DE102013225149A1 - Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit - Google Patents

Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit Download PDF

Info

Publication number
DE102013225149A1
DE102013225149A1 DE102013225149.1A DE102013225149A DE102013225149A1 DE 102013225149 A1 DE102013225149 A1 DE 102013225149A1 DE 102013225149 A DE102013225149 A DE 102013225149A DE 102013225149 A1 DE102013225149 A1 DE 102013225149A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor unit
workpiece surface
tactile
coordinates
button
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102013225149.1A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102013225149B4 (de
Inventor
Ferdinand Bader
Wolfgang Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority to DE102013225149.1A priority Critical patent/DE102013225149B4/de
Publication of DE102013225149A1 publication Critical patent/DE102013225149A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102013225149B4 publication Critical patent/DE102013225149B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012Contact-making feeler heads therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft die Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks (31), wobei ein Koordinatenmessgerät (11) verwendet wird, das Messsignale einer ersten Sensoreinheit (21), die die Messsignale während einer taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche erzeugt, verarbeitet und aus den Messsignalen die Koordinaten der Werkstückoberfläche ermittelt. Die erste Sensoreinheit (21) wird von einer ersten Bewegungseinrichtung, die Teil des Koordinatenmessgeräts (11) ist aber nicht Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist, bewegt, um einen an der ersten Sensoreinheit (21) befestigten Taster (26, 29) in die Nähe der Werkstückoberfläche und/oder in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche zu bringen. Zur Messung der Koordinaten von ersten Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer ersten örtlichen Auflösung wird ein an einer Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) befestigter erster taktiler Taster (26) verwendet und die erste Sensoreinheit (21) erzeugt erste Messsignale, aus denen die Koordinaten der ersten Formmerkmale mit der ersten Auflösung ermittelbar sind. Zur Messung der Koordinaten von zweiten Formmerkmalen mit einer zweiten, im Vergleich zu der ersten Auflösung feineren örtlichen Auflösung der Werkstückoberfläche wird eine zweite Sensoreinheit (30) an der Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) befestigt. Ein zweiter taktiler Taster (29), der an der zweiten Sensoreinheit (30) befestigt ist oder der Teil der zweiten Sensoreinheit (30) ist, wird verwendet, die Werkstückoberfläche taktil abzutasten, und die zweite Sensoreinheit (30) erzeugt zweite Messsignale, aus denen die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelbar sind. Der zweite taktile Taster (29) wird gemeinsam mit der zweiten Sensoreinheit (30) von einer zweiten Bewegungseinrichtung (24) bewegt, die Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist, und dadurch führt der zweite taktile Taster (29) eine taktile Abtastung der Werkstückoberfläche durch, während der die zweiten Messsignale erzeugt werden. Die zweite Sensoreinheit (30) erzeugt während der taktilen Abtastung durch den zweiten taktilen Taster (29) die zweiten Messsignale, die das Koordinatenmessgeräts (11) verarbeitet und aus denen das Koordinatenmessgerät (11) die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Koordinatenmessgerät zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks. Die Sensoreinheit wird von einer Bewegungseinrichtung, die Teil des Koordinatenmessgeräts ist, die aber nicht Teil der Sensoreinheit ist, bewegt, um einen an der Sensoreinheit befestigten Taster in die Nähe der Werkstückoberfläche und/oder in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche zu bringen. Der taktile Kontakt des Tasters zu der Werkstückoberfläche ermöglicht es der Sensoreinheit, Messsignale zu erzeugen, aus denen Koordinaten der von dem Taster abgetasteten Werkstückoberfläche ermittelbar sind. Z.B. ist die Sensoreinheit ein Messkopf, der an einem weiteren beweglichen Teil (zum Beispiel einer Pinole oder einem Arm) eines Koordinatenmessgeräts angebracht ist.
  • Die Erfindung betrifft daher das Gebiet der Koordinatenmessgeräte, mit denen durch taktile Abtastung von Werkstückoberflächen die Koordinaten der Werkstückoberflächen ermittelbar sind. Dabei ist das Prinzip der taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche, mit dem die Koordinaten ermittelt werden, nicht beschränkt. Z.B. kann bei Kontakt des Tasters mit der Werkstückoberfläche ein Messsignal ausgelöst werden, das lediglich die Information enthält, dass der taktile Kontakt besteht. Unter Verwendung von zusätzlicher Messinformation, nämlich der Information über die momentane Position des Tasters, können daraus die Koordinaten des abgetasteten Punktes oder der abgetasteten Punkte oder Oberflächenbereiche ermittelt werden.
  • Gemäß einem anderen, ebenfalls bereits bekannten Prinzip entsprechen die Messsignale der Auslenkung des Tasters aus einer Ruhelage relativ zu der Sensoreinheit, wobei die Auslenkung durch die während der taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche zwischen dem Taster und der Werkstückoberfläche wirkenden Kräfte bewirkt wird. Dabei können die Kräfte elastische Kräfte aufgrund der elastischen, reversiblen Auslenkung des Tasters sein und/oder von der Sensoreinheit aktiv erzeugt werden. In vielen Fällen wird zusätzliche Information über die momentane Position der Sensoreinheit verwendet, um aus der Auslenkung die Koordinaten des jeweils abgetasteten Punktes zu ermitteln.
  • Auch die eigentliche physikalische Messgröße, die den Messsignalen entspricht, ist nicht beschränkt. Z.B. kann der taktile Kontakt des Tasters und/oder seine Auslenkung optisch, magnetisch, elektrisch-kapazitiv, elektrisch-induktiv oder gemäß dem piezoelektrischen Effekt gemessen werden.
  • Auch die mechanische und kinematische Konstruktion des Koordinatenmessgeräts (im Folgenden kurz: KMG) kann verschieden sein. In allen Fällen jedoch weist das KMG eine Bewegungseinrichtung auf, von der die Sensoreinheit bewegt wird, um die Sensoreinheit und den an der Sensoreinheit befestigten Taster zumindest in die Nähe der Werkstückoberfläche zu bringen. Dabei kann die Bewegungseinrichtung maschinell und/oder durch eine Bedienperson angetrieben sein. In all diesen Fällen ist es auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik üblich, dass das KMG die Bewegung und/oder die Position und/oder Ausrichtung der Sensoreinheit oder eines fest mit der Sensoreinheit verbundenen Teils misst, um bei taktilem Kontakt des Tasters zu einer Werkstückoberfläche die Koordinaten der Werkstückoberfläche bestimmen zu können. Insbesondere kann die Sensoreinheit von dem KMG abkoppelbar sein, um z.B. eine andere Sensoreinheit oder eine andere Einheit an das KMG anzukoppeln. Entsprechende automatische Wechselsysteme, mit denen die Sensoreinheit an das KMG angekoppelt und wieder davon abgekoppelt werden kann, sind bekannt. Es sind auch automatische oder manuell bedienbare Wechselsysteme bekannt, mit denen an die Sensoreinheit verschiedene Taster angekoppelt werden können und dadurch an der Sensoreinheit befestigt werden können. Dabei muss der Taster nicht direkt an die Sensoreinheit angekoppelt werden. Vielmehr kann der Taster z.B. über ein Gelenk an die Sensoreinheit angekoppelt werden.
  • Bevorzugt wird ein KMG in Portalbauweise, die z.B. aus WO 2006/010395 A2 bekannt ist. Bei dieser Bauweise ist die Sensoreinheit am unteren Ende der Pinole angekoppelt, welche über dem Messtisch des KMG in senkrechter Richtung beweglich ist. Aufgrund der zusätzlichen Beweglichkeit des Portals relativ zu dem Messtisch und der zusätzlichen Beweglichkeit eines Trägers der Pinole in einer Richtung quer zum Portal kann der an der Sensoreinheit befestigte Taster innerhalb eines Messvolumens in jede beliebige Position gebracht werden.
