von etwa 45° zu einer der Raumrichtungen verfahren.
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In dieser Ausgestaltung weist die Bewegungsrichtung einen Winkel von etwa 45° zu mindestens einer der Raumrichtungen auf. Der Winkel von 45° besitzt den Vorteil, dass er die Winkelhalbierende zwischen zwei der orthogonalen Raumrichtungen darstellt. Somit wird der Messkopf entlang der zumindest zwei Raumrichtungen jeweils gleich stark beschleunigt und verzögert. Dadurch wird erreicht, dass in dem Winkel von 45° gleichzeitig die maximale Beschleunigung und die maximale Verzögerung des Messkopfes zur Verfügung steht, was zu einer Maximierung der möglichen Geschwindigkeit des Messkopfes führt. Es sind auch andere optimale Winkel denkbar, die sich aus der Geometrie und aus maschinenabhängigen Parametern des jeweiligen Koordinatenmessgeräts ergeben. Beispielsweise kann eine Maximierung der Geschwindigkeit dann in einem anderen Winkel als 45° liegen, wenn unterschiedlich leistungsstarke Aktoren für verschiedene Raumrichtungen eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das Messobjekt mittels eines Drehtischs von einer der Raumlagen in eine andere der Raumlagen gebracht.
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In dieser Ausgestaltung weist das Koordinatenmessgerät einen Drehtisch auf, auf dem das Messobjekt positioniert wird. Der Drehtisch hat den Vorteil, dass dieser das Messobjekt von einer Raumlage in die nächste Raumlage bringen kann, ohne dass das Messobjekt aus dem Koordinatenmessgerät entnommen werden muss. Zudem ergibt sich daraus die Möglichkeit, dass der Drehtisch automatisch von dem Koordinatenmessgerät gesteuert werden kann und somit im Gesamten ein automatisierter Messablauf ermöglicht wird. Dies führt zu einem besonders schnellen Messablauf.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Messpositionen auf dem Messobjekt voneinander beabstandet angeordnet definiert.
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In dieser Ausgestaltung sind die Messpositionen voneinander beabstandet auf dem Messobjekt angeordnet, so dass der Messkopf das Messobjekt als diskrete Punktewolke von Raumkoordinaten erfasst. Es handelt sich dabei um Einzelbestimmungen der Raumkoordinaten an einzelnen Messpositionen. Ein kontinuierliches Aufnehmen der Raumkoordinaten von Bereichen des Messobjekts (Scanning) ist in dieser Ausgestaltung nicht vorgesehen. Durch die Einzelbestimmungen ergeben sich besonders viele Verfahrwege für den Messkopf, so dass in diesem Fall eine besonders starke Optimierung der Geschwindigkeit des Messablaufs erfolgt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes mit einem Messobjekt in einer ersten Raumlage,
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3 das Koordinatenmessgerät aus 2 mit dem Messobjekt in einer zweiten Raumlage,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Messobjekts in einer ersten Raumlage,
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5 das Messobjekt aus 4 in einer zweiten Raumlage,
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6 das Messobjekt aus 4 und 5 in einer dritten Raumlage,
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7 eine Zuführeinrichtung für Paletten mit dem Messobjekt aus 2 in der ersten Raumlage, und
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8 die Zuführeinrichtung aus 7 mit einem weiteren Messobjekt in einer zweiten Raumlage.
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In 1 ist ein Koordinatenmessgerät in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 ist hier beispielhaft in Portalbauweise dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen bestimmten Gestellaufbau beschränkt und kann auch bei Koordinatenmessgeräten in anderer Bauweise eingesetzt werden.
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Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt eine Basis 12, auf der ein Portal 14 angeordnet ist. Das Portal 14 kann in diesem Fall mit Hilfe eines motorischen Antriebs (hier nicht dargestellt) entlang einer Raumrichtung 16 verfahren werden, die üblicherweise als Y-Achse bezeichnet wird. Am oberen Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 18 angeordnet, der in einer weiteren Raumrichtung 20 verfahren werden kann. Die Raumrichtung 20 wird üblicherweise als X-Richtung bezeichnet. Der Schlitten 18 trägt eine Pinole 22, die in einer dritten Raumrichtung 24 verfahren werden kann. Die Raumrichtung 24 wird üblicherweise als Z-Achse bezeichnet. Mit den Bezugsziffern 26, 28 und 30 sind Messeinrichtungen bezeichnet, an denen die Position des Portals 14, des Schlittens 18 und der Pinole 22 bestimmt werden können. Typischerweise handelt es sich bei den Messeinrichtungen 26, 28 und 30 um Glasmaßstäbe, die mit Hilfe geeigneter Sensoren abgelesen werden.
