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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Roll-, Nick- und Gierwinkeln einer Oberfläche eines beweglichen Objekts unter Verwendung eines Lasertrackers.
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In der Fertigungsindustrie kommen häufig Hexapoden, Lineartische und dgl. zum Einsatz, mittels welchen diverse zu bearbeitende Werkstücke in entsprechenden Fertigungsmaschinen zur Bearbeitung relativ zum Werkzeug ausrichtbar sind. Dementsprechend werden diese Werkstücke auf der Oberfläche einer beweglichen Tragplatte oder einer beweglichen Tischplatte eines Lineartisches feststehend montiert und in ihrer Winkellage und/oder Position relativ zum Werkzeug zur Bearbeitung verstellt. Für hochgenaue Bearbeitungsmaschinen ist es somit notwendig, zunächst zu prüfen, inwieweit solche Hexapoden oder Lineartische mit möglichst geringen Abweichungen ihre vorgesehenen Bewegungsabläufe ausführen können. Damit ist es insbesondere für die Herstellung von Linearführungen bei Lineartischen oder der Antriebe von Hexapoden äußerst wichtig, eine gewisse Wiederholgenauigkeit der vorgesehenen Bewegungsabläufe erreichen zu können. Dies macht es wiederum erforderlich, die eigentliche Bewegung beispielsweise des Lineartisches oder der Tragplatte eines Hexapoden zu prüfen.
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Aus der
DE 103 39 194 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung systematischer geometrischer Abweichungen in technischen Mehrkörpersystemen mit einem Endeffektor und einer Basis bekannt, bei welchem am Endeffektor drei Reflektoren als Referenzelemente feststehend angeordnet sind. Der Endeffektor wird in einem vorgegebenen Raster bewegt und es werden nacheinander Messpunkte angefahren, die nicht alle in einer Ebene liegen. Mittels eines schwenkbaren Längemesssystems wird in jedem Rasterpunkt eine Positionsanzeige des technischen Mehrkörpersystems ausgelesen und abgespeichert. Nach Durchlauf aller Rasterpunkte wird die Reflektorposition am Endeffektor (Endeffektorreferenzpunkt) oder die Position des schwenkbaren Längenmesssystems (Basisreferenzpunkt) verändert und der Durchlauf wiederholt. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden. Das Ergebnis der Messung ist eine große Datenmenge von Datensätzen, welche durch eine Software ausgewertet werden. Zur Auswertung wird ein in der Software hinterlegtes kinematisches Modell des technischen Mehrkörpersystems benötigt. Dieses Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ist folglich äußerst aufwändig und nicht variabel einsetzbar.
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Weiter ist aus der
DE 10 2004 021 892 A1 eine robotergeführte optische Messanordnung mit einem Sensor, der mit Hilfe eines Abstandshalters an einem Roboter befestigt ist. Auf dem Abstandshalter und/oder auf dem Sensorgehäuse sind Messmarken, beispielsweise in Form von Retroreflektoren feststehend angeordnet. Zum Einmessen des optischen Sensors kommt eine Hilfsvorrichtung zum Einsatz, die an der Messanordnung feststehende befestigt ist und ein Sensortarget aufweist. Das Einmessen der optischen Messanordnung umfasst eine Bestimmung der Lage des Sensorkoordinatensystems relativ zu den auf der Messanordnung fixierten Messmarken. Dann werden mit Hilfe des optischen Sensors eine oder mehrere Messungen des Sensortargets der an der Messanordnung befestigten Hilfsvorrichtung durchgeführt, aus denen die Lager des Sensortargets im Sensorkoordinatensystem ermittelt wird. Zur Messung der Raumlage der an der optischen Messeinrichtung befestigen Messmarken relativ zur Hilfsvorrichtung wird ein weiteres Messsystem benötigt. Aus der gemeinsamen Auswertung dieser Messungen wird die Lage des Sensorkoordinatensystems der optischen Messanordnung relativ zu den Messmarken berechnet. Auch diese Vorrichtung ist äußerst kompliziert und aufwändig aufgebaut und nicht variabel einsetzbar.
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Diesbezüglich hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung für die direkte, passive und hochgenaue Messung von Roll-, Nick- und Gierwinkeln zur Verfügung zu stellen. Dabei soll vor allem die Charakterisierung der Bewegungsabläufe beispielsweise von Hexapoden oder Lineartischen ermöglicht werden, um die maximal mögliche Fertigungsgenauigkeit, insbesondere auch in Bezug auf die Wiederholgenauigkeit der Bewegungsabläufe feststellen zu können. Da bei solchen hochgenauen Lineartischen oder Hexapoden die auftretenden Kippfehler in der Regel gering sind, ist es notwendig, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher eine hochgenaue Messung solcher Kippfehler in Form der Messung der Roll-, Nick- und Gierwinkel in verschiedenen Arbeitspositionen eines Lineartisches oder eines Hexapoden ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mittels welcher Roll-, Nick- und Gierwinkel von Hexapoden und Lineartischen äußerst präzise messbar sind. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit allen derzeit am Markt verfügbaren Lasertracker-Systemen einsetzbar. Hierbei ist es auch möglich, Lasertracker-Systeme ohne Absolutmessgerät einzusetzen.