  • Bei der taktilen Abtastung von Werkstücken ist die Beschaffenheit des Werkstückmaterials zu beachten. Z.B. bei Kupfer handelt es sich um ein verhältnismäßig weiches Material, das durch den taktilen Kontakt mit dem Taster beschädigt werden kann. Dies gilt insbesondere beim scannenden Abtasten, während dem das Kontaktelement des Tasters kontinuierlich in Kontakt zu der Werkstückoberfläche ist.
  • Auch bei kleinen Oberflächenstrukturen insbesondere im Mikrometerbereich und kleiner können übliche Taster und die entsprechenden Sensoreineinheiten nicht mehr verwendet werden, da die auf die Werkstückoberfläche wirkenden Kräfte zu groß sind. In vielen Fällen kann aufgrund der verhältnismäßig großen Abmessungen des Tasters und der verhältnismäßig großen durch die Bewegungseinrichtung des KMG bewegten Massen nicht sicher verhindert werden, dass es zu einem unbeabsichtigten Anstoßen eines bewegten Teils an die Werkstückoberfläche kommt.
  • Daher sind bereits Taster und entsprechende Sensoreinheiten mit besonders kleinen Abmessungen vorgeschlagen worden, wobei die zwischen dem Taster und der Werkstückoberfläche wirkenden Kräfte ebenfalls besonders klein sind (z.B. kleiner als 0,25 mN) und wobei die Sensoreinheit so ausgestaltet ist, dass bei diesen Messkräften der Kontakt und/oder die Auslenkung des Tasters präzise messbar ist.
  • Z.B. beschreibt die bereits erwähnte WO 2006/010395 A2 ein Sensormodul für einen Tastkopf eines taktilen Koordinatenmessgeräts. Insbesondere durch Ätzen werden feine Strukturen wie Rahmen, Stege und Taststifthalter erzeugt, was die Herstellung einer miniaturisierten Sensoreinheit für die Vermessung von Mikrostrukturen ermöglicht. Der Rahmen des Sensormoduls wird über einen Halter an dem Tastkopf des KMG eingespannt, sodass das Sensormodul und der daran befestigte Taster von der Bewegungseinrichtung des KMG in die Nähe der Werkstückoberfläche bewegt werden können und der Taster in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche gelangt. Die Auslenkung des Tasters relativ zu der an dem KMG befestigten Basis der Sensoreinheit wird beispielsweise durch piezoresistive Elemente gemessen, die auch als Dehnungsmesssensoren bezeichnet werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die Auslenkung des Tasters relativ zu der Basis der Sensoreinheit z.B. optisch gemessen werden.
  • Obwohl die beim Abtasten von Oberflächenpunkten oder beim scannenden Abtasten der Oberfläche auf die Oberfläche wirkenden Kräfte durch die geringen Abmessungen und die geringe Trägheit der Sensoreinheit deutlich reduziert werden können, bleibt das Problem der großen insgesamt bewegten Massen bestehen und muss der Taster besonders vorsichtig in Kontakt zu der Werkstückoberfläche gebracht werden. Dies bedeutet meist eine besonders niedrige Geschwindigkeit der Bewegung und somit verlängerte Messzeiten. Auch kann die Handhabung miniaturisierter Taster an Standard-Koordinatenmessgeräten zu einer Überbelastung der Taster und deren Zerstörung durch Bruch führen.
  • Außerdem gibt es Werkstücke, deren Oberfläche sowohl besonders kleine als auch große Strukturen aufweist. Ein Beispiel sind Stanzwerkzeuge für die Herstellung von Chipkarten. Mit demselben Stanzwerkzeug sollen gleichzeitig mehrere oder viele Chipkarten-Rohlinge ausgestanzt werden, wobei gleichzeitig die relativ groben Abmessungen der Aufnahmeräume für die Mikrochips und die sehr feinen Strukturen für die elektrischen Anschlüsse und feinen Strukturen der Mikrochips entstehen sollen. Wenn die Stanzwerkzeuge mittels Koordinatenmesstechnik taktil vermessen werden sollen, werden daher bisher sowohl spezielle Koordinatenmessgeräte zum Messen der Mikrostrukturen mit geringen bewegten Massen als auch Standard-Koordinatenmessgeräte zum taktilen Abtasten der Formmerkmale mit größeren Abmessungen (z.B. die Abstände der Mikrochip-Aufnahmeräume) eingesetzt. Nachteilig daran sind die verhältnismäßig langen Messzeiten durch das aufeinanderfolgende Messen mit zumindest zwei verschiedenen Koordinatenmessgeräten.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche und ein Koordinatenmessgerät zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche anzugeben, die die Vermessung von Werkstücken mit Formmerkmalen in verschiedenen Größenbereichen bei möglichst geringer Messzeit ermöglichen.
  • Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird eine im Folgenden als erste Sensoreinheit bezeichnete Sensoreinheit verwendet, die außer der Sensorik, welche bei der taktilen Abtastung von Werkstücken die entsprechenden Messsignale erzeugt, auch eine eigene Bewegungseinrichtung aufweist, die den direkt oder indirekt an der Sensoreinheit befestigten Taster relativ zu einer Basis der ersten Sensoreinheit bewegen kann. Die Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit ermöglicht es daher, den Taster unabhängig von der Bewegungseinrichtung zu bewegen, über die das KMG verfügt und mit der die erste Sensoreinheit insgesamt bewegt werden kann. Im Folgenden wird die Bewegungseinrichtung des KMG als erste Bewegungseinrichtung bezeichnet und die Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit als zweite Bewegungseinrichtung bezeichnet.
  • Die zweite Bewegungseinrichtung weist insbesondere zumindest einen Antrieb auf, z.B. einen Elektromotor, der gemäß dem klassischen elektromagnetischen Prinzip oder gemäß dem piezoelektrischen Prinzip (sogenannter Piezomotor) funktioniert. Vorzugsweise ist die zweite Bewegungseinrichtung so ausgestaltet, dass der an der ersten Sensoreinheit befestigte Taster zum taktilen Abtasten eines Werkstücks zumindest einen linearen Freiheitsgrad der Bewegung hat, vorzugsweise zumindest zwei oder drei voneinander unabhängige lineare Freiheitsgrade der Bewegung. Wenn auf diese Weise ein linearer Freiheitsgrad der Bewegung zur Verfügung steht, der eine Annäherung des Tasters an eine Werkstückoberfläche ermöglicht, kann die Annäherung des Tasters und damit auch der Kontakt zur Werkstückoberfläche allein durch die zweite Bewegungseinrichtung bewirkt werden. Die erste Bewegungseinrichtung des KMG wird daher zur Herstellung des Kontakts nicht benötigt und die durch die zweite Bewegungseinrichtung bewegte Masse ist sehr viel kleiner als die durch die erste Bewegungseinrichtung bewegte Masse.
  • Wenn zwei oder drei voneinander unabhängige lineare Freiheitsgrade der Bewegung zur Verfügung stehen, kann allein durch die zweite Bewegungseinrichtung ein scannendes Abtasten der Werkstückoberfläche durch den Taster bewirkt werden. Wiederum wird die erste Bewegungseinrichtung nicht benötigt und sind die bewegten Massen daher sehr viel geringer.
  • Insbesondere betrifft der lineare Freiheitsgrad der Bewegung im Fall von einem oder zwei vorhandenen linearen Freiheitsgraden eine Richtung, die quer zu einer Längsachse eines als Taststift ausgestalteten Tasters verläuft, sodass der Taststift in einer Richtung quer zu seiner Längsachse in Richtung einer Werkstückoberfläche bewegt werden kann und bezüglich einer Ruhelage ausgelenkt werden kann, wobei sich der Begriff Ruhelage allein auf das Koordinatenmessgerät, nicht aber das Werkstück bezieht. Der Kontakt zu dem Werkstück bringt den Taster aus seiner Ruhelage.
