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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Koordinaten eines Werkstücks. Um die Koordinaten messen zu können, wird eine Messprozedur gestartet.
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In der Koordinatenmesstechnik ist es bekannt, optische Sensoren zu verwenden, die das zu vermessende Werkstück berührungslos abtasten, und aus den beim Abtasten gewonnenen Informationen die Koordinaten des Werkstücks zu bestimmen. Beim Abtasten kann z. B. das Prinzip der Triangulation angewendet werden. Es ist jedoch auch möglich, ein oder mehrere Bilder des Werkstücks aufzunehmen.
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In der klassischen Koordinatenmesstechnik werden dagegen Oberflächenpunkte taktil (d. h. unter Berührung der Oberfläche) abgetastet. Hierzu weist das Koordinatenmessgerät zumindest einen taktilen Taster auf, in vielen Fällen einen Taststift mit einer Tastkugel, die die Oberfläche des Werkstücks beim Abtasten berührt. Z. B. durch Messung der Auslenkung des Taststiftes während des Antastens der Werkstückoberfläche werden Messsignale gewonnen, aus denen die Koordinaten des angetasteten Oberflächenpunktes bestimmt werden können. Es können nicht nur einzelne Oberflächenpunkte angetastet werden, sondern es können auch durch so genanntes Scannen, d. h. Bewegen des Tasters während des Antastens der Werkstückoberfläche, Oberflächenkoordinaten des Werkstücks gemessen werden.
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WO 02/25207 A1 beschreibt ein Verfahren zur Messung einer Objektgeometrie mittels eines Koordinatenmessgerätes, wobei die Objektgeometrie durch einen optischen Sensor als Bildinhalt dargestellt wird. Zur Messung des Objektes werden in dem Bildinhalt geeignete geometrische Strukturen ausgewählt und anschließend ausgewertet. Damit eine Messung auch durch ungeübtes Bedienpersonal schnell und fehlerfrei durchgeführt werden kann, wird der Bildinhalt bei Änderung automatisch nach den zur Messung des Objektes geeigneten geometrischen Strukturen durchsucht und werden die geeigneten Strukturen markiert und zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt.
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Von einem Koordinatenmessgerät können Werkstücke mit sehr unterschiedlichen Oberflächenformen und daher auch sehr unterschiedlichen Strukturen vermessen werden. Die
WO 02/25207 A1 betrifft lediglich die Markierung von geeigneten Strukturen und deren Bereitstellung zur weiteren Auswertung. Allerdings können die geeigneten Strukturen z. B. abhängig von der gewählten Beleuchtung, dem Blickwinkel der Kamera, der Vergrößerung und dem Zoomfaktor sehr unterschiedlich in einem Bild erscheinen.
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Nicht nur bei Koordinatenmessgeräten mit berührungslosen Sensoren, sondern insbesondere auch bei Koordinatenmessgeräten mit taktilen Tastern, ist es die Aufgabe des Messtechnikers oder Benutzers, eine geeignete Messprozedur zur Vermessung eines bestimmten Werkstücks auszuwählen oder zu definieren. Darüber hinaus ist es in vielen Fällen nicht möglich, eine bereits vordefinierte Messprozedur vom Koordinatenmessgerät ausführen zu lassen, wenn ein Werkstück an einer anderen Position oder anders ausgerichtet im Messbereich des Koordinatenmessgeräts angeordnet ist, als es sonst für Werkstücke dieses Typs der Fall ist. Z. B. kann ein berührungsloser Sensor oder ein taktiler Taster möglicherweise am Rande des Messbereichs nicht mehr auf allen Seiten des Werkstücks derart relativ zu dem Werkstück positioniert werden, dass eine vordefinierte Messprozedur ausgeführt werden kann. Zumindest muss der Taster auf andere Weise zu dem Werkstück bewegt werden. Unter dem Messbereich wird in dieser Beschreibung der lokale Bereich eines Koordinatenmessgeräts verstanden, in dem ein Werkstück bezüglich seiner Koordinaten vermessen werden kann. Insgesamt erfordert daher die Platzierung und Ausrichtung des Werkstücks im Messbereich sowie die Definition und Auswahl eines geeigneten Messprozesses spezielles Fachkönnen und Zeit.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufwand für das Messen von Koordinaten eines Werkstücks zu verringern.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Werkstück, das in einem Messbereich des Koordinatenmessgerätes angeordnet ist, automatisch erkannt wird und automatisch eine dem erkannten Werkstück zugeordnete Messprozedur gestartet wird. Optional kann der Benutzer vor dem automatischen Starten der Messprozedur den Start bestätigen und/oder verhindern. In diesem Fall führt die automatische Erkennung des Werkstücks zumindest dazu, dass eine Messprozedur ausgewählt, identifiziert oder definiert wird, die dem erkannten Werkstück zugeordnet ist, beispielsweise durch eine vorher festgelegte Zuordnung, oder die dem Werkstück zugeordnet wird, nachdem sie definiert wurde.
