DE102012222250A1

DE102012222250A1 - Device for measuring three-dimensional coordinates at object for navigation in e.g. airplane, has position detection sensors designed as inertial sensors in form of translatory acceleration sensors to detect translations in X-Y-Z directions

Info

Publication number: DE102012222250A1
Application number: DE102012222250A
Authority: DE
Inventors: Martin Knauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-06-13

Abstract

The device (1) has position detection sensors arranged in a defined position to a measuring head (10). A processor (80) detects and evaluates positional data of a sensing device (12) in a scanning operation at an object (100) from values of the sensors. The sensors are designed as inertial sensors in form of translatory acceleration sensors for detection of translations in X-Y-Z directions and rotations around X, Y and z-axes. A detection device is provided for detecting height values of peak height, and an evaluation device acts as a filter for computation of the positional data. Independent claims are also included for the following: (1) a method for operating a coordinate measurement device (2) a computer program product comprising instructions to perform a method for operating a coordinate measurement device.

Description

Stand der Technik State of the art

Die Erfindung bezieht sich auf eine Koordinatenmessvorrichtung zum Messen von dreidimensionalen Koordinaten an einem dreidimensionalen Objekt mit einem Messkopf mit einer Tasteinrichtung, mit Positionserfassungssensoren, die in einer definierten Lage zum Messkopf angeordnet sind und einem Rechner zum Erfassen und Auswerten von Positionsdaten der Tasteinrichtung in einem Abtastvorgang am Objekt aus Werten von den Positionserfassungssensoren. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung mit einem Messkopf mit einer Tasteinrichtung, wobei die Lage der Tasteinrichtung und Messkopf durch Positionserfassungssensoren erfasst wird und bei einem Abtasten eines dreidimensionalen Objekts mittels der Tasteinrichtung ein Abtastpunkt in einem Rechner gespeichert wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogrammprodukt. The invention relates to a coordinate measuring device for measuring three-dimensional coordinates on a three-dimensional object with a measuring head with a sensing device, with position detecting sensors, which are arranged in a defined position to the measuring head and a computer for detecting and evaluating position data of the sensing device in a scanning on Object of values from the position detection sensors. The invention relates to a method for operating a coordinate measuring device with a measuring head with a sensing device, wherein the position of the sensing device and the measuring head is detected by position detection sensors and in a scan of a three-dimensional object by means of the sensing device, a sampling point is stored in a computer. The invention also relates to a computer program product.

Um ein dreidimensionales Objekt auf Herstellungsqualität gegenüber Soll-Geometriemaßen, in Form von Zeichnungen oder CAD-Daten zu überprüfen oder die Geometrie eines Objekts zu digitalisieren, ist es bekannt eine dreidimensionale Koordinatenmessmaschine einzusetzen. Hierzu wird das Objekt mit einem Taster von der Messmaschine an verschiedenen, vorzugsweise charakteristischen Punkten abgetastet, die Tastpunkte werden von der Messmaschine in dreidimensionale Daten umgewandelt und von einer Anwendungssoftware in einem Hostcomputer als Ist-Daten aufgenommen und gegebenenfalls mit Soll-CAD-Daten des Objekts verglichen. Aus dem Vergleich der Daten wird auf die Herstellungsqualität des Objekts geschlossen und geprüft, ob das Objekt den Qualitätsanforderungen entspricht. In order to check a three-dimensional object on production quality compared to target geometrical dimensions, in the form of drawings or CAD data or to digitize the geometry of an object, it is known to use a three-dimensional coordinate measuring machine. For this purpose, the object is scanned with a button of the measuring machine at different, preferably characteristic points, the tactile points are converted by the measuring machine into three-dimensional data and recorded by an application software in a host computer as actual data and optionally with target CAD data of the object compared. From the comparison of the data is concluded on the manufacturing quality of the object and checked whether the object meets the quality requirements.

Es gibt Ständermessmaschinen, die entweder elektrisch oder manuell in drei Koordinaten verfahrbar sind. Ferner sind tragbare dreidimensional messende Messmaschinen mit einem Hostcomputer und Anwendungssoftware von der Firma Faro bekannt. There are stand measuring machines that can be moved either electrically or manually in three coordinates. Furthermore, portable three-dimensional measuring machines are known with a host computer and application software from Faro.

Es sind inertiale Messsysteme bekannt, die mit Inertialsensoren arbeiten. Durch eine Kombination mehrerer Inertialsensoren in einer inertialen Messeinheit werden die Beschleunigungen von sechs Freiheitsgraden, drei Rotationen und drei Translationen, gemessen. Durch Integration über die Zeit kann aus der Beschleunigung auf die Geschwindigkeit und einer weiterer Integration über die Zeit auf die Wegstrecke geschlossen werden, die in Form von Vektoren auf addiert werden, um eine genaue Position zu erfassen. There are known inertial measuring systems that work with inertial sensors. By combining several inertial sensors in an inertial measuring unit, the accelerations of six degrees of freedom, three rotations and three translations are measured. Through integration over time, it is possible to deduce from acceleration to speed and further integration over time the distance to be added in the form of vectors in order to detect an exact position.

Die JP 09257461 A beschreibt eine dreidimensionale Koordinaten-Messvorrichtung mit drei Beschleunigungssensoren und drei Gyroskop-Sensoren für die X-, Y, und Z-Achse. Jeder Beschleunigungs- und Gyro-Sensor ist geometrisch auf einer anderen Ebene angeordnet, wobei jede der drei Ebenen zueinander rechtwinklig angeordnet ist. The JP 09257461 A describes a three-dimensional coordinate measuring device with three acceleration sensors and three gyroscope sensors for the X, Y, and Z axes. Each acceleration and gyro sensor is geometrically arranged on a different plane, with each of the three planes being arranged at right angles to each other.

Ferner sind Beschleunigungssensoren im Miniaturformat, insbesondere auf Basis der Piezotechnologie, als mikro-elektronische-mechanische Systeme, kurz MEMS, bekannt. Furthermore, acceleration sensors in miniature format, in particular based on piezo technology, are known as microelectronic-mechanical systems, or MEMS for short.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Messvorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt der Eingangs genannten Art derart weiterzubilden, so dass ein dreidimensionales Messen eines Objekts vereinfacht wird. It is an object of the present invention to develop a measuring device, a method and a computer program product of the type mentioned above in such a way that a three-dimensional measurement of an object is simplified.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 10 und 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. According to the invention the object is achieved by the subject matter of patent claims 1, 10 and 15. Advantageous developments emerge from the dependent claims.

Es ist ein Gedanke der Erfindung, ein inertiales Messsystem, dass zur Navigation beispielsweise in Flugzeugen oder Raketen bekannt ist in einer Koordinatenmessvorrichtung einzusetzen. It is an idea of the invention to use an inertial measuring system known for navigation in, for example, aircraft or rockets in a coordinate measuring apparatus.

