DE102015205566A1

DE102015205566A1 - Calibration of a tactile button attached to a moving part of a CMM

Info

Publication number: DE102015205566A1
Application number: DE102015205566.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Held; Rainer Sagemüller; Dominik Seitz
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: DE102015205566B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil (8) eines Koordinatenmessgeräts (11) angebrachten taktilen Tasters (12), wobei
– der taktile Taster (12), der ein Tastelement (13) zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist, durch einen Betrieb eines Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts (11) in einen Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung (14) bewegt wird, die mit einer Basis (1) des Koordinatenmessgeräts (11) verbunden ist,
– mittels zumindest eines Sensors (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) eine Position des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und
– der taktile Taster (12) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird. The invention relates to a method for calibrating a tactile feeler (12) attached to a movable part (8) of a coordinate measuring machine (11), wherein
The tactile feeler (12), which has a feeler element (13) for the tactile feel of a workpiece, is moved by an operation of a drive system of the coordinate measuring machine (11) into a locus of a position determining device (14) which is connected to a base (1) of the Coordinate measuring device (11) is connected,
- By means of at least one sensor (15, 16) of the position determining means (14) a position of the tactile feeler (12) relative to the position determining means (14) is determined and
- The tactile button (12) is calibrated taking into account the specific position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten taktilen Tasters. The invention relates to a method and an arrangement for calibrating a tactile feeler mounted on a movable part of a coordinate measuring machine.

Es ist bekannt, mit taktilen Tastern die Oberfläche von Werkstücken anzutasten, d.h. Kontakt zu der Oberfläche herzustellen, unter Verwendung des Messsystems eines Koordinatenmessgeräts die Position des taktilen Tasters zu bestimmen und daraus die Koordinaten des angetasteten Oberflächenpunkts zu ermitteln. It is known to touch the surface of workpieces with tactile buttons, i. Contacting the surface, using the measuring system of a coordinate measuring machine to determine the position of the tactile feeler and to determine the coordinates of the touched surface point.

Aus verschiedenen Gründen ist eine Kalibrierung des Tasters erforderlich. Insbesondere werden durch Kalibrierung die Geometrie des Tasters sowie die Relativposition und/oder die relative Ausrichtung des Tasters zu dem beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts ermittelt oder überprüft. Diese Größen können sich jedoch mit der Zeit und/oder durch ein erneutes Anbringen des Tasters an dem Koordinatenmessgerät gegenüber einem früheren Betriebszustand verändern. Veränderungen im Laufe der Zeit können auf Veränderungen der Temperatur und auf Abnutzung zurückgeführt werden. Die Kalibrierung des Tasters sollte daher wiederholt ausgeführt werden. For various reasons, a calibration of the probe is required. In particular, the geometry of the probe as well as the relative position and / or the relative orientation of the probe to the moving part of the coordinate measuring machine are determined or checked by calibration. However, these variables may change over time and / or by re-attaching the probe to the coordinate measuring machine from an earlier operating state. Changes over time can be attributed to changes in temperature and wear. The calibration of the button should therefore be repeated.

Abhängig von den Zielen einer Vermessung eines Werkstücks werden in vielen Fällen mehrere verschiedene Taster eingesetzt, die gleichzeitig und/oder nacheinander an dem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts (kurz: KMG) angebracht werden. Jeder der Taster ist nach dem Anbringen zu kalibrieren. Depending on the objectives of a measurement of a workpiece in many cases several different buttons are used, which are attached to the moving part of a coordinate measuring machine (CMM) simultaneously and / or successively. Each of the buttons should be calibrated after installation.

Es ist bekannt, einen Kalibrierkörper, insbesondere eine Kugel, an einer Halteeinrichtung zu befestigen, die wie auch das mit dem KMG zu vermessende Werkstück an einer Basis des KMG positioniert ist. Insbesondere wenn die Halteeinrichtung und der Kalibrierkörper nicht oder nur in geringem Maße von Temperaturänderungen beeinflusst werden, bildet der Kalibrierkörper eine gute Positionsreferenz. Der Kalibrierkörper wird an verschiedenen Stellen seiner Oberfläche von dem zu kalibrierenden Taster angetastet und aus den Messwerten des Messsystems werden die Koordinaten zumindest eines charakteristischen Punkts des Kalibrierkörpers ermittelt. Veränderungen der Geometrie des Tasters und Veränderungen der Relativposition und/oder relativen Ausrichtung des Tasters zu dem beweglichen Teil des KMG führen zu scheinbaren Abweichungen der Position des charakteristischen Punktes von seiner erwarteten Position. Folglich kann der Taster durch Nutzung der Information über die Abweichungen kalibriert werden. Eine Halteeinrichtung zum Halten eines Kalibrierkörpers und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messsensors eines KMG in sind z.B. aus WO 2009/152962 A2 bekannt. It is known to attach a calibration body, in particular a ball, to a holding device which, like the workpiece to be measured with the CMM, is positioned at a base of the CMM. In particular, if the holding device and the calibration are not or only to a limited extent influenced by temperature changes, the calibration forms a good position reference. The calibration body is touched at various points on its surface by the probe to be calibrated, and the coordinates of at least one characteristic point of the calibration body are determined from the measured values of the measuring system. Changes in the geometry of the stylus and changes in the relative position and / or relative orientation of the stylus to the moving part of the CMM result in apparent deviations of the position of the characteristic point from its expected position. Consequently, the probe can be calibrated by using the information about the deviations. A holding device for holding a calibration body and a method for calibrating a measuring sensor of a CMM in are, for example WO 2009/152962 A2 known.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten taktilen Tasters anzugeben, mit denen der Aufwand für die Kalibrierung reduziert werden kann. It is an object of the present invention to provide a method and an arrangement for calibrating a tactile feeler mounted on a movable part of a CMM, with which the effort for the calibration can be reduced.