  • Geeignete Sensoreinheiten mit eigener Bewegungseinrichtung sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und z.B. unter der Bezeichnung "VAST gold" von der Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH, Oberkochen, Deutschland erhältlich. Die Bewegungseinrichtung der Sensoreinheit wird jedoch zur Korrektur eines unregelmäßigen Verlaufs einer Werkstückoberfläche während des scannenden Abtastens verwendet, insbesondere so, dass die Abtastkräfte während dem Scannen möglichst konstant bleiben.
  • Es wird nun vorgeschlagen, den Taster für die Ermittlung der Koordinaten von Formmerkmalen der Werkstückoberfläche in einem örtlich feiner aufgelösten Bereich nicht direkt mit der ersten Sensoreinheit zu koppeln, sondern indirekt über eine zweite Sensoreinheit. Der Taster ist daher nicht direkt an der ersten Sensoreinheit befestigt. Die zweite Sensoreinheit, bei der es sich insbesondere um eine Sensoreinheit zur Vermessung von Formmerkmalen mit Abmessungen im Mikrometerbereich oder kleiner handelt (z.B. wie oben unter Bezug auf WO 2006/010395 A2 beschrieben), verfügt über eine Sensorik, mit der die entsprechenden Messsignale erzeugt werden, wenn der Taster die Werkstückoberfläche abtastet. Aus diesen Messsignalen lassen sich die Formmerkmale mit der feineren örtlichen Auflösung ermitteln. Insbesondere ist die Genauigkeit der Abtastung bezüglich der Abmessungen des Tasters und der Messgenauigkeit der Sensorik der zweiten Sensoreinheit so ausgelegt, dass die gewünschte feine Auflösung erzielt wird.
  • Insbesondere wie oben beschrieben ist es außerdem, möglich, durch einen nicht über die zweite Sensoreinheit an die erste Sensoreinheit angekoppelten Taster, der beispielsweise direkt an die erste Sensoreinheit angekoppelt ist, gröbere Strukturen, d.h. Formmerkmale mit einer ersten, gröberen örtlichen Auflösung zu vermessen und deren Koordinaten aus den Messsignalen der ersten Sensoreinheit zu ermitteln. Wenn dabei ein scannendes Abtasten der Werkstückoberfläche stattfindet, kann die erforderliche Scanbewegung von der ersten Bewegungseinrichtung ausgeführt werden, optional korrigiert durch die zweite Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit, wie oben beschrieben.
  • Der Vorteil der Nutzung der zweiten Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit und der Verwendung einer zweiten Sensoreinheit für die Vermessung der feineren Strukturen liegt darin, dass dasselbe Koordinatenmessgerät verwendet werden kann. Es muss lediglich von einem ersten Betriebsmodus, in dem die erste Sensoreinheit die Messsignale zur Bestimmung der gröberen Strukturen erzeugt, auf einen zweiten Betriebsmodus gewechselt werden (oder umgekehrt), in dem die feineren Strukturen durch die Messsignale der zweiten Sensoreinheit wiedergegeben werden. Insbesondere wenn z.B. mit einem an sich bekannten Wechselsystem die zweite Sensoreinheit und ein z.B. direkt an der ersten Sensoreinheit befestigter Taster gegeneinander ausgetauscht werden, kann schnell zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus gewechselt werden. Das Werkstück kann dabei an derselben Position bezüglich des Koordinatenmessgeräts verbleiben und das Bezugs-Koordinatensystem (Laborsystem) ist daher für die Vermessung der feineren und der gröberen Strukturen der Werkstückoberfläche dasselbe. Es wird daher sowohl Zeit für die eigentliche Durchführung der Messung als auch für die Auswertung der Messung bezüglich sowohl der feineren als auch der gröberen Strukturen gespart.
  • Es wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks, wobei:
    • – ein KMG verwendet wird, das Messsignale einer ersten Sensoreinheit, die die Messsignale während einer taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche erzeugt, verarbeitet und aus den Messsignalen die Koordinaten der Werkstückoberfläche ermittelt,
    • – die erste Sensoreinheit von einer ersten Bewegungseinrichtung, die Teil des KMG ist aber nicht Teil der ersten Sensoreinheit ist, bewegt wird, um einen an der ersten Sensoreinheit (unmittelbar oder mittelbar) befestigten Taster in die Nähe der Werkstückoberfläche und/oder in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche zu bringen,
    • – zur Messung der Koordinaten von ersten Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer ersten örtlichen Auflösung ein an einer Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (unmittelbar oder mittelbar) befestigter erster taktiler Taster verwendet wird und die erste Sensoreinheit erste Messsignale erzeugt, aus denen die Koordinaten der ersten Formmerkmale mit der ersten Auflösung ermittelbar sind,
    • – zur Messung der Koordinaten von zweiten Formmerkmalen mit einer zweiten, im Vergleich zu der ersten Auflösung feineren örtlichen Auflösung der Werkstückoberfläche eine zweite Sensoreinheit an der Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit befestigt wird,
    • – ein zweiter taktiler Taster, der an der zweiten Sensoreinheit befestigt ist oder der Teil der zweiten Sensoreinheit ist, verwendet wird, die Werkstückoberfläche taktil abzutasten, und die zweite Sensoreinheit zweite Messsignale erzeugt, aus denen die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelbar sind,
    • – der zweite taktile Taster gemeinsam mit der zweiten Sensoreinheit von einer zweiten Bewegungseinrichtung, die Teil der ersten Sensoreinheit ist, bewegt wird und dadurch der zweite taktile Taster eine taktile Abtastung der Werkstückoberfläche durchführt, während der die zweiten Messsignale erzeugt werden, und
    • – die zweite Sensoreinheit während der taktilen Abtastung durch den zweiten taktilen Taster die zweiten Messsignale erzeugt, die das KMG verarbeitet und aus denen das KMG die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelt.
  • Außerdem wird vorgeschlagen: Ein Koordinatenmessgerät zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks, wobei:
    • – das Koordinatenmessgerät eine Koordinaten-Ermittlungseinrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, Messsignale einer ersten Sensoreinheit, die die Messsignale während einer taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche erzeugt, verarbeitet und aus den Messsignalen die Koordinaten der Werkstückoberfläche ermittelt,
    • – das Koordinatenmessgerät eine erste Bewegungseinrichtung aufweist, die nicht Teil der ersten Sensoreinheit ist und ausgestaltet ist, die erste Sensoreinheit zu bewegen, um einen an der ersten Sensoreinheit (unmittelbar oder mittelbar) befestigten Taster in die Nähe der Werkstückoberfläche und/oder in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche zu bringen,
    • – das Koordinatenmessgerät ausgestaltet ist, in einem ersten Betriebsmodus zur Messung der Koordinaten von ersten Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer ersten, gröberen örtlichen Auflösung einen an einer Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (unmittelbar oder mittelbar) befestigten ersten taktilen Taster zu verwenden und durch die erste Sensoreinheit erste Messsignale zu erzeugen, aus denen die Koordinaten der ersten Formmerkmale mit der ersten Auflösung ermittelbar sind,
    • – das Koordinatenmessgerät ausgestaltet ist, in einem zweiten Betriebsmodus zur Messung der Koordinaten von zweiten Formmerkmalen mit einer zweiten, im Vergleich zu der ersten Auflösung feineren örtlichen Auflösung der Werkstückoberfläche eine zweite Sensoreinheit zu verwenden, wobei die zweite Sensoreinheit an der Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit befestigt ist,
    • – das Koordinatenmessgerät ausgestaltet ist, in dem zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten taktilen Taster, der an der zweiten Sensoreinheit befestigt ist oder der Teil der zweiten Sensoreinheit ist, die Werkstückoberfläche taktil abzutasten, und durch die zweite Sensoreinheit zweite Messsignale zu erzeugen, aus denen die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelbar sind,
    • – die erste Sensoreinheit ausgestaltet ist, in dem zweiten Betriebsmodus den zweiten taktilen Taster gemeinsam mit der zweiten Sensoreinheit mittels einer zweiten Bewegungseinrichtung zu bewegen, sodass der zweite taktile Taster eine taktile Abtastung der Werkstückoberfläche durchführt, während der die zweiten Messsignale erzeugt werden, und
    • – die zweite Sensoreinheit ausgestaltet ist, während der taktilen Abtastung durch den zweiten taktilen Taster die zweiten Messsignale zu erzeugen, die die Koordinaten-Ermittlungseinrichtung verarbeitet und aus denen sie die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelt.