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Insbesondere können Informationen über eine Mehrzahl unterschiedlicher Typen von Werkstücken vorhanden sein, wobei jedem der Typen von Werkstücken zumindest eine Messprozedur zugeordnet ist. Bei der Erkennung des in dem Messbereich angeordneten Werkstücks wird dann der Typ des Werkstücks erkannt und wird automatisch die dem Typ zugeordnete Messprozedur gestartet. Wiederum kann statt dem Start zunächst lediglich eine Auswahl bzw. Identifizierung der dem Typ des Werkstücks entsprechenden Messprozedur erfolgen.
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Vorzugsweise wird zur Erkennung des Werkstücks zumindest ein Bild des Werkstücks aufgenommen und ausgewertet. Bei einem Koordinatenmessgerät mit einem taktilen Taster wird dazu z. B. eine zusätzliche Kamera installiert, die zumindest einen Teil des Messbereichs erfassen kann. Bei einem berührungslosen Sensor zur Vermessung der Koordinaten eines Werkstücks kann der Sensor selbst zur Erkennung des Werkstücks eingesetzt werden. Ist dieser Sensor z. B. eine Kamera, wird zunächst ein erstes Bild oder werden mehrere erste Bilder vom Messbereich aufgenommen, das oder die Bilder ausgewertet und das zu vermessende Werkstück erkannt. Danach kann die zugeordnete Messprozedur gestartet werden, mit der die eigentliche Vermessung des Werkstücks durchgeführt wird. Insbesondere kann die Kamera zunächst ein Bild von dem gesamten Messbereich oder jedenfalls einem größeren Teil des Messbereichs aufnehmen, um das Werkstück zu erkennen. Bei der Vermessung des Werkstücks kann dann eine andere Zoomeinstellung gewählt werden, bei der das Werkstück oder Teile des Werkstücks einen wesentlich größeren der zur Verfügung stehenden Bildfläche einnehmen.
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Zur Erkennung eines Werkstücks aus einem oder mehreren Bildern können insbesondere an sich bekannte Methoden der automatischen Verarbeitung von digitalen Bilddaten angewendet werden. Üblicherweise sind zweidimensionale digitale Bilder Felder von Bildpunkten, die zeilenweise bzw. spaltenweise nebeneinander angeordnet sind. Mit der digitalen Bildverarbeitung können z. B. Strukturen von Bildpunkten, insbesondere Umrissstrukturen, identifiziert werden, die erwarteten Strukturen eines Werkstücks entsprechen. Z. B. können bei einem würfelförmigen Werkstück die Kanten und Ecken des Würfels als Strukturen erkannt werden. Dabei kann es erforderlich sein, die in dem Bild enthaltenen Strukturen geometrischen Transformationen zu unterziehen, beispielsweise Drehungen, Translationen und Entzerrungsoperationen, um die Strukturen als die bekannten Strukturen eines erwarteten Werkstücktyps zu erkennen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, vorab Bilder von einem Exemplar eines Werkstücktyps aus verschiedenen Blickwinkeln und/oder mit verschiedenen Vergrößerungsstufen und/oder bei verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen aufzunehmen. Diese Bilder können in einem Bilddatenspeicher gespeichert werden oder es können daraus abgeleitete Informationen gespeichert werden, beispielsweise eine Prüfsumme, die den Inhalt eines Bildes charakterisiert. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine wahrnehmungsbasierte Prüfsumme, d. h. ähnliche Bilder führen zu ähnlichen Bildsummen und unterschiedliche Bilder zu unähnlichen, vorzugsweise sehr verschiedenen Prüfsummen. Mit den vorab aufgenommenen Informationen oder den daraus abgeleiteten Informationen kann zur Erkennung eines Werkstücks wiederum ein Bild ausgewertet werden, z. B. indem das Bild mit den gespeicherten Bildern auf Ähnlichkeit verglichen wird und/oder in derselben Weise wie bei den vorab aufgenommenen Bildern eine abgeleitete Information erzeugt wird und diese mit den bereits für vorher aufgenommene Bilder abgeleiteten Informationen verglichen wird. Wird dann gemäß einem vordefinierten Kriterium eine Übereinstimmung festgestellt, wird entschieden, dass es sich um den Werkstücktyp handelt, für den vorher Bilder aufgenommen wurden.