Die Erfindung wird mit einer Koordinatenmessvorrichtung dadurch gelöst, dass die Positionserfassungssensoren als Inertialsensoren in Form von Beschleunigungsensoren zur Erfassung von translatorischen Bewegungen in X-Y-Z Richtung und Rotationen um eine X-, Y- und Z-Achse und ein Zeitgeber im Messkopf ausgebildet sind. Inertialsensoren sind Trägheitssensoren. Inertialsensoren haben gegenüber herkömmlichen Sensoren, wie sie beispielsweise in einer dreidimensionalen Ständermessmaschine oder einer mobilen Messmaschine mit einem Messarm ausgebildet sind, den Vorteil, dass eine hochpräzise und aufwendige Mechanik weggelassen werden kann und diese durch die Inertialsensoren in Verbindung mit einem Auswerterechner kompensiert werden. Somit ist die Koordinatenmessvorrichtung leicht, klein und transportabel und erfordert nur wenige spezifische Bauteile. The invention is achieved with a coordinate measuring apparatus in that the position detection sensors are designed as inertial sensors in the form of acceleration sensors for detecting translational movements in the X-Y-Z direction and rotations about an X, Y and Z axis and a timer in the measuring head. Inertial sensors are inertial sensors. Inertial sensors have compared to conventional sensors, such as those formed in a three-dimensional stand measuring machine or a mobile measuring machine with a measuring arm, the advantage that a high-precision and complex mechanism can be omitted and these are compensated by the inertial sensors in conjunction with an evaluation computer. Thus, the coordinate measuring apparatus is light, small and portable and requires only a few specific components.

Erfindungsgemäß umfasst die Koordinationsvorrichtung ein GPS-Modul (Einrichtung zur Erfassung der Meereshöhe) um die Höhe zum Meeresspiegel zu erfassen, da die Erdbeschleunigung bei unterschiedlicher NN-Höhe verschieden ist, und bereits z. B. bei 50 Höhenmetern zu deutlich ungenaueren, nicht brauchbaren Ergebnissen führt. Die Erdbeschleunigung kann über eine mathematische Formel aus der NN-Höhe bestimmt werden oder aus einer Nachschlagetabelle mit Annäherungsfunktion herausgelesen werden. Bevorzugt ist die Einrichtung als GPS-Modul ausgebildet zur automatischen Erfassung. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine manuelle Eingabe erfolgen. Ferner ist eine Auswertevorrichtung vorgesehen, um die gemessenen Positionsdaten bezüglich der Erdbeschleunigung zu filtern und somit die Qualität der Positionsdaten zur Verwendung zu sichern. According to the invention the coordination device comprises a GPS module (device for detecting the altitude) to detect the height to the sea level, since the gravitational acceleration at different NN level is different, and already z. B. at 50 meters altitude leads to significantly inaccurate, not useful results. The acceleration due to gravity can be determined from the NN altitude using a mathematical formula or from a look-up table with an approximation function be read out. Preferably, the device is designed as a GPS module for automatic detection. Alternatively or additionally, a manual input can also be made. Furthermore, an evaluation device is provided in order to filter the measured position data relating to the gravitational acceleration and thus to ensure the quality of the position data for use.

Um alle sechs Freiheitsgrade zu erfassen, umfassen vorzugsweise die Inertialsensoren ausschließlich Beschleunigungssensoren, zur Messung von linearen Bewegungen in einem dreidimensionalen x-y-z-Koordinatensystem, wobei sowohl translatorische als auch rotatorische Bewegungen erfasst werden. In order to detect all six degrees of freedom, the inertial sensors preferably comprise exclusively acceleration sensors for measuring linear movements in a three-dimensional x-y-z coordinate system, wherein both translational and rotational movements are detected.

Dadurch sind die erfassten Positionswerte deutlich genauer als mit einer Kombination von Gyrosensoren gemäß dem Eingangs beschriebenen Stand der Technik.. Somit ist jede Bewegung des Messkopfs und der Tasteinrichtung erfassbar. Ferner ist im Messkopf in der Steuerelektronik ein Zeitgeber in Form eines Zeitchips ausgebildet, der zu den Werten der Beschleunigungssensoren einen synchronen hochgenauen Zeitstempel liefert und somit die Bewegungen des Messkopfes durch zweifache Ableitung über die Zeitdifferenz als Vektor darstellbar und somit die Wegänderungen von einem herkömmlichen Rechner mittels eines Programms berechenbar sind. Diese Ausgestaltung hat überraschenderweise gezeigt, dass die Genauigkeit um den Faktor ca.1000 höher ist, als wenn ein Zeitgeber eingesetzt wird, der in einem stationären Rechner vorhanden ist und als Zeitstempel verwendet wird. Somit lässt sich hochpräzise eine Objekt bzw. ein Objektabstand hinreichend genau erfassen. Die Auflösung des Zeitgebers in dem Messkopf ist höher als bei Verwendung eines Zeitgebers von einem Rechner. Ferner ist die Fehlertoleranz deutlich niedriger. As a result, the detected position values are significantly more accurate than with a combination of gyro sensors according to the prior art described in the introduction. Thus, any movement of the measuring head and of the sensing device is detectable. Further, in the measuring head in the control electronics, a timer in the form of a time chip is formed, which provides a synchronous highly accurate time stamp to the values of the acceleration sensors and thus the movements of the measuring head by two-time derivation over the time difference as a vector representable and thus the path changes from a conventional computer means of a program are predictable. This embodiment has surprisingly shown that the accuracy is about 1000 times higher than when a timer is used, which is present in a stationary computer and is used as a time stamp. Thus, an object or object distance can be detected with high precision with sufficient accuracy. The resolution of the timer in the probe is higher than when using a timer from a computer. Furthermore, the fault tolerance is significantly lower.

Weiterbevorzugt, wird ein bereits in einer Steuerelektronik vorhandener Zeitgeber im Messkopf eingesetzt. Die Steuerelektronik ist für die Positionserfassungssensoren für die Kommunikation mit dem Rechner als Erfassungs- und Auswertevorrichtung vorgesehen. More preferably, an already existing in an electronic control unit timer is used in the measuring head. The control electronics is provided for the position detection sensors for communication with the computer as a detection and evaluation device.

Die Erfindung wird mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass von als Inertialsensoren in Form von translatorischen Beschleunigungssensoren ausgebildete Positionserfassungssensoren Werte in Form von X-Y-Z-Beschleunigungsvektoren und Lageänderungsvektoren erzeugt werden, den Vektoren Zeitstempel von einem Zeitgeber im Messkopf hinzugefügt werden, so das die Werte zweimal über die Zeitdifferenz zweier erfasster Beschleunigungsvektoren von dem Rechner ausgewertet und addiert werden, und somit Positionen der Tasteinrichtung, insbesondere an Abtastpunkten, ausgehend von einem definierten Ort durch Lage- und Ausrichtungsänderungen vom Rechner ausgewertet werden. Die Inertialsensoren sind vorzugsweise elektronische Sensoren, die ein elektrisches Messsignal liefern, dass durch eine Datenaufbereitung in Beschleunigungsvektoren und Rotationsvektoren umgewandelt wird. Die Inertialsensoren sind heute in Miniaturausführung am Markt verfügbar. Als Inertialsensoren sind translatorische ein, zwei oder drei-Achs Beschleunigungssensoren bekannt. Aufgrund der geringen Baugröße und den niedrigen Kosten sind als Inertialsensoren auf Quarzbasis hierzu bevorzugt. The invention is achieved with a method by generating values in the form of XYZ acceleration vectors and position change vectors from position sensors formed as inertial sensors in the form of translational acceleration sensors, to which vectors are added timestamps by a timer in the measuring head, so that the values are twice the Time difference between two detected acceleration vectors are evaluated and added by the computer, and thus positions of the sensing device, in particular at sampling points, starting from a defined location by position and orientation changes are evaluated by the computer. The inertial sensors are preferably electronic sensors that provide an electrical measurement signal that is converted by data processing into acceleration vectors and rotation vectors. The inertial sensors are now available in miniature on the market. As inertial sensors translational one, two or three-axis acceleration sensors are known. Due to the small size and the low cost are preferred as inertial sensors based on quartz.

