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Die vorliegende Erfindung bezieht sich zum einen auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Positionsversatzes zwischen zumindest zwei Sensoren, welche insbesondere gemeinsam in einem Koordinatenmessgerät fest oder beweglich zueinander angeordnet sind.
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Auch nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Beleuchtung eines Messobjektes in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest zwei Beleuchtungsquellen.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Temperaturkompensation bei der Bestimmung von Strukturen und/oder Geometrie eines Objektes wie Werkstücks mittels eines Sensorsystems, vorzugsweise optischen oder taktilen oder optisch-taktilen oder computertomographischen Sensorsystems. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Anordnung zur Temperaturkompensation bei der Bestimmung von Strukturen und/oder Geometrie eines Objektes mittels eines Sensorsystems, vorzugsweise optischen oder taktilen oder optisch-taktilen oder computertomographischen Sensorsystems.
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Dem Stand der Technik sind diverse Verfahren zur Bestimmung der Sensorposition innerhalb eines Koordinatenmessgerätes zu entnehmen. Dazu wird zumeist ein Einmesskörper in Form einer Kugel innerhalb des Messbereiches des Koordinatenmessgerätes fest angeordnet, dessen Position, insbesondere der Mittelpunkt, bestimmt wird. Dies dient u. a. der Zuordnung der Position des Sensors im Messbereich bzw. Bewegungsbereich des Koordinatenmessgerätes, wodurch der durch den Sensor erreichbare Bereich für Messungen an einem Messobjekt definiert wird. Insbesondere wird dabei der örtliche Zusammenhang zwischen dem durch die laterale Position und die vertikale Position im Zusammenspiel mit dem Arbeitsabstand des Sensors definierte Position des Antastpunktes des Sensors und dem Messtisch bestimmt. Die Reproduzierbarkeit der Bestimmung der Sensorposition beeinflusst dabei u. a. die Zuordnung der positionsabhängigen Korrektur der Bewegungsachsen des Koordinatenmessgerätes zum aktuell erfassten Messpunkt des Messobjektes.
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Besondere Bedeutung gewinnt die absolute Bestimmung der Sensorposition beim Einsatz von mehr als einem Sensor in einem Koordinatenmessgerät. Um Messdaten, die mit verschiedenen im Koordinatenmessgerät fest oder beweglich zueinander angeordneten Sensoren bestimmt werden, zu kombinieren, muss insbesondere der örtliche Versatz zwischen allen für eine Messung verwendeten Sensoren bekannt sein. Ein Verfahren zur ausreichend genauen Bestimmung der Position aller denkbaren Sensoren mit Hilfe eines einzigen Einmesskörpers ist dem Stand der Technik nicht zu entnehmen. Die bekannten kugelförmigen Einmesskörper weisen typischerweise einen Durchmesser zwischen 1 mm und 50 mm auf und bestehen zumeinst aus Stahl, Saphir, Kohlenstoff oder Rubin, wodurch nicht gewährleistet werden kann, dass ihre Mittelpunkte durch sämtliche einsetzbare Sensoren ausreichend genau bestimmt werden können. Als einsetzbare Sensoren sind berührende oder quasi berührende Taster oder Tastspitzen, optisch flächig, linienförmig oder punktweise arbeitende Bildverarbeitungs- oder Abstandssensoren, insbesondere Laserabstandssensoren, interferometrische Laserabstandssensoren, weißlichtinterferometrische Abstandssenoren, konfokale Abstandssensoren, chromatische Abstandssensoren, Triangulationssensoren, wie auch optisch taktile wie beispielsweise faseroptische Sensoren oder der Fasertaster aus der
DE-A-197 24 739 und Computertomographiesensoren gemeint.
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In Koordinatenmessgeräten werden meist mehrere Beleuchtungen, wie z. B. Durchlicht- oder Auflichtbeleuchtungen eingesetzt. Insbesondere für Durchlichtbeleuchtungen werden gerichtet strahlende, z. B. telezentrische, und diffus strahlende Beleuchtungsquellen verwendet. Zwischen diesen beiden Beleuchtungsarten wird oft während des Betriebes des Gerätes umgeschaltet. Hierfür sind beispielsweise Lösungen bekannt, bei denen Mattscheiben oder ähnliche teiltransparente Streuscheiben mechanisch in den Strahlengang einer gerichtet leuchtenden Beleuchtungsquelle eingeschwenkt werden.
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Ein schnelleres Umschalten zwischen gerichteter und diffuser Beleuchtung ist durch die elektrische Ansteuerung eines permanent im Beleuchtungsstrahlengang befindlichen Streuelementes möglich, wie in der
DE-A-10 2006 035 179 beschrieben. Hierbei wird das Streuverhalten des Streuelementes elektrisch angesteuert verändert.