Es ist eine der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis, dass für die taktile Antastung eines Kalibrierkörpers an mehreren Oberflächenpunkten erhebliche Zeit für das Bewegen des Tasters zu den verschiedenen Oberflächenpunkten benötigt wird. Der mehrfache Vorgang des Antastens eines Oberflächenpunkts benötigt zusätzliche Zeit. Ferner kann es aufgrund von wiederholten Kalibriervorgängen zu Abnutzungen des Kalibrierkörpers und/oder des Tastelements des Tasters kommen. Außerdem haben verschiedene Taster, die an dem beweglichen Teil des KMG angebracht sein können, unterschiedliche Tastelemente, z. B. Tastkugeln unterschiedlichen Durchmessers. Die Art des Tastelements und die Abnutzung des Tastelements werden aber üblicher Weise nicht explizit berücksichtigt und tragen daher zu einem Fehler der Kalibrierung bei. It is an underlying realization of the invention that considerable time is required for moving the stylus to the various surface points for the tactile probing of a calibration body at several surface points. The multiple process of touching a surface point takes extra time. Furthermore, wear of the calibration body and / or the probe element of the probe can occur due to repeated calibration processes. In addition, different buttons that can be attached to the moving part of the CMM, different sensing elements, eg. B. Tastkugeln different diameters. However, the type of probe element and the wear of the probe element are usually not explicitly taken into account and therefore contribute to a calibration error.

Es wird daher vorgeschlagen, zusätzlich zu dem Messsystem des Koordinatenmessgeräts (kurz: KMG) eine Positionsbestimmungseinrichtung für die Kalibrierung des taktilen Tasters zu verwenden. Die Positionsbestimmungseinrichtung ist mit einer Basis des KMG verbunden. Während des Messbetriebes des KMG ist auch das zu vermessende Werkstück mit der Basis (z. B. einem Messtisch) verbunden, insbesondere unmittelbar oder mittelbar (z. B. über einen Drehtisch). Die Positionsbestimmungseinrichtung kann unmittelbar oder mittelbar über weitere Bauteile mit der Basis verbunden sein. Eine mittelbare Verbindung kann z.B. eine Bewegungseinrichtung (z.B. eine Drehvorrichtung) aufweisen, mittels der die Positionsbestimmungseinrichtung relativ zu der Basis bewegt werden kann. Die Bewegungseinrichtung ist jedoch insbesondere unabhängig von dem Antriebssystem des KMG, mit dem der bewegliche Teil des KMG bewegt wird, an dem der taktile Taster angebracht ist. Ferner kann der bewegliche Teil des KMG unabhängig von der Bewegungseinrichtung bewegt werden. Daher kann die Positionsbestimmungseinrichtung in derselben Bewegungsposition verbleiben, während der taktile Taster durch eine Bewegung des beweglichen Teils bewegt wird. It is therefore proposed, in addition to the measuring system of the coordinate measuring machine (short: CMM) to use a position-determining device for the calibration of the tactile feeler. The position determination device is connected to a base of the CMM. During the measuring operation of the CMM, the workpiece to be measured is also connected to the base (eg a measuring table), in particular directly or indirectly (eg via a turntable). The position-determining device can be connected directly or indirectly via further components to the base. An indirect connection can e.g. a moving means (e.g., a turning device) by means of which the position determining means can be moved relative to the base. However, the moving means is particularly independent of the drive system of the CMM, with which the movable part of the CMM is moved, to which the tactile button is attached. Further, the movable part of the CMM can be moved independently of the moving means. Therefore, the position determining means can remain in the same moving position while the tactile feeler is moved by a movement of the moving part.

Bei der Basis (z. B. ein Messtisch, auf dem das zu vermessende Werkstück angeordnet wird) kann es sich um eine ortsfeste Basis handeln, wie es bei KMG z.B. in Portalbauweise der Fall ist. Dies bedeutet, dass die Basis nicht bewegt wird, wenn der bewegliche Teil des KMG bewegt wird, um den taktilen Taster zu bewegen. Der bewegliche Teil des KMG kann jedoch alternativ lediglich relativ zu einer beweglichen Basis beweglich sein, indem die Basis bewegt wird. Dies ist z.B. bei KMG mit beweglichen Messtischen der Fall. The base (eg a measuring table on which the workpiece to be measured is placed) may be a stationary base, as is the case with a CMM, for example in portal construction. This means that the base will not move when the moving part of the CMM is moved to the tactile button to move. Alternatively, however, the movable part of the CMM may only be movable relative to a movable base by moving the base. This is the case, for example, with CMMs with movable measuring tables.