Um eine möglichst sichere Signalübertragung vom Messkopf zum Rechner zu erreichen, ist der Messkopf über ein Datenkabel zur Informationsübertragung mit dem Rechner verbunden. In order to achieve the most reliable possible signal transmission from the measuring head to the computer, the measuring head is connected to the computer via a data cable for transmitting information.

Um eine hochgenaue Messung, unabhängig von einer Oberflächenbeschaffenheit des zu messenden Objekts zu erzielen, ist die Tasteinrichtung als Tastspitze zum berührenden, mechanischen Abtasten des Objekts ausgebildet. Es können somit Messpunkte genauer definiert werden. Ferner kommt es auf die Oberflächensauberkeit nicht darauf an, da Messpunkte bzw. Abtastpunkte mechanisch abgetastet werden. In order to achieve a highly accurate measurement, regardless of a surface condition of the object to be measured, the sensing device is designed as a stylus tip for touching, mechanical scanning of the object. Thus, measuring points can be defined more precisely. Furthermore, surface cleanliness is not important since measuring points or sampling points are scanned mechanically.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Koordinatenmessvorrichtung mit einer Übertragungseinrichtung zur drahtlosen Übertragung von Messdaten zwischen Messkopf und Rechner ausgebildet. Die drahtlose Übertragung der Messdaten hat den Vorteil, dass der Messkopf am zu messenden Objekt frei mit der Tastspitze bewegbar ist. Ein so genannter Kabelsalat wird verhindert. Die Handhabung ist vereinfacht, da auf ein Kabel und eine bestimmte Kabellänge nicht geachtet werden muss. Die drahtlose Übertragungseinrichtung kann jede bekannte drahtlose Übertragungsmethode umfassen, beispielsweise WLan, bluetooth, WiFi oder andere bekannte drahtlose Übertragungsverfahren. According to a further preferred embodiment, the coordinate measuring device is designed with a transmission device for the wireless transmission of measured data between the measuring head and the computer. The wireless transmission of the measured data has the advantage that the measuring head on the object to be measured is freely movable with the probe tip. A so-called cable salad is prevented. The handling is simplified because it does not have to pay attention to a cable and a certain cable length. The wireless transmission device may comprise any known wireless transmission method, such as WLAN, bluetooth, WiFi or other known wireless transmission methods.

Bevorzugt umfasst der Messkopf mindestens drei, insbesondere vier, translatorische 3-Achs-Beschleunigungssensoren zur Messung von linearen Bewegungen in dreidimensionalen x-y-z-Koordinaten sowie deren Rotation. Um die mindestens sechs Freiheitsgrade des Messkopfs zu erfassen, würde es theoretisch ausreichen, zwei 3-Achs-Beschleunigungssensoren einzusetzen. Mit drei Beschleunigungssensoren verbessert sich die Sicherheit und mit einem vierten translatorischen Beschleunigungssensor ist eine weitere Sicherheit gegeben, mit dem gegebenenfalls Messergebnisse verifiziert und/oder gemittelt werden können. Preferably, the measuring head comprises at least three, in particular four, translational 3-axis acceleration sensors for measuring linear movements in three-dimensional x-y-z coordinates and their rotation. In theory, it would be sufficient to use two 3-axis accelerometers in order to detect the at least six degrees of freedom of the measuring head. Safety is improved with three acceleration sensors, and with a fourth translational acceleration sensor, additional safety is provided with which, if necessary, measurement results can be verified and / or averaged.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildende Ausführungsform sind jeweils zwei Beschleunigungssensoren im Rechtenwinkel im Wesentlichen auf einer Ebene angeordnet, und insbesondere die Mittelpunkte zu einer 45-Grad-Achse versetzt angeordnet sind. Somit wird ein dreidimensionaler Raum besser aufgespannt. Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform sind die zwei Beschleunigungssensoren Paare auf parallelen Ebenen besonders bevorzugt spiegelbildlich zueinander angeordnet. Somit kann ein rechnerischer Tetraeder im Raum aufgestellt werden. According to an embodiment which further develops the invention, two acceleration sensors are in each case substantially at right angles arranged a plane, and in particular the centers are arranged offset to a 45-degree axis. Thus, a three-dimensional space is better spanned. According to an embodiment further developing the invention, the two acceleration sensors pairs on parallel planes are particularly preferably arranged mirror-inverted relative to one another. Thus, a computational tetrahedron can be placed in space.

Um Bewegungen des Messkopfes noch exakter zu detektieren und somit die Messgenauigkeit zu verbessern, sind bevorzugt die Paare der Beschleunigungssensoren jeweils an gegenüberliegenden Enden des Netzkopfes angeordnet. In order to detect movements of the measuring head even more precisely and thus to improve the measuring accuracy, the pairs of the acceleration sensors are preferably arranged in each case at opposite ends of the network head.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Tasteinrichtung eine optische berührungslose, insbesondere mit einem Laser-Licht ausgebildete, Messeinrichtung. Dies hat den Vorteil, dass Konturen und gebogene Linien so genannte Freiformen berührungslos besser digitalisiert aufgenommen werden können. Ferner können auch labile Teile berührungslos erfasst werden. Berührungsloses Abtasten hat den weiteren Vorteil, das das Objekt keine Abdruckstellen aufweist, insbesondere können Positionen erfasst werden, die mit einer mechanischen Tastspitze schwer oder nicht zugänglich sind. According to a preferred embodiment, the sensing device comprises an optical non-contact, in particular with a laser light, measuring device. This has the advantage that contours and curved lines so-called free forms can be recorded better digitized without contact. Furthermore, even labile parts can be detected without contact. Non-contact scanning has the further advantage that the object has no impression points, in particular positions can be detected that are difficult or impossible to access with a mechanical stylus tip.

Weiter bevorzugt ist die Koordinatenmessvorrichtung mit einer Übertragungseinrichtung, besonders bevorzugt nach einem IEEE 802.11 -drahtlosen Übertragungsstandard, insbesondere auf 2,4 GHz Technologiebasis, zur drahtlosen Übertragung von Messdaten zwischen Messkopf und Rechner mit einer Reichweite von ca. drei Metern vorzugsweise 10 Metern, besonders bevorzugt 30 Metern ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine aufwendige lange Kabeltrommel nicht vorgesehen werden muss und die Koordinatenmessvorrichtung als portable Koordinatenmessvorrichtung betrieben kann. Außerdem ist sie bezüglich einem Volumen des Objekts deutlich freier, als das definierte und festgelegte Volumen eines Objekts bei Ständermessmaschinen oder Messmaschinen mit einem portablen Messarm. Somit können auch kostengünstig große dreidimensionale Objekte, ebenso wie kleine Objekte mit ein und der selben Koordinatenmessvorrichtung leicht gemessen werden. More preferably, the coordinate measuring device with a transmission device, particularly preferably according to one IEEE 802.11 Wireless transmission standard, in particular based on 2.4 GHz technology, designed for the wireless transmission of measurement data between the measuring head and computer with a range of about three meters, preferably 10 meters, more preferably 30 meters. This has the advantage that a complex long cable drum does not have to be provided and the coordinate measuring device can be operated as a portable coordinate measuring device. In addition, it is significantly freer with respect to a volume of the object than the defined and fixed volume of an object in the case of stand measuring machines or measuring machines with a portable measuring arm. Thus, even large-scale three-dimensional objects, as well as small objects with one and the same coordinate measuring device, can be easily measured.