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Der Stand der Technik erfordert für das Umschalten zwischen gerichteter und diffuser Beleuchtung entweder ein mechanisches Einsetzen einer Streuscheibe, was relativ zeitaufwändig ist, oder ein permanent eingesetztes Streuelement mit elektrisch ansteuerbaren Streueigenschaften, durch das Beleuchtungsintensität verloren geht.
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Bei bisher bekannten Messsystemen, insbesondere Koordinatenmessgeräten, wird der Einfluss der Temperatur auf die erzielten Messwerte nur durch die Bestimmung und Korrektur der Temperatur der Messachsen des Koordinatenmessgerätes und/oder des Messobjektes berücksichtigt. Dazu werden meist Temperatursensoren direkt an den Bewegungsachsen des Koordinatenmessgerätes, vorzugsweise nahe der Positionsmesssysteme bzw. Maßstäbe angebracht, um die temperaturbedingte Ausdehnung der Maßstäbe bzw. der Koordinatenachsen zu korrigieren. Des Weiteren wird oftmals die temperaturbedingte Ausdehnung des Messobjektes korrigiert, indem die Temperatur des Messobjektes direkt gemessen oder aus einer an einer anderen Stelle gemessenen Temperatur geschätzt wird.
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Entsprechende Anordnungen beinhalten also nur Temperaturmesssysteme, die nahe der Koordinatenachsen oder nahe der Maßstabssysteme des Koordinatenmessgerätes oder am bzw. nahe des zu messenden Werkstücks angeordnet sind.
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Nachteilig bei bisher bekannten Verfahren ist, dass der Einfluss der temperaturbedingten Abweichungen der eingesetzten Sensorsysteme nicht berücksichtigt wird. Insbesondere wird eine Temperatur, die dem Sensorsystem zugeordnet werden kann, nicht bestimmt. Durch teilweise sehr hohe Temperatureinträge des Sensorsystems können jedoch lokal deutlich höhere Temperaturen nahe dem Sensorsystem auftreten, die nicht durch Temperatursensoren abgeschätzt werden können, die sich an anderen Stellen des Messgerätes befinden. Nicht gelöst ist also insbesondere, dass das Sensorsystem eine vom restlichen Messgerät deutlich unterschiedliche Temperatur aufweist, wodurch die Messwerte des Sensorsystems verändert werden und somit korrigiert werden müssen.
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Aus der
EP-B-1 407 219 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgerätes bekannt, das ein Wärme abgebendes Element wie Motor oder Lichtquelle aufweist. Um temperaturbedingte Messverfälschungen zu kompensieren, ist vorgesehen, dass dem Wärme abgebenden Element eine Zusatzwärmequelle zugeordnet wird. Dabei erfolgt eine Regelung derart, dass die beim Betrieb auf das Koordinatenmessgerät einwirkende Gesamtleistung konstant oder nahezu konstant gehalten wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nach einem Aspekt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, den Positionsversatz zwischen zumindest zwei Sensoren zu ermitteln, wobei die zumindest zwei Sensoren fest zueinander angeordnet oder relativ zueinander verstellbar sein können.
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Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass Messdaten der Sensoren stammend von gleichen oder unterschiedlichen Bereichen des gleichen Einmesskörpers oder der gemeinsam gemessenen mehreren Einmesskörper zur Bestimmung jeweils zumindest eines Punktes, welcher die Lage des Einmesskörpers beschreibt, verwendet werden, wobei der Abstand der Punkte ausgewertet wird.
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Erfindungsgemäß wird der Einsatz eines auf die spezielle Sensorkonfiguration angepassten Einmesskörpers, vorzugsweise in Form einer Kugel, vorgeschlagen, wobei der Einmesskörper zumindest abschnittsweise eine Kugelform aufweist, dadurch bedingt, dass die Kugel, mit Hilfe einer Befestigung im Koordinatenmessgerät fixiert wird. Der Einmesskörper wird dabei so ausgewählt, dass die Bestimmung eines eindeutigen Punktes, zumeist des Mittelpunktes, mit ausreichender Genauigkeit, nämlich im Bereich der Reproduzierbarkeit des jeweiligen Sensors, bestimmt werden kann. Dabei müssen neben dem Durchmesser der verwendeten Kugel die Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere Reflektivität und optisches Streuverhalten und der Röntgenabsorptionskoeffizient des verwendeten Materials sowie die Härte beachtet werden.