  • Insbesondere wird die zweite Bewegungseinrichtung im zweiten Betriebsmodus ausschließlich als Bewegungseinrichtung damit als Positioniereinrichtung zur Positionierung der zweiten Sensoreinheit benutzt. Ferner wird im zweiten Betriebsmodus insbesondere ausschließlich die zweite Bewegungseinrichtung zur Herstellung des taktilen Kontakt zwischen dem Werkstück und dem zweiten taktilen Taster genutzt. Dies schließt allerdings nicht aus, dass die erste Bewegungseinrichtung im zweiten Betriebsmodus dazu genutzt wird, die Sensoreinheiten und den zweiten taktilen Taster in die Nähe der Werkstückoberfläche zu bewegen. Die Nutzung der zweiten Bewegungseinrichtung für die Abtastung hat jedoch den Vorteil, dass die bewegte Masse klein ist und der zweite Taster daher auf einfache Weise so handhabbar ist, dass seine mechanische Belastung bei Kontakt zur Werkstückoberfläche gering ist. Dies schließt den Fall eines unbeabsichtigten Anstoßens an die Werkstückoberfläche mit ein. Ferner ist die zweite Bewegungseinrichtung insbesondere so ausgestaltet, dass sie kleinere Bewegungen der Befestigungseinrichtung der zweiten Sensoreinheit mit der für den zweiten Betriebsmodus geforderten Genauigkeit der Abtastung bewirken kann als die erste Bewegungseinrichtung. Daher kann die zweite Bewegungseinrichtung kontrolliert kleinere Abtastkräfte des zweiten taktilen Tasters erzeugen, die insbesondere durch die Auslenkung des zweiten Tasters aus seiner Ruhelage entstehen. Die elastischen Rückstellkräfte, die versuchen, den zweiten Taster in seine Ruhelage zurückzudrängen, bilden in diesem Fall die Abtastkraft. Da die Federkonstante (Kraft pro Auslenkung) des zweiten Tasters bei einer von ihm durchgeführten Abtastung der Werkstückoberfläche insbesondere kleiner ist als die Federkonstante des ersten Tasters, reicht bei Verwendung des zweiten Tasters eine kleinere Bewegung aus, um das erforderliche Messsignal der taktilen Abtastung zu erzeugen.
  • Insbesondere kann die Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit und/oder eine Befestigungseinrichtung der zweiten Sensoreinheit als standardisierte mechanische und optional auch elektrische Schnittstelle ausgestaltet sein, sodass an die Schnittstelle ein dem Standard entsprechendes Befestigungselement des zu befestigenden Gegenstands befestigt werden kann. Z.B. kann die Befestigungseinrichtung eine Dreipunktlagerung aufweisen. Wie erwähnt, können optional zusätzliche elektrische Kontakte vorhanden sein, sodass elektrische Signale des angekoppelten Gegenstandes über die Kontakte zu der Sensoreinheit übertragen werden können und ferner optional von der Sensoreinheit an eine zentrale Steuerung des KMG, die sich nicht in der Sensoreinheit befindet, weitergeleitet werden können.
  • An eine solche Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit kann wie erwähnt ein Taster für den ersten Betriebsmodus oder die zweite Sensoreinheit für den zweiten Betriebsmodus angekoppelt sein/werden. Im ersten und/oder im zweiten Betriebsmodus kann alternativ eine einachsige oder mehrachsige Drehvorrichtung angekoppelt werden, an die wiederum der Taster oder die zweite Sensoreinheit angekoppelt werden kann. Die Drehvorrichtung erlaubt die Drehung des wiederum daran angekoppelten Gegenstandes um die eine oder um die mehreren Drehachsen, wobei mehrere Drehachsen z.B. paarweise senkrecht zueinander verlaufen.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, an die erste Sensoreinheit eine weitere Sensoreinheit anzukoppeln, an die wiederum wahlweise für den ersten Betriebsmodus ein Taster und für den zweiten Betriebsmodus die zweite Sensoreinheit angekoppelt ist. Im ersten Betriebsmodus übt die weitere Sensoreinheit die bereits für die erste Sensoreinheit beschriebenen Funktionen aus. Im zweiten Betriebsmodus wird die Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit und/oder eine weitere Bewegungseinrichtung der weiteren Sensoreinheit zur Herstellung des Kontakts und für die Auslenkung des zweiten Tasters an der Werkstückoberfläche verwendet. Dies ist lediglich ein Beispiel dafür, dass nicht nur eine erste und eine zweite Sensoreinheit in der erfindungsgemäßen Weise kaskadiert (d.h. aneinander angekoppelt und als Kaskade an das KMG angekoppelt) verwendet werden können, sondern mehr als zwei Sensoreinheiten. Jede Sensoreinheit hat dabei grundsätzlich die Möglichkeit, dass an ihrer dem Werkstück zugewandten Seite wahlweise ein Taster oder eine weitere Sensoreinheit angekoppelt sein kann. Die dem Koordinatenmessgerät zugewandte Seite der jeweiligen Sensoreinheit ist daher entweder mit einer anderen Sensoreinheit oder unmittelbar einem von der Bewegungseinrichtung des KMG bewegbaren Teil gekoppelt. Dabei ermöglicht es insbesondere jede Sensoreinheit, selbst Messsignale bei Auslenkung eines an ihr angekoppelten Tasters zu erzeugen, wobei insbesondere die Messkräfte der an den verschiedenen Sensoreinheiten ankoppelbaren Taster in unterschiedlichen Messkraftbereichen liegen. Daher kann je nachdem, in welchem Betriebsmodus gemessen wird und daher welcher Taster verwendet wird, mit unterschiedlicher Abtastkraft gemessen werden.
  • Bei dem Befestigungselement des an die oben erwähnte standardisierte Schnittstelle ankoppelbaren Gegenstandes kann es sich insbesondere um einen sogenannten Wechselteller handeln, d.h. ein Teil, welches in der Art eines Tellers oder einer Scheibe gestaltet ist, das zur Herstellung des mechanischen Kontakts erforderlichen Merkmale (wie z.B. den entsprechenden Teil einer Dreipunktlagerung) aufweist und das auswechselbar ist. Der Wechselteller oder allgemein das Befestigungselement ist optional so ausgestaltet, dass zumindest ein elektrischer Kontakt vorhanden ist, über den ein elektrisches Signal über die entsprechend ausgestattete Schnittstelle der Sensoreinheit übertragen werden kann. Z.B. kann der Kontakt des Befestigungselements oder der Schnittstelle ein federbelasteter Kontakt sein, beispielsweise ein Kontaktstift. Insbesondere kann durch ein automatisches Wechselsystem (wie oben erwähnt) der an einem solchen Befestigungselement befestigte Taster und eine an einem solchen Befestigungselement befestigte oder dieses aufweisende zweite Sensoreinheit gegeneinander automatisch ausgewechselt werden, um zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus zu wechseln.
  • Insbesondere wird die als Mikrosensoreinheit ausgestaltete zweite Sensoreinheit an einem derartigen Befestigungselement befestigt oder weist dieses Befestigungselement auf.
  • Unter einer Mikrosensoreinheit wird eine Sensoreinheit verstanden, die mit einem geeignet ausgestalteten Taster (Mikrotaster) fähig ist, Mikrostrukturen an der Werkstückoberfläche zu messen. Unter Mikrostrukturen werden Strukturen verstanden, die Abmessungen im Mikrometerbereich oder kleiner aufweisen.