Um die Handhabung der Koordinatenmessvorrichtung zu vereinfachen, ist vorzugsweise der Messkopf stiftförmig ausgebildet. Ein Messstift hat den Vorteil, dass er leicht in der Hand zu führen ist beispielsweise in Form eines vergrößerten Kugelschreibers, wobei die Tastspitze eine dem Kugelschreiber ähnliche Kugel mit nach geschaltetem Schalter oder Taster sein kann. Das Objekt wird also manuell mit der Koordinatenmessvorrichtung abgetastet. In order to simplify the handling of the coordinate measuring device, preferably, the measuring head is formed pin-shaped. A measuring pin has the advantage that it is easy to guide in the hand, for example in the form of an enlarged ballpoint pen, wherein the stylus tip can be a ballpoint pen similar ball with switched after switch or button. The object is thus scanned manually with the coordinate measuring device.

Vorzugsweise werden die Positionsdaten und Abtastpunkte zwischen Messkopf und Rechner kabellos übertragen, wobei insbesondere ein Bezugspunkt und eine Bezugslage zur Justierung vor- und besonders bevorzugt nach dem Messen des Objekts vom Messkopf mit der Tastspitze eingenommen werden. Somit wird vor dem Messen das Messsystem inertialisiert und um die Fehlerrate zu reduzieren wird der Messkopf mit der Tastspitze zumindest nach dem Messen wieder in die Bezugslage mit Bezugspunkt gebracht, um eine Mittelwertbildung der Fehler zu erreichen. Preferably, the position data and sampling points between the measuring head and the computer are transmitted wirelessly, wherein in particular a reference point and a reference position for adjustment are preferred and particularly preferred after measuring the object from the measuring head with the probe tip. Thus, prior to measuring, the measuring system is inertialized and in order to reduce the error rate, the measuring head with the probe tip is returned to the reference position with reference point, at least after the measurement, in order to achieve an averaging of the errors.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Koordinatenmessvorrichtung mit einem zweiten Messkopf ausgebildet, wobei der zweite Messkopf mit dem zu vermessenden Objekt fest verbindbar ist. Ein zweiter Messkopf hat den Vorteil, dass das zu vermessende Objekt nicht statisch fixiert werden muss, sondern nur der zweite Messkopf mit dem Objekt. Somit kann während eines Messvorgangs das Objekt dynamisch verschoben bzw. bewegt werden, wenn zum Beispiel eine exakte Fixierung nicht möglich ist, weil eine exakte Lagerung nicht gewährleistet ist. Somit können Maße am zu vermessenden Objekt noch genauer und sicherer erfasst werden. According to an embodiment further developing the invention, the coordinate measuring device is designed with a second measuring head, wherein the second measuring head is firmly connectable to the object to be measured. A second measuring head has the advantage that the object to be measured does not have to be statically fixed, but only the second measuring head with the object. Thus, during a measuring process, the object can be moved or moved dynamically, for example, if an exact fixation is not possible because an exact storage is not guaranteed. Thus, dimensions on the object to be measured can be detected even more accurately and safely.

Gemäß eines weiter bevorzugten Verfahrens wird der Bezugspunkt mit Bezugslage in regelmäßigen Abständen während des Messvorgangs eingenommen, um eine sich aufaddierende Fehlerrate zu minimieren. According to a further preferred method, the datum reference point is taken at regular intervals during the measuring operation in order to minimize an adding error rate.

Um sicher dreidimensionale Bewegungen des Messkopfs zu erfassen, wird gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens von mindestens drei Beschleunigungssensoren rechnerisch ein dreidimensionaler rechteckförmiger Tetraeder aufgespannt, wobei der Tetraeder, durch eine spezielle Geometrieanordnung der mindestens drei Beschleunigungssensoren entsteht. Somit kann sicher die Translation und die Rotation des Messkopfes über Bewegungssensoren erfasst werden. In order to reliably detect three-dimensional movements of the measuring head, according to the method of the invention, at least three acceleration sensors arithmetically set up a three-dimensional rectangular tetrahedron, the tetrahedron being formed by a special geometry arrangement of the at least three acceleration sensors. Thus, the translation and the rotation of the measuring head can certainly be detected via motion sensors.

Um den Anforderungen einer Koordinatenmessvorrichtung gerecht zu werden, werden vorzugsweise die Abtastpunkte mit einer Genauigkeit von 0,2 mm/10m insbesondere 0,1 mm/10m gemessen, wobei Zeitwerte von einem Zeitgeber im Messkopf insbesondere von der Steuerelektronik im Messkopf in Verbindung mit den Messwerten der Beschleunigungswerte ausgewertet werden. Der Zeitgeber der Steuerelektronik des Messkopfes liefert eine sehr hohe Auflösung, die deutlich genauer ist, als Zeitwerte aus einem Rechner wären. Somit wird die Fehlerrate deutlich reduziert und unterschiedliche Laufzeiten und Taktungen ebenfalls reduziert, da die Taktrate besonders bevorzugt des Zeitgebers mit denen der Werte der Beschleunigungssensoren identisch ist. In order to meet the requirements of a coordinate measuring device, the sampling points are preferably measured with an accuracy of 0.2 mm / 10m, in particular 0.1 mm / 10m, with time values from a timer in the measuring head, in particular from the control electronics in the measuring head in conjunction with the measured values the acceleration values are evaluated. The timer of the control electronics of the measuring head provides a very high resolution, which is much more accurate than time values from a computer would be. Thus, the error rate is significantly reduced and different run times and clocks also reduced because the clock rate particularly preferred of the timer with the values of the acceleration sensors are identical.

Die hohe Genauigkeit der Abtastpunkte wird vor allem deshalb erreicht, da Beschleunigungssensoren im Mikroformat verfügbar sind, die beispielsweise Sensitivitäten von +/–2g bei 10-Bit Auflösung im Bereich von 230–280 LSB/g erreichen wobei ein Temperaturfehler lediglich bei +/–0,01 %/°C auftritt. Ferner können die Mikro Beschleunigungssensoren mit einer Ausgabe-Datenrate (ODR) größer 100 Hz beispielsweise bis ca. 3200 Hz arbeiten. Ferner sind Beschleunigungssensoren vorhanden, die im 2-g-Messbereich beispielsweise mit 14 Bit Messdynamik minimale Beschleunigungen von 0,00025 g und Neigungsänderungen im Schwerefeld von nur 0,25° noch sicher detektieren lassen. Solche Beschleunigungssensoren übertreffen die Sensitivität herkömmlicher, bisher bekannter Beschleunigungssensoren um mehrere Größenordnungen. The high accuracy of the sampling points is achieved mainly because acceleration sensors are available in the microformat, for example, the sensitivities of +/- 2g at 10-bit resolution in the range of 230-280 LSB / g reach a temperature error only at +/- 0 , 01% / ° C occurs. Furthermore, the micro-acceleration sensors can operate at an output data rate (ODR) greater than 100 Hz, for example up to approximately 3200 Hz. Furthermore, acceleration sensors are available, which still reliably detect minimum accelerations of 0.00025 g and inclination changes in the gravitational field of only 0.25 ° in the 2 g measurement range, for example with 14-bit dynamic range. Such acceleration sensors exceed the sensitivity of conventional, previously known acceleration sensors by several orders of magnitude.