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Die Erfindung verwendet zur Bestimmung des Sensorversatzes zwischen beliebigen Sensoren die Ermittlung der Mittelpunkte von kugelförmigen Einmesskörpern. Der Mittelpunkt wird dabei berechnet, indem eine hohe Anzahl – vorzugsweise mindestens 10 – von Punkten mit jedem Sensor ermittelt wird, wobei aus den mit jedem Sensor ermittelten Punkten eine Ausgleichkugel nach vorzugsweise dem Gaussverfahren berechnet wird, um daraus jeweils den Mittelpunkt der Einmesskugel zu bestimmen. Die Differenz der Achspositionen der verschiedenen Achsen des Koordinatenmessgerätes wird herangezogen, um die relative Lage der Mittelpunkte der gleichen Einmesskugel zu bestimmen und daraus den jeweiligen Sensorversatz zu ermitteln und abzuspeichern, um folgende Messungen mit den verschiedenen Sensoren einander in einem einheitlichen Koordinatenmesssystem zuzuordnen.
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Die Einmesskugel ist auf dem Messtisch des Koordinatenmessgerätes fest angeordnet und ihre absolute Position wird mit einem ersten Sensor bestimmt und dient als Bezugswert für den Sensorversatz der weiteren Sensoren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich der Einmesskörper fest an einer im Koordinatenmessgerät angeordneten Drehachse. Dies ist oftmals erforderlich, um zu gewährleisten, dass alle im Koordinatenmessgerät angeordneten Sensoren den Einmesskörper ausreichend erfassen können, um den Kugelmittelpunkt mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen.
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Die eingesetzten Sensoren sind im Koordinatenmessgerät entweder fest zueinander oder beweglich angeordnet. Beispiele für bewegliche Sensoren sind an mechanischen Achsen, auch Dreh- und/oder Schwenkachsen angeordnete Sensoren oder Sensoren mit variablem Arbeitsabstand, wie Zoomoptiken.
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Die Eigenschaften des erfindungsgemäß eingesetzten Einmesskörpers werden so gewählt, dass der Mittelpunkt mit allen verwendeten Sensoren ausreichend genau, im Bereich der Reproduzierbarkeit des Sensors, bestimmt wird. Dazu weist der Einmesskörper beispielsweise eine für optische Messungen ausreichend matte oder reflektierende Oberfläche und ein für die Computertomographie ausreichend transparentes Material sowie für taktile Messungen ausreichende Härte auf.
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In einer Ausführung der Erfindung besteht der Einmesskörper aus einer matten Kugel aus einem mit dem Computertomographiesensor ausreichend kontrastreich durchstrahlbaren Material wie Keramik, Stahl oder Glas.
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Vorzugsweise wird das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt.
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Unabhängig hiervon zeichnet sich die Erfindung insbesondere dadurch aus, dass die eingesetzten Sensoren aus der Gruppe berührende oder quasi berührende Taster oder Tastspitzen, optisch flächig, linienförmig oder punktweise arbeitende Bildverarbeitungs- oder Abstandssensoren, insbesondere Laserabstandssensoren, interferometrische Laserabstandssensoren, weißlichtinterferometrische Abstandssenoren, konfokale Abstandssensoren, chromatische Abstandssensoren, Triangulationssensoren, wie auch optisch taktile, wie faseroptische Sensoren oder Fasertaster, oder Computertomographiesensoren ausgewählt werden.
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Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der zumindest jeweils eine Punkt, welcher die Lage des Einmesskörpers beschreibt, aus mehreren mit dem jeweils gleichen Sensor aufgenommenen Messpunkten berechnet wird.
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Hervorzuheben ist des Weiteren, dass als Einmesskörper ein zumindest abschnittsweise eine Kugelform aufweisender Körper eingesetzt wird und als Punkt, welcher die Lage des Einmesskörpers beschreibt, der Mittelpunkt des Einmesskörpers, vorzugsweise durch Gaussverfahren aus mehreren an der Oberfläche des Einmesskörpers aufgenommenen Messpunkten, bestimmt wird und aus dem Abstand der mit den verschiedenen Sensoren bestimmten Mittelpunkten der Sensorabstand berechnet wird.
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Ferner zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der gleiche Einmesskörper für alle ausgewählten Sensoren verwendet wird.
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Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass der Einmesskörper eine optische matte Oberfläche besitzt und/oder eine hohe Härte und/oder aus einem für die Computertomographie ausreichend transparentem Material besteht, wobei bei der Messung mit dem Computertomographiesensor ein auswertbarer Kontrast vorliegt.