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Eine solche Aufnahme von Bildern zur Vorbereitung der Erkennung eines Werkstücks kann nicht nur für einen Werkstücktyp, sondern für verschiedene Werkstücktypen durchgeführt werden. Auf diese Weise ist es z. B. möglich, ein konkret im Messbereich vorhandenes Werkstück als Exemplar eines von mehreren möglichen Werkstücktypen zu identifizieren.
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Vorzugsweise wird außerdem die Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks erkannt und wird automatisch eine der erkannten Position bzw. Ausrichtung zugeordnete Messprozedur gestartet. Wie oben beschrieben kann der Start der Messprozedur optional von einer Reaktion oder Untätigkeit des Benutzers des Koordinatenmessgerätes abhängen. In diesem Fall löst die Erkennung der Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks eine Definition, Selektion und/oder Zuordnung der auszuführenden Messprozedur aus, der Start der Prozedur ist aber vom Verhalten des Benutzers abhängig.
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Dadurch, dass die Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks erkannt wird und eine geeignete Messprozedur definiert, ausgewählt, zugeordnet und/oder gestartet wird, wird es möglich, Exemplare des Werkstücktyps an unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlicher Ausrichtung im Messbereich des Koordinatenmessgeräts anzuordnen. Dabei können die unterschiedlichen Exemplare z. B. nacheinander in den Messbereich eingebracht werden und vermessen werden. Vor der Vermessung, d. h. vor Ausführung der Messprozedur, findet die Erkennung des Werkstücks und optional der Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks statt. Hintergrund dieser Lösung ist die Tatsache, dass bei Anordnung eines Exemplar des Werkstücks z. B. am Rand des Messbereichs unter Umständen nicht mehr eine bestimmte vordefinierte Messprozedur zur Vermessung des Werkstücks ausgeführt werden kann. Aber auch andere Teile des Messbereichs, nicht nur ein Randbereich, sind einem berührungslosen Sensor oder einem taktilen Taster unter Umständen nicht in gleicher Weise zugänglich. Nach der Erkennung der Position und/oder Ausrichtung kann z. B. eine von mehreren Messprozeduren ausgewählt werden, die bereits vordefiniert sind, wobei die ausgewählte Messprozedur unter Berücksichtigung der erkannten Position und/oder Ausrichtung z. B. als die für die Vermessung geeignetste Messprozedur bestimmt wird. Es ist aber auch möglich, eine für den Werkstücktyp geeignete Messprozedur abhängig von der erkannten Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks automatisch anzupassen. Z. B. wird die vordefinierte Messprozedur so abgewandelt, dass sie optimal an die veränderte Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks angepasst ist. Eine solche Anpassung kann z. B. durch eine Koordinatentransformation der Bewegungen erreicht werden, die der Sensor oder Taster des Koordinatenmessgeräts während der Messprozedur ausführen soll. Z. B. werden die Richtungen der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, mit denen sich der Sensor oder Taster während der Messprozedur bewegt, durch Drehung und/oder Translation in ein Koordinatensystem des Werkstücks transformiert, wobei sich das Koordinatensystem aus der erkannten Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks ergibt.
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Zur Erkennung der Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks wird vorzugsweise mehr als ein Bild des Werkstücks ausgewertet. Die verschiedenen Bilder unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Richtung, aus der die Bildaufnahmeeinrichtung das Bild des Werkstücks aufnimmt. Z. B. können die Blickrichtungen der Bildaufnahmeeinrichtung auf das Werkstück einen Winkel von 90° miteinander einschließen. Die Bilder aus den verschiedenen Blickrichtungen können von derselben Bildaufnahmeeinrichtung oder von mehreren Bildaufnahmeeinrichtungen aufgenommen werden. Im erstgenannten Fall wird die Bildaufnahmeeinrichtung in die veränderte Position bewegt, aus der sie mit veränderter Blickrichtung das Bild des Werkstücks aufnehmen kann.