Es ist überraschender Weise herausgefunden worden, dass eine hohe Genauigkeit der Abtastpunkte dadurch erreicht werden kann, dass die Koordinatenmessvorrichtung auf den Einsatzort, d.h. auf die Höhenmeter des Einsatzortes, kalibriert wird. Die MEMS-Beschleungiungssensoren sind so Sensitiv, dass diese auf eine unterschiedliche Erdbeschleunigung, die von den Höhenmeter des Einsatzortes abhängig ist, reagieren. Bei einem Einsatzort auf Meeresspielgelhöhe ergibt sich eine andere Erdbeschleunigung als bei einem Einsatzort auf 1000m Höhe. It has surprisingly been found that high accuracy of the sampling points can be achieved by having the coordinate measuring apparatus move to the place of use, i. on the altitude of the site, is calibrated. The MEMS acceleration sensors are so sensitive that they react to a different gravitational acceleration, which depends on the altitude of the site. In a place of use at seagame height, there is a different gravitational acceleration than at a site at 1000m height.

Ferner ist herausgefunden worden, dass die Temperatur in die Auswertung der Messergebnisse einfließen muß. Das heißt es ergeben sich abhängig von der Temperatur unterschiedliche Datenwerte. Die Datenwerte werden somit an die von einem Temperatursensor erfassten Temperaturmesswerte angepasst und entsprechend danach ausgewertet. Furthermore, it has been found that the temperature must be included in the evaluation of the measurement results. This means that different data values result depending on the temperature. The data values are thus adapted to the temperature measured values detected by a temperature sensor and evaluated accordingly.

Gemäß eines weiterbevorzugten Verfahrens wird mit einem zweiten Messkopf, auf dem das zu vermessende Objekt definiert befestigt ist, eine Lageänderung des Objekts während des Messverfahrens erfasst, wobei mit dem ersten Messkopf das Objekt vermessen wird, und die Maße des Objekts durch eine Differenzbildung der Lageänderung des ersten und zweiten Messkopfes vom Rechner bestimmt werden. Somit kann das zu vermessende Objekt, dass ortsfest mit dem zweiten Messkopf verbunden ist, während des Messvorgangs bewegt werden. Wichtig ist nur, dass eine hochgenaue Fixierung des zweiten Messkopfes mit dem zu vermessenden Objekt erfolgt. Eine hochgenaue Lagerung des zu vermessenden Objekts während des Messvorgangs ist somit nicht mehr zwingend notwendig. According to a further preferred method, a second measuring head, on which the object to be measured is fixed, detects a change in position of the object during the measuring process, the object being measured with the first measuring head, and the dimensions of the object being differentiated by the change in position of the object first and second measuring head are determined by the computer. Thus, the object to be measured, which is fixedly connected to the second measuring head, can be moved during the measuring process. It is only important that a highly accurate fixation of the second measuring head takes place with the object to be measured. A highly accurate storage of the object to be measured during the measurement process is therefore no longer mandatory.

Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt dadurch gelöst, dass es in einen Programmspeicher eines Rechners mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm im Rechner ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass es keine zusätzlichen Bauteile erfordert. Es sind individuelle Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht durchführbar. Weiter bevorzugt ist das Computerprogrammprodukt in einen portablen Computer, einen sogenannten Tablet-PC oder ein Smartphone ladbar. Der Computer umfasst eine standardisierte drahtlose Übertragungstechnikvorrichtung, um mit mindestens einem Messkontakt im Informationskontakt zu stehen bzw. herzustellen. The object is also solved by a computer program product in that it can be loaded into a program memory of a computer with program instructions in order to execute all the steps of the method described above, when the program is executed in the computer. The computer program product has the advantage that it requires no additional components. There are individual improvements of the method of the invention easily feasible. More preferably, the computer program product can be loaded into a portable computer, a so-called tablet PC or a smartphone. The computer includes a standard wireless transmission technology device for communicating with at least one measurement contact.

Die erfindungsgemäße Koordinatenmessvorrichtung umfasst somit ein oder zwei Messköpfe und das Computerprogrammprodukt, das in ein Smartphone, Tablet-PC oder herkömmlichen PC als Applikation ladbar ist. The coordinate measuring device according to the invention thus comprises one or two measuring heads and the computer program product that can be loaded into a smartphone, tablet PC or conventional PC as an application.

Es versteht sich, dass die, vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden, Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. It is understood that the features mentioned above and to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung der Koordinatenmessvorrichtung mit einer Schnittdarstellung eines Messkopfes, 1 a schematic representation of the coordinate measuring device with a sectional view of a measuring head,

2 eine räumliche Anordnung der Beschleunigungssensoren, 2 a spatial arrangement of the acceleration sensors,

3 einen rechnerischen dreidimensionalen Tetraeder, 3 a computational three-dimensional tetrahedron,

4 ein Koordinatensystem mit einem Objekt zur Inertialmessung und 4 a coordinate system with an object for inertial measurement and

5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Messverfahrens. 5 a flow chart of a measuring method according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Koordinatenmessvorrichtung 1 zum Messen eines dreidimensionalen Objekts 100 mit einem Messkopf 10 und einer als Tastspitze ausgebildeten Tasteinrichtung 12 in einer schematischen Ansicht. Die Tastspitze ist bevorzugt eine Tastkugel aus Saphir und/oder Rubin. Der Messkopf 10 ist in der 1 vergrößert dargestellt, wohingegen ein Rechner 80 nicht maßstabsgerecht klein dargestellt ist. Der Rechner 80 kann als ein standardisierter Personalcomputer, Tablet-PC oder Smartphone mit Computeranwendungen ausgebildet sein. Der Messkopf 10 umfasst die Tastspitze 12 mit einem daran in mechanischer Wirkverbindung stehenden Taster 22 und Beschleunigungssensoren 40 als Inertialsensoren 40. Die Beschleunigungssensoren 40 sowie der Taster 22 und ein elektronisches Modul einer drahtlosen Übertragungseinrichtung, vorzugsweise nach IEEE 802.11-Standard sind auf einer Leiterplatte 50 mit einer Steuerelektronik 70 angeordnet. Der Messkopf 10 wird mit einer elektrischen Energie von einer Energiequelle 60, einer Batterie oder einem Akkumulator versorgt. Die Inertialsensoren 40 sind Beschleunigungssensoren, die jede Bewegungs- und Lageänderung vom Messkopf 10 erfassen und diese Daten an die drahtlose Übertragungseinrichtung 30 weiterleiten. Von einem Zeitgeber 75 der in der Steuerelektronik 70 vorhanden ist, wird ein Zeitstempel den ermittelten Vektordaten angefügt oder aufgeprägt. Somit wird ohne eine Zeitverzögerung punktgenau eine Zeit und eine Zeitdifferenz verschiedenen örtlichen Vektordaten zugeordnet, aus denen dann die Lage der Bewegung durch zweifache Ableitung ermittelt wird. Die drahtlose Übertragungseinrichtung 30 übermittelt drahtlos die Daten der Inertialsensoren 40 an einen Empfänger 34 der Drahtlosübertragungseinrichtung. Der Empfänger 34 ist entweder extern wie in der 1 gezeigt oder intern im Rechner 80 integriert. Bei einem externen Empfänger 34 ist vorzugsweise eine genormte Kabelverbindung 36 zum Rechner 80 vorgesehen. The 1 shows a coordinate measuring device according to the invention 1 for measuring a three-dimensional object 100 with a measuring head 10 and a sensing device designed as a probe tip 12 in a schematic view. The probe tip is preferably a probe ball made of sapphire and / or ruby. The measuring head 10 is in the 1 enlarged, whereas a computer 80 not shown to scale small. The computer 80 can be designed as a standardized personal computer, tablet PC or smartphone with computer applications. The measuring head 10 includes the probe tip 12 with a button in mechanical connection 22 and acceleration sensors 40 as inertial sensors 40 , The acceleration sensors 40 as well as the button 22 and an electronic module of a wireless transmission device, preferably according to IEEE 802.11 standard are on a circuit board 50 with a control electronics 70 arranged. The measuring head 10 is using an electrical energy from an energy source 60 powered by a battery or accumulator. The inertial sensors 40 are acceleration sensors that detect any movement and position change from the measuring head 10 capture and transmit this data to the wireless transmission facility 30 hand off. From a timer 75 in the control electronics 70 is present, a timestamp is added or impressed on the determined vector data. Thus, without a time delay, a time and a time difference are precisely assigned to different local vector data, from which the position of the movement is then determined by two-fold derivation. The wireless transmission device 30 wirelessly transmits the data from the inertial sensors 40 to a receiver 34 the wireless transmission device. The recipient 34 is either external as in the 1 shown or internal in the calculator 80 integrated. For an external receiver 34 is preferably a standardized cable connection 36 to the calculator 80 intended.