Die Positionsbestimmungseinrichtung weist zumindest einen Sensor auf, der ausgestaltet ist, eine Relativposition des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung zu bestimmen. Insbesondere kann der Sensor ausgestaltet sein, den Abstand des Tasters zu dem Sensor oder zu einem anderen Teil der Positionsbestimmungseinrichtung insbesondere in einer Bestimmungsrichtung des Sensors zu bestimmen. Die Relativposition kann z.B. in der Weise bestimmt werden, dass der Sensor bestätigt, dass sich der Taster an einer vorgegebenen, erwarteten Position relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung befindet. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor ausgestaltet sein und/oder dazu verwendet werden, die Relativposition und insbesondere den Abstand zu messen. In diesem Fall kann der Sensor innerhalb eines Ortsbereiches der Positionsbestimmungseinrichtung verschiedene Messwerte der Relativposition erzeugen, je nachdem, in welcher Relativposition sich der Taster tatsächlich befindet. Der Ortsbereich ist derjenige Bereich, in dem sich der Taster und insbesondere ein bestimmter Teil des Tasters, wie z.B. sein Tastelement zum Antasten von Werkstückoberflächen, befinden kann, sodass der Sensor die Relativposition messen kann. Z.B. ist der Sensor für Messungen innerhalb des Ortsbereichs kalibriert und/oder zugelassen und/oder liefert der Sensor ausschließlich innerhalb des Ortsbereichs eindeutige Messergebnisse (d.h. jede Position innerhalb des Ortsbereichs liefert einen individuellen, eindeutig der Position zugeordneten Messwert). The position-determining device has at least one sensor that is configured to determine a relative position of the tactile feeler relative to the position-determining device. In particular, the sensor can be configured to determine the distance of the probe to the sensor or to another part of the position-determining device, in particular in a direction of determination of the sensor. The relative position may e.g. be determined in such a way that the sensor confirms that the button is at a predetermined, expected position relative to the position-determining device. Alternatively or additionally, the sensor can be designed and / or used to measure the relative position and in particular the distance. In this case, the sensor can generate different measured values of the relative position within a local area of the position-determining device, depending on in which relative position the button is actually located. The location area is the area in which the button and in particular a certain part of the button, such. his probe element for probing workpiece surfaces, can be located so that the sensor can measure the relative position. For example, if the sensor is calibrated and / or approved for measurements within the location range and / or the sensor provides unique measurement results exclusively within the location area (i.e., each location within the location area provides an individual measurement value uniquely assigned to the location).

Vorzugsweise weist die Positionsbestimmungseinrichtung eine Mehrzahl der Sensoren auf. Dies ermöglicht es, die Relativposition redundant und damit mit größerer Zuverlässigkeit zu bestimmen und/oder die Relativposition bezüglich verschiedener Bestimmungsrichtungen zu bestimmen. Insbesondere kann daher mit mehreren Sensoren die Relativposition bezüglich zweier oder dreier linearer Freiheitsgrade der Bewegung (d.h. Freiheitsgrade bezüglich jeweils einer Geraden, die in der Bestimmungsrichtung verläuft) bestimmt werden, wobei die Freiheitsgrade unabhängig voneinander sind. Die Positionsbestimmungseinrichtung kann aber alternativ z. B. Sensoren zur Bestimmung der Relativposition bezüglich mehr als drei rotatorischer und/oder linearer Freiheitsgrade der Bewegung aufweisen. Preferably, the position determination device has a plurality of the sensors. This makes it possible to determine the relative position redundantly and thus with greater reliability and / or to determine the relative position with respect to various directions of determination. In particular, therefore, with a plurality of sensors, the relative position with respect to two or three linear degrees of freedom of movement (i.e., degrees of freedom with respect to each straight line passing in the direction of determination) can be determined, the degrees of freedom being independent. The position determination device may alternatively but z. B. sensors for determining the relative position with respect to more than three rotational and / or linear degrees of freedom of movement.

Die Positionsbestimmungseinrichtung mit dem zumindest einen Sensor ermöglicht insbesondere wie beschrieben die Bestimmung einer Relativposition des Tastelements zu der Positionsbestimmungseinrichtung. Wenn die Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung bezüglich der Basis bekannt ist, kann durch die bestimmte Relativposition auch die entsprechende Position des Tasters bezüglich der Basis ermittelt werden. Dies wiederum kann dazu genutzt werden, den Taster zu kalibrieren. Insbesondere kann dabei in analoger Weise vorgegangen werden, wie bei der Kalibrierung eines Tasters nach Antastung eines Kalibrierobjekts. Z.B. nach dem Antasten einer Kalibrierkugel an verschiedenen Oberflächenpunkten kann der Kugelmittelpunkt ermittelt werden. Die Position des Kugelmittelpunkts stellt einen Mittelwert der Positionen der angetasteten Oberflächenpunkte dar. Wenn sich die Geometrie des Tasters oder seine Position und/oder Ausrichtung an dem beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts verändert hat, wird durch Antastung der Kalibrierkugel eine entsprechend veränderte Position des Kugelmittelpunktes ermittelt. Im Fall der zusätzlichen Positionsbestimmungseinrichtung entspricht dem eine veränderte Relativposition des Tasters und insbesondere des Tastelements zu der Positionsbestimmungseinrichtung. Z.B. kann ein Positions-Korrekturwert berechnet werden, der gleich der Differenz des früheren Positionswerts und des veränderten Positionswerts ist. Es ist aber auch möglich, das Ergebnis der Bestimmung der Relativposition für eine Korrektur der Bewegungsmechanik des KMG zu nutzen, z. B. als Führungsfehlerkorrektur. The position-determining device with the at least one sensor makes it possible, in particular as described, to determine a relative position of the probe element to the position-determining device. If the position and / or orientation of the position-determining device with respect to the base is known, the corresponding relative position can also be used to determine the corresponding position of the button relative to the base. This in turn can be used to calibrate the probe. In particular, it is possible to proceed in an analogous manner, as in the calibration of a probe after probing a calibration object. For example, after touching a Kalibrierkugel at different surface points of the ball center can be determined. The position of the center of the sphere represents an average of the positions of the probed surface points. If the geometry of the probe or its position and / or orientation on the moving part of the coordinate measuring machine has changed, a correspondingly changed position of the center of the sphere is determined by probing the calibration ball. In the case of the additional position-determining device, this corresponds to a changed relative position of the probe and in particular of the probe element to the position-determining device. For example, For example, a position correction value equal to the difference between the previous position value and the changed position value can be calculated. But it is also possible to use the result of the determination of the relative position for a correction of the movement mechanics of the CMM, z. B. as a guide error correction.