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Insbesondere kann das Verfahren teilweise (nämlich insbesondere die Erkennung und/oder der Start der Prozedur) von Software ausgeführt werden, die von einem Computer abgearbeitet wird. Bei dem Computer kann es sich insbesondere um eine Einrichtung des Koordinatenmessgeräts handeln, die auch andere Aufgaben bei dem Betrieb des Koordinatenmessgeräts wahrnimmt, z. B. die Steuerung des Koordinatenmessgerätes zur Ausführung der Messprozedur. Durch Software kann insbesondere durch Auswertung von einem Bild oder mehreren Bildern, die von einer oder mehreren Bildaufnahmeeinrichtungen aufgenommen wurden, erkannt werden, um welches Werkstück oder um welchen Typ eines Werkstücks es sich handelt. Auch die Positions- und/oder Ausrichtungserkennung kann von der Software vorgenommen werden. Ferner kann die Software automatisch die zugeordnete, vordefinierte Messprozedur laden und optional auch starten oder eine Messprozedur automatisch erzeugen oder an das erkannte Werkstück oder den erkannten Werkstücktyp anpassen oder an die erkannte Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks anpassen.
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Generell kann es sich bei der Messprozedur um eine Prozedur handeln, die durch Computersteuerung ausgeführt wird, d. h. eine CNC-Messprozedur (Computer Numerical Control).
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Die Software kann ferner einen Eingriff des Benutzers ermöglichen, mit dem der Benutzer die zugeordnete Messprozedur startet oder den Start verhindert oder sie kann bei Untätigkeit des Benutzers die zugeordnete Messprozedur automatisch starten.
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Ferner gehört zum Umfang der Erfindung eine Anordnung zum Messen von Koordinaten eines Werkstücks, wobei die Anordnung ein Koordinatenmessgerät und eine Erkennungseinrichtung aufweist, wobei die Erkennungseinrichtung ausgestaltet ist, ein Werkstück, das in einem Messbereich des Koordinatenmessgerätes angeordnet ist, automatisch zu erkennen, und wobei das Koordinatenmessgerät ausgestaltet ist, automatisch eine dem erkannten Werkstück zugeordnete Messprozedur zu starten.
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Ausgestaltungen und Vorteile der Anordnung ergeben sich aus der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und aus den beigefügten Patentansprüchen. Sie werden daher hier nicht detailliert beschrieben. Z. B. weist die Anordnung optional eine Bildaufnahmeeinrichtung auf, die mit der Erkennungseinrichtung verbunden ist, wobei die Erkennungseinrichtung ausgestaltet ist, zur Erkennung des Werkstücks zumindest ein Bild des Werkstücks, das von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde, auszuwerten. Es ist auch möglich, dass mehr als eine Bildaufnahmeeinrichtung vorhanden ist, die jeweils zumindest ein Bild des Werkstücks aufnimmt, und dass die Erkennungseinrichtung die Bilder von dem mehreren Bildaufnahmeeinrichtungen zur Erkennung des Werkstücks auswertet. Entsprechendes gilt für die Erkennung der Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks, sofern diese stattfindet.
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Die Erzeugung von mehr als einem Bild des im Messbereich angeordneten Werkstücks aus unterschiedlichen Blickrichtungen hat den Vorteil, dass auf diese Weise eine einfache Erkennung der Position und Ausrichtung des Werkstücks möglich ist. Insbesondere können die an sich bekannten Prinzipien der Positions- und/oder Lageerkennung durch Triangulation in diesem Fall angewendet werden.
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Es ist möglich, dass das jeweilige Werkstück manuell in den Messbereich eingebracht wird. Alternativ können die Werkstücke einzeln und nacheinander oder mehrere gleichzeitig von einer Vorrichtung in den Messbereich eingebracht werden. Es ist auch möglich, dass der Messbereich Teil eines Bereiches ist, durch den Werkstücke während ihres Fertigungsprozesses transportiert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung, 1, zeigt:
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1 ein Koordinatenmessgerät mit einem taktilen Taster, wobei zwei Kameras auf den Messbereich des Koordinatenmessgeräts gerichtet sind, um Bilder von Werkstücken in dem Messbereich aufzunehmen, so dass diese Werkstücke, deren Position und/oder deren Ausrichtung erkannt werden kann.
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Das in 1 dargestellte Koordinatenmessgerät 1 ist schematisch dargestellt. Es handelt sich um ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise. Auf einem Messtisch 2 können Werkstücke angeordnet werden. Im dargestellten Beispiel sind zwei verschiedene Werkstücke 17, 18 auf dem Messtisch 2 angeordnet.
