DE102011001746A1

DE102011001746A1 - Prüfkörper sowie Verfahren zum Einmessen eines Koordinatenmessgerätes

Info

Publication number: DE102011001746A1
Application number: DE201110001746
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verkörperung mehrerer unabhängiger Prüflängen, von denen zumindest zwei Prüflängen in unterschiedlichen Raumrichtungen verlaufen, wobei der Prüfkörper aus modularen Komponenten besteht und die Komponenten so gestapelt oder ineinandersteckbar sind, dass sie zerstörungsfrei zerlegbar und wieder zusammensetzbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verkörperung mehrerer unabhängiger Prüflängen.
Auch nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zum Einmessen und/oder zur Überprüfung der Genauigkeit eines Koordinatenmessgerätes mit Röntgensensor, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgeräte mit taktilem und/oder optischem Sensor und/oder Röntgensensor unter Verwendung mehrerer unabhängiger Prüflängen.
Prüfkörper zum Einmessen und der Überprüfung von Koordinatenmessgeräten mit Computertomografie-Sensor müssen zu messende Prüflängen in sämtlichen Achsrichtungen zur Verfügung stellen. Hierzu müssen in einer Richtung ausgedehnte Prüflängen entweder in verschiedenen Richtungen nacheinander aufgebaut und mehrfach tomografiert werden, wodurch ein hoher Aufwand beim Einmessen und Überprüfen entsteht, oder ein Prüfkörper verwendet werden, der mehrere Längen in einem Teil für verschiedene Richtungen enthält Nachteilig bei bisher bekannten Prüfkörpern, die Prüflängen mehrerer Raumrichtungen enthalten, ist, dass diese aufgrund ihrer hohen Ausdehnung schwieriger zu tomografieren sind. Sogenannte Kugelkalottenwürfel müssen beispielsweise hohe Kantenlängen aufweisen, um verschieden lange Prüflängen in allen Raumrichtungen zur Verfügung zu stellen. Zudem müssen diese Prüfkörper aufwendig in allen drei Dimensionen kalibriert werden. Hierzu ist unter anderem der Einsatz von Dreh-/Schwenkgelenken erforderlich, wodurch die Genauigkeit der Kalibrierung sinkt. Andere verfügbare dreidimensionale Prüfkörper bestehen aus kugelförmigen Elementen, welche durch schmale Verbindungselemente in unterschiedliche räumliche Abstände zueinander gebracht werden. Die für diese Beabstandung notwendigen Verbindungselemente gehen zumeist von einer Grundplatte aus und besitzen oft eine große Länge, wodurch nur eine begrenzte mechanische Stabilität erreicht werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die dem Stand der Technik immanenten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Möglichkeit geschaffen werden, ein Prüfnormal zur Verfügung zu stellen, das im erforderlichen Umfang ein Einmessen und Überprüfen des Koordinatenmessgerätes mit Computertomografie-Sensor ermöglicht. Dabei sollen sowohl konstruktive Vorteile als auch verfahrensmäßige Vereinfachungen gegeben sein.
Zur Lösung der Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen, eine Vorrichtung zur Verkörperung mehrerer unabhängiger Prüflängen, von denen zumindest zwei Prüflängen in unterschiedlichen Raumrichtungen verlaufen, wobei der Prüfkörper aus modularen Komponenten besteht und die Komponenten so gestapelt oder ineinander steckbar sind, dass sie zerstörungsfrei zerlegbar und wieder zusammensetzbar sind.
Ein Verfahren nach der Erfindung zum Einmessen und/oder zur Überprüfung der Genauigkeit eines Koordinatenmessgerätes mit Röntgensensor, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgeräte mit taktilem und/oder optischem Sensor und/oder Röntgensensor unter Verwendung mehrerer unabhängiger Prüflängen zeichnet sich durch einen selbstständigen Lösungsvorschlag dadurch aus, dass der die Prüflängen enthaltende Prüfkörper modular aus Komponenten zusammengesetzt wird, die gestapelt oder ineinander gesteckt werden in der Art, dass die Komponenten zerstörungsfrei zerlegt und wieder zusammengesetzt werden können.