Der Empfänger 34 umfasst ferner ein Bett 38 für den Messkopf 10, um eine Bezugslage mit Bezugspunkten für einen Messvorgang zu definieren. Um dem Rechner 80 zu signalisieren, dass der Messkopf 10 sich in einer Bezugslage, das heißt Nullpunktlage befindet, ist ein Bezugspunktschalter 16 am Messkopf zur Betätigung ausgebildet. Ferner umfasst der Messkopf 10 einen Ein-/Ausschalter 14. The recipient 34 also includes a bed 38 for the measuring head 10 to define a reference position with reference points for a measurement process. To the calculator 80 to signal that the measuring head 10 is in a reference position, that is, zero point position is a reference point switch 16 formed on the measuring head for actuation. Furthermore, the measuring head comprises 10 an on / off switch 14 ,

Die Inertialsensoren 40 sind hier bevorzugt elektrische Sensoren, die kostengünstig am Markt verfügbar sind. Um Messgenauigkeit und ein Rauschen der Sensoren zu eliminieren, sind vorzugsweise Inertialsensoren 40 vorgesehen, die redundant die Bewegungsänderung und Lageänderung des Messkopfes 10 aufnehmen, beispielsweise sind Beschleunigungssensoren vorgesehen, die die translatorische Bewegung in x-, y-, und z-Richtung und die Rotation um diese Achsen doppelt, dreifach oder vielfach messen. Somit wird das Messergebnis verbessert und Messfehler eliminiert. The inertial sensors 40 Here are preferred electrical sensors that are available at low cost in the market. To eliminate measurement accuracy and noise of the sensors are preferably inertial sensors 40 provided, the redundant movement change and change in position of the measuring head 10 For example, acceleration sensors are provided which measure the translational movement in the x, y, and z directions and the rotation about these axes twice, three times or many times. Thus, the measurement result is improved and measurement errors eliminated.

Eine Vorrichtung 90 zur Erfassung von Höhenwerten einer schwere bezogenen Höhe, das heißt Höhe zum Meeresspiegel, ist im Messkopf 10 vorgesehen und insbesondere als GPS-Modul ausgebildet. Ein GPS-Modul ist heute in Miniaturausführung in einer Größe von 10mm × 10mm oder kleiner verfügbar und kann die Höhe zum Meeresspiegel liefern. Somit kann die Erdbeschleunigung entweder durch mathematische Formel oder mit Hilfe einer Nachschlagetabelle abgeleitet werden, um die von den Postitionserfassungssensoren ermittelten Werte zu filtern. Dieser Filter ist notwendig um Positionswerte in einer brauchbaren und einsetzbaren Qualität zu erhalten. Um den Messkopf 10 gut zu halten, ist er wie in der 1 gezeigt, ergonomisch in Form eines Stifts ausgebildet. A device 90 for detecting altitude values of a heavy related altitude, ie altitude to sea level, is in the measuring head 10 provided and in particular designed as a GPS module. A GPS module is now available in a miniature version in a size of 10mm × 10mm or smaller and can provide altitude to sea level. Thus, the gravitational acceleration can be derived either by mathematical formula or by using a look up table to filter the values detected by the position detection sensors. This filter is necessary to obtain position values in a usable and usable quality. Around the measuring head 10 good, he is like in the 1 shown, ergonomically designed in the form of a pin.

Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Messkopfes 10, wobei in dieser Ansicht lediglich die Anordnungen der Beschleunigungssensoren als bevorzugte Ausführungsform dargestellt sind. Die Beschleunigungssensoren 40, speziell 41 bis 44 sind jeweils paarweise im rechten Winkel zu einander angeordnet und zu einer Längsachse L bezüglich Ihrer Mittelpunkte versetzt um ein paar Millimeter angeordnet. Ferner sind die beiden Paare, die Beschleunigungssensoren 41 bis 44 diametral im Messkopf 10 angeordnet, dass heißt ein Paar ist an einem Ende des Messkopfes 10 und das andere Paar am anderen Ende des Messkopfes 10 positioniert. Die Beschleunigungssensoren sind zueinander als Paar spiegelbildlich angeordnet und auf zwei verschiedenen Ebenen innerhalb des Messkopfes beabstandet. Die Ebenen E1 und E2 sind zueinander versetzt, beispielsweise 9mm. The 2 shows a perspective view of the measuring head 10 In this view, only the arrangements of the acceleration sensors are shown as a preferred embodiment. The acceleration sensors 40 , specifically 41 to 44 are each arranged in pairs at right angles to each other and arranged offset to a longitudinal axis L with respect to their centers by a few millimeters. Further, the two pairs are the acceleration sensors 41 to 44 diametrically in the measuring head 10 arranged, that is a pair is at one end of the measuring head 10 and the other pair at the other end of the probe 10 positioned. The acceleration sensors are arranged as a mirror image of each other as a pair and spaced at two different levels within the measuring head. The planes E1 and E2 are offset from one another, for example 9mm.

Die 3 zeigt schematisch einen räumlichen Tetraeder, der beispielsweise von den Achsen der Beschleunigungssensoren, die als dreiachsige Beschleunigungssensoren ausgebildet sind, aufgespannt wird, um jede Bewegung als Translation und Rotation zu erfassen. Sind die Messdaten als Bewegungs- und Rotationsdaten erfasst und vom Rechner ausgewertet, so können zur weiteren Vermessung eines in der 4 beschriebenen Objekts 100 herkömmliche spezielle dreidimensionale Geometrie- und Flächenmessprogramme eingesetzt werden, wie sie bei herkömmlichen Koordinatenmessmaschinen eingesetzt werden, die als hochgenaue Portalmessmaschinen aufgebaut sind. Mit einem derartigen Computerprogramm ist es möglich, diese Messergebnisse für weitere und aufbauende Systeme zu konvertieren und aufzubereiten. The 3 schematically shows a spatial tetrahedron, which is spanned, for example, from the axes of the acceleration sensors, which are designed as triaxial acceleration sensors, to detect each movement as translation and rotation. If the measurement data are recorded as motion and rotation data and evaluated by the computer, then for further measurement one can use the 4 described object 100 conventional special three-dimensional geometry and surface measuring programs are used, as used in conventional coordinate measuring machines, which are constructed as high-precision gantry measuring machines. With such a computer program, it is possible to convert and prepare these measurement results for other and building systems.