Wie bereits erwähnt, kann die Position und/oder Ausrichtung des taktilen Tasters in Bezug auf den beweglichen Teil des KMG variieren. Insbesondere wenn der bewegliche Teil mit einer Wechselschnittstelle zum Auswechseln des Tasters verbunden ist, führt ein erneutes Einwechseln desselben Tasters zu einer veränderten Position und/oder Ausrichtung. Insbesondere gibt es Tasterwechselschnittstellen, bei denen die Drehpositionen des angebrachten Tasters um eine virtuelle Rotationsachse, die z.B. eine Symmetrieachse der Wechselschnittstelle ist, variieren kann. In der Praxis kommen z.B. Variationen im Bereich von einer Winkelsekunde vor. Wenn es sich bei dem Taster um einen Taststift handelt, dessen Schaft-Längsachse sich quer zu der virtuellen Rotationsachse erstreckt, führt eine Variation der Drehposition um eine Winkelsekunde bei Schaftlängen in der Größenordnung von 10 cm zu Positionsabweichungen des Tastelements im Bereich um einen halben Mikrometer. Mit einer in kurzer Zeit ausführbaren Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann eine solche Positionsabweichung schnell durch Kalibrierung kompensiert werden. Die Kalibrierung kann mit geringem Aufwand wiederholt ausgeführt werden. As already mentioned, the position and / or orientation of the tactile feeler may vary with respect to the moving part of the CMM. In particular, when the movable part is connected to an exchange interface for replacing the button, a renewed replacement of the same button leads to a changed position and / or orientation. In particular, there are stylus change interfaces in which the rotational positions of the attached stylus about a virtual axis of rotation, e.g. is an axis of symmetry of the interface, may vary. In practice, e.g. Variations in the range of one angular second ago. If the probe is a stylus whose shaft longitudinal axis extends transversely of the virtual axis of rotation, varying the rotational position by one angular second at shaft lengths of the order of 10 cm results in positional deviations of the probe element in the range of half a micrometer. With a calibration that can be carried out in a short time using the position-determining device, such a position deviation can be compensated quickly by calibration. The calibration can be carried out repeatedly with little effort.

Bei bestimmten Messaufgaben, z.B. der Vermessung von Zahnrädern, werden Taster mit einer Vielzahl von Tastelementen eingesetzt, wobei eine hohe Messgenauigkeit gefordert ist. Die zeitsparende Kalibrierung ermöglicht es, die Taster bezüglich der Positionen der verschiedenen Tastelemente wiederholt zu kalibrieren. For certain measuring tasks, eg the measurement of gear wheels, probes with a large number of probe elements are used, whereby a high measuring accuracy is required. The time-saving Calibration allows the probes to be repeatedly calibrated with respect to the positions of the various styli.

Wenn ein KMG abgeschaltet war und nun für den Betrieb vorbereitet wird, ändert sich die Temperatur relativ schnell und treten verhältnismäßig große Temperaturgradienten auf. Falls in dieser Aufwärmphase Taster kalibriert werden, ist mit einem größeren Kalibrierungsfehler zu rechnen als nach der Aufwärmphase. Die schnelle Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung ermöglicht es, während der Aufwärmphase wiederholt zu kalibrieren. Insbesondere kann auch nach der Aufwärmphase einmal oder wiederholt kalibriert werden, ohne die für den Messbetrieb zur Verfügung stehende Zeit erheblich zu verkürzen. An diesem Beispiel kann verdeutlicht werden, dass die Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung mit einer Kalibrierung durch Antasten eines Kalibrierobjekts kombiniert werden kann. Z.B. wird zunächst eine Kalibrierung durch Abtasten eines Kalibrierkörpers durchgeführt und davor, währenddessen und/oder danach eine Kalibrierung mittels der Positionsbestimmungseinrichtung durchgeführt. Wenn davon ausgegangen werden kann, dass sich der Zustand zwischen der Ausführung der beiden Arten der Kalibrierung nicht wesentlich geändert hat, bildet die Kalibrierung durch Antasten des Kalibrierkörpers eine Referenz für die Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung. Durch Wiederholung der Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann schnell ermittelt werden, wie sich die Geometrie, Position und/oder Ausrichtung des Tasters im Vergleich zum Referenzzeitpunkt geändert hat. Die Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann auch zwischen den Antastungen verschiedener Oberflächenpunkte des Kalibrierkörpers durchgeführt werden. When a CMM has been shut down and is now being prepared for operation, the temperature changes relatively quickly and relatively large temperature gradients occur. If probes are calibrated during this warm-up phase, a greater calibration error is to be expected than after the warm-up phase. The rapid calibration using the position-determining device makes it possible to repeatedly calibrate during the warm-up phase. In particular, it is also possible to calibrate once or repeatedly after the warm-up phase without significantly shortening the time available for the measuring operation. In this example, it can be clarified that the calibration can be combined using the position-determining device with a calibration by probing a calibration object. For example, First, a calibration is performed by scanning a calibration body and before, during and / or thereafter carried out a calibration by means of the position-determining device. If it can be assumed that the state has not changed significantly between the execution of the two types of calibration, the calibration by touching the calibration body forms a reference for the calibration using the position-determining device. By repeating the calibration using the position-determining device, it is possible to quickly determine how the geometry, position and / or orientation of the probe has changed in comparison to the reference time. The calibration using the position-determining device can also be carried out between the probing of different surface points of the calibration body.

Insbesondere kann die Kalibrierung durch Antastung von Oberflächenpunkten eines Kalibrierkörpers zusätzliche Informationen für die Kalibrierung liefern, die durch die Positionsbestimmungseinrichtung nicht geliefert werden können oder nicht geliefert werden. Z.B. kann der Taster nicht nur bezüglich seiner Position und/oder Ausrichtung kalibriert werden, sondern auch sein Verhalten bei Auslenkung aus einer Ruhelage, wie es bei Tastern vom messenden Typ üblich ist. Durch die beim Antasten eines Oberflächenpunktes auf den Taster wirkenden Kräfte wird dieser aus der Ruhelage ausgelenkt. Wie noch näher ausgeführt wird, kann unter bestimmten Umständen auch unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung Kalibrierungsinformation über die Auslenkung eines Tasters gewonnen werden. In particular, calibration by probing surface points of a calibration body can provide additional information for the calibration that can not be provided by the position-determining device or is not provided. For example, The probe can be calibrated not only with respect to its position and / or orientation, but also its behavior when deflected from a rest position, as is common with probing probes. By acting on the probe when touching a surface point forces this is deflected from the rest position. As will be explained in more detail, under certain circumstances calibration information about the deflection of a probe can also be obtained by using the position-determining device.