  • Insbesondere können die zweiten Messsignale über zumindest eine elektrische Leitung der ersten Sensoreinheit zu einer Koordinaten-Ermittlungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts übertragen werden. Dem entspricht eine Ausgestaltung des KMG, bei dem die erste Sensoreinheit zumindest eine elektrische Leitung aufweist, über die die zweiten Messsignale in dem zweiten Betriebsmodus zu der Koordinaten-Ermittlungseinrichtung übertragen werden.
  • Dadurch ist es möglich, die von der zweiten Sensoreinheit erzeugten Messsignale auf einfache Weise zu der Koordinaten-Ermittlungseinrichtung des KMG zu übertragen. Sie müssen von der ersten Sensoreinheit lediglich durchgeleitet werden. Optional wäre es möglich, dass die erste Sensoreinheit die Messsignale der zweiten Sensoreinheit verarbeitet, vorverarbeitet und/oder selbst auswertet. Insbesondere aber ist die erste Sensoreinheit im zweiten Betriebsmodus an der Erzeugung der Messsignale nicht beteiligt.
  • In besonderer Ausgestaltung erzeugt eine Steuerung, die Teil des Koordinatenmessgeräts ist aber nicht Teil der ersten Sensoreinheit ist, aus den zweiten Messsignalen Bewegungs-Steuersignale, mit denen sie die zweite Bewegungseinrichtung steuert, um den zweiten taktilen Taster zum Zweck der taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche und zur Erzeugung weiterer zweiter Messsignale zu bewegen. Dem entspricht eine Ausgestaltung des KMG, bei dem eine Steuerung des Koordinatenmessgeräts, die nicht Teil der ersten Sensoreinheit ist, aus den zweiten Messsignalen Bewegungs-Steuersignale erzeugt, mit denen sie die zweite Bewegungseinrichtung steuert, um den zweiten taktilen Taster zum Zweck der taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche und zur Erzeugung weiterer zweiter Messsignale zu bewegen.
  • Auf diese Weise kann die zweite Bewegungseinrichtung unter Verwendung der von der zweiten Sensoreinheit erzeugten Messsignale so gesteuert werden, dass die zweite Sensoreinheit zur Abtastung des Werkstücks insbesondere in einer gewünschten und/oder vorgegebenen Weise bewegt wird. Generell, nicht nur in Bezug auf diese besondere Ausgestaltung, ist es insbesondere möglich, einzelne Punkte der Werkstückoberfläche abzutasten, ausschließlich durch die von der zweiten Bewegungseinrichtung erzeugte Bewegung eine scannende Abtastung der Werkstückoberfläche durchzuführen und/oder eine sogenannte selbst zentrierende Abtastung der Werkstückoberfläche vorzunehmen. Die scannende Abtastung kann insbesondere gemäß Soll-Daten (z.B. CAD-Daten) der Werkstückoberfläche oder als eine Abtastung einer unbekannten Oberflächenform durchgeführt werden. Im zweiten Betriebsmodus wird vorzugsweise ausschließlich die zweite Bewegungseinrichtung zur Erzeugung der Abtastbewegung und damit auch der Abtastkraft verwendet, d.h. die zweite Sensoreinheit weist keine Aktorik zur Erzeugung der Abtastkraft auf oder eine solche Aktorik wird zumindest nicht genutzt.
  • Trotz der bei Verwendung eines Mikrotasters geringen Messkraft im zweiten Betriebsmodus wird es bevorzugt, dass ein Schaft und ein zur Kontaktierung der Werkstückoberfläche verwendetes Kontaktelement (z.B. eine Kugel) möglichst große Abmessungen aufweisen, um den auf die Werkstückoberfläche ausgeübten Druck niedrig zu halten. Dadurch wird eine Beschädigung der Werkstückoberfläche vermieden.
  • Zum Umfang der Erfindung gehört ferner die Verwendung einer Sensoreinheit, wobei
    • – die Sensoreinheit eine zweite Sensoreinheit ist, die ausgestaltet ist, bei taktiler Abtastung einer Werkstückoberfläche durch einen an der zweiten Sensoreinheit befestigten Taster Messsignale zu erzeugen, aus welchen Koordinaten von Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer örtlichen Auflösung im Mikrometerbereich oder feiner ermittelbar sind,
    • – die zweite Sensoreinheit über eine an einem Koordinatenmessgerät befestigte erste Sensoreinheit mechanisch und optional auch elektrisch an das Koordinatenmessgerät angekoppelt ist,
    • – die zweite Sensoreinheit und der Taster von einer Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit bewegt werden, sodass der Taster in taktilen Kontakt mit der Werkstückoberfläche kommt und/oder in taktilem Kontakt mit der Werkstückoberfläche bleibt,
    • – die zweite Sensoreinheit dazu verwendet wird, während des Kontakts des Tasters mit der Werkstückoberfläche die Messsignale zu erzeugen.
  • Insbesondere kann die zweite Sensoreinheit in einem nicht an das Koordinatenmessgerät angekoppelten Zustand nicht für die Erzeugung von Messsignalen verwendet werden, während ein an der ersten Sensoreinheit befestigter Taster die Werkstückoberfläche abtastet und während die erste Sensoreinheit Messsignale erzeugt, aus welchen Koordinaten von Formmerkmalen der Werkstückoberfläche nur mit einer gröberen örtlichen Auflösung als im Mikrometerbereich ermittelbar (z. B. weil die Genauigkeit der Messung nicht ausreichend wäre und/oder weil die Messung nicht zuverlässig ohne Beschädigung der Werkstückoberfläche durchführbar ist) sind.
  • Insbesondere kann die erste Bewegungseinrichtung des KMG Elektromotoren als Antriebsmotoren der Bewegung aufweisen. Dabei sind die Bewegungen der Elektromotoren insbesondere eindeutig Bewegungskomponenten der Bewegung der von der ersten Bewegungseinrichtung bewegten ersten Sensoreinheit zugeordnet. Z. B. ist jeweils zumindest ein Elektromotor für eine Linearbewegung der ersten Sensoreinheit vorgesehen, wobei jede der Linearbewegungen ausschließlich in einer von drei paarweise zueinander senkrecht stehenden Richtungen stattfinden kann. Die Linearbewegungen verlaufen z. B. entlang von Linearachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) eines kartesischen Koordinatensystems. Im Ergebnis kann innerhalb eines erreichbaren Bewegungsbereichs somit jeder gewünschte Punkt auf direktem Weg angefahren werden. Eine solche erste Bewegungseinrichtung weist z. B. typischerweise ein KMG in Portalbauweise oder Gantrybauweise auf.
  • Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung und weitere optionale Merkmale beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
  • 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise,
  • 2 die an das KMG in 1 angekoppelte erste Sensoreinheit, die zur Messung einer Werkstückoberfläche in einem ersten Betriebsmodus einen ersten Taster trägt,
  • 3 die erste Sensoreinheit, an die eine zweite Sensoreinheit mit einem daran befestigten zweiten Taster angekoppelt ist, um die Werkstückoberfläche in einem zweiten Betriebsmodus abzutasten, und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Abtasten von Oberflächenstrukturen eines Werkstücks in verschiedenen Größenbereichen, d.h. mit unterschiedlicher örtlicher Auflösung.
  • Das in 1 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 11 in Portalbauweise weist einen Messtisch 1 auf, über dem Säulen 2, 3 in Y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems beweglich angeordnet sind. Die Säulen 2, 3 bilden zusammen mit einem Querträger 4 ein Portal des KMG 11. Der Querträger 4 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 2 bzw. 3 verbunden. Nicht näher dargestellte Elektromotoren verursachen die Linearbewegung der Säulen 2, 3 in Z-Richtung. Dabei ist jeder der beiden Säulen 2, 3 ein Elektromotor zugeordnet.
  • Der Querträger 4 ist mit einem Querschlitten 7 kombiniert, welcher z. B. luftgelagert entlang dem Querträger 4 in X-Richtung des kartesischen Koordinatensystems beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 7 relativ zu dem Querträger 4 kann anhand einer Maßstabsteilung 6 festgestellt werden. Die Bewegung des Querträgers 4 in X-Richtung wird durch einen weiteren Elektromotor angetrieben.