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Auch zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Lage des Einmesskörper bekannt ist, vorzugsweise durch Bestimmung mit Hilfe eines ersten Sensors.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Einmesskörper durch Befestigung an einer Drehachse in verschiedene Stellungen gebracht wird.
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Bevorzugterweise wird zumindest ein Einmesskörper aus Keramik, Stahl oder Glas verwendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät, eingesetzt, wobei insbesondere jede Sensorik in X-, Y- und/oder Z-Richtung des Koordinatenmessgeräts positioniert werden kann.
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Eine Anordnung zur Bestimmung des Positionsversatzes zwischen zumindest zwei zueinander fest oder beweglich angeordneten Sensoren zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Einmesskörper so angeordnet ist, dass er mit allen Sensoren gemessen werden kann.
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Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Sensoren, fest oder beweglich zueinander in einem Koordinatenmessgerät angeordnet sind.
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Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zumindest einer der Sensoren in zumindest einer linearen oder rotatorischen Achse in Bezug auf zumindest einen weiteren Sensor verstellt wird und/oder einen veränderbaren Arbeitsabstand besitzt.
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Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass der zumindest eine Einmesskörper fest mit dem Messtisch des Koordinatenmessgerätes oder einer vorzugsweise mit dem Messtisch verbunden Drehachse verbunden ist.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass als Einmesskörper ein quaderförmiger Körper mit einer geometrischen Markierung oder Struktur verwendet wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung liegt dieser auch die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik, die im Zusammenhang mit der Beleuchtung eines Messobjektes auftreten, zu vermeiden und insbesondere wahlweise eine diffuse oder gerichtete Beleuchtung zu ermöglichen, ohne dass signifikante Intensitätsverluste auftreten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Beleuchtung eines Messobjektes in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest zwei Beleuchtungsquellen, welche nacheinander oder gleichzeitig angesteuert werden, dadurch gelöst, dass im Beleuchtungsstrahlengang einer der zwei Beleuchtungsquellen als erste Beleuchtungsquelle zumindest eine weitere Beleuchtungsquelle als zweite Beleuchtungsquelle angeordnet wird, die zumindest im ausgeschalteten Zustand von zumindest einem Teil der Beleuchtung der ersten Beleuchtungsquelle durchdrungen wird.
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Die Erfindung bezieht sich folglich auf ein Verfahren mit zumindest zwei im Beleuchtungsstrahlengang nacheinander angeordneten Beleuchtungsquellen. Alle in Beleuchtungsrichtung nach der ersten Beleuchtungsquelle angeordneten Beleuchtungsquellen sind dazu zumindest im ausgeschalteten Zustand nahezu vollständig transparent und verringern die Beleuchtungsintensität der ersten Beleuchtungsquelle kaum. Außerdem erfolgt das Ein- bzw. Ausschalten der Beleuchtungsquellen durch elektrische Ansteuerung sehr schnell.
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Mit dieser Anordnung wird ein Verfahren ermöglicht, bei dem sehr schnell und ohne signifikanten Intensitätsverlust zwischen diffuser und gerichteter Beleuchtung umgeschaltet werden kann. Dazu werden als erste und zweite Beleuchtungsquellen diffus bzw. gerichtet leuchtende Beleuchtungsquellen kombiniert und abwechselnd elektrisch angesteuert ein- bzw. ausgeschaltet.
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Als zweite Beleuchtungsquellen werden insbesondere organische Leuchtdioden (OLED's) eingesetzt, die die Eigenschaft besitzen, zumindest im ausgeschalteten Zustand nahezu vollständig transparent zu sein.
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In einer weiteren Ausführung wird anstatt oder zusätzlich zum Umschalten zwischen Beleuchtungsquellen unterschiedlichen Streuverhaltens das Umschalten zwischen Beleuchtungsquellen unterschiedlicher Wellenlängen oder Intensität ermöglicht. Durch die Kombination mehrerer Beleuchtungsquellen können dabei auch die den Wellenlängen zugeordneten Farben gemischt werden, wobei als zweite Beleuchtungsquellen solche eingesetzt werden, die auch im eingeschalteten Zustand transparent sind.
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Vorzugsweise wird das Verfahren für Durchlichtbeleuchtungen eingesetzt.
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Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Beleuchtung eines Messobjektes in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest zwei Beleuchtungsquellen, welche nacheinander oder gleichzeitig angesteuert werden, wobei im Beleuchtungsstrahlengang einer ersten Beleuchtungsquelle zumindest eine weitere Beleuchtungsquelle angeordnet ist, die zumindest im ausgeschalteten Zustand von zumindest einem Teil der Beleuchtung der ersten Beleuchtungsquelle durchdrungen wird.