Unter dem Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten taktilen Tasters wird allgemein verstanden, dass Information über die Geometrie (z.B. Taststiftlänge und/oder Tastelementgröße) des Tasters und/oder über die Relativposition (z.B. Position an einem Wechselteller zum Ankoppeln verschiedener Taster) und/oder Ausrichtung (z.B. Ausrichtung der Längsachse eines Taststift-Schaftes) des Tasters bezüglich des beweglichen Teils des Koordinatenmessgeräts gewonnen wird, wobei die gewonnene Information für den Betrieb des KMG unter Verwendung des Tasters verfügbar gemacht wird. Calibrating a tactile feeler attached to a movable part of a coordinate measuring machine generally means that information about the geometry (eg stylus length and / or probe size) of the stylus and / or about the relative position (eg position on a changer plate for coupling different styli) and / Alignment (eg alignment of the longitudinal axis of a stylus shaft) of the probe is obtained with respect to the movable part of the coordinate measuring machine, wherein the information obtained for the operation of the CMM is made available using the button.

Insbesondere wird Folgendes vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten taktilen Tasters, wobei

– der taktile Taster, der ein Tastelement zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist, durch einen Betrieb eines Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts in einen Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung bewegt wird, die mit einer Basis des Koordinatenmessgeräts verbunden ist,
– mittels zumindest eines Sensors der Positionsbestimmungseinrichtung eine Position des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird und
– der taktile Taster unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.

In particular, the following is proposed: A method for calibrating a tactile feeler attached to a movable part of a CMM, wherein

The tactile feeler, which has a feeler element for the tactile feel of a workpiece, is moved by an operation of a drive system of the coordinate measuring machine into a location area of a position determination device, which is connected to a base of the coordinate measuring machine,
A position of the tactile feeler relative to the position-determining device is determined by means of at least one sensor of the position-determining device, and
- The tactile button is calibrated taking into account the specific position.

Ferner wird eine Anordnung vorgeschlagen zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten taktilen Tasters, wobei die Anordnung aufweist:

– das Koordinatenmessgerät, wobei das Koordinatenmessgerät eine Basis aufweist, relativ zu der der bewegliche Teil durch einen Betrieb eines Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts bewegbar ist,
– den taktilen Taster, der an dem beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts angebracht ist und der ein Tastelement zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist,
– ein Messsystem des Koordinatenmessgeräts, von dem während eines Messbetriebes des Koordinatenmessgeräts zum Bestimmen von Koordinaten von Werkstücken Bewegungspositionen des beweglichen Teils gemessen werden,
– eine Positionsbestimmungseinrichtung, die zusätzlich zu dem Messsystem des Koordinatenmessgeräts vorhanden ist, die mit der Basis des Koordinatenmessgeräts verbunden ist und die zumindest einen Sensor zur Bestimmung einer Position des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung hat,
– eine Steuerung des Koordinatenmessgeräts, die ausgestaltet ist, den taktilen Taster durch einen Betrieb des Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts in einen Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung zu bewegen, sodass mittels des zumindest einen Sensors die Position des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird,
– eine Kalibrierungseinrichtung, die ausgestaltet ist, den taktilen Taster unter Berücksichtigung der bestimmten Position zu kalibrieren.

Furthermore, an arrangement is proposed for calibrating a tactile feeler mounted on a movable part of a coordinate measuring machine, the arrangement comprising:

The coordinate measuring machine, wherein the coordinate measuring machine has a base, relative to which the movable part is movable by an operation of a drive system of the coordinate measuring machine,
The tactile probe, which is attached to the movable part of the coordinate measuring machine and which has a feeler element for the tactile feel of a workpiece,
A measuring system of the coordinate measuring machine from which movement positions of the movable part are measured during a measuring operation of the coordinate measuring machine for determining coordinates of workpieces,
A position determination device, which is provided in addition to the measuring system of the coordinate measuring machine, which is connected to the base of the coordinate measuring machine and which has at least one sensor for determining a position of the tactile feeler relative to the position determining device,
A controller of the coordinate measuring machine configured to move the tactile feeler to a location area of the position determining means by operation of the drive system of the coordinate measuring machine, so that the position of the tactile feeler relative to the position-determining device is determined by means of the at least one sensor,
A calibration device designed to calibrate the tactile button taking into account the determined position.

Bei der Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann sich, wie oben bereits beschrieben wurde, der Taster aufgrund von Veränderungen seiner Geometrie, seiner Relativposition und/oder seiner relativen Ausrichtung zu dem beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts (kurz: KMG) in einer anderen Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung als zuvor (bei einer früheren Kalibrierung) befinden, die dann von der Positionsbestimmungseinrichtung gemessen wird. Es ergeben sich daher im Unterschied zu der Antastung eines Kalibrierkörpers zwei verschiedene Messprinzipien, die jedoch auch miteinander kombiniert werden können. As described above, during the calibration using the position-determining device, the probe may be in a different relative position to the position-determining device due to changes in its geometry, its relative position and / or its relative orientation to the movable part of the coordinate measuring machine (short: CMM) than previously (in a previous calibration), which is then measured by the position-determining device. Therefore, in contrast to the probing of a calibration body, two different measurement principles result, which, however, can also be combined with one another.