In der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung dieser Nachteile beschrieben. Hierzu wird ein dreidimensionaler Prüfkörper aus mehreren Komponenten zusammengesetzt. Jede der Komponenten enthält Maßverkörperungen, die Prüflängen in ein oder zwei Dimensionen definieren. Diese können sehr genau und einfach kalibriert werden. Anschließend werden die Komponenten zum dreidimensionalen Prüfkörper zusammengesetzt und alle nun enthaltenen Prüflängen in einer einzigen tomografischen Messung erfasst. Anschließend werden die kalibrierten Prüflängen entlang der jeweils einzelnen Komponenten ausgewertet. Zusätzlich ist aber auch eine Auswertung von Prüflängen möglich, die zwischen Maßverkörperungen entlang mehrerer Komponenten vorliegen.
Insbesondere zeichnet sich eine Vorrichtung dadurch aus, dass sich die Prüflängen jeder Komponente in zwei Dimensionen erstrecken und durch das Zusammenfügen der Komponenten nach der Kalibrierung eine dreidimensionale Anordnung erreichbar ist.
Hervorzuhebende Merkmale der Erfindung sind darin zu sehen, dass jede Komponente eine oder mehrere Prüflängen verkörpert, die in einer Ebene liegen, wobei die Ebenen der Komponenten durch Zusammensetzen in unterschiedlichen Richtungen verlaufen und damit Prüflängen in allen drei Raumrichtungen bilden, die vorzugsweise durch eine einzige computertomografische Messung gemeinsam erfassbar sind.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, dass durch das Ineinanderstecken der Komponenten auch innen liegende Prüflängen wie Bohrungen vorliegen.
In besonders bevorzugter Weise wird vorgeschlagen, dass die Komponenten jeweils aus einem Einzelteil eines Werkstoffes oder dem Zusammenbau eines Grundträgers mit mehreren Einzelteilen gebildet sind, wobei jede Komponente eine oder mehrere Prüflängen verkörpert und die Prüflängen einer Komponente jeweils unabhängig von den Prüflängen anderer Komponenten sind.
Ein hervorzuhebender Aspekt der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Maßverkörperungen durch Einzelteile gebildet sind, welche zylindrische Bohrungen oder Halbkugeln enthalten, die in eine Grundplatte eingebracht sind oder dauerhaft mit einer Grundplatte verbunden sind.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Prüflängen zwischen den Mittelpunkten der Maßverkörperungen gebildet sind.
Vorgeschlagen wird des Weiteren, dass die unabhängigen Prüflängen entlang jeder Achse eines kartesischen Koordinatensystems und zusätzlich vorzugsweise entlang von je zwei Diagonalen in xy-, yz- und zx-Ebene, sowie vorzugsweise entlang von vier Raumdiagonalen verlaufen.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die mehreren unabhängigen Prüflängen entlang der Achsen eines zylindrischen Koordinatensystems verlaufen.
Auch zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die einzelnen Komponenten im zusammengesetzten Zustand fixiert sind, wobei vorzugsweise ein Zwischenmaterial geringerer spezifischer Dichte zwischen den einzelnen Komponenten angeordnet wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Komponenten aus einem für die Messung mit Computertomografie kooperativen Werkstoff wie beispielsweise metallische Legierung, Glas, Glaskeramik oder Kunststoff bestehen, der auch für taktile und/oder optische Messungen geeignet ist.
Dabei sollte die Gestalt der Komponenten derart ausgeführt sein, dass diese im nicht zusammengesetzten Zustand mit 2D-Messungen kalibrierbar sind.
Bevorzugterweise sind die Komponenten in einem Schutzgehäuse angeordnet, welches für Optik und Röntgensensor transparent und zur Entnahme der Vorrichtung zu öffnen ist.