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Zunächst sind erfindungsgemäß drei Reflexionsbereiche vorgesehen, welche eine gemeinsame Messebene definieren. Diese Reflexionsbereiche sind in einem Abstand voneinander angeordnet und über eine Fixiereinrichtung auf der Oberfläche beispielsweise eines Lineartisches oder eines Hexapoden feststehend anordenbar. Der Abstand der Reflexionsbereiche kann dabei vorbestimmt sein, wobei hier keine ”extreme” Präzision gefordert ist. D. h. ein solcher vorbestimmter oder vordefinierter Abstand muss nicht auf den μm genau bekannt sein, da der Lasertracker die Raumpositionen der Reflexionsbereiche initial einmessen kann.
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Des Weiteren, wie dies bei Hexapoden oder Lineartischen üblich ist, sind diese Reflexionsbereiche in unterschiedliche, vorbestimmte Messpositionen verstellbar ausgebildet. Auch ist die Möglichkeit vorgesehen, die Fixiereinrichtung mit ihren Reflexionsbereichen in vordefinierten Messpositionen auf dem Lineartisch oder dem Hexapoden zu positionieren, sofern hier diverse mechanische Vorkehrungen, wie Positionsanschläge oder dgl., getroffen werden, um die Messpositionen stets mit hinreichender Genauigkeit reproduzierbar einstellen zu können.
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Weiter ist vorgesehen, dass die Abstände der Reflexionsbereiche voneinander zur Einstellung der Messempfindlichkeit auf vorbestimmte Werte veränderbar sind. D. h., dass die Messempfindlichkeit bei geringeren Abständen der Reflexionsbereiche voneinander kleiner ist, während bei größeren Abständen der Reflexionsbereiche voneinander die Messempfindlichkeit und somit die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung annähernd beliebig erhöht werden kann. Zur Veränderung des Abstandes der Reflektionsbereiche sind die Haltearme erfindungsgemäß teleskopisch ausgebildet, so dass eine Abstandsänderung äußerst einfach durchführbar ist.
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Zur lösbaren Halterung des jeweiligen Retroreflektors ist am jeweiligen Haltearm an der Fixiereinrichtung eine Dreipunktlagerung mit Haltemagnet vorgesehen, wobei der jeweilige Retroreflektor mit einem kugelartigen Gehäuse ausgebildet ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist der jeweilige Reflektor mit seinem kugelartigen Gehäuse ”werkzeuglos” am jeweiligen Haltearm anbringbar und auch wieder abnehmbar.
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Mittels eines Lasertrackers werden nun für jede Messposition die räumlichen Parameter der Raumpositionen der einzelnen Reflexionsbereiche ermittelt. Diese Parameter sind des Weiteren einer Auswerteeinrichtung übermittelbar, welche aus diesen übermittelten Parametern den Roll-, Nick- und Gierwinkel und/oder die lateralen oder vertikalen Verschiebungen der Oberfläche für jede Messposition berechnet.
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Aufgrund der Beabstandung der Reflexionsbereiche ergeben sich auch für kleine Kippwinkel der zu messenden Oberfläche größere Änderungen der jeweiligen Raumposition, so dass aufgrund einer Abstandsmessung und Winkelmessung der einzelnen Reflexionsbereiche auch im ”μ-Bereich” diverse ”Winkel- oder Stellfehler” des Lineartisches bei seiner Bewegung von einer Messposition zur nächsten ermittelbar bzw. berechenbar sind.
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D. h., dass aufgrund der bei einem Lineartisch oder einem Hexapoden vorhandenen ”Winkel- und/oder Kippfehler” sich die Raumpositionen der Reflexionsbereiche unterschiedlich ändern, woraus wiederum der Roll-, Nick- und Gierwinkel im jeweiligen Messpunkt berechenbar ist. Hierzu ist es lediglich notwendig, die räumliche Konfiguration der Reflexionsbereiche zu kennen, um aufgrund der jeweiligen Lageänderung von einer Messposition zur anderen auch die entsprechenden ”Winkelfehler” des bewegten Lineartisches oder des Hexapoden berechnen zu können. Je größer der Abstand dieser Reflexionsbereiche zueinander ist, umso höher wird dementsprechend die Genauigkeit der Winkelmessung. D. h., dass aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit der räumlichen Konfiguration der Reflexionsbereiche die Messgenauigkeit ”beliebig” erhöht werden kann. Dabei wird vorzugsweise die Bahnkurve des Messobjekts, d. h. des Lineartisches oder Hexapoden, in einzelne Messpositionen unterteilt, in welchen der Roll-, Nick- und Gierwinkel oder auch die laterale oder vertikale Verschiebungen der Oberfläche berechnet werden soll. Das Material des Aufbaus kann beispielsweise aus Super-Invar oder Zerodur bestehen, um die Genauigkeit der Messung weiter zu erhöhen und insbesondere um thermische Einflüsse durch Temperaturschwankungen im Umgebungsbereich zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß können gemäß Anspruch 2 drei Retroreflektoren vorgesehen sein, welche in einem vorbestimmten Abstand voneinander die Messebene und die drei Reflexionsbereiche definieren. Weiter kann gemäß Anspruch 2 vorgesehen sein, dass die Fixiereinrichtung blockartig ausgebildet ist und zur feststehenden Aufnahme der Retroreflektoren drei Haltearme aufweist, in deren jeweiligem freien Endbereich die Dreipunktlagerung mit Haltemagnet angeordnet ist, mit welchen der jeweilige Retroreflektor feststehend koppelbar ist.