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Am unteren freien Ende der Pinole 22 ist ein Tastkopf 32 mit fünf Taststiften 34, 34', 34'', 34''' und 34IV angeordnet. Die Taststifte 34' und 34'' sind parallel zu der zweiten Raumrichtung 20 und gegensätzlich zueinander orientiert. Die Taststifte 34 und 34''' liegen parallel zu der ersten Raumrichtung 16. Der Taststift 34IV ist parallel zu der dritten Raumrichtung 24 angeordnet. Die Taststifte besitzen an ihren freien Enden jeweils eine Tastkugel. Die Tastkugel dient dazu, ein Messobjekt 36 an einer Messposition 38 anzutasten. Das Messobjekt 36 ist hier schematisch dargestellt. Mit Hilfe der Messeinrichtungen 26, 28 und 30 lassen sich Messwerte bezüglich einer Position des Tastkopfs 32 beim Antasten der Messposition 38 bestimmen. In Abhängigkeit davon werden die Raumkoordinaten der angetasteten Messposition 38 bestimmt.
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Mit der Bezugsziffer 40 ist eine Steuer- und Auswerteeinheit bezeichnet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 40 dient einerseits dazu, motorische Antriebe für die Bewegungen des Tastkopfes 32 entlang der drei Raumrichtungen 16, 20 und 24 anzusteuern. Andererseits liest die Steuer- und Auswerteeinheit 40 Messwerte aus den Messeinrichtungen 26, 28 und 30 ein. Außerdem bestimmt sie in Abhängigkeit der Messwerte und in Abhängigkeit von Auslenkungen der Taststifte 34, 34', 34'', 34''' und 34IV die aktuellen Raumkoordinaten der Messposition 38. Zu diesem Zweck ist die Steuer- und Auswerteeinheit 40 mittels Leitungen 42 und 44 mit dem Portal 14 verbunden. In weiteren Ausführungsformen kann die Steuer- und Auswerteeinheit 40 auch an der Basis 12 des Koordinatenmessgeräts befestigt sein. Ferner sind Ausführungen denkbar, in denen die Auswerte- und Steuereinheit 40 ”mitfahrend” angeordnet ist, beispielsweise durch Anordnen der Auswerte- und Steuereinheit 40 an dem Portal 14, dem Schlitten 18 oder der Pinole 22.
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2 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10. Das Koordinatenmessgerät 10 weist einen Drehtisch 46 auf, auf dem ein Messobjekt 48 angeordnet ist. Das Messobjekt 48 wird dabei durch Haltemittel fixiert, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Das Messobjekt 48 weist einen Hauptachse 50 auf, die sich entlang einer Längsachse des Objekts 48 erstreckt und hier eine Symmetrieachse bildet. Entlang der Oberfläche des Messobjekts 48 sind exemplarisch fünf Messpositionen 52 als Pfeile dargestellt. Die fünf Messpositionen 52 bilden eine erste Vielzahl von Messpositionen 52, die von dem Tastkopf 32 vermessen werden sollen, um zweite Raumkoordinaten zu bestimmen.
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Das Messobjekt 48 ist mit seiner Hauptachse 50 achsparallel zu der zweiten Raumrichtung 20 ausgerichtet. Dem Koordinatenmessgerät 10 werden Referenzdaten in Form von CAD-Daten vorgegeben, so dass das Koordinatenmessgerät 10 in etwa die Lage und die Form des Messobjekts 48 erfassen kann. Anschließend wird ein Teil der ersten Vielzahl von Messpositionen 52 mittels des Tasters 34'' angetastet, sodass erste Raumkoordinaten des Messobjekts 48 bestimmt werden. Anhand dieser ersten Raumkoordinaten wird die tatsächliche Lage des Messobjekts 48 bestimmt, und die CAD-Daten werden virtuell in diese Lage transformiert. Somit kann das Koordinatenmessgerät 10 einen Rückschluss auf die aktuelle Lage aller Messpositionen 52 ziehen. Die Messpositionen 52 müssen nicht vor dem Bestimmen der ersten Raumkoordinaten bekannt sein. Sie können anhand der ersten Raumkoordinaten und der CAD-Daten bestimmt werden.
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In einem herkömmlichen Verfahren würde ein Antasten aller Messpositionen 54 mittels des Taststifts 34'' erfolgen. Dies würde dazu führen, dass der Tastkopf 32 zum Antasten der Messpositionen 52 entweder nur entlang der ersten Raumrichtung 16 oder zwischen den Messpositionen 52 nur entlang der zweiten Raumrichtung 20 verfahren werden würde.