Ein Verfahren zum Einmessen und/oder zur Überprüfung der Genauigkeit eines Koordinatenmessgerätes mit Röntgensensor, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgeräte mit taktilem und/oder optischem Sensor und/oder Röntgensensor unter Verwendung mehrerer unabhängiger Prüflängen zeichnet sind insbesondere dadurch aus, dass der die Prüflängen enthaltende Prüfkörper modular aus Komponenten zusammengesetzt wird, die gestapelt oder ineinander gesteckt werden in der Art, dass die Komponenten zerstörungsfrei zerlegt und wieder zusammengesetzt werden können.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die in unterschiedlichen Raumrichtungen vorliegenden Prüflängen der mehreren Komponenten gemeinsam mit einer einzigen röntgentomografischen Messung erfasst und gemessen werden, wobei die mehreren unabhängigen Prüflängen vorzugsweise entlang jeder Achse eines kartesischen Koordinatensystems und zusätzlich vorzugsweise je zwei Diagonalen aus mehreren unabhängigen Prüflängen in xy-, yz- und xz-Ebene, sowie vorzugsweise vier Raumdiagonalen aus mehreren unabhängigen Prüflängen vorliegen und gemessen werden.
Nach einer hervorzuhebenden Lehre ist vorgesehen, dass die den Prüfkörper bildenden Komponenten unabhängig voneinander kalibriert werden, wobei Form, Lage und Abstand der auf den Komponenten aufgebrachten Maßverkörperungen, wie beispielsweise zylindrische Bohrungen oder Halbkugeln, bestimmt werden, vorzugsweise mit einem 2D- oder 3D-Koordinatenmessgerät, besonders bevorzugt mit einem von der Computertomografie abweichenden Sensor wie taktilem oder optischem Sensor oder mit Hilfe eines 2D-Röntgensensors, wobei die Kalibrierung beim Einsatz eines Multisensorkoordinatenmessgerätes vorzugsweise auf dem selben Gerät erfolgt, wie die spätere computertomografische Messung.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass bei der Überprüfung bzw. der Überwachung des Koordinatenmessgerätes der Prüfkörper mit dem Computertomografie-Sensor erfasst wird und der dabei entstehende Volumendatensatz derart ausgewertet wird, dass die Abstände zwischen den Maßverkörperungen bestimmt und mit den Referenzwerten der Kalibrierung verglichen werden.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass Maßverkörperungen, die sich auf jeweils nur einer Komponente befinden, ausgewertet werden und zusätzlich vorzugsweise Maßverkörperungen ausgewertet werden, die sich über eine einzelne Komponente hinweg erstrecken, wie beispielsweise der Abstand zwischen zwei Halbkugeln oder Bohrungen, die sich auf unterschiedlichen Komponenten befinden.
Ein hervorzuhebender Lösungsgedanke sieht vor, dass zusätzlich zu dem zwischen den die Maßverkörperungen bildenden zylindrischen Bohrungen oder Halbkugeln vorliegenden Abstand, der Durchmesser einer einzelnen Maßverkörperung wie zylindrischer Bohrung oder Halbkugel vorzugsweise über zwei Punkte gemessen wird, wobei die Verbindungslinie der beiden Punkte vorzugsweise in Richtung der Verbindungslinie zwischen den zwei ursprünglich gemessenen Maßverkörperungen verläuft.
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 eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Die einzige Figur zeigt einen Prüfkörper 1, der aus den Komponenten 2, 3 und 4 zusammengesetzt ist. Die Größe der Komponenten 2, 3, 4 und eingearbeitete Schlitze in den Komponenten 2 und 4 sind dabei so gewählt, dass diese ineinander gesteckt werden können.
Jede Komponente 2, 3, 4 enthält unabhängige Prüflängen L, die sich jeweils zwischen zwei Maßverkörperungen, in diesem Fall zwischen den Mittelpunkten von zwei zylindrischen Bohrungen 5, erstrecken.
Die Komponente 2 enthält z. B. die Prüflänge L1 und L2, die Komponente 3 z. B. die Prüflängen L3 und L4 und die Komponente 4 z. B. die Prüflängen L5 und L6. Jede Komponente 2, 3, 4 wird einzeln kalibriert. Dadurch liegen jeweils nur zweidimensional angeordnete Prüfkörper vor, die für die Kalibrierung mit einem 2D oder 3D-Koordinatenmessgerät oder einem anderen Längenmessverfahren leicht zugänglich und messbar sind.
Die Komponenten 2, 3, 4 sind im zusammengesetzten Zustand in unterschiedlichen Raumrichtungen angeordnet. Die Komponente 2 erstreckt sich in der y-z-Ebene, die Komponente 3 in der x-y-Ebene und die Komponente 4 in der x-z-Ebene. Dadurch verlaufen auch die jeweils zur Verfügung gestellten Prüflängen, z. B. L1 bis L6, in unterschiedlichen Richtungen im Raum.
Der gesamte Prüfkörper 1 wird im zusammengesetzten Zustand tomografiert. Dabei werden die in sämtlichen Raumrichtungen vorliegenden Prüflängen mit einer Messung erfasst und ausgewertet. Alternativ wird der zusammengesetzte Prüfkörper 1 auch in mehreren Einzelmessungen tomografiert, deren Ergebnisse zu einem Gesamtmessergebnis zusammengesetzt werden.
Zusätzlich können auch Prüflängen ausgewertet werden, die zwischen den Maßverkörperungen zweier Komponenten verlaufen, wie beispielsweise die Prüflänge L7, die zwischen den Komponenten 3 und 4 verläuft.

Claims

Vorrichtung zur Verkörperung mehrerer unabhängiger Prüflängen, von denen zumindest zwei Prüflängen in unterschiedlichen Raumrichtungen verlaufen, wobei der Prüfkörper aus modularen Komponenten besteht und die Komponenten so gestapelt oder ineinandersteckbar sind, dass sie zerstörungsfrei zerlegbar und wieder zusammensetzbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Prüflängen jeder Komponente in zwei Dimensionen erstrecken und durch das Zusammenfügen der Komponenten nach der Kalibrierung eine dreidimensionale Anordnung erreichbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Komponente eine oder mehrere Prüflängen verkörpert, die in einer Ebene liegen, wobei die Ebenen der Komponenten durch Zusammensetzen in unterschiedlichen Richtungen verlaufen und damit Prüflängen in allen drei Raumrichtungen bilden, die vorzugsweise durch eine einzige computertomografische Messung gemeinsam erfassbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Ineinanderstecken der Komponenten auch innen liegende Prüflängen wie Bohrungen vorliegen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten jeweils aus einem Einzelteil eines Werkstoffes oder dem Zusammenbau eines Grundträgers mit mehreren Einzelteilen gebildet sind, wobei jede Komponente eine oder mehrere Prüflängen verkörpert und die Prüflängen einer Komponente jeweils unabhängig von den Prüflängen anderer Komponenten sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperungen durch Einzelteile gebildet sind, welche zylindrische Bohrungen oder Halbkugeln enthalten, die in eine Grundplatte eingebracht sind oder dauerhaft mit einer Grundplatte verbunden sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüflängen zwischen den Mittelpunkten der Maßverkörperungen gebildet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unabhängigen Prüflängen entlang jeder Achse eines kartesischen Koordinatensystems und zusätzlich vorzugsweise entlang von je zwei Diagonalen in xy-, yz- und zx-Ebene, sowie vorzugsweise entlang von vier Raumdiagonalen verlaufen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren unabhängigen Prüflängen entlang der Achsen eines zylindrischen Koordinatensystems verlaufen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Komponenten im zusammengesetzten Zustand fixiert sind, wobei vorzugsweise ein Zwischenmaterial geringerer spezifischer Dichte zwischen den einzelnen Komponenten angeordnet wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten aus einem für die Messung mit Computertomografie kooperativen Werkstoff wie beispielsweise metallische Legierung, Glas, Glaskeramik oder Kunststoff bestehen, der auch für taktile und/oder optische Messungen geeignet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Komponenten derart ausgeführt ist, dass diese im nicht zusammengesetzten Zustand mit 2D-Messungen kalibrierbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in einem Schutzgehäuse angeordnet sind, welches für Optik und Röntgensensor transparent und zur Entnahme der Vorrichtung zu öffnen ist.