  • An dem Querschlitten 7 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 8 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 10 auswechselbar mit einer ersten Sensoreinheit 5 verbunden ist. An der ersten Sensoreinheit 5 ist eine zweite Sensoreinheit 9 abnehmbar und gegen einen Taster auswechselbar angeordnet. An der zweiten Sensoreinheit 9 ist ein Taster 16 (hier ein Taststift) montiert.
  • Die Pinole 8 kann angetrieben durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 7 in Z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die insgesamt vier Elektromotoren kann der die erste Sensoreinheit 5 daher die zweite Sensoreinheit 9 mit dem daran montierten Taster 16 zu jedem Punkt unterhalb des Querträgers 4 und oberhalb des Messtisches 1 verfahren werden, der in dem durch die Säulen 2, 3 definierten Zwischenraum liegt.
  • Schematisch ist eine Steuerung 17 des KMG dargestellt, die in dem Ausführungsbeispiel eine Koordinaten-Ermittlungseinrichtung 15 aufweist. Über nicht dargestellte Signalverbindungen empfängt die Koordinaten-Ermittlungseinrichtung 15 Messsignale von der ersten Sensoreinheit 5 und/oder von der zweiten Sensoreinheit 9 und ermittelt die Koordinaten einer abgetasteten Werkstückoberfläche. Die Steuerung 17 kann insbesondere aus den ermittelten Koordinaten und optional aus Vorgaben für die Abtastung der Werkstückoberfläche Steuersignale zur Steuerung der ersten Bewegungseinrichtung des KMG (die die Elektromotoren und die beweglichen Teile des KMG aufweist) und/oder zur Steuerung der zweiten Bewegungseinrichtung (s.u.) der ersten Sensoreinheit 5 erzeugen und ausgeben.
  • 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer ersten Sensoreinheit 21. An einer Kopplungseinrichtung 22 mit in der Figur nach unten weisender Ankopplungsschnittstelle ist ein Befestigungselement 23 (z.B. ein Wechselteller) angekoppelt und damit befestigt. Das Befestigungselement 23 trägt einen Taststift 26, an dessen freiem Ende sich eine Tastkugel 26a befindet.
  • Die Kopplungseinrichtung 22 der ersten Sensoreinheit 21 ist von einer zweiten Bewegungseinrichtung 24 der Sensoreinheit 21 bewegbar, wie schematisch durch einen Pfeil mit Pfeilspitzen an den entgegengesetzten Enden angedeutet ist. Die Pfeilrichtung beschränkt jedoch nicht die Freiheitsgrade der Bewegung, die die Bewegungseinrichtung 24 und damit auch der angekoppelte Taststift 26 haben. Z.B. ist es auch denkbar, dass der Taststift 26 oder dementsprechend andere an die Kopplungseinrichtung 22 angekoppelte Teile (z.B. die in 3 dargestellten Teile) in Längsrichtung des Schaftes des Taststiftes 26 bewegbar sind.
  • Rechts unten in 2 und 3 ist jeweils ein Werkstück 31 schematisch dargestellt, welches Oberflächenstrukturen in unterschiedlichen Größenbereichen aufweist. In dem dargestellten Beispiel weist das Werkstück 31 zwei Vertiefungen bzw. Aussparungen 33a, 33b auf, in denen jeweils feinere Strukturen 34a, 34b angeordnet sind. Z.B. sollen sowohl die Breiten und/oder Abstände der Aussparungen 33 als auch die feineren Strukturen 34 innerhalb der Aussparungen 33 gemessen werden. In 2 ist durch vier Pfeile angedeutet, dass mit dem Taststift 26 in der in 2 dargestellten Konfiguration (erster Betriebsmodus) insbesondere die Koordinaten der Ränder der Aussparungen 33 messbar sind.
  • 3 zeigt ebenfalls schematisch ähnlich wie in 2, dass die erste Sensoreinheit 21 in einem zweiten Betriebsmodus des KMG mit einer anderen Konfiguration betrieben werden kann. An die Kopplungseinrichtung 22 ist über ein Befestigungselement 23 eine schematisch dargestellte zweite Sensoreinheit 30 angekoppelt, bei der es sich insbesondere um eine Mikrosensoreinheit handelt. Die Größenverhältnisse sind in 2 und 3 jedoch nicht maßstäblich dargestellt, um die Erkennbarkeit der wesentlichen Bestandteile zu erleichtern.
  • In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Sensoreinheit 30 z.B. ähnlich wie in WO 2006/010395 A2 beschrieben einen Rahmen 25 auf, über den die zweite Sensoreinheit 30 an dem Befestigungselement 23 befestigt ist. Der Rahmen 25 trägt daher die weiteren Bestandteile der zweiten Sensoreinheit 30. Die Einheit weist eine Mehrzahl in der dargestellten Seitenansicht kettenförmig nebeneinander angeordneter Segmente oder Materialbereiche 27 auf, die beim Auftreten einer entsprechenden Kraft gegeneinander beweglich sind. Nicht dargestellte Dehnungsmesssensoren messen die Verformung und damit die veränderte Relativposition und/oder relative Ausrichtung der Segmente 27. An einem der Segmente 27 ist ein Mikrotaststift 29 mit einem Schaft und einem als Kugel ausgeformten Tastelement 29a befestigt. Wenn das Tastelement 29 in Kontakt zu dem Werkstück 31 kommt und dabei eine Abtastkraft auf die Werkstückoberfläche ausübt, werden der Taststift 29 und das fest mit ihm verbundene Segment 27 in der Mitte der Segmente 27 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Dies führt zu der erwähnten Relativbewegung der Segmente und die Auslenkung wird durch die Dehnungsmesssensoren der zweiten Sensoreinheit 30 gemessen. Entsprechende Messsignale werden vorzugsweise über die Ankopplung zur ersten Sensoreinheit 21 übertragen und ferner vorzugsweise durch diese hindurchgeleitet und der Koordinaten-Ermittlungseinrichtung des KMG zugeführt.
  • Wie durch zwei Pfeile in 3 angedeutet ist, wird der Taster 29 in dem zweiten Betriebsmodus dazu verwendet, die feineren Strukturen 34 der Werkstückoberfläche abzutasten und dadurch die Koordinaten der feineren Struktur zu ermitteln.
  • Das in 4 dargestellte Blockdiagramm erläutert eine mögliche Vorgehensweise zur Vermessung eines Werkstücks mit Strukturen in unterschiedlichen Größenbereichen, z.B. des Werkstücks 31 aus 2 und 3 mit den in 2 und 3 dargestellten Konfigurationen.
  • In einem ersten Schritt S1 wird ein erster Taster (z.B. der Taststift 26) an eine erste Sensoreinheit (z.B. die Sensoreinheit 21) angekoppelt. In einem folgenden Schritt S2 wird die Bewegungseinrichtung des KMG, d.h. die erste Bewegungseinrichtung, welche nicht Teil der ersten Sensoreinheit ist, dazu verwendet, den ersten Taster zumindest in die Nähe der Werkstückoberfläche zu bringen und vorzugsweise auch die Auslenkung des ersten Tasters aus seiner Ruhelage zu bewirken. Durch Abtastung der gewünschten Punkte und/oder Bereiche der Werkstückoberfläche werden die im ersten Betriebsmodus benötigten Messinformationen aus den Messsignalen der ersten Sensoreinheit gewonnen.
  • In einem folgenden Schritt S3 wird der erste Taster gegen die zweite Sensoreinheit (z.B. die Sensoreinheit 30 aus 3) ausgewechselt. Wie auch bei anderen Ausführungsformen des Verfahrens kann daher das Werkstück an seinem Ort verbleiben oder zumindest an der Halterung verbleiben, die das Werkstück hält. Optional kann es sich bei dieser Halterung um eine bewegliche Halterung (z.B. einen Drehtisch) handeln. Da jedoch die zweite Sensoreinheit mit dem an ihr befestigten zweiten Taster den ersten Taster ersetzt, kann dasselbe Koordinatenmessgerät sowohl in dem ersten Betriebsmodus als auch in dem zweiten Betriebsmodus verwendet werden.