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Über der Oberfläche des Messtischs 2 erstrecken sich zwei nach oben aufragende langgestreckte Stützen 3a, 3b des Portals. Die Stützen 3a, 3b sind, wie durch einen sich in X-Richtung erstreckenden Doppelpfeil angedeutet ist, in einer ersten horizontalen Richtung beweglich. Die Bewegung wird durch eine Steuerung 10 des Koordinatenmessgeräts 1 gesteuert. Ferner ist auf die Stützen 3a, 3b ein Querträger 5 des Portals aufgelegt, an dem eine Pinole 4 des Koordinatenmessgeräts 1 in Y-Richtung beweglich geführt ist. Die Y-Richtung ist ebenfalls parallel zur Oberfläche des Messtischs 2 ausgerichtet und verläuft senkrecht zur X-Richtung. Schließlich ist der unten an der Pinole 4 angeordnete taktile Taster 7 über einen Sensor 6 mit der Pinole 5 gekoppelt und in Z-Richtung beweglich. Die Z-Richtung steht sowohl senkrecht zu der X-Richtung als auch zu der Y-Richtung. Auch die Bewegungen der Pinole in Y-Richtung und des Sensors mit dem Taster 7 in Z-Richtung werden von der Steuerung 10 gesteuert. Die Steuerverbindung von der Steuereinrichtung 10 zu der Pinole 4 ist durch eine gepunktete Linie dargestellt.
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Zwei Kameras 11a, 11b sind auf den Messbereich, d. h. den örtlichen Bereich über dem Messtisch 2, gerichtet. Im Blickfeld beider Kameras 11a, 11b befinden sich die Werkstücke 17, 18. Die Kameras 11 können optional in ihrer Ausrichtung variiert werden, beispielsweise durch jeweils zumindest einen Motor angetrieben. Ferner können die Kameras 11 optional auf verschiedene Zoomstellungen eingestellt werden.
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Auch die Kameras 11 sind über eine Leitung mit der Steuerung 10 verbunden, zum Übertragen von Bilddaten zu der Steuereinrichtung 10, die den von der jeweiligen Kamera 11a, 11b aufgenommenen Bildern der Werkstücke 17, 18 entsprechen.
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Aus den von den Kameras 11 gelieferten Bildern wird z. B. zunächst das Werkstück 17 erkannt. Dazu werden Strukturen oder andere Merkmale des Werkstücks 17 aus den Bildern ermittelt. Z. B. wird die kreisförmige Oberseite des Werkstücks 17 in den Bildern als elliptische Struktur erkannt. Zur sicheren Erkennung des Werkstücks 17 werden aber vorzugsweise noch weitere Strukturen aus den Bildern ermittelt. Da die Bilder der Kameras 11a, 11b aus unterschiedlichen Blickrichtungen aufgenommen wurden, lässt sich auch die Position des Werkstücks 17 auf dem Messtisch ermitteln, insbesondere weil die Positionen der Kameras 11a, 11b relativ zu dem Messtisch 2 bekannt sind. Aber auch für die Erkennung des Werkstücks ist die Tatsache von Vorteil, dass mehr als ein Bild aus verschiedenen Blickrichtungen des Werkstücks 17 aufgenommen wurde.
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Nach der Erkennung des Werkstücks 17 und nach der optionalen Erkennung der Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks 17, die von der Steuereinrichtung 10 ausgeführt wird, wählt die Steuereinrichtung 10 eine vordefinierte Messprozedur aus, die gemäß einer vorgegebenen Zuordnung dem Werkstück 17 und optional auch der Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks 17 zugeordnet ist. Alternativ wählt die Steuereinrichtung 10 die dem Werkstück 17 zugeordnete Messprozedur aus und passt diese an die Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks 17 im Messbereich des Koordinatenmessgeräts 1 an.
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Danach startet die Steuereinrichtung 10 automatisch die Messprozedur und steuert deren Ausführung. Nach Ausführung der Messprozedur, bei der z. B. eine Vielzahl von Oberflächenpunkten des Werkstücks 17 mit dem taktilen Taster 7 angetastet wurden, wertet die Steuereinrichtung 10 die Messdaten aus.
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Entsprechend kann anschließend mit dem Werkstück 18 verfahren werden. Dabei können optional dieselben Bilder zur Erkennung des Werkstücks 18 und optional zur Erkennung dessen Position und/oder Ausrichtung ausgewertet werden, die bereits zur Erkennung des Werkstücks 17 ausgewertet wurden. Alternativ können die Kameras 11 z. B. anders ausgerichtet werden, so dass besser formatfüllende Bilder von dem Werkstück 18 aufgenommen werden und ausgewertet werden können. Im Übrigen verfährt die Steuereinrichtung 10 bei der Erkennung des Werkstücks 18 und der Auswahl und Auswertung der zugeordneten Messprozedur analog zu der Verfahrensweise bei dem Werkstück 17. Anders als in 1 dargestellt können die Werkstücke 17, 18 auch erst nacheinander in den Messbereich eingebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 02/25207 A1 [0004, 0005]