Die 4 zeigt ein x-y-z-Koordinatensystem mit einem dreidimensionalen Objekt 100 in Form einer Pyramide. Um das Objekt 100 digital zu vermessen wird der Messkopf 10 aus einer festen Bezugslage aus dem Bett 38 entnommen und an das Objekt 100 geführt. Dabei wird die Bewegung des Messkopfes 10 in hinreichend kleinen Zeitabschnitten gemessen und vektoriell addiert. Die in der 4 gezeigten Messabschnitte sind lediglich schematisch abstrahiert und tatsächlich deutlich kleinere Schritte. Der Rechner 80 bereitet diese Daten auf, die ihm von den Inertialsensoren 40 über die drahtlose Übertragungseinrichtung 30 übermittelt werden. Da die Rechner heutzutage sehr leistungsfähig sind, ist der Rechner 80 ein herkömmlicher Rechner. The 4 shows an xyz coordinate system with a three-dimensional object 100 in the form of a pyramid. To the object 100 The measuring head is to be digitally measured 10 from a fixed reference position out of bed 38 taken and to the object 100 guided. In doing so, the movement of the measuring head becomes 10 Measured in sufficiently small time intervals and added vectorially. The in the 4 shown measuring sections are only schematically abstracted and actually much smaller steps. The computer 80 prepares this data for him from the inertial sensors 40 via the wireless transmission device 30 be transmitted. Since the computers are very powerful today, is the calculator 80 a conventional calculator.

Die in der 4 gezeigten Zeitabschnitte t1 bis t5 sind deshalb sehr vereinfacht dargestellt und in Wirklichkeit sehr viel kleiner, vorzugsweise im Millisekundenbereich. The in the 4 shown time intervals t1 to t5 are therefore shown very simplified and in reality much smaller, preferably in the millisecond range.

Die 4 zeigt mit einer gestrichelten Linie, wie beispielsweise der Messkopf 10 an weitere charakteristische Punkte des Objekts 100 herangeführt wird und mit der Tastspitze 12 abgetastet wird. The 4 shows with a dashed line, such as the measuring head 10 to other characteristic points of the object 100 and with the stylus tip 12 is scanned.

Die 4 zeigt ferner einen zweiten Messkopf 20 der mit dem zu vermessenden Objekt 100 ortsfest verbunden ist. Somit ist es nach Eichung des Messkopfes 10 bezüglich des Messkopfes 20 möglich, das Objekt 100 lediglich ortsfest am Messkopf 20 zu befestigen und während der Messung mittels des Messkopfes 10 zu bewegen. Der Rechner 80 wertet dann sowohl die Werte vom Messkopf 10 und 20 aus und subtrahiert die Änderungen des Messkopfes 20 von denen des Messkopfes 10, um das Objekt 10 im Volumen zu erfassen. Der Messkopf 20 ist bevorzugt genauso aufgebaut wie der Messkopf 10. Er umfasst also ebenfalls vier Beschleunigungssensoren. The 4 further shows a second measuring head 20 the one with the object to be measured 100 is fixedly connected. Thus it is after calibration of the measuring head 10 with respect to the measuring head 20 possible, the object 100 only stationary on the measuring head 20 to attach and during the measurement by means of the measuring head 10 to move. The computer 80 then evaluates both the values from the measuring head 10 and 20 off and subtracts the changes of the measuring head 20 of those of the measuring head 10 to the object 10 to capture in volume. The measuring head 20 is preferably the same structure as the measuring head 10 , So it also includes four acceleration sensors.

Die 5 zeigt ein Flussdiagramm, vereinfacht, wie es im Rechner 80 vorzugsweise als Computerprogrammprodukt, in einen Programmspeicher des Rechners 80 ladbar und dort abgespeichert ist. The 5 shows a flow chart, simplified, as in the calculator 80 preferably as a computer program product, in a program memory of the computer 80 loadable and stored there.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird mit einem Schritt S1 ein Messvorgang mit der Koordinatenmessvorrichtung 1 begonnen, beispielsweise durch Betätigung des Einschalters 14. At a certain point in time, a measuring operation is carried out with the coordinate measuring device in a step S1 1 started, for example by pressing the switch 14 ,

In einem zweiten Schritt S2 wird der Messkopf 10 mit der Tastspitze 12 in einer festgelegten Bezugslage mit Bezugspunkt justiert. Hierzu befindet sich der Messkopf 10 beispielsweise in einem Bett 38 und es wird entweder am Rechner 80 oder am Messkopf 10 über den Bezugspunktschalter 16 dem Rechner 80 der Justierzeitpunkt mitgeteilt. Ab diesem Zeitpunkt wird mit der inertialen Messung begonnen. In a second step S2, the measuring head 10 with the probe tip 12 adjusted in a fixed reference position with reference point. For this the measuring head is located 10 for example in a bed 38 and it will either be on the computer 80 or at the measuring head 10 via the reference point switch 16 the calculator 80 notified the adjustment time. From this point on the inertial measurement is started.

In einem Schritt S3 wird der Messkopf 10 herausgenommen und zum Objekt 100 geführt. Dabei erfährt der Messkopf 10 manuell translatorische und rotatorische Bewegungen und Beschleunigungen, die die Beschleunigungssensoren 41–44 erfassen. In a step S3, the measuring head 10 taken out and to the object 100 guided. The measuring head experiences this 10 manually translational and rotational movements and accelerations affecting the acceleration sensors 41 - 44 to capture.

In einem Schritt S4 werden die Vektordaten der Inertialsensoren 40 erzeugt, und von dem Zeitgeber 75 immer ein Zeitstempel aufgeprägt. Im Schritt S5 werden die Vektordaten mit einer Zeit auf den Rechner 80 zur Auswertung übertragen. In a step S4, the vector data of the inertial sensors become 40 generated, and from the timer 75 always imprinted a timestamp. In step S5, the vector data is applied to the computer at a time 80 transferred for evaluation.

Im Schritt S6 wird die Lage und Ausrichtungsänderung durch Ableitung über die Zeitdifferenz zweier Beschleunigungsvektoren berechnet und als Vektor zum letzten Ausgangspunkt in Bruchteilen einer Sekunde, vorzugsweise im Millisekundenbereich hinzu addiert. In step S6, the position and orientation change is calculated by derivation over the time difference between two acceleration vectors and added as a vector to the last starting point in fractions of a second, preferably in the millisecond range.

In der Abfrage A7 wird abgefragt, ob die Tastspitze 12 den Taster 22 betätigt hat, um festzustellen, ob ein Abtastpunkt am Objekt 100 detektiert worden ist. Ist dies der Fall, so wird der aktuelle Abtastpunkt im Rechner als digitaler Objektdatenpunkt gespeichert. Wird der Taster 22 nicht betätigt, so erfolgt ein Sprung zur Abfrage A9, zu der auch der Schritt S8 führt, bei dem geprüft wird, ob der Messvorgang weitergeführt werden soll oder beendet wird. Durch den ein Ein- bzw. Ausschalter 14 am Messkopf 10 wird der Messvorgang beendet. In the query A7 is queried whether the Tastspitze 12 the button 22 has pressed to determine if a sample point on the object 100 has been detected. If this is the case, then the current sampling point is stored in the computer as a digital object data point. Will the button 22 not actuated, there is a jump to query A9, which is also the step S8 leads, in which it is checked whether the measurement process should continue or be terminated. By the one on or off switch 14 at the measuring head 10 the measuring process is ended.