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Es ist vorgesehen, dass eine Steuereinheit zwischen der ersten und zumindest einer der zweiten Beleuchtungen elektrisch gesteuert umschaltet, oder mehrere Beleuchtungsquellen gleichzeitig ein- bzw. ausschaltet.
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Unabhängig hiervon kann die Beleuchtungsquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Intensitäten und/oder Streuverhalten arbeiten.
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Bevorzugterweise erfolgt der Einsatz für eine Durchlichtbeleuchtung und/oder Auflichtbeleuchtung, vorzugsweise im Dunkelfeld und/oder Hellfeld.
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Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Anordnung zur Beleuchtung eines Messobjektes in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest zwei Beleuchtungsquellen, wobei im Beleuchtungsstrahlengang einer ersten Beleuchtungsquelle zumindest eine weitere Beleuchtungsquelle angeordnet ist, die zumindest im ausgeschalteten Zustand von zumindest einem Teil der Beleuchtung der ersten Beleuchtungsquelle durchdrungen wird.
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Auch ist vorgesehen, dass zumindest eine der Beleuchtungsquellen eine gerichtete, vorzugsweise telezentrische, Beleuchtung und zumindest eine der weiteren Beleuchtungsquellen eine ungerichtete, vorzugsweise diffuse, Beleuchtung zur Verfügung stellt.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre kann die erste Beleuchtungsquellen eine gerichtete Beleuchtung und zumindest eine zweite Beleuchtungsquelle eine ungerichtete Beleuchtung zur Verfügung stellen oder die zumindest eine zweite Beleuchtungsquellen eine gerichtete Beleuchtung und die erste Beleuchtungsquelle eine ungerichtete Beleuchtung zur Verfügung stellen.
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Bevorzugterweise wird vorgeschlagen dass die zumindest eine zweite Beleuchtungsquelle eine vorzugsweise dünne OLED ist, welche im nicht leuchtenden Zustand transparent und vorzugsweise im leuchtenden Zustand ebenfalls transparent ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Problematik der Temperaturbeeinflussung beim Messen. Hier sollen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und insbesondere die Möglichkeit geschaffen werden, Messungen durchzuführen, die durch Temperatureinflüsse auf das Sensorsystem nicht verfälscht werden.
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Die Aufgabe wird durch die Erfindung im Wesentlichen dadurch gelöst, dass zur Korrektur der Messergebnisse zumindest eine Temperatur verwendet wird, die dem Sensorsystem zugeordnet ist. Erfindungsgemäß wird zumindest eine Temperatur berücksichtigt, die dem Sensorsystem zugeordnet ist oder einer dieser zugeordneten Einheit. Diese zumindest eine Temperatur wird verwendet, um die relative Lage zwischen Sensorsystem und Werkstück und/oder Sensorsystem und Positionen der Achsen des Koordinatenmessgerätes und/oder der Messwerte des Sensorsystems zu korrigieren.
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Eine Lösungsmöglichkeit sieht vor, dass die Temperaturmessung direkt am Sensorsystem erfolgt. Zumindest ein Temperatursensor wird dabei möglichst nahe dem messenden Element des Sensorsystems, wie beispielsweise der optischen empfindlichen Schicht eines optischen Sensors oder den Messaufnehmern eines taktilen Sensors oder dem Röntgensensor des computertomographischen Sensors befestigt. Ein guter Wärmeübergang zwischen dem messenden Element des Sensorsystems und dem Temperatursensor wird erreicht, indem eine direkte mechanische Kopplung erfolgt, vorzugsweise mit Hilfe eines Oberflächentemperaturfühlers.
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Die Erfindung schlägt des Weiteren ergänzend oder alternativ vor, dass der Temperatursensor nahe dem messenden Element des Sensorsystems befestigt wird. Bei der Auswertung der Temperaturmesssignale wird dabei berücksichtigt, dass Temperaturabweichungen und Verzögerungen bei Temperaturänderungen auftreten, indem ein Offset, eine Skalierung und/oder ein Totzeitsglied in der Korrekturvorschrift berücksichtigt werden.
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Insbesondere wird bei der Korrektur der Messwerte eines optischen oder computertomographischen Sensors, wie vorzugsweise flächenförmig optisch empfindlichen Sensors, zumindest ein Temperatursensor möglichst nahe der optisch empfindlichen Schicht angebracht. Vorzugsweise ist dieser Temperatursensor direkt im optischen Sensor, wie CCD- oder CMOS-Sensor, integriert. Dazu kann der Temperatursensor beispielsweise auf der Platine oder einem thermisch gut leitenden Verbindungsstück befestigt werden, welches direkt mit der empfindlichen Schicht oder nahe dieser angeordnet bzw. befestigt ist, beispielsweise am C-Mount. Die Korrektur der Messwerte des optischen Sensors beinhaltet dabei die Korrektur der Positionen der einzelnen strahlempfindlichen Bereiche wie Pixel zueinander bzw. deren gemessenen Strahlleistung.