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Ist der Lasertracker mit einem Absolutmessgerät ausgestattet, so können in jeder vorbestimmten Messposition die Parameter der Raumpositionen aller drei Reflexionsbereiche der jeweiligen Messposition nacheinander ermittelt werden. Nach der Ermittlung der Parameter der Raumpositionen aller drei Reflexionsbereiche in dieser einen Messposition wird die jeweils nächste vorbestimmte Messposition angefahren und es werden die entsprechend zugehörigen Parameter der Raumpositionen aller drei Reflexionsbereiche für diese nächste Messposition nacheinander durch den Lasertracker ermittelt.
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Alternativ zu Anspruch 2 kann gemäß Anspruch 3 ”nur” ein Retroreflektor vorgesehen sein, welcher wahlweise mit einer der Dreipunktlagerungen feststehend koppelbar ist und die drei Reflexionsbereiche definiert. Diese Ausgestaltung ermöglicht somit ein wahlweises Anbringen des einen Retroreflektors im Endbereich eines der Haltearme, so dass lediglich ein Retroreflektor zur Durchführung der entsprechenden Messung notwendig ist. Ist der Lasertracker mit einem relativen Messgerät, insbesondere einem Interferometer, ausgestattet, so können in jeder vorbestimmten Messposition die Parameter der Raumposition lediglich eines Reflexionsbereiches ermittelt werden. D. h., dass in jeder vorbestimmten Messposition die Parameter der Raumposition lediglich eines Reflexionsbereiches ermittelt werden und nach der Ermittlung der Parameter der Raumposition des einen Reflexionsbereiches die nächste vorbestimmte Messposition angefahren wird und die Parameter der Raumposition des gleichen Reflexionsbereiches ermittelt werden. Nach der Ermittlung der Parameter der Raumpositionen dieses einen Reflexionsbereiches für alle vorbestimmten Messpositionen wird die erste Messposition erneut angefahren und es werden die Parameter der Raumposition des zweiten Reflexionsbereiches nacheinander für alle vorbestimmten Messpositionen ermittelt. Nach der Ermittlung der Parameter der Raumposition dieses zweiten Reflexionsbereiches für alle vorbestimmten Messpositionen wird die erste Messposition erneut angefahren und es werden die Parameter der Raumposition des dritten Reflexionsbereiches nacheinander für alle vorbestimmten Messpositionen ermittelt.
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Weiter kann gemäß Anspruch 4 vorgesehen sein, dass zwei der Haltearme sich bezüglich der Fixiereinrichtung im Wesentlichen diametral gegenüberliegen und im Wesentlichen parallel zur Oberfläche verlaufen, und dass der dritte Haltearm ausgehend von der Fixiereinrichtung im Wesentlichen rechtwinklig zu den beiden anderen Haltearmen verläuft. Diese einfache geometrische Anordnung der Retroreflektoren ermöglicht insbesondere eine äußerst einfache Auswertung der durch den Lasertracker ermittelten Parameter der jeweiligen Raumposition zur Berechnung der Roll-, Nick- und Gierwinkel oder auch der lateralen oder vertikalen Verschiebungen der Oberfläche in der jeweiligen Messposition. Die Haltearme müssen allerdings nicht zwingend orthogonal zueinander angeordnet sein. Es ist lediglich notwendig, dass die Haltearme die Retroreflektoren in einem Abstand voneinander halten. So können die Haltearme auch ”schief” zueinander oder zur Oberfläche verlaufen.
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Weiter kann gemäß Anspruch 5 vorgesehen sein, dass die Fixiereinrichtung blockartig ausgebildet ist und zur feststehenden Aufnahme eines Retroreflektors einen Haltearm aufweist, welcher in seinem freien Endbereich mit der Dreipunktlagerung versehen ist, mit welcher der Retroreflektor feststehend koppelbar ist und dass der Haltearm relativ zur Fixiereinrichtung in zwei sich bezüglich der Fixiereinrichtung im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden und im Wesentlichen parallel zur Oberfläche verlaufenden Schwenkpositionen und in eine dritte, im Wesentlichen rechtwinklig zu den beiden anderen Schwenkpositionen verlaufende Schwenkposition verstellbar und fixierbar ist. Durch diese Ausgestaltung der Fixiereinrichtung mit nur einem Haltearm ist ein Umsetzen des einen Retroreflektors, wie gemäß Anspruch 3 vorgesehen, nicht mehr notwendig. Insbesondere ist diese Fixiereinrichtung kostengünstig.