Gemäß einem Messprinzip wird der Taster ähnlich wie beim Antasten eines Kalibrierkörpers immer an derselben Relativposition zur Basis oder zur Positionsbestimmungseinrichtung positioniert und werden die zur Kalibrierung benötigten Informationen aus dem Messsystem des KMG gewonnen. Gemäß einer konkreten Ausführungsform wird der taktile Taster an eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt und wird von einem Messsystem des Koordinatenmessgeräts, das zusätzlich zu der Positionsbestimmungseinrichtung vorhanden ist und von dem während eines Messbetriebes des Koordinatenmessgeräts zum Bestimmen von Koordinaten von Werkstücken Bewegungspositionen des beweglichen Teils gemessen werden, gemessen, an welcher Bewegungsposition sich der bewegliche Teil mit dem daran angebrachten taktilen Taster befindet, während der taktile Taster an der vorgegebenen Position ist. Der taktile Taster wird unter Berücksichtigung der gemessenen Bewegungsposition kalibriert. Dem entspricht eine Ausführungsform der Anordnung, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, den taktilen Taster an eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung zu bewegen, wobei das Messsystem des Koordinatenmessgeräts ausgestaltet ist zu messen, an welcher Bewegungsposition sich der bewegliche Teil mit dem daran angebrachten taktilen Taster befindet, während der taktile Taster an der vorgegebenen Position ist, und wobei die Kalibrierungseinrichtung ausgestaltet ist, den taktilen Taster unter Berücksichtigung der gemessenen Bewegungsposition zu kalibrieren, zumindest bezüglich der Geometrie des Tasters. According to a measuring principle, the probe is always positioned at the same relative position relative to the base or the position-determining device, similar to the probing of a calibration body, and the information required for the calibration is obtained from the measuring system of the CMM. According to a concrete embodiment, the tactile feeler is moved to a predetermined position in a coordinate system of the position-determining device and is moved by a measuring system of the coordinate measuring machine, which is provided in addition to the position-determining device and by the moving positions of the movable one during a measuring operation of the coordinate measuring machine Partly measured, measured at which movement position, the movable part with the attached tactile button is located while the tactile button is in the predetermined position. The tactile button is calibrated taking into account the measured movement position. This corresponds to an embodiment of the arrangement in which the controller is configured to move the tactile feeler to a predetermined position in a coordinate system of the position-determining device, wherein the measuring system of the coordinate measuring machine is configured to measure at which movement position the movable part with the attached thereto tactile button is located while the tactile button is in the predetermined position, and wherein the calibration device is configured to calibrate the tactile button, taking into account the measured movement position, at least with respect to the geometry of the probe.

Gemäß dem zweiten Messprinzip wird der Taster bei verschiedenen Kalibrierungsvorgängen immer an derselben Bewegungsposition des beweglichen Teils des KMG positioniert, was gegebenenfalls zu einer veränderten Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung führt. Die Bewegungsposition wird aus den Messinformationen bestimmt, die das Messsystem des KMG liefert. Wie erwähnt kann dieses Messprinzip auch mit dem ersten Messprinzip kombiniert werden. Im Fall der Kombination werden insbesondere sowohl vom Messsystem des KMG als auch von dem zumindest einen Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung jeweils zumindest ein Messwert erzeugt, aus denen die Bewegungsposition des beweglichen Teils des KMG bzw. des Tasters ermittelt werden und für die Kalibrierung verwendet werden. According to the second measuring principle, the probe is always positioned at different calibration processes at the same movement position of the movable part of the CMM, which possibly leads to a changed relative position to the position-determining device. The movement position is determined from the measurement information provided by the CMM measurement system. As mentioned, this measuring principle can also be combined with the first measuring principle. In the case of the combination, in particular at least one measured value is respectively generated by the measuring system of the CMM and by the at least one position sensor of the position determining device, from which the movement position of the movable part of the CMM or of the probe is determined and used for the calibration.

Gemäß einer konkreten Ausgestaltung des zweiten Messprinzips wird der bewegliche Teil mit dem daran angebrachten taktilen Taster in eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bewegt und wird in der vorgegebenen Position die Relativposition des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt. Dem entspricht eine Ausführungsform der Anordnung, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, der bewegliche Teil mit dem daran angebrachten taktilen Taster in eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts zu bewegen, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung ausgestaltet ist, in der vorgegebenen Position die Position des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung zu bestimmen. According to a specific embodiment of the second measuring principle, the movable part with the tactile feeler attached thereto is moved into a predetermined position in a coordinate system of the coordinate measuring machine, and in the predetermined position the relative position of the tactile feeler relative to the position determining device is determined. This corresponds to an embodiment of the arrangement in which the controller is configured to move the movable part with the attached tactile button to a predetermined position in a coordinate system of the coordinate measuring machine, wherein the position determination device is configured, in the predetermined position, the position of the tactile button relative to the position-determining device.

Da der Taster bei Anwendung jedes der beiden Messprinzipien, und auch bei Kombination der beiden Messprinzipien lediglich an einer einzigen Position im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung positioniert werden muss, um die für die Kalibrierung des Tasters erforderliche Information (die von dem zumindest einen Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung geliefert wird) zu gewinnen, wird im Vergleich zu der Abtastung eines Kalibrierobjekts an verschiedenen Oberflächenpositionen Zeit gespart. Es ist daher insbesondere möglich, die Kalibrierung schneller und/oder häufiger auszuführen. Since the probe when using each of the two measuring principles, and also when combining the two measuring principles only at a single position in the local area of the position-determining device must be positioned to the required for the calibration of the probe information (which is supplied by the at least one sensor of the position-determining device ), time is saved compared to scanning a calibration object at different surface locations. It is therefore possible, in particular, to carry out the calibration faster and / or more frequently.