  • In dem folgenden Schritt S4 werden die erste Sensoreinheit mit der daran angekoppelten zweiten Sensoreinheit und dem wiederum daran angekoppelten zweiten Taster unter Verwendung der ersten Bewegungseinrichtung des KMG in die Nähe eines Bereichs der Werkstückoberfläche oder nacheinander in die Nähe mehrerer Bereiche der Werkstückoberfläche gebracht (insbesondere die Bereiche 34 in 2 und 3), in denen die feineren Oberflächenstrukturen vermessen werden sollen. Durch die erste Bewegungseinrichtung allein wird jedoch vorzugsweise noch kein taktiler Kontakt zwischen dem zweiten Taster und der Werkstückoberfläche hergestellt.
  • In dem folgenden Schritt S5 wird unter Verwendung der zweiten Bewegungseinrichtung, die Teil der ersten Sensoreinheit ist, die Abtastung der Werkstückoberfläche bezüglich der feineren Oberflächenstrukturen durchgeführt. Vorzugsweise wird dabei ausschließlich die zweite Bewegungseinrichtung als Ursache der Abtastbewegung eingesetzt, mit der das Tastelement des zweiten Tasters in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche gelangt oder z.B. während der Scanbewegung in Kontakt verbleibt. Auch wird im Fall einer Scanbewegung diese Bewegung vorzugsweise ausschließlich unter Verwendung der zweiten Bewegungseinrichtung erzeugt. Die ausschließliche Verwendung der zweiten Bewegungseinrichtung zur Durchführung der eigentlichen taktilen Abtastung und dadurch zur Erzeugung der Messsignale durch die zweite Sensoreinheit schließt nicht aus, dass zwischen einer solchen Abtastung im Rahmen des zweiten Betriebsmodus auch die erste Bewegungseinrichtung eingesetzt wird, z.B. um den zweiten Taster in die Nähe eines anderen Oberflächenbereichs zu bringen.
  • Die Reihenfolge der Ausführung des ersten Betriebsmodus und des zweiten Betriebsmodus kann umgekehrt werden, sodass nach dem Messen der Werkstückoberfläche im zweiten Betriebsmodus die zweite Sensoreinheit durch den ersten Taster ersetzt wird. Auch ist es möglich, vor und nach einem Zeitintervall, in dem in einem der Betriebsmodi die Werkstückoberfläche vermessen wird, diese in dem anderen Betriebsmodus zu vermessen. An den Übergängen zwischen den verschiedenen Betriebsmodi wird jeweils der erste Taster gegen die zweite Sensoreinheit ausgewechselt oder umgekehrt.
  • Gleichbedeutend mit der ausschließlichen Verwendung der zweiten Bewegungseinrichtung ist es, dass derjenige Teil der ersten Sensoreinheit, der mit den tragenden Teilen des KMG verbunden ist und daher auch mit den von der ersten Bewegungseinrichtung angetriebenen Teilen verbunden ist, nicht bewegt wird, d.h. an seinem Ort verbleibt. Relativ zu dieser nicht bewegten Basis der ersten Sensoreinheit wird von der zweiten Bewegungseinrichtung insbesondere die Kopplungseinrichtung bewegt, an der im zweiten Betriebsmodus die zweite Sensoreinheit angekoppelt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2006/010395 A2 [0006, 0010, 0019, 0053]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks (31), wobei: – ein Koordinatenmessgerät (11) verwendet wird, das Messsignale einer ersten Sensoreinheit (21), die die Messsignale während einer taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche erzeugt, verarbeitet und aus den Messsignalen die Koordinaten der Werkstückoberfläche ermittelt, – die erste Sensoreinheit (21) von einer ersten Bewegungseinrichtung, die Teil des Koordinatenmessgeräts (11) ist aber nicht Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist, bewegt wird, um einen an der ersten Sensoreinheit (21) befestigten Taster (26, 29) in die Nähe der Werkstückoberfläche und/oder in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche zu bringen, – zur Messung der Koordinaten von ersten Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer ersten örtlichen Auflösung ein an einer Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) befestigter erster taktiler Taster (26) verwendet wird und die erste Sensoreinheit (21) erste Messsignale erzeugt, aus denen die Koordinaten der ersten Formmerkmale mit der ersten Auflösung ermittelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Messung der Koordinaten von zweiten Formmerkmalen mit einer zweiten, im Vergleich zu der ersten Auflösung feineren örtlichen Auflösung der Werkstückoberfläche eine zweite Sensoreinheit (30) an der Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) befestigt wird, – ein zweiter taktiler Taster (29), der an der zweiten Sensoreinheit (30) befestigt ist oder der Teil der zweiten Sensoreinheit (30) ist, verwendet wird, die Werkstückoberfläche taktil abzutasten, und die zweite Sensoreinheit (30) zweite Messsignale erzeugt, aus denen die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelbar sind, – der zweite taktile Taster (29) gemeinsam mit der zweiten Sensoreinheit (30) von einer zweiten Bewegungseinrichtung (24), die Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist, bewegt wird und dadurch der zweite taktile Taster (29) eine taktile Abtastung der Werkstückoberfläche durchführt, während der die zweiten Messsignale erzeugt werden, und – die zweite Sensoreinheit (30) während der taktilen Abtastung durch den zweiten taktilen Taster (29) die zweiten Messsignale erzeugt, die das Koordinatenmessgeräts (11) verarbeitet und aus denen das Koordinatenmessgerät (11) die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelt.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweiten Messsignale über zumindest eine elektrische Leitung der ersten Sensoreinheit (21) zu einer Koordinaten-Ermittlungseinrichtung (15) des Koordinatenmessgeräts (11) übertragen werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuerung (17), die Teil des Koordinatenmessgeräts (11) ist aber nicht Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist, aus den zweiten Messsignalen Bewegungs-Steuersignale erzeugt, mit denen sie die zweite Bewegungseinrichtung steuert, um den zweiten taktilen Taster (29) zum Zweck der taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche und zur Erzeugung weiterer zweiter Messsignale zu bewegen.
  4. Koordinatenmessgerät (11) zum Messen von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks, wobei: – das Koordinatenmessgerät (11) eine Koordinaten-Ermittlungseinrichtung (15) aufweist, die ausgestaltet ist, Messsignale einer ersten Sensoreinheit (21), die die Messsignale während einer taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche erzeugt, verarbeitet und aus den Messsignalen die Koordinaten der Werkstückoberfläche ermittelt, – das Koordinatenmessgerät (11) eine erste Bewegungseinrichtung aufweist, die nicht Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist und ausgestaltet ist, die erste Sensoreinheit (21) zu bewegen, um einen an der ersten Sensoreinheit (21) befestigten Taster (26, 29) in die Nähe der Werkstückoberfläche und/oder in taktilen Kontakt zu der Werkstückoberfläche zu bringen, – das Koordinatenmessgerät (11) ausgestaltet ist, in einem ersten Betriebsmodus zur Messung der Koordinaten von ersten Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer ersten, gröberen örtlichen Auflösung einen an einer Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) befestigten ersten taktilen Taster (26) zu verwenden und durch die erste Sensoreinheit (21) erste Messsignale zu erzeugen, aus denen die Koordinaten der ersten Formmerkmale mit der ersten Auflösung ermittelbar sind, – das Koordinatenmessgerät (11) ausgestaltet ist, in einem zweiten Betriebsmodus zur Messung der Koordinaten von zweiten Formmerkmalen mit einer zweiten, im Vergleich zu der ersten Auflösung feineren örtlichen Auflösung der Werkstückoberfläche eine zweite Sensoreinheit (30) zu verwenden, wobei die zweite Sensoreinheit (30) an der Befestigungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) befestigt ist, – das Koordinatenmessgerät (11) ausgestaltet ist, in dem zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten taktilen Taster (29), der an der zweiten Sensoreinheit (30) befestigt ist oder der Teil der zweiten Sensoreinheit (30) ist, die Werkstückoberfläche taktil abzutasten, und durch die zweite Sensoreinheit (30) zweite Messsignale zu erzeugen, aus denen die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelbar sind, – die erste Sensoreinheit (21) ausgestaltet ist, in dem zweiten Betriebsmodus den zweiten taktilen Taster (29) gemeinsam mit der zweiten Sensoreinheit (30) mittels einer zweiten Bewegungseinrichtung zu bewegen, sodass der zweite taktile Taster (29) eine taktile Abtastung der Werkstückoberfläche durchführt, während der die zweiten Messsignale erzeugt werden, und – die zweite Sensoreinheit (30) ausgestaltet ist, während der taktilen Abtastung durch den zweiten taktilen Taster (29) die zweiten Messsignale zu erzeugen, die die Koordinaten-Ermittlungseinrichtung (15) verarbeitet und aus denen sie die Koordinaten der zweiten Formmerkmale mit der zweiten Auflösung ermittelt.