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Anhand der Zeichnung werden nachfolgend diverse Ausführungsvarianten der Erfindung beispielhaft erläutert. Dabei ist die Erfindung insbesondere nicht auf die konkrete mechanische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lediglich einem Retroreflektor und einem Haltearm, welcher in einer Fixiereinrichtung in drei vorbestimmte Winkelpositionen verstellbar ist;
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3 den äußeren Endbereich eines Haltearmes mit einer Dreipunktlagerung sowie einem zentralen Haltemagnet;
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4 eine Seitenansicht eines Retroreflektors in seinem am Haltearm fixierten Zustand;
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5 eine schematische Frontansicht eines Lineartisches mit der aufgesetzten Vorrichtung gemäß 1;
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6 eine perspektivische, schematische Darstellung des Lineartisches aus 5 mit der aufgesetzten Vorrichtung aus 1;
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7 eine Seitenansicht des Lineartisches aus 6 mit der aufgesetzten Vorrichtung aus 1, welche in 7 in unterschiedlichen Messpositionen in Phantomlinien dargestellt ist sowie eine schematische Darstellung eines Lasertrackers;
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8 eine Draufsicht auf den Lineartisch aus den 6 und 7 mit der aufgesetzten Vorrichtung aus 1, wobei auch hier die Vorrichtung aus 1 in unterschiedlichen Messpositionen in Phantomlinien dargestellt ist. Weiter ist in 8 der Lasertracker aus 7 lediglich schematisch als Kreis dargestellt.
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1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, mit welcher es möglich ist, Roll-, Nick- und Gierwinkel oder auch die lateralen oder vertikalen Verschiebungen einer Oberfläche hochgenau zu messen. Bei dieser hier beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 bildet diese drei Reflexionsbereiche 2, 3 und 4, welche bei der dargestellten Ausführungsvariante als Retroreflektoren 5, 6 bzw. 7 ausgebildet sind. Diese Retroreflektoren 5, 6 und 7 können als reflektierende Elemente sog. Tripelspiegel, Tripelprismen oder auch Katzenaugen-Reflektoren aufweisen. Wesentlich ist hier lediglich, dass ein von einem Lasertracker ausgesandter Laserstrahl zumindest teilweise parallel zum Lasertracker zurück reflektiert wird.
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Weiter ist erkennbar, dass die Retroreflektoren 5, 6 und 7 voneinander beabstandet sind und in einer gemeinsamen Messebene 11 liegen, welche in 1 schematisch dreiecksförmig dargestellt ist. Zur Festlegung dieser Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 ist eine Fixiereinrichtung 12 vorgesehen, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen würfelartigen Halteblock 13 aufweist. Dieser Halteblock 13 bildet unterseitig eine ebene Standfläche 14, mit welcher der Halteblock 13 und somit die komplette Fixiereinrichtung 12 auf einer Oberfläche beispielsweise eines Lineartisches oder eines Hexapoden feststehend aufstellbar ist.
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Die Haltearme 8, 9 und 10 der Fixiereinrichtung 12 sind bei der dargestellten Ausführungsvariante feststehend am Halteblock 13 angeordnet und weisen eine vorbestimmte Länge auf. Die Retroreflektoren 5, 6 und 7 sind in den freien Endbereichen 15, 16 bzw. 17 der Haltearme 8, 9 bzw. 10 feststehend angeordnet und können auch über ein in 1 nicht weiter dargestelltes Kupplungselement abnehmbar mit dem jeweiligen Haltearm 8, 9 bzw. 10 verbunden sein. Weiter ist aus 1 ersichtlich, dass die beiden Haltearme 8 und 10 bezüglich des Halteblockes 13 sich diametral gegenüberliegend an diesem montiert sind und parallel zur unteren Standfläche 14 der Fixiereinrichtung 12 verlaufen. Der dritte Haltearm 9 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch zu den beiden Retroreflektoren 5 und 7 angeordnet und verläuft rechtwinklig zu den beiden Haltearmen 8 und 10. Durch diese spezielle Ausgestaltung der Vorrichtung 1 wird einerseits die Messebene 11 eindeutig definiert. Andererseits bildet diese Vorrichtung 1 mit ihren voneinander beabstandeten Retroreflektoren 5, 6 und 7 ein Messobjekt, dessen räumliche Orientierung durch die Messung der Parameter der Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 eindeutig bestimmbar ist.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung 20, mit welcher ebenfalls drei Reflexionsbereiche 21, 22 und 23 definiert einstellbar sind. Bei der Ausführungsvariante der 2 ist jedoch lediglich ein Haltearm 24 vorgesehen, in dessen freiem Endbereich ein einziger Retroreflektor 25 feststehend angeordnet ist. In 2 ist in durchgezogenen Linien eine erste ”Messstellung” des Haltearms 24 mit seinem Retroreflektor 25 dargestellt. Dieser Haltearm 24 ist um eine entsprechende Schwenkachse 26 in zwei weitere Positionen 27 und 28 verstellbar, in welchen der Schwenkarm jeweils feststehend an einem Halteblock 29 einer Fixiereinrichtung 30 fixierbar ist. Auch dieser Halteblock 29 weist unterseitig eine ebene Standfläche 31 auf, mit welcher die Fixiereinrichtung 30 feststehend auf der Oberfläche beispielsweise eines Lineartisches oder eines Hexapoden aufstellbar ist.