Insbesondere führt die Steuerung bei einer Ausführungsform des ersten Messprinzips einen Vorgang aus, der als Positionsregelung bezeichnet werden kann. Die Steuerung erhält von der Positionsbestimmungseinrichtung Information über die momentane Relativposition des Tasters und bewegt den Taster unter Nutzung dieser Information bis in die vorgegebene Position im Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung. Alternativ kann die Steuerung den Taster innerhalb des Ortsbereichs der Positionsbestimmungseinrichtung z.B. entlang einem vorgegebenen Bewegungspfad bewegen (z.B. einem spiralförmigen Bewegungspfad), auf dem sich mit großer Wahrscheinlichkeit die vorgegebene Position befindet. Wenn die vorgegebene Position erreicht ist, erzeugt die Positionsbestimmungseinrichtung ein Signal an das Messsystem des KMG und die momentanen Messwerte oder der momentane Messwert des Messsystems wird als Bewegungsposition festgestellt, die der vorgegebenen Position des Tasters in dem Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung entspricht. Das erste Messprinzip hat auch den Vorteil, dass der zumindest eine Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung nicht für exakte Messungen im gesamten Ortsbereich kalibriert sein muss. Er muss lediglich ausgestaltet sein, die vorgegebene Position präzise festzustellen. Nachteil ist, dass Messfehler des Messsystems des KMG die gewonnene Kalibrierinformation verfälschen. In particular, in one embodiment of the first measurement principle, the controller performs an operation that may be referred to as position control. The controller receives from the position determination device information about the current relative position of the probe and moves the button using this information to the predetermined position in the coordinate system of the position determination device. Alternatively, the controller may move the stylus within the location range of the position-determining device, for example, along a predetermined movement path (eg, a spiral-shaped movement path) on which the predefined one is likely to be located Position is located. When the predetermined position is reached, the position-determining device generates a signal to the measuring system of the CMM and the instantaneous measured values or the instantaneous measured value of the measuring system is determined as a movement position which corresponds to the predetermined position of the probe in the coordinate system of the position-determining device. The first measuring principle also has the advantage that the at least one sensor of the position-determining device does not have to be calibrated for exact measurements in the entire local area. It only has to be configured to precisely determine the predetermined position. The disadvantage is that measuring errors of the measuring system of the CMM distort the obtained calibration information.

Beim zweiten Messprinzip ist eine präzise Messung der Relativposition durch den zumindest einen Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung erforderlich. Dies kann z.B. durch Kalibrierung des Sensors erreicht werden. Z.B. wenn der Taster als Tastelement eine Tastkugel aufweist und die Positionsbestimmungseinrichtung zumindest zwei Sensoren aufweist, die in unterschiedliche Bestimmungsrichtungen messen, kann ein Messfehler auftreten, weil die Bestimmungsrichtung nicht senkrecht auf die Tastkugel ausgerichtet ist und der auf der Tastkugel erfasste Oberflächenpunkt nicht in dem Abstand eines vollen Kugelradius zu der Senkrechten durch den Kugelmittelpunkt liegt. Vorteil ist jedoch, dass der Messfehler des Messsystems des KMG auf die Reproduzierbarkeit der vorgegebenen Position in dem Koordinatensystem des KMG begrenzt ist, in die der bewegliche Teil mit dem daran angebrachten taktilen Taster zu bringen ist. In the second measuring principle, a precise measurement of the relative position by the at least one sensor of the position-determining device is required. This can e.g. be achieved by calibration of the sensor. For example, If the probe as a probe element has a probe ball and the position-determining device has at least two sensors that measure in different directions of determination, a measurement error may occur because the direction of determination is not aligned perpendicular to the probe ball and detected on the probe ball surface point not in the distance of a full Ball radius is perpendicular to the center of the sphere. The advantage, however, is that the measuring error of the measuring system of the CMM is limited to the reproducibility of the predetermined position in the coordinate system of the CMM, in which the moving part with the attached tactile button is to bring.

Für den zumindest einen Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung kommen verschiedene Typen von Sensoren infrage. Insbesondere kann es sich bei dem zumindest einen Sensor um einen taktil tastenden Sensor handeln, d.h. die Relativposition des an dem beweglichen Teil des KMG angebrachten Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung wird unter Berührung mit dem zumindest einen taktil antastenden Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt. Z.B. kann der taktil antastende Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung ähnlich wie taktile Taster an Koordinatenmessgeräten elastisch, z.B. gegen eine Federung, aus einer Ruhelage ausgelenkt werden und kann daraus die Relativposition bestimmt werden. Bevorzugt wird, dass die Bewegung des taktil tastenden Sensors luftgelagert und damit reibungsarm geführt ist. Insbesondere wenn der Taster in eine vorgegebene Position bezüglich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht wird, während der Sensor die Relativposition misst, werden daher Hystereseeffekte minimiert. For the at least one sensor of the position-determining device different types of sensors come into question. In particular, the at least one sensor may be a tactile sensing sensor, i. the relative position of the button attached to the movable part of the CMM relative to the position-determining device is determined in contact with the at least one tactile-sensing sensor of the position-determining device. For example, For example, the tactile sensing sensor of the position-determining device may be resilient, such as tactile probes on coordinate measuring machines, e.g. against a suspension, are deflected from a rest position and can be determined from the relative position. It is preferred that the movement of the tactile-sensing sensor is air-stored and thus guided with low friction. In particular, when the stylus is brought into a predetermined position with respect to the position-determining device, while the sensor measures the relative position, hysteresis effects are minimized.