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Das Messobjekt 48 wird hier aus der ersten Raumlage in eine zweite Raumlage gebracht, indem der Drehtisch 46 entlang eines Pfeils 56 gedreht wird. Dies erfolgt hier in einem Winkel 54 von 45°, wie dies in 3 gezeigt ist. Weiter wird eine Konfiguration des Tastkopfs 32 an die zweite Raumlage angepasst. Dies erfolgt durch ein Verdrehen des Tastkopfs 32 um die dritte Raumrichtung 26 in Richtung eines Pfeils 58.
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3 zeigt das Messobjekt 48 in der zweiten Raumlage und den Tastkopf 32 in seiner angepassten Konfiguration. Durch das Anpassen kann der Taster 34 die Messpositionen 52 optimal antasten, da eine Längserstreckung des Tasters 34 entlang von Flächennormalen an den Messpositionen 52 ausgerichtet ist. Somit wird der Taster 34 bei einem Antasten nur minimal oder gar nicht verbogen, was zu einer sehr genauen Messung führt. Entsprechend der zweiten Raumlage ergibt sich eine Bewegungsrichtung für den Taster 34 die schräg zu den Raumrichtungen 16 und 20 verläuft. Zum Antasten des Messobjekts 48 wird der Tastkopf 32 nunmehr in einem Winkel von 45° zur ersten und zur zweiten Raumrichtung 16, 20 verfahren. Um zwischen den Messpositionen 52 zu verfahren, wird der Tastkopf 32 parallel zu der Hauptachse 50 des Messobjekts 48 verfahren. Es ergibt sich eine Bewegungsrichtung, die in 45° mit dem Uhrzeigersinn zur ersten Raumrichtung 16 und in 45° gegen den Uhrzeigersinn zur zweiten Raumrichtung 20 verläuft. Der Tastkopf 32 wird nun mit einer Beschleunigung 60 entlang der Hauptachse 50 beschleunigt. Die Beschleunigung 60 setzt sich aus einer maximalen Beschleunigung 62 in Richtung der ersten Raumachse 16 und einer maximalen Beschleunigung 64 in Richtung der zweiten Raumachse 20 zusammen. Die Beschleunigungen 62 und 64 addieren sich vektoriell zu der Beschleunigung 60 zusammen. In diesem spezifischen Fall ist ein Winkel 66 von 45° zwischen der Beschleunigung 60 in Bewegungsrichtung und der Beschleunigung 64 in Richtung der zweiten Raumachse 20 vorgesehen. Es ist erkennbar, dass die Beschleunigung 60 in Bewegungsrichtung betragsmäßig wesentlich höher ist, als die einzelnen Beschleunigung 62 und 64 in den jeweiligen Raumrichtungen 16 und 20. In entsprechender Weise wird auch eine verfügbare Verzögerung für den Tastkopf 32 erhöht. Ferner werden sowohl eine Beschleunigung und eine Verzögerung orthogonal zu der dargestellten Bewegungsrichtung erhöht, sodass das Antasten selbst ebenfalls schneller durchgeführt wird.
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4 zeigt schematisch die Basis 12 des Koordinatenmessgeräts 10. Auf der Basis 12 ist ein Messobjekt 68 in einer ersten Raumlage angeordnet, das eine Hauptachse 70 und eine Nebenachse 72 aufweist. Die Hauptachse 70 und die Nebenachse 72 verlaufen schräg zueinander. Das Messobjekt 68 kann um einen Drehpunkt 74 aus der ersten Raumlage herausgedreht werden. Mittels des hier nicht dargestellten Tastkopfs 32 soll zunächst ein erster Abschnitt 76 und anschließend ein zweiter Abschnitt 78 vermessen werden. Um die erste Raumlage exakt zu bestimmen, werden dem Koordinatenmessgerät CAD-Daten des Messobjekts 68 übermittelt und erste Raumkoordinaten an einer ersten Messposition 80' bestimmt. Dann werden die CAD-Daten anhand der ersten Raumkoordinaten angepasst und es wird eine erste und zweite Vielzahl von Messpositionen bestimmt. Die erste Vielzahl von Messpositionen 80 befindet sich in dem ersten Abschnitt 76. Eine zweite Vielzahl von Messpositionen befindet sich im weiteren Verlauf des Verfahrens in dem zweiten Abschnitt 78. Anschließend wird das Messobjekt 68 in die zweite Raumlage gebracht.