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Um den Haltearm 24 in die sowohl in durchgezogenen als auch in Phantomlinien dargestellten unterschiedlichen Positionen verstellen zu können, bildet der Halteblock 29 einen Stellschlitz 32, in welchem der Haltearm 24 schwenkbar aufgenommen ist. Weiter ist aus 2 ersichtlich, dass durch die drei möglichen Einstellpositionen des Haltearmes 24 ebenfalls eine eindeutig definierte Messebene 33 ”aufgespannt” wird.
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Zu 1 sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass auch die Vorrichtung 1 mit lediglich einem Retroreflektor 5, 6 oder 7 versehen sein kann, welcher dann allerdings abnehmbar an einem der Haltearme 8, 9 oder 10 angeordnet ist. Zur eindeutigen Aufspannung der Messebene 11 kann dieser eine Retroreflektor 5, 6 oder 7 wahlweise in einem der in 1 dargestellten Reflexionsbereiche 2, 3 oder 4 am jeweiligen Haltearm 8, 9 oder 10 befestigt werden. Damit kann die Vorrichtung 1 durch Verwendung lediglich eines Retroreflektors 5, 6 oder 7 in ähnlicher Art und Weise eingesetzt werden wie die Vorrichtung 20 mit ihrem zusammen mit dem Retroreflektor 25 verstellbaren Haltearm 24.
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Bei der Vorrichtung 1 folgt die Ermittlung der Parameter der Raumpositionen der einzelnen Retroreflektoren 5, 6 und 7 mittels eines Lasertrackers, welcher mit einem Absolutmessgerät ausgestattet ist. Dabei wird die Vorrichtung 1 beispielsweise auf der Oberfläche eines Lineartisches in einer vorbestimmten Position aufgestellt. Anschließend werden die Parameter der jeweiligen Raumposition des Retroreflektors 5, 6 bzw. 7 nacheinander durch den Lasertracker ermittelt. Anschließend kann die Vorrichtung 1 in eine zweite Messposition verstellt werden, indem beispielsweise der Lineartisch entsprechend geradlinig ”verfahren” wird. Nachdem die zweite Messposition erreicht ist, erfolgt wiederum die Messung der Parameter der Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 nacheinander. Die durch den Lasertracker ermittelten Parameter können dann anschließend einer Auswerteeinheit zur Berechnung des Roll-, Nick- und Gierwinkels oder auch der lateralen oder vertikalen Verschiebungen der Oberfläche des Lineartisches in den jeweiligen Messpositionen übermittelt werden.
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Bei der Ausführungsvariante nach 2 bzw. bei einer Ausführungsvariante nach 1, bei welcher lediglich ein einziger Retroreflektor 5, 6 oder 7 vorgesehen ist, erfolgt die Ermittlung der Parameter der Raumpositionen des einen Retroreflektors 25 bzw. 5, 6 oder 7 in anderer Weise. Zunächst wird die Vorrichtung 20 in eine erste Messposition auf dem Lineartisch feststehend angebracht. Danach werden die Parameter der Raumposition des Retroreflektors in seiner in 2 in durchgezogenen Linien dargestellten Messposition ermittelt und an eine Auswerteeinrichtung übergeben. Anschließend wird die komplette Vorrichtung 20 in eine zweite Messposition gebracht und die Parameter der Raumposition des Retroreflektors 25 in seiner relativ zum Halteblock 29 gleichen Winkelposition ermittelt.
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Nachdem alle Messpositionen ”abgefahren” wurden, wird die Vorrichtung 20 wieder in ihre erste Messposition gebracht. Dieses Verstellen in die einzelnen Messpositionen kann durch entsprechendes ”Verfahren” des Lineartisches erfolgen.
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Nachdem die Vorrichtung 20 wieder in die erste Messposition gelangt ist, wird nunmehr der Haltearm 24 aus seiner in 2 in durchgezogenen Linien dargestellten Relativstellung zum Halteblock 29 in die mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnete vertikale Ausrichtung gebracht. Anschließend werden nun wiederum alle Messpositionen erneut angefahren und in jeder Messposition die Parameter der Raumposition des Retroreflektors 25 erfasst und der Auswerteeinrichtung übergeben. Nach dem Abfahren aller Messpositionen wird die Vorrichtung 20 wiederum in ihre erste Messposition zurückgestellt und der Haltearm 24 aus seiner Winkelposition 27 in seine dritte Winkelposition 28 verstellt. Anschließend kann nunmehr die Vorrichtung 20 schrittweise wieder in ihre einzelne Messpositionen gebracht werden, wobei in jeder Messposition die jeweiligen Parameter der Raumposition des Retroreflektors 25 in seiner mit durchgezogenen Linien dargestellten, bezüglich des Halteblockes 29 diametral gegenüberliegenden Stellung ermittelt werden.
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Diese Einstellung der unterschiedlichen Winkelpositionen, wie sie in 2 dargestellt sind, können auch durch Verwendung eines einzelnen wahlweise mit den Haltearmen 8, 9 und 10 lösbar in Verbindung bringbaren Retroreflektor 5, 6 oder 7 bewerkstelligt werden.