  5. Koordinatenmessgerät (11) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Sensoreinheit (21) zumindest eine elektrische Leitung aufweist, über die die zweiten Messsignale in dem zweiten Betriebsmodus zu der Koordinaten-Ermittlungseinrichtung (15) übertragen werden.
  6. Koordinatenmessgerät (11) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuerung (17) des Koordinatenmessgeräts (11), die nicht Teil der ersten Sensoreinheit (21) ist, aus den zweiten Messsignalen Bewegungs-Steuersignale erzeugt, mit denen sie die zweite Bewegungseinrichtung steuert, um den zweiten taktilen Taster (29) zum Zweck der taktilen Abtastung der Werkstückoberfläche und zur Erzeugung weiterer zweiter Messsignale zu bewegen.
  7. Verwendung einer Sensoreinheit (30), wobei – die Sensoreinheit (30) eine zweite Sensoreinheit (30) ist, die ausgestaltet ist, bei taktiler Abtastung einer Werkstückoberfläche durch einen an der zweiten Sensoreinheit (30) befestigten Taster (29) Messsignale zu erzeugen, aus welchen Koordinaten von Formmerkmalen der Werkstückoberfläche mit einer örtlichen Auflösung im Mikrometerbereich oder feiner ermittelbar sind, – die zweite Sensoreinheit (30) über eine an einem Koordinatenmessgerät (11) befestigte erste Sensoreinheit (21) mechanisch und optional auch elektrisch an das Koordinatenmessgerät (11) angekoppelt ist, – die zweite Sensoreinheit (30) und der Taster (29) von einer Bewegungseinrichtung der ersten Sensoreinheit (21) bewegt werden, sodass der Taster (29) in taktilen Kontakt mit der Werkstückoberfläche kommt und/oder in taktilem Kontakt mit der Werkstückoberfläche bleibt, – die zweite Sensoreinheit (30) dazu verwendet wird, während des Kontakts des Tasters (29) mit der Werkstückoberfläche die Messsignale zu erzeugen.
  8. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Sensoreinheit (30) in einem nicht an das Koordinatenmessgerät (11) angekoppelten Zustand nicht für die Erzeugung von Messsignalen verwendet wird, während ein an der ersten Sensoreinheit (21) befestigter Taster (26) die Werkstückoberfläche abtastet und während die erste Sensoreinheit (21) Messsignale erzeugt, aus welchen Koordinaten von Formmerkmalen der Werkstückoberfläche nur mit einer gröberen örtlichen Auflösung als im Mikrometerbereich ermittelbar sind.
DE102013225149.1A 2013-12-06 2013-12-06 Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit Expired - Fee Related DE102013225149B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013225149.1A DE102013225149B4 (de) 2013-12-06 2013-12-06 Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013225149.1A DE102013225149B4 (de) 2013-12-06 2013-12-06 Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013225149A1 true DE102013225149A1 (de) 2015-06-11
DE102013225149B4 DE102013225149B4 (de) 2018-05-30

Family

ID=53185157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013225149.1A Expired - Fee Related DE102013225149B4 (de) 2013-12-06 2013-12-06 Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013225149B4 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6000281A (en) * 1998-05-04 1999-12-14 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for measuring critical dimensions on a semiconductor surface
US20060007449A1 (en) * 2002-12-13 2006-01-12 Ralf Christoph Method for measuring a contour of a workpiece by scanning
WO2006010395A2 (de) 2004-07-23 2006-02-02 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Sensormodul für einen tastkopf eines taktilen koordinatenmessgerätes
JP2011027440A (ja) * 2009-07-21 2011-02-10 Canon Inc 形状測定方法及び形状測定装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6000281A (en) * 1998-05-04 1999-12-14 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for measuring critical dimensions on a semiconductor surface
US20060007449A1 (en) * 2002-12-13 2006-01-12 Ralf Christoph Method for measuring a contour of a workpiece by scanning
WO2006010395A2 (de) 2004-07-23 2006-02-02 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Sensormodul für einen tastkopf eines taktilen koordinatenmessgerätes
JP2011027440A (ja) * 2009-07-21 2011-02-10 Canon Inc 形状測定方法及び形状測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013225149B4 (de) 2018-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3714862C2 (de)
WO2017059992A1 (de) Sensorvorrichtung sowie roboteranordnung mit der sensorvorrichtung
DE3728578A1 (de) Tastsystem fuer koordinatenmessgeraete
EP3274655A1 (de) Kalibrierung einer an einem beweglichen teil eines koordinatenmessgeräts angebrachten drehvorrichtung
DE102015226387A1 (de) Verfahren zur Durchführung von Messungen mit einem Prüfelement in einem Koordinatenmessgerät oder einer Werkzeugmaschine
DE102016226073A1 (de) Vorrichtung zum einsatz in einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine zur verwendung in einem verfahren zum vermessen der numerisch gesteuerten werkzeugmaschine
EP3480557A1 (de) Verfahren zum messen eines werkstückes mit einem koordinatenmessgerät
WO2016207303A1 (de) Adapterelement zur montage einer drehvorrichtung im messraum eines koordinatenmessgeräts
DE102020206870A1 (de) Koordinatenmessmaschine und koordinatenmessprogramm
EP0284737B1 (de) Messtaster
EP2679962B1 (de) Positionsmesseinrichtung
DE19809589B4 (de) Verfahren zur Kalibrierung eines Tasters eines Koordinatenmeßgerätes
DE202015004771U1 (de) Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Position eines Werkzeugs
DE102018210688A1 (de) Anordnung und Verfahren zum Erfassen von Härteeigenschaften eines Objekts mit einem Koordinatenmessgerät
DE102017003641A1 (de) Verfahren zur Messung von Koordinaten oder Eigenschaften einer Werkstückoberfläche
DE102013225149B4 (de) Messung von Koordinaten einer Werkstückoberfläche zumindest eines Werkstücks unter Verwendung einer Sensoreinheit
EP3621769B1 (de) Schleif- und/oder erodiermaschine sowie verfahren zur vermessung und/oder referenzierung der maschine
DE10229821B4 (de) Koordinatenmeßgerät und Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmeßgerätes mit variabler Tastkopfmasse
EP3351895A1 (de) Messvorrichtung und verfahren zum betreiben einer messvorrichtung
DE102016115305A1 (de) Koordinatenmessgerät
DE102010026892A1 (de) Vorrichtung zur Vermessung von Objekten
EP3467519B1 (de) Nanoprober und verfahren zum einrichten eines nanoprobers
EP3236194B1 (de) Koordinatenmessgerät mit einem messenden tastkopf sowie verfahren zur messung eines werkstückes mit einem koordinatenmessgerät
EP3614096B1 (de) Tastsystem
DE102010062458A1 (de) Bedieneinrichtung zum Erzeugen von Anweisungen zur Steuerung der Bewegung eines reellen oder virtuellen Objektes

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee