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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Korrekturvorrichtung und ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät, das ein Messobjekt durch Lichtstrahlabtastung misst.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Ein derartiges optisches Messgerät beinhaltet einen Lichtstrahl-Scanner und einen Lichtempfänger, zwischen denen ein Abtastbereich eines Lichtstrahls eingeschoben ist. Ein Messobjekt wird in den Abtastbereich gesetzt, der Abtastbereich wird wiederholt von einem Lichtstrahl abgetastet, der von dem Lichtstrahl-Scanner emittiert wird, und ein gesendeter Lichtstrahl, der durch den Abtastbereich geht, wird von dem Lichtempfänger empfangen. Ein Durchmesser und dergleichen des Messobjekts werden gemessen, indem gezählt wird, wie lange der Lichtstrahl blockiert wird.
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Bei dem zuvor beschriebenen optischen Messgerät ist es jedoch schwierig, auf Grund von Abweichungen des optischen Systems und Abweichungen des Abtastantriebssystems den Lichtstrahl von dem Lichtstrahl-Scanner genau mit einer konstanten Geschwindigkeit abzutasten, und die Abtastgeschwindigkeit variiert je nach Messposition. Um somit ein genaueres Messergebnis zu erzielen, wird es bevorzugt, das Messergebnis unter Verwendung von Korrekturdaten, die für jede Position bestimmt werden, zu korrigieren.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Korrekturvorrichtung und ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät bereit, das in der Lage ist, ein Messergebnis angemessen zu korrigieren und Korrekturdaten in einer kurzen Zykluszeit zu erzielen.
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Eine Korrekturvorrichtung für ein optisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt Korrekturdaten für jede Abtastposition eines Lichtstrahls von einem optischen Messgerät, das einen Lichtstrahl-Scanner, der mit einem Lichtstrahl einen Messbereich (ein Messgebiet) abtastet, in den (das) ein Messobjekt gesetzt wird, und einen Lichtempfänger, der einen gesendeten Lichtstrahl von dem Messbereich empfängt, beinhaltet. Die Korrekturvorrichtung beinhaltet eine lichtdurchlässige Skala mit Markierungen, die mit einer vorbestimmten Teilung angeordnet sind, und einen Halter, um die Skala in dem Messbereich derart zu montieren, dass eine Anordnungsrichtung der Markierungen eine Abtastrichtung des Lichtstrahls ist.
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Ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät, das einen Lichtstrahl-Scanner, der mit einem Lichtstrahl einen Messbereich abtastet, in den ein Messobjekt gesetzt wird, und einen Lichtempfänger, der einen gesendeten Lichtstrahl von dem Messbereich empfängt, beinhaltet. Das Korrekturverfahren beinhaltet das Anordnen einer lichtdurchlässigen Skala mit Markierungen, die mit einer vorbestimmten Teilung in dem Messbereich angeordnet sind, so dass eine Anordnungsrichtung der Markierungen eine Abtastrichtung des Lichtstrahls ist; das Messen einer Teilung der Markierungen mit dem optischen Messgerät; und das Berechnen von Korrekturdaten, um ein Messergebnis des optischen Messgeräts basierend auf einem Unterschied zwischen diesem Messergebnis und der vorbestimmten Teilung der Markierungen zu korrigieren.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Korrekturvorrichtung und ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät bereit, das in der Lage ist, eine Abweichung eines Messergebnisses angemessen zu korrigieren und Korrekturdaten in einer kurzen Zykluszeit zu erzielen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die beschriftete Vielzahl von Zeichnungen anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in denen die gleichen Bezugszeichen in den mehreren Ansichten der Zeichnungen insgesamt ähnliche Teile darstellen, näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Funktionsblockdiagramm eines optischen Messgeräts;
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2 eine externe Ansicht einer Messvorrichtung des optischen Messgeräts;
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3 Faktoren, die zum Vorkommen einer Messabweichung in dem optischen Messgerät beitragen;
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4A und 4B ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät gemäß einem Vergleichsbeispiel;
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5 eine externe Ansicht einer Korrekturvorrichtung für ein optisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen nur der erläuternden Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden vorgelegt, um das bereitzustellen, was als eine möglichst nützliche und leicht verständliche Beschreibung der Grundlagen und konzeptuellen Aspekte der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In dieser Hinsicht wird keineswegs versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als zum grundlegenden Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig zu zeigen, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen dem Fachmann nahebringt, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
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Eine Korrekturvorrichtung und ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Als Voraussetzung für die Beschreibung der Korrekturvorrichtung und des Korrekturverfahrens für das optische Messgerät wird zunächst eine kurze Beschreibung des optischen Messgeräts bereitgestellt.
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1 ist ein beispielhaftes Funktionsblockdiagramm eines optischen Messgeräts. 2 ist ein Beispiel einer externen Ansicht einer Messvorrichtung des optischen Messgeräts.
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Das optische Messgerät beinhaltet eine Messvorrichtung 100 und einen Controller 200, der diverse Abmessungen eines Messobjekts W unter Verwendung von Signalen, die von der Messvorrichtung 100 erhalten werden, berechnet.
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Die Messvorrichtung 100 beinhaltet einen Lichtstrahl-Scanner 110, einen Lichtempfänger 120 und ein Verbindungsstück 130. Der Lichtstrahl-Scanner 110 gibt einen Lichtstrahl aus, der das Messobjekt W abtastet. Der Lichtempfänger 120 empfängt einen gesendeten Lichtstrahl, der aus dem Lichtstrahl erzielt wird, der von dem Lichtstrahl-Scanner 110 aktiviert wird und an dem Messobjekt W vorbeigeht. Das Verbindungsstück 130 verbindet den Lichtstrahl-Scanner 110 und den Lichtempfänger 120 mit einem vorbestimmten Zwischenraum. Der Bereich, der zwischen dem Lichtstrahl-Scanner 110 und dem Lichtempfänger 120 definiert ist, wie er durch das Verbindungsstück 130 festgelegt ist, ist ein Messbereich 140, der einen Abtastbereich umfasst, in den das Messobjekt W gesetzt und abgetastet wird.
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Der Lichtstrahl-Scanner 110 der Messvorrichtung 100 weist eine Laserlichtquelle 111, einen Spiegel 112, einen Polygonspiegel 113, einen Motor 114, eine Motorantriebsschaltung 115, eine Motorsynchronschaltung 116, eine Kollimatorlinse 117 und einen Rücksetz-Photodetektor 118 auf. Der Lichtempfänger 120 der Messvorrichtung 100 weist eine Kondensorlinse 121, einen Messphotodetektor 122 und einen Verstärker 123 auf.
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Der Controller 200 weist eine CPU 201; eine Kantenerkennungsschaltung 202; eine Torschaltung 203; einen Zähler 204; einen Speicher 205, wie etwa einen ROM, RAM oder dergleichen; und eine Taktgeberschaltung 206, die Taktimpulse CLK an die Motorsynchronschaltung 116 und die Torschaltung 203 der Messvorrichtung 100 ausgibt, auf. Die CPU 201 und die Kantenerkennungsschaltung 202, die Torschaltung 203, der Zähler 204, der Speicher 205 und die Taktgeberschaltung 206 sind über einen Bus 207 verbunden.
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Ein Funktionsprinzip des optischen Messgeräts, das die obige Konfiguration aufweist, ist folgendes. Die Laserlichtquelle 111 der Messvorrichtung 100 gibt einen Laserstrahl L1 aus. Der ausgegebene Laserstrahl L1 wird an dem Spiegel 112 reflektiert und trifft dann auf den Polygonspiegel 113. Der Polygonspiegel 113 wird von dem Motor 114 drehmäßig angetrieben, und dies wandelt den Laserstrahl L1 in einen drehenden Abtaststrahl L2 um. Nun wird der Motor 114 von einem Antriebssignal angetrieben, das in der Motorantriebsschaltung 115 basierend auf einem Synchronisierungssignal erzeugt wird. Das Synchronisierungssignal wird in der Motorsynchronschaltung 116 basierend auf den Taktimpulsen CLK erzeugt. Dann wird der drehende Abtaststrahl L2 ferner in einen parallelen Abtaststrahl L3 (Lichtstrahl) umgewandelt, der eine konstante Geschwindigkeit und einen verengten Strahldurchmesser aufweist. Der parallele Abtaststrahl L3 wird derart aktiviert, dass er den Messbereich 140 (in den das Messobjekt W gesetzt wird) zusammen mit der Drehung des Polygonspiegels 113 abtastet; der parallele Abtaststrahl L3 geht dann durch die Kondensorlinse 121 und tritt in den Messphotodetektor 122 ein. Eine Ausgabe (Abtastsignal) des Messphotodetektors 122 wird durch den Verstärker 123 verstärkt und dann in die Kantenerkennungsschaltung 202 des Controllers 200 eingegeben.
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Ein Abtastsignal S1, das in die Kantenerkennungsschaltung 202 des Controllers 200 eingegeben wird, wird mit einem Schwellenwert von beispielsweise 50% formatiert und dann in die Torschaltung 203 als Kantenerkennungssignal S2 eingegeben. In der Torschaltung 203 wird ein Ansteuersignal S3 erzeugt, indem die Taktimpulse CLK basierend auf dem eingegebenen Kantenerkennungssignal S2 angesteuert werden, und wird dann in den Zähler 204 eingegeben. In dem Zähler 204 wird die Anzahl von Impulsen des eingegebenen Ansteuersignals S3 gezählt. In der CPU 201 wird ein Rechenprozess ausgeführt, indem die Impulsanzahl und ein Messwert, bei dem es sich um einen Durchmesser oder dergleichen des Messobjekts W handelt, berechnet werden. Da der Messbereich 140 von dem parallelen Abtaststrahl L3 wiederholt abgetastet wird, berechnet die CPU 201 eine Vielzahl von Messwerten; ein endgültiges Messergebnis wird jedoch erzielt, indem der Mittelwert dieser Messwerte berechnet wird.
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Der Rücksetz-Photodetektor 118 wird außerhalb des gültigen Abtastbereichs des drehenden Abtaststrahls L2 bereitgestellt und ermittelt den Anfang oder das Ende einer Abtastung. Ein Rücksetzsignal RST, bei dem es sich um eine Ausgabe des Rücksetz-Photodetektors 118 handelt, wird in die Torschaltung 203 des Controllers 200 eingegeben und wird als Zeitmesser verwendet, um die Torschaltung 203 zurückzusetzen.
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Anschließend werden Faktoren, die zum Vorkommen einer Messabweichung in dem optischen Messgerät beitragen, beschrieben. 3 bildet Faktoren ab, die zum Vorkommen einer Messabweichung in dem optischen Messgerät beitragen. 3 bildet die Messung von Messstäben ab, die in dem Messbereich bereitgestellt werden und mit einem gleichmäßigen Zwischenraum D in einer Abtastrichtung des parallelen Abtaststrahls L3 beabstandet sind, und wobei jeder Messstab einen Außendurchmesser gleich der Länge des Zwischenraums D aufweist.
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Für den in 3 gezeigten Fall sollte das optische Messgerät im Idealfall ein Messergebnis einer identischen Abmessung für alle Messstäbe erzielen. Dies setzt voraus, dass ein Ausmaß der Abtastverlagerung des parallelen Abtaststrahls L3 für jedes festgelegte Impulsintervall gleich ist. In Wirklichkeit wird eine Abtastgeschwindigkeit des parallelen Abtaststrahls L3 jedoch auf Grund von Faktoren des optischen Systems, wie etwa des Spiegels 112, des Polygonspiegels 113 oder der Kollimatorlinse 117, und einer unregelmäßigen Drehgeschwindigkeit des Motors 114 unregelmäßig. Wie in 3 gezeigt, unterscheidet sich somit das Ausmaß der Abtastverlagerung des parallelen Abtaststrahls L3 für jedes festgelegte Impulsintervall je nach der Position des Messstabs, und somit kommt es zu einer Messabweichung. Um daher Messungen genauer vorzunehmen, wird es bevorzugt, das Messergebnis gemäß der Abtastposition zu korrigieren.
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Um die obigen Umstände zu berücksichtigen, wird nun ein Korrekturverfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel als Voraussetzung für die Beschreibung eines Korrekturverfahrens für ein optisches Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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4A und 4B bilden ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät gemäß einem Vergleichsbeispiel ab. 4A und 4B zeigen das optische Messgerät und eine Korrekturvorrichtung 300, wenn Korrekturdaten zum Korrigieren eines Messergebnisses erzielt werden. 4A ist eine Seitenansicht der Korrekturvorrichtung 300, und 4B ist eine Vorderansicht der Korrekturvorrichtung 300.
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Die Korrekturvorrichtung 300 beinhaltet einen Messstab 301, ein Teil zum Fixieren eines Messstabs 302, welches den Messstab 301 fixiert, eine Welle 303, die sich dreht, um das Teil zum Fixieren eines Messstabs 302 senkrecht zu bewegen, einen Wellenantrieb 304, der die Welle 303 dreht, eine Präzisionsskala 305, die eine Position (Höhe) des Messstabs 301 angibt, der an dem Teil zum Fixieren eines Messstabs 302 fixiert ist, ein Teil zum Fixieren einer Skala 306, das einen oberen Abschnitt der Präzisionsskala 305 derart fixiert, dass er bewegbar ist, und einen Halter 307, der den Wellenantrieb 304 und das Teil zum Fixieren einer Skala 306 trägt.
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Bei dem Korrekturverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel werden die Korrekturdaten unter Verwendung der Korrekturvorrichtung 300 wie folgt berechnet. Insbesondere wird ein einziger Messstab 301 durch intermittierenden Betrieb im Messbereich mit ausreichend beabstandeten Teilungen verlagert (Pfeil A1 in 4A). Wenn der Messstab 301 anhält, wird die Position des Messstabs 301 an der Skala 305 abgelesen, und gleichzeitig wird die Position des Messstabs 301 an diesem Punkt auch von dem optischen Messgerät gemessen. Dann wird unter Verwendung der Position, die an der Skala 305 abgelesen wurde, als richtigen Wert ein Unterschied zwischen dem richtigen Wert und der Position, die von dem optischen Messgerät gemessen wird, berechnet, und die Korrekturdaten für die Position werden berechnet. Das optische Messgerät berechnet das endgültige Messergebnis, indem es das Messergebnis, das von dem tatsächlichen Messobjekt erzielt wurde, unter Verwendung der Korrekturdaten korrigiert.
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Das Korrekturverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel führt jedoch zu folgender Situation. D. h. bei diesem Messverfahren wird der Messstab 301 mit einer vorbestimmten Teilung verlagert, um die Korrekturdaten zu erhalten. In diesem Fall, wie in 4A gezeigt, verursacht eine ruckartige Bewegung eine Neigung (Kosinus-Abweichung) und dergleichen des Messstabs 301. Somit unterscheidet sich die Position, die an der Skala 305 abgelesen wird, von der tatsächlichen Position des Messstabs 301, und ein derartiger Unterschied führt zu einer Messabweichung. Obwohl es ferner bevorzugt wird, beim Erzielen der Korrekturdaten über eine engere Teilung zu verfügen, erhöht dies die Verlagerung des Messstabs 301 und die Anzahl von Messzyklen; somit verlängert sich eine Zykluszeit, um die Korrekturdaten zu erhalten.
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Um die obigen Umstände zu berücksichtigen, wird nun ein Korrekturverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird eine kurze Beschreibung einer Korrekturvorrichtung 400, die bei dem Korrekturverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bereitgestellt. 5 ist eine externe Ansicht der Korrekturvorrichtung für das optische Messgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Korrekturvorrichtung 400 umfasst eine lichtdurchlässige Skala 401, die Markierungen 401a aufweist, die mit einer vorbestimmten Teilung angeordnet sind, ein Teil zum Fixieren einer Skala 402, das die Skala 401 fixiert, und einen Halter 403, der das Teil zum Fixieren einer Skala 402 trägt. Die Skala 401 wird beispielsweise durch eine Glasplatte gebildet, und die Markierungen 401a werden auf einer Oberfläche derselben beispielsweise durch Chrombedampfung eingeätzt. Dadurch, dass die Skala 401 auf diese Art und Weise gebildet wird, ist es möglich, die Markierungen 401a mit einer sehr präzisen festen Teilung einzuätzen, und somit kann die Skala 401 als Korrekturreferenz für das optische Messgerät verwendet werden.
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Anschließend wird ein Korrekturverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Korrekturvorrichtung 400 beschrieben.
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6 bildet schematisch das Korrekturverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab. Bei dem Korrekturverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Korrekturvorrichtung 400 mit Bezug auf den Messbereich 140 bereitgestellt, so dass eine Anordnungsrichtung der Markierungen 401a die Abtastrichtung des parallelen Abtaststrahls L3 ist, und eine Teilung der Markierungen 401a wird gemessen. Dann wird unter Verwendung der vorbestimmten Teilung der Markierungen 401a als richtiger Wert ein Unterschied zwischen dem richtigen Wert und der Teilung, die von dem optischen Messgerät gemessen wird, berechnet, und die Korrekturdaten für die Position werden berechnet. Das optische Messgerät berechnet das endgültige Messergebnis, indem es das Messergebnis unter Verwendung der Korrekturdaten korrigiert, die mit der tatsächlichen Position des Messobjekts verknüpft sind. Zusätzlich können die Korrekturdaten in Tabellenform in dem Speicher 205 des Controllers 200 des optischen Messgeräts gespeichert werden.
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Gemäß dem Korrekturverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es durch direktes Ermitteln der Markierungen 401a, die mit einer genauen Teilung angeordnet sind, unter Verwendung der genauen Glasplattenskala 401 als Korrekturreferenz des optischen Messgeräts möglich, Abweichungen zu reduzieren, die sich bei einem Korrekturverfahren ergeben, bei dem das Ausmaß der Verlagerung des Messstabs 301 als Referenz verwendet wird, wie bei dem Vergleichsbeispiel. Zusätzlich ist es bei der Ausführungsform nicht notwendig, die Skala 401 zu bewegen, da die Skala 401 die Korrekturreferenz ist, und somit kann die Zykluszeit im Vergleich zu einem Korrekturverfahren, bei dem das Ausmaß der Verlagerung des Messstabs 301 als Referenz verwendet wird, wie etwa bei dem Vergleichsbeispiel, erheblich reduziert werden.
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Mit anderen Worten stellt die Ausführungsform eine Korrekturvorrichtung und ein Korrekturverfahren für ein optisches Messgerät bereit, das in der Lage ist, eine Abweichung des Messergebnisses besser zu korrigieren und Korrekturdaten in einer kurzen Zykluszeit zu erzielen.
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Es sei zu beachten, dass die vorstehenden Beispiele nur zum Zweck der Erläuterung bereitgestellt wurden und keineswegs als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Wortlaut, der hier verwendet wurde, beschreibend und erläuternd statt einschränkend ist. Es können Änderungen innerhalb des Geltungsbereichs der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden, wie vorliegend angegeben und geändert, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten zu verlassen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht dazu gedacht, auf die hier offenbarten Einzelheiten eingeschränkt zu sein; vielmehr deckt die vorliegende Erfindung alle funktionsmäßig gleichwertigen Verfahren und Verwendungen ab, wie sie in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, und diverse Variationen und Änderungen können möglich sein, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