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Zur feststehenden und lösbaren Befestigung der Retroreflektoren 5, 6, 7 bzw. 25 am jeweils zugehörigen Haltearm 8, 9, 10 bzw. 24 kann beispielsweise eine Dreipunktlagerung vorgesehen sein, wie diese in 3 beispielhaft für den Retroreflektor 5 und den Haltearm 8 dargestellt ist.
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3 zeigt hierzu den äußeren Endabschnitt 15 des Haltearmes 8 in perspektivischer Darstellung. Auf seiner äußeren Stirnseite 35 weist der Haltearm 8 insgesamt drei auf einer Kreisbahn 36 gleichmäßig verteilt angeordnete Lagerkugeln 37, 38 und 39 auf. Wie aus der Seitenansicht IV aus 3 in 4 ersichtlich ist, stützt sich das kugelförmige Gehäuse des Retroreflektors 5 an diesen drei Lagerkugeln 37, 38 und 39 ab. Das Gehäuse des Retroreflektors 5 kann dabei aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehen, so dass über einen entsprechend zentral zwischen den Lagerkugeln 37, 38 und 39 feststehend im Haltearm 8 angeordneten, als Permanentmagnet ausgebildeten Haltemagnet 40 der Retroreflektor 5 feststehend und abnehmbar stirnseitig am Haltearm 8 gehalten ist. Durch diese spezielle Dreipunktlagerung in Verbindung mit dem Permanentmagneten 40 ist somit eine äußerst einfache Ausrichtung des Retroreflektors 5 im Endbereich 15 des Haltearms 8 möglich. Des Weiteren kann aufgrund dieser lösbaren Befestigung des Retroreflektors 5 am Haltearm 8 dieser Retroreflektor 5 auch wahlweise am Haltearm 9 oder 10 angeordnet werden.
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Durch die kugelförmige Ausgestaltung der Gehäuses des Retroreflektors 5, 6 bzw. 7 kann der jeweilige Retroreflektor 5, 6 bzw. 7 – bei guten Rundheitswerten des Gehäuses auch in der jeweiligen Messposition gedreht werden, so dass keine Messwertverfälschung auftritt, da die Reflektorspitzen – im Idealfall – mit dem Zentrum des (Kugel-)Gehäuses zusammenfallen. Somit kann der Einfallsbereich der Retroreflektoren 5, 6 bzw. 7, vor allem, wenn es sich um Tripelreflektoren handelt – während der Messung ”künstlich” erhöht werden.
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Zur entsprechenden Messung einer Oberfläche 45 eines Lineartisches 46 kann die Vorrichtung 1 bzw. 20 auf diese Oberfläche 45 aufgestellt werden, wie dies für die Vorrichtung 1 beispielhaft in 5 in Frontansicht dargestellt ist. Der Lineartisch 46 ist dabei in 5 lediglich schematisch dargestellt.
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Dieser weist eine Grundplatte 47 auf, welche in der Regel feststehend mit einem Maschinenbett oder dgl. verbunden ist. Auf dieser Grundplatte 47 sind mehrere Lagerböcke 48 vorgesehen, welche jeweils Führungsstangen 49 feststehend aufnehmen. Auf diesen Führungsstangen 49 sind wiederum längsverschiebbar entsprechende Gleitblöcke 50 vorgesehen, welche unterseitig an einer Tischplatte 51 des Lineartisches 46 feststehend angeordnet sind. Diese Tischplatte 51 weist bei der dargestellten Ausführungsvariante des Lineartisches 46 die entsprechend zu ”vermessende” Oberfläche 45 auf. Auf diese Oberfläche 45 ist die Vorrichtung 1 der Standfläche 14 ihres Halteblockes 13 aufgesetzt. In dieser beispielhaft dargestellten Messposition verlaufen dabei die Haltearme 8 und 10 parallel zur Oberfläche 45 der Tischplatte 51. Weiter ist erkennbar, dass diesbezüglich der dritte Haltearm 9 bei der dargestellten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 rechtwinklig zu den beiden Haltearmen 8 und 10 und somit auch zur Oberfläche 45 der Tischplatte 51 verläuft. In den Endbereichen sind dementsprechend die Retroreflektoren 5, 6 und 7 feststehend angeordnet und spanne definiert die zu 1 beschriebene Messebene 11 auf.