In der Abfrage A9 wird also geprüft, ob der Ein- bzw. Ausschalter 14 betätigt worden ist. Ist das nicht der Fall, so erfolgt ein Rücksprung zu Schritt S4, so dass der Messvorgang fortgeführt wird. Wird der Einschalter 14 betätigt, so wird der Messvorgang vollständig abgeschlossen. In the query A9 is thus checked whether the on or off switch 14 has been actuated. If this is not the case, then a return to step S4, so that the measuring process is continued. Will the power switch 14 pressed, the measuring process is completed.

In einem Schritt S10 wird, um Messfehler zu kompensieren, die sich während der Messung, seit der letzen Justierung im Schritt S2 ergeben haben, am Ende des Messvorgangs der Messkopf wieder in das Bett 38 gelegt. In a step S10, in order to compensate for measurement errors which have arisen during the measurement, since the last adjustment in step S2, at the end of the measuring process, the measuring head is returned to the bed 38 placed.

Die Bezugspunktjustierung kann während eines Messvorgangs abhängig von der gewünschten Genauigkeit des Messvorgangs wiederholt werden. Hierfür wird der Messkopf 10 wieder zur Justierung in das Bett 38 mit definiertem Bezugspunkt und Bezugslage gelegt. The reference point adjustment can be repeated during a measurement process, depending on the desired accuracy of the measurement process. For this purpose, the measuring head 10 again for adjustment in the bed 38 with defined reference point and reference position.

In einem Schritt S11 folgt die Korrektur der berechneten digitalen Abtastpunkte aufgrund der zweiten oder jeder weiteren Bezugspunktjustierung. In a step S11, the correction of the calculated digital sampling points follows due to the second or each further reference point adjustment.

Im Schritt S12 ist der Messvorgang durch endgültige Betätigung des Ein-/Ausschalters 14 beendet. In step S12, the measuring operation is by final operation of the on / off switch 14 completed.

Das erfindungsgemäße Messverfahren kann bevorzugt über große Reichweiten zwischen 3 und 30 Metern mit standardisierten Übertragungsverfahren nach IEEE 802.11-Standard ausgeführt werden, ohne dass ein Kabel zwischen Messkopf 10 und Empfänger 34 erforderlich ist. The measuring method according to the invention can preferably over long ranges between 3 and 30 meters with standardized transmission method according to IEEE 802.11 standard run without a cable between the measuring head 10 and receiver 34 is required.

Ferner werden die Abtastpunkte mit einer sehr hohen Genauigkeit von vorzugsweise 0,2mm bis 0,01mm/10m gemessen, in dem sehr kleine Zeitintervalle im Bereich von 100 Hz und höher bis einige tausend Hz, insbesondere einer minimalen Rauschdichte von 150 µg/√Hz mit sehr hoher Auflösung, beispielsweise mit einem 2-g-Messbereich insbesondere mit 14 Bit Messdynamik mit minimalen Beschleunigungen von 0,00025 g und Neigungsänderungen im Schwerefeld von nur 0,25°erzeugt werden. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen. Furthermore, the sampling points are measured with a very high accuracy of preferably 0.2 mm to 0.01 mm / 10 m, in the very small time intervals in the range of 100 Hz and higher to several thousand Hz, in particular a minimum noise density of 150 ug / √Hz with very high resolution, For example, with a 2-g measurement range, especially with 14-bit measurement dynamics with minimum accelerations of 0.00025 g and inclination changes in the gravitational field of only 0.25 ° can be generated. All figures show only schematic not to scale representations. In addition, reference is made in particular to the drawings for the invention as essential.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 09257461 A [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

IEEE 802.11 [0023]
IEEE 802.11 standard [0043]
IEEE 802.11 standard [0065]

Claims

Coordinate measuring device ( 1 ) for measuring three-dimensional coordinates on a three-dimensional object ( 100 ) with a measuring head ( 10 ) with a sensing device ( 12 ), with position detection sensors, which are in a defined position to the measuring head ( 10 ) and a computer ( 80 ) for detecting and evaluating position data of the sensing device ( 12 ) in a scanning operation on the object ( 100 ) from values from the position detection sensors, wherein the position detection sensors are used as inertial sensors in the form of translational acceleration sensors ( 40 ) for detecting translations in XYZ direction and rotations about X, Y and Z axes and a timer ( 45 ) in the measuring head ( 10 ) are formed with a device ( 90 ) for detecting height values of a gravity-related altitude (NN, altitude to sea level) on which the coordinate measuring device is located and an evaluation device which acts as a filter for calculating the position data.

Coordinate measuring device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the measuring head ( 10 ) comprises at least three, in particular four, translational 3-axis acceleration sensors for measuring linear movements in three-dimensional xyz coordinates.

Coordinate measuring device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that in each case two acceleration sensors are arranged at right angles substantially on one plane, wherein in particular the centers are arranged offset to a 45 degree axis.

Coordinate measuring device ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the two pairs of acceleration sensors on staggered, substantially parallel planes in particular, are preferably arranged mirror-inverted, wherein the pairs of acceleration sensors are each arranged at opposite ends of the measuring head.

Coordinate measuring device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coordinate measuring device ( 1 ) with a transmission device for the wireless transmission of measured data between the measuring head ( 10 ) and calculator ( 80 ) is formed and / or the sensing device ( 12 ) comprises an optical non-contact, particularly preferably formed with a laser light measuring device.

Coordinate measuring device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the coordinate measuring device ( 1 ) with a transmission device, particularly preferably according to an IEEE 802.11 wireless transmission standard, in particular based on 2.4 GHz technology, for the wireless transmission of measured data between the measuring head ( 10 ) and calculator ( 80 ) with a range of about 3 m, preferably 10 m, more preferably 30 m is formed.

Coordinate measuring device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the coordinate measuring device ( 1 ) with a second measuring head ( 20 ), wherein the second measuring head ( 20 ) with the object to be measured ( 100 ) is firmly connected.

Method for operating a coordinate measuring device ( 1 ) with a measuring head ( 10 ) with a sensing device ( 12 ), wherein the position of the sensing device ( 12 ) and measuring head ( 10 ) is detected by position detection sensors and when scanning a three-dimensional object by means of the sensing device a sampling point in a computer ( 80 ) of which as inertial sensors in the form of acceleration sensors ( 40 ) position values are generated in the form of XYZ acceleration vectors and position change vectors to which vectors are added to timestamps by a timer in the measuring head so that the values are read twice over the time difference of two detected acceleration vectors from a computer ( 80 ) are evaluated and added and thus positions of the sensing device ( 12 ), in particular at sampling points, starting from a defined location of the sensing device ( 12 ) by position and orientation changes from the computer ( 80 ) are calculated and evaluated.

A method according to claim 8, characterized in that the sampling points are measured with an accuracy of 0.2 mm / 10m, in particular 0.1 mm / 10m, particularly preferably 0.01 / 10m, wherein time values from a timer ( 75 ) in the measuring head ( 10 . 20 ), in particular by the control electronics ( 70 ) in the measuring head ( 10 . 20 ) in conjunction with the measured values of the acceleration values.

Computer program product stored in a program memory of a computer ( 80 ) is loadable with program instructions to perform all the steps of a method according to one of claims 8 or 9, when the program is executed in the computer.