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Auch besteht die Möglichkeit, dass erfindungsgemäß mehrere Temperatursensoren eingesetzt werden, um aus den mehreren gemessenen Temperaturen eine Korrektur für die Sensormesswerte und/oder die Position zwischen Sensorsystem und Werkstück und/oder Sensorsystem und Position der Koordinatenachsen des Koordinatenmessgerätes zu bestimmen.
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Zur Steuerung der Korrektur der Messwerte des Sensorsystems kann ein Computerprogramm verwendet werden, das unter Berücksichtigung der Temperaturmesswerte und gegebenenfalls der aktuellen Sensorposition im Koordinatenmessgerät die Messwerte des Sensorsystems korrigiert, vorzugsweise zur Laufzeit oder zumindest nahezu in Echtzeit. Vorzugsweise korrigiert das Computerprogramm die relative Position zwischen Sensorsystem und Werkstück und/oder Sensorsystem und Position der Koordinatenachsen des Koordinatenmessgerätes und/oder den Messsignale des Sensorsystems. Dabei wird eine Korrekturvorschrift verwendet, die den Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen Temperatur und gegebenenfalls Sensorposition und den Ausgangsgrößen, den Messsignale des Sensorsystems oder Position des Sensorsystems bezüglich des Werkstücks und/oder den Koordinatenachsen des Koordinatenmessgerätes, in Form einer analytischen Vorschrift berücksichtigt, vorzugsweise Polynomgleichung oder Polygongleichung.
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Die analytische Vorschrift kann im einfachsten Fall aus der Addition eines Offsets zu den Messwerten der Positionen der Koordinatenachsen und/oder den Messwerten des Sensorsystems bestehen. Dadurch wird berücksichtigt, dass bei Temperaturänderungen beispielsweise eine Drift der Position des Sensorsystems bezüglich des Werkstücks auftritt. Vorzugsweise besteht die analytische Vorschrift, auch zusätzlich, aus einer Skalierung der Messwerte und/oder zumindest einem Totzeitglied. Durch Skalierung der Messwerte wird beispielsweise eine Ausdehnung der Bereiche der strahlempfindlichen Schicht eines optischen Sensors berücksichtigt. Totzeitglieder berücksichtigen die zeitliche Verzögerung zwischen Temperaturänderungen des Sensorsystems und des die Temperatur erfassenden Sensors.
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Vorzugsweise wird das bzw. die Verfahren in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt und/oder die Anordnung in ein Koordinatenmessgerät integriert.
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Die Erfindung zeichnet sich demzufolge u. a. durch ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturen und/oder Geometrie eines Objektes wie Werkstücks mittels zumindest eines Sensorsystems, vorzugsweise optischen und/oder taktilen und/oder optisch taktilen und/oder computertomographischen Sensorsystems aus, wobei zur Korrektur der Messergebnisse zumindest eine Temperatur verwendet wird, die dem Sensorsystem zugeordnet ist.
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Eigenerfinderisch wird vorgeschlagen dass jede Sensorik in X-, Y- und/oder Z-Richtung relativ zu einem Messobjekt positionierbar ist.
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Unabhängig hiervon kann die Korrektur der Messwerte umfassen, dass auf Basis der zumindest einen dem Sensorsystem zugeordneten gemessenen Temperatur, die Relativposition zwischen Sensorsystem und Werkstück und/oder die Relativposition zwischen Sensorsystem und Achspositionen der Bewegungsachsen zur Verstellung der Position zwischen Sensorsystem und Werkstück und/oder der räumliche Versatz zu zumindest einem weiteren Sensorsystem und/oder die Messwerte des Sensorsystems korrigiert werden.
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Bevorzugterweise erfolgt die Korrektur der Messwerte unter Verwendung einer analytischen Vorschrift, vorzugsweise einer Polynomvorschrift oder Polygonvorschrift und/oder einer Skalierung und/oder eines Offsets und/oder eines Totzeitgliedes, wobei als Eingangsgrößen die zumindest eine gemessene dem Sensorsystem zugeordnete Temperatur und die Position des Sensorsystems bezüglich des Werkstücks oder bezüglich der Achspositionen der Bewegungsachsen zur Verstellung der Position zwischen Sensorsystem und Werkstück oder bezüglich zumindest eines weiteren Sensorsystems und/oder die Messwerte des Sensorsystems und als Ausgangsgröße die korrigierte Position des Sensorsystems bezüglich des Werkstücks oder bezüglich der Achspositionen der Bewegungsachsen zur Verstellung der Position zwischen Sensorsystem und Werkstück oder bezüglich zumindest eines weiteren Sensorsystems und/oder die korrigierten Messwerte des Sensorsystems verwendet werden.
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Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass ein erster Wert des räumlichen Versatzes des Sensorsystems zu zumindest einem weiteren Sensorsystem vor der eigentlichen Messung bestimmt wird.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke sieh vor, dass als Sensorsystem zumindest ein Bildverarbeitungssensor und/oder zumindest ein optischer Abstandssensor wie Laserabstandssensor oder Liniensensor oder flächig messender Sensor wie chromatischer oder konfokaler Sensor und/oder zumindest ein schaltender oder messender taktiler Sensor und/oder zumindest ein Tastschnittsensor und/oder zumindest ein optisch-taktiler Sensor und/oder zumindest ein Computertomographiesensor eingesetzt wird.
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Eigenerfinderisch ist vorgesehen, dass zur Korrektur der Messwerte mehrere gemessene Temperaturen verwendet werden, die mittels einer mathematischen Vorschrift kombiniert werden, wobei vorzugsweise zumindest ein Totzeitglied verwendet wird.
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Selbständigen Schutz genießt der Gedanke, dass aus der zumindest einen gemessenen, zumindest einem der Sensorsysteme zugeordneten Temperatur die Messwerte des Sensorsystems, vorzugsweise die Positionen der einzelnen strahlempfindlichen Bereiche wie Pixel zueinander und/oder die von jedem Bereich wie Pixel empfangene Strahlleistung eines optischen Sensorsystems, korrigiert werden.
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Prägendes Merkmal der Erfindung ist auch, dass zur Übermittlung der zumindest einen gemessenen, einem Sensorsystem zugeordneten Temperatur zu einer die Korrektur durchführenden Steuereinheit, die Sensorschnittstelle wie vorzugsweise USB- oder GigE- oder Firewire- oder I2C oder serielle oder parallele Verbindung genutzt wird.
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Erfinderisch ist auch, dass die Korrektur der Messwerte zur Laufzeit der Messung, vorzugsweise in Echtzeit erfolgt.
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Bevorzugterweise wird das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt.
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Eine Anordnung zur Bestimmung von Strukturen und/oder Geometrie eines Objektes mittels zumindest eines Sensorsystems, vorzugsweise optischen und/oder taktilen und/oder optisch-taktilen und/oder computertomographischen Sensorsystems zeichnet sich dadurch aus, dass zur Korrektur der Messergebnisse zumindest ein Temperatursensor integriert wird, der dem Sensorsystem zugeordnet ist.
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Dabei kann jede Sensorik in X-, Y- und/oder Z-Richtung relativ zu einem Messobjekt positionierbar werden.
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Auch besteht die Möglichkeit, dass der zumindest eine Temperatursensor, vorzugsweise Oberflächentemperaturfühler, direkt oder nahe des Sensorelementes angeordnet ist, vorzugsweise in das Sensorsystem integriert ist.
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Ferner sieht die Erfindung vor, dass der zumindest eine Temperatursensor direkt oder nahe des optisch sensitiven Elementes eines optischen Sensors wie Bildverarbeitungssensors angeordnet ist, vorzugsweise direkt oder über ein Zwischenelement mit dem C-Mount des CCD- oder CMOS-Chips einer Kamera verbunden ist.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 eine Ausführungsform eines Koordinatenmessgerätes mit zwei Sensoren und einem kugelförmigen Einmesskörper,
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2 eine erste Ausführungsform mit zwei Beleuchtungsquellen,
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3 eine zweite Ausführungsform mit zwei Beleuchtungsquellen und
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4 eine Ausführungsform eines Koordinatenmessgerätes mit der erfindungsgemäßen Beleuchtung.
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Die 1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 300, welches einen Grundkörper 301, einen zumindest in Richtung des Pfeils 309 beweglichen Messtisch 308 und Sensoren 303 und 304 umfasst, die von einem in zumindest Richtung des Pfeils 306 beweglichen Multisensormesskopf 302 ausgehen. Der in der 1 rechts dargestellte Sensor 304 ist beispielsweise ein taktiler Taster, der in Richtung des Pfeils 305 bewegbar ist, und der Sensor 303 ist beispielsweise ein optischer Abstandssensor. Ein mit beiden Sensoren 303, 304 messbare Einmessnormal 307 ist fest auf dem Messtisch 308 befestigt und wird durch diesen in die jeweilige Stellung zur Messung mit den beiden Sensoren 303 und 304 gebracht. Durch zusätzliche Bewegung des Messkopfes 302 wird die Kugelfläche des Einmesskörpers 307 nacheinander mit beiden Sensoren 304, 304 zumindest punktweise erfasst und daraus der Mittelpunkt der Kugel berechnet. Der Abstand der mit den beiden Sensoren 303, 304 ermittelten Kugelmittelpunkte entspricht dem gesuchten Sensorabstand und wird bei der weiteren Verarbeitung der Messergebnisse, die mit den beiden Sensoren 303, 304 an beliebigen Messobjekten aufgenommen werden, berücksichtigt, die Messergebnisse also entsprechend um den Sensorversatz korrigiert.
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Anstelle des einen Einmessnormals 307 können auch zwei oder mehrere Einmessnormale verwendet werden, die räumlich eindeutig einander zugeordnet sind.
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Als Einmesskörper oder -normal kann z. B. auch ein quaderförmiger Körper verwendet werden. Dieser kann z. B. ein Strichkreuz oder andere geeignete Markierung aufweisen, die auch mehrdimensional sein kann. Dieses Strichkreuz ermöglicht die Bestimmung der X-/Y-Position und die Dicke des Einmesskörpers in Projektionsrichtung des Strich-kreuzes die Z-Position.
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Auch kann z. B. die Ecke eines quaderförmigen Einmesskörpers als eindeutiger Punkt zum Einmessen der verschiedenen Sensoren zueinander verwendet werden.
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Der sich auf die Beleuchtung beziehende Aspekt der Erfindung soll anhand der 2–4 näher erläutert werden. So zeigt die 2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Beleuchtungsquellen, einer ersten Beleuchtungsquelle 401 und einer zweiten Beleuchtungsquelle 402. Die zweite Beleuchtungsquelle 402 befindet sich dabei im Beleuchtungsstrahlengang der ersten Beleuchtungsquelle 401, welche ein Werkstück 403 beleuchtet. Im in 2a) dargestellten ersten Zustand leuchtet die Beleuchtungsquelle 401 mit gerichteter Beleuchtung 404, während die Beleuchtungsquelle 402 ausgeschaltet ist. Im in 2b) dargestellten zweiten Zustand ist die Beleuchtungsquelle 401 ausgeschaltet und die Beleuchtungsquelle 402 beleuchtet mit ungerichteter Beleuchtung 405 bzw. diffus. Zwischen beiden Zuständen wird mit einer elektrischen Steuerung umgeschaltet.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform mit gleicher Anordnung wie in 1 mit dem Unterschied, dass nun die erste Beleuchtungsquelle 401 im ersten Zustand (3a)) diffus und die zweite Beleuchtungsquelle 402 im zweiten Zustand (3b)) gerichtet beleuchtet.
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In 4 ist eine Ausführungsform eines Koordinatenmessgerätes 410 nach dem Prinzip „feste Brücke” mit der erfindungsgemäßen Beleuchtung 401, 402 dargestellt. Das zu messende Werkstück 403 befindet sich dazu auf einem in y-Richtung verschiebbaren Messtisch 405, der an seiner Oberseite durch eine transparente Glasplatte 406 die Auflagefläche für das Werkstück 403 bildet. Die Messung von Eigenschaften des Werkstücks, wie beispielsweise die Lage einer Kante, erfolgt im Beispiel mit einem Bildverarbeitungssensor 407, der die Beleuchtung 404 empfängt. Die Beleuchtung 404 der Beleuchtungsquelle 401 durchdringt dabei die ausgeschaltete transparente Beleuchtungsquelle 402. Am Grundkörper 408 des Koordinatenmessgerätes 410 befindet sich eine fest mit diesem verbundene Brücke 409, an deren oberen Teil ein in x-Richtung verschiebbarer Schieber 411 geführt wird, welcher die in z-Richtung verschiebbare Pinole 412 trägt. An der Pinole 412 ist der Bildverarbeitungssensor 407 befestigt, welcher zur Erfassung der Geometrie bzw. Oberfläche des Werkstücks 403 verwendet wird.
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Die der gesamten Beschreibung zu entnehmenden Merkmale können jeweils für sich schutzbegründend sein, unabhängig davon, ob diese mit weiteren Merkmalen erläutert worden sind, und unabhängig davon, ob die Merkmale als eigenerfinderisch bezeichnet worden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19724739 A [0005]
- DE 102006035179 A [0007]
- EP 1407219 B [0012]