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Es ist leicht vorstellbar, dass bei einer entsprechenden Schwenkbewegung der Oberfläche 45, beispielsweise bei der Linearverschiebung der Tischplatte 51 entlang der Führungsstangen 49, die Vorrichtung 1 ebenfalls eine Schwenkbewegung beispielsweise in Richtung des Pfeiles 55 ausführt. Auch ist es möglich, dass die Oberfläche 45 zusammen mit der Vorrichtung 1 eine Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 56 um die Längsmittelachse 57 des Haltearmes 8 ausführt. Des Weiteren ist auch eine Drehbewegung der Vorrichtung 1 in Richtung des Pfeiles 58 denkbar, welche rechtwinklig zu den beiden Drehbewegungen 55 und 56, also um die gemeinsame Längsmittelachse 59 der beiden Haltearme 8 und 10 erfolgt. In entsprechender Weise verlagern auch die drei Retroreflektoren 5, 6 und 7 ihre Raumpositionen. Je nach Ausgestaltung und Präzision der Führung der Tischplatte 51 über die Führungsstangen 49 ist auch eine seitliche Verstellung der Tischplatte in Richtung des Doppelpfeils 60 denkbar. Die Größenordnung dieser Stellbewegungen, insbesondere der Drehbewegungen in Richtung der Pfeile 55, 56 und 58, ist mittels eines Lasertrackers präzise erfassbar. Dabei ist die räumliche Verlagerung der drei Retroreflektoren 5, 6 und 7 umso größer, je größer deren Abstand untereinander ist, folglich also je größer die Länge der Haltearme 8, 9 und 10 ausgebildet ist. Zur Einstellung dieser Längen sind die Haltearme teleskopisch ausgebildet. Aufgrund dieser Art ”Hebelarme” und der räumlichen Verlagerung der Retroreflektoren 5, 6 und 7 ist somit auch die entsprechende ”Verlagerung” der Oberfläche 45 ermittelbar.
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6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Lineartisches 46 mit seiner Grundplatte 47, welche in 6 in ihrer Länge verkürzt dargestellt ist. Des Weiteren ist erkennbar, dass in den vier Eckbereichen die Lagerböcke 48 angeordnet sind. Diese Lagerböcke 48 nehmen feststehend die beiden Führungsstangen 49 auf, welche sich über die gesamte Länge der Grundplatte 47 erstrecken. Unterseitig an der Tischplatte 51 sind insgesamt vier Gleitblöcke 50 vorgesehen, von welchen in 6 lediglich drei erkennbar sind. Auf der Oberfläche 45 der Tischplatte 51 ist die Vorrichtung 1 feststehend angeordnet, wobei diese mit ihrer vorderen Stirnfläche 61 ihres Halteblockes 13 bündig mit der vorderen Stirnfläche 62 der Tischplatte 51 abschließt. Zur feststehenden Halterung der Vorrichtung 1 mit ihrem Halteblock 13 auf der Oberfläche 45 kann beispielsweise eine magnetische Verbindung oder auch eine Schraubverbindung vorgesehen sein.
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Weiter ist aus 6 ersichtlich, dass sich die beiden Haltearme 8 und 10 parallel zur Oberfläche 45 der Tischplatte 51 erstrecken, während der Haltearm 9 rechtwinklig dazu verläuft. Es ist leicht vorstellbar, dass bei einer Verstellung der Tischplatte 51 entlang der Führungsstangen 49 in Richtung des Pfeiles 65 die Vorrichtung 1 entsprechend mitbewegt wird. Führt dabei diese Tischplatte 51 diverse Schwenkbewegungen (Kippfehler) aus, so bewegt sich die Vorrichtung 1 mit ihren voneinander beabstandeten Retroreflektoren 5, 6 und 7 entsprechend der Pfeile 55, 56 und 58. Die Parameter dieser Ortsveränderung der Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 sind dabei entsprechend mittels eines Lasertrackers erfassbar und einer Auswerteeinheit übergebbar, durch welche der jeweils zugehörige Rollwinkel (Pfeil 55), Nickwinkel (Pfeil 58) sowie der entsprechende Gierwinkel (Pfeil 56) berechenbar sind.
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Hierzu zeigt 7 eine entsprechende Seitenansicht VII des Lineartisches 46 aus 6. Unterhalb der Grundplatte 47 des Lineartisches ist eine Skala 70 eingezeichnet, durch welche unterschiedliche Messpositionen 71, 72, 73, 74, 75, 76 und 77 definiert sind. Die Tischplatte 51 ist zusammen mit der aufgesetzten Vorrichtung 1 von der ersten Messposition 71 in die weiteren Messpositionen 72 bis 77 schrittweise verfahrbar, wobei die zugehörigen Positionen der Vorrichtung 1 entsprechend in Phantomlinien dargestellt sind. Fuhrt dabei die Tischplatte 51 diverse Drehbewegungen in Richtung des Pfeiles 58 oder entgegen des Pfeiles 58 aus, so wird diese Drehbewegung entsprechend auf die auf der Oberfläche 45 der Tischplatte 51 übertragen. Dies ist durch die leicht geneigten Stellungen der in Phantomlinien dargestellten Vorrichtungen 1 erkennbar.
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Weiter ist in 7 ein Lasertracker 80 schematisch dargestellt, welcher beispielsweise mittels eines Stativs 81 ortsfest vor dem Lineartisch 46 aufgestellt ist. Dieser Lasertracker 80 weist einen ”Messkopf” 82 auf, welcher auf die Retroreflektoren 5, 6 und 7 ausrichtbar ist. Dieser Messkopf 82 sendet nacheinander zu den Retroreflektoren 5, 6 und 7 einen entsprechenden Messstrahl 83 bzw. 84, welcher von den Retroreflektoren 5, 6 und 7 zurück zum Messkopf 82 reflektiert wird. Durch entsprechende Laufzeitmessung des Laserstrahls kann somit die Entfernung der Retroreflektoren 5, 6 und 7 zum Lasertracker 80 ermittelt werden.