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5 zeigt das Messobjekt 68 in der zweiten Raumlage. Zu diesem Zweck wurde das Messobjekt 68 aus der ersten Raumlage um den Drehpunkt 74 in Richtung eines Pfeils 82 verdreht. Die Messpositionen 80 bilden hier die erste Vielzahl von Messpositionen 80. Um die Messpositionen 80 nacheinander anzutasten, wird der Tastkopf 32 zunächst an die Raumlage angepasst und dann entlang von Bewegungsrichtungen 86 und 88 verfahren. Die Bewegungsrichtungen 86, 88 verlaufen dabei quer zu den beiden Raumrichtungen 16 und 20. Durch die Ausrichtung des Messobjekts 68 in der zweiten Raumlage wird erreicht, dass der Tastkopf 32 in den Bewegungsrichtungen 86 und 88 mit höheren Beschleunigungen verfahren werden kann, als entlag der Raumrichtungen 16, 20. Nach dem Antasten aller Messpositionen 80 wird das Messobjekt 68 in eine dritte Raumlage gebracht.
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6 zeigt das Messobjekt 68 in der dritten Raumlage. Ausgehend von der zweiten Raumlage der 5 wurde das Messobjekt um den Drehpunkt 74 in Richtung eines Pfeils 90 weiter verdreht, so dass die Nebenachse 72 einen entsprechenden Winkel zu der zweiten Raumrichtung 20 aufweist. Innerhalb des zweiten Abschnitts 78 sind mehrere Messpositionen 92 definiert, welche die zweite Vielzahl von Messpositionen 92 bildet. Durch die Verlagerung in die dritte Raumlage kann nun der zweite Abschnitt 78 ebenfalls mit einer vorteilhaften erhöhten Beschleunigung entlang der Bewegungsrichtungen 94 und 96 verfahren werden.
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7 zeigt das Messobjekt 48 der 2 in der ersten Raumlage innerhalb eines Koordinatenmessgeräts 10. Das Messobjekt 48 ist auf einer Palette 98 festgelegt. Die Palette 98 wird innerhalb einer Zuführeinrichtung 100 in Richtung eines Pfeils 102 gefördert. Das Fördern erfolgt derart, dass die Palette 98 in einen Messbereich 104 gefahren wird. In dem Messbereich 104 kann der hier nicht dargestellte Tastkopf 32 Messpositionen 106 an dem Messobjekt 48 antasten. Innerhalb der Zuführeinrichtung 100 ist eine zweite Palette 98' dargestellt, auf der ein zweites Messobjekt 48' in der zweiten Raumlage festgelegt ist. In der dargestellten Position werden dem Koordinatenmessgerät 10 zunächst CAD-Daten des Messobjekts 48 übermittelt. Anschließend werden von dem Tastkopf 32 zunächst erste Raumkoordinaten an dem Messobjekt 48 bestimmt und die CAD-Daten in Abhängigkeit der ersten Raumkoordinaten angepasst. Dann wird eine erste Vielzahl von Messpositionen 106 an dem Messobjekt 48 definiert. In einem nächsten Schritt werden die Paletten 98 und 98' in Richtung des Pfeils 94 weitergefördert.
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8 zeigt die Stellung der Paletten 98 und 98' nach dem Weiterfördern. Die Palette 98' ist in dem Messbereich 104 angeordnet, so dass Raumkoordinaten an dem Messobjekts 48' bestimmt werden können. Das Messobjekt 48' befindet sich bereits in der zweiten Raumlage, so dass dieses nicht umpositioniert werden muss. Es erfolgt eine physische Anpassung des Tastkopfs 32 und eine virtuelle Anpassung der ersten Vielzahl von Messpositionen 106 im Koordinatenmessgerät 10. Anschließend werden zweite Raumkoordinaten an der ersten Vielzahl von Messpositionen 106 durch schrittweises Abtasten bestimmt.
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Der Palette 98' folgt eine weitere Palette 98'', welche ein Messobjekt 48'' aufweist, das sich bereits in der zweiten Raumlage befindet. Durch Weiterfördern der Paletten 98, 98' und 98'' kann eine ganze Serie von Messobjekten 48 vermessen werden.
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Wie hier dargestellt ist, kann das Positionieren eines der Messobjekte 48 in der ersten Raumlage erfolgen, ohne dass dieses spezielle Messobjekt 48 anschließend selbst in die zweite Raumlage gebracht wird. Somit bilden hier die Messobjekte 48 und 48' eine erste Anzahl von Messobjekten 48, 48'. Alle nachfolgenden Messobjekte 48'' bilden dann eine zweite Anzahl von Messobjekten 48'', die bereits in der zweiten Raumlage angeordnet sind.