Verfahren zum Einmessen und/oder zur Überprüfung der Genauigkeit eines Koordinatenmessgerätes mit Röntgensensor, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgeräte mit taktilem und/oder optischem Sensor und/oder Röntgensensor unter Verwendung mehrerer unabhängiger Prüflängen, dadurch gekennzeichnet, dass der die Prüflängen enthaltende Prüfkörper modular aus Komponenten zusammengesetzt wird, die gestapelt oder ineinander gesteckt werden in der Art, dass die Komponenten zerstörungsfrei zerlegt und wieder zusammengesetzt werden können.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in unterschiedlichen Raumrichtungen vorliegenden Prüflängen der mehreren Komponenten gemeinsam mit einer einzigen röntgentomografischen Messung erfasst und gemessen werden, wobei die mehreren unabhängigen Prüflängen vorzugsweise entlang jeder Achse eines kartesischen Koordinatensystems und zusätzlich vorzugsweise je zwei Diagonalen aus mehreren unabhängigen Prüflängen in xy-, yz- und xz-Ebene, sowie vorzugsweise vier Raumdiagonalen aus mehreren unabhängigen Prüflängen vorliegen und gemessen werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die den Prüfkörper bildenden Komponenten unabhängig voneinander kalibriert werden, wobei Form, Lage und Abstand der auf den Komponenten aufgebrachten Maßverkörperungen, wie beispielsweise zylindrische Bohrungen oder Halbkugeln, bestimmt werden, vorzugsweise mit einem 2D- oder 3D-Koordinatenmessgerät, besonders bevorzugt mit einem von der Computertomografie abweichenden Sensor wie taktilem oder optischem Sensor oder mit Hilfe eines 2D-Röntgensensors, wobei die Kalibrierung beim Einsatz eines Multisensorkoordinatenmessgerätes vorzugsweise auf dem selben Gerät erfolgt, wie die spätere computertomografische Messung.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung bzw. der Überwachung des Koordinatenmessgerätes der Prüfkörper mit dem Computertomografie-Sensor erfasst wird und der dabei entstehende Volumendatensatz derart ausgewertet wird, dass die Abstände zwischen den Maßverkörperungen bestimmt und mit den Referenzwerten der Kalibrierung verglichen werden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Maßverkörperungen, die sich auf jeweils nur einer Komponente befinden, ausgewertet werden und zusätzlich vorzugsweise Maßverkörperungen ausgewertet werden, die sich aber eine einzelne Komponente hinweg erstrecken, wie beispielsweise der Abstand zwischen zwei Halbkugeln oder Bohrungen, die sich auf unterschiedlichen Komponenten befinden.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem zwischen den die Maßverkörperungen bildenden zylindrischen Bohrungen oder Halbkugeln vorliegenden Abstand, der Durchmesser einer einzelnen Maßverkörperung wie zylindrischer Bohrung oder Halbkugel vorzugsweise aber zwei Punkte gemessen wird, wobei die Verbindungslinie der beiden Punkte vorzugsweise in Richtung der Verbindungslinie zwischen den zwei ursprünglich gemessenen Maßverkörperungen verläuft.
Verwendung der Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13 für ein Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 19.