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Hier kommen allerdings nicht nur Laufzeitmessungen in Frage sondern auch Phasenmessungen oder Polarisationsmessungen etc. Der Begriff Laufzeitmessung ist hier lediglich beispielhaft genannt, so dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsvariante beschränkt ist.
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Weiter ist der Messkopf 82 des Lasertrackers 80 – bekannterweise – einerseits in Richtung des Doppelpfeils 85 um eine horizontal verlaufende Achse 86 schwenkbar. Die Schwenkbewegung wird dabei motorisch gesteuert. Andererseits ist der Messkopf 82 auch um die vertikale Achse 87 in Richtung des Doppelpfeils 88 schwenkbar, wobei die Schwenkbewegung hierzu ebenfalls über eine motorische Steuerung bewirkt wird. Somit ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, der Lasertracker 80 in der Lage, sich mit seinem Messkopf 82 automatisch auf einen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 einzurichten. Durch entsprechende im Lasertracker 80 integriert angeordnete Winkelmesssysteme ist somit eine ”Ortung” der Parameter der Raumpositionen der drei Retroreflektoren 5, 6 und 7 möglich. Da sich die Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 auch schon bei geringen ”Taumelbewegungen” der Tischplatte 51 in größerem Maße ändern, sind durch diese Anordnung, wie diese in 7 vollständig dargestellt ist, entsprechend aus diesen Parametern der Raumpositionen die ”Kippfehler” der Tischplatte 51 durch Berechnung der Roll-, Nick- und Gierwinkel äußerst fein ermittelbar. Hierzu zeigt 7 beispielhaft die Messstrahlen 90 und 91, welche auf die Retroreflektoren 5, 6 und 7 beispielsweise in der Messposition 76 gerichtet sind.
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Es ist leicht vorstellbar, dass aufgrund der Erfassung der Parameter der Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 in Zusammenhang mit deren relativ großen Lageänderung einer ausgeführten Bewegung der Tischplatte 51 deren Schwenkbewegungen auch in Mikrowinkeln erfassbar sind. Je länger die Haltearme 8, 9 und 10 der Vorrichtung 1 ausgebildet sind, desto feiner kann die Winkelmessung bzw. die Berechnung der Roll-, Nick- und Gierwinkel in den einzelnen Messpositionen 71, 72, 73, 74, 75, 76 und 77 erfolgen. Hierzu zeigt 8 ergänzend eine Draufsicht auf den Lineartisch 46 mit seiner Tischplatte 51.
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Auch hieraus ist erkennbar, dass die Vorrichtung 1 auf die Oberfläche 45 dieser Tischplatte 51 feststehend aufgesetzt ist. Bei Bewegung der Tischplatte 51 aus ihrer in 8 erkennbaren Ausgangsstellung, ausgehend von der Messposition 71 in eine der Messpositionen 72 bis 77, können ebenfalls Schwenkbewegungen der Tischplatte 51 in Richtung und entgegen des Pfeils 56 auftreten. Diese Bewegungen führt ebenfalls die Vorrichtung 1 aus, wie dies beispielhaft in Phantomlinien für die einzelnen Messpositionen 72, 73, 74, 75, 76 und 77 in 8 dargestellt ist.
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Es ist insbesondere erkennbar, dass durch die mit ausgeführte Schwenkbewegung der Vorrichtung 1 in Richtung des Pfeils 56 oder entgegen des Pfeils 56 insbesondere die beiden äußeren Retroreflektoren 5 und 7 eine äußerst große Relativbewegung um den mittleren Retroreflektor 6 ausführen, Hierzu ist beispielhaft eine solche Stellung in Phantomlinien in der Messposition 74 dargestellt. Zunächst werden durch den in 8 dargestellten Lasertracker 80 die Parameter der Raumpositionen aller drei Retroreflektoren 5, 6 und 7 nacheinander ermittelt und die entsprechenden Parameter einer Auswerteeinrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt) übergeben. Danach wird die Tischplatte 51 entlang der Führungsstangen 49 in die zweite Messposition 72 verstellt. Anschließend werden wiederum über den Lasertracker 80 die Parameter der Raumpositionen der Retroreflektoren 5, 6 und 7 in dieser Messposition 72 ermittelt. Wie für die Messposition 74 dargstellt ist, sendet der Lasertracker 80 nacheinander entsprechende Messstrahlen zu den Retroreflektoren 5, 6 und 7 und ermittelt somit die Parameter der jeweiligen Raumpositionen der einzelnen Retroreflektoren 5, 6 und 7 nacheinander. Hierzu ist der Lasertracker 80 bzw. dessen in 8 dargestellter Messkopf 82 entsprechend in Richtung des Doppelpfeils 85 automatisch verstellbar ausgebildet.
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Nach Messung bzw. Ermittlung aller Parameter aller Raumpositionen in jeder der Messpositionen 71 bis 77 kann somit die Präzision der Linearführung der Tischplatte 51 während ihrer Stellbewegung in Richtung des Pfeiles 65 äußerst präzise ermittelt werden.