Bevorzugt wird jedoch, dass der zumindest eine Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung ein berührungslos arbeitender Sensor ist. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung frei von auf den Taster wirkenden Kräften ist, die durch die Positionsbestimmung zusätzlich auftreten. Andererseits kann es in manchen Fällen von Vorteil sein, wenn bei der Positionsbestimmung zum Zweck der Kalibrierung ähnliche Kräfte auf den Taster wirken wie bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks. However, it is preferred that the at least one sensor of the position-determining device is a non-contact sensor. This has the advantage that the determination is free of forces acting on the probe, which additionally occur due to the position determination. On the other hand, in some cases it can be advantageous if similar forces act on the stylus during the position determination for the purpose of calibration as in the determination of coordinates of a workpiece.

Besonders bevorzugt wird, dass der zumindest eine Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung ein berührungslos messender Abstandssensor ist. Insbesondere hat der Abstandssensor eine Bestimmungsrichtung, die auch als Messrichtung bezeichnet werden kann. In dieser Bestimmungsrichtung wird der Abstand zu einem im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung angeordneten Gegenstand bestimmt. Die Bestimmungsrichtung entspricht einer Geraden im Raum. Außer der Richtung ist auch die Position der Geraden von Bedeutung. It is particularly preferred that the at least one sensor of the position-determining device is a contact-free measuring distance sensor. In particular, the distance sensor has a determination direction, which can also be referred to as the measuring direction. In this determination direction, the distance to an object arranged in the local area of the position-determining device is determined. The direction of destination corresponds to a straight line in the room. Besides the direction, the position of the straight line is also important.

Gut geeignet sind optische berührungslos messende Sensoren, insbesondere Laserinterferometer. Besonders bevorzugt werden Mehrwellen-Laserinterferometer, d.h. Sensoren, die Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen nutzen. Sie verfügen über einen besonders großen Messbereich, in dem der Abstand zu dem zu bestimmenden Objekt eindeutig festgestellt wird. Dieser Eindeutigkeitsbereich kann mit der entsprechenden Länge des Ortsbereichs der Positionsbestimmungseinrichtung gleichgesetzt werden, d.h. der Ortsbereich hat in der Bestimmungsrichtung die Länge des Eindeutigkeitsbereichs der Abstandsmessung. Geeignete Mehrwellen-Laserinterferometer mit einem Eindeutigkeitsbereich von mehreren Millimetern und einer Auflösung im Bereich von 10 nm werden auf dem Markt angeboten. Ein großer Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung hat den Vorteil, dass Taster mit unterschiedlichen Geometrien auf einfache Weise nacheinander unter Verwendung derselben Positionsbestimmungseinrichtung kalibriert werden können. Insbesondere wenn die verschiedenen Taster jeweils Tastkugeln als Tastelemente haben, wobei sich jedoch der Tastkugeldurchmesser erheblich unterscheidet, ist ein großer Ortsbereich und Eindeutigkeitsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung vorteilhaft. Typische Durchmesser von Tastelementen, insbesondere Tastkugeln, liegen im Größenbereich von 1 mm bis 20 mm. Well suited are optical non-contact measuring sensors, in particular laser interferometers. Especially preferred are multi-wave laser interferometers, i. Sensors that use laser radiation of different wavelengths. They have a particularly large measuring range in which the distance to the object to be determined is clearly determined. This uniqueness range can be equated with the corresponding length of the location range of the position-determining device, i. the location area has the length of the uniqueness range of the distance measurement in the direction of determination. Suitable multi-wave laser interferometers with a uniqueness range of several millimeters and a resolution in the range of 10 nm are offered on the market. A large local area of the position-determining device has the advantage that probes with different geometries can be calibrated in a simple manner one after the other using the same position-determining device. In particular, if the different probes each have probe balls as feeler elements, but the feeler ball diameter differs considerably, a large location area and uniqueness range of the position determination facility are advantageous. Typical diameters of feeler elements, in particular touch balls, are in the size range of 1 mm to 20 mm.

Mit einem Mehrwellen-Laserinterferometer oder einem anderen berührungslos messenden Abstandssensor kann der Abstand des im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung angeordneten Tasters zu dem Sensor oder zu einem anderen Bezugspunkt gemessen werden. Z.B. kann bei einer ersten Kalibrierung durch die Positionsbestimmungseinrichtung der Abstand und damit die Relativposition des Tasters bestimmt werden. Anschließend wird der Taster aus dem Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung entfernt und z.B. für den regulären Messbetrieb des KMG verwendet. Zu einem späteren Zeitpunkt wird der Taster wieder in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt und wird wieder der Abstand bzw. die Relativposition des Tasters durch den zumindest einen Sensor bestimmt. Daraus wird insbesondere die Änderung der Relativposition (zu der Positionsbestimmungseinrichtung und/oder in Bezug auf das Messsystem des KMG) im Vergleich zu der ersten Kalibrierung ermittelt und z.B. für eine erneute Kalibrierung des Tasters verwendet. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sich ein systematischer Fehler oder Offsetwert bei der Positionsbestimmung durch die Positionsbestimmungseinrichtung nicht auf das Ergebnis auswirkt. Insbesondere bleibt der zumindest eine Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Positionsbestimmung des Tasters kontinuierlich in Betrieb. Alternativ wird der Betrieb des zumindest einen Sensors nach der ersten Positionsbestimmung wieder gestartet, bevor der Taster zum Zweck der zweiten Positionsbestimmung wieder in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung hineinbewegt wird. With a multi-wave laser interferometer or another non-contact distance sensor, the distance of the probe arranged in the local area of the position-determining device to the sensor or to another reference point can be measured. For example, during a first calibration by the position determining device, the distance and thus the relative position of the probe can be determined. Subsequently, will the button removed from the local area of the position-determining device and used eg for the regular measuring operation of the CMM. At a later time, the button is again moved into the location area of the position-determining device and again the distance or the relative position of the button is determined by the at least one sensor. From this, in particular the change in the relative position (to the position-determining device and / or with respect to the measuring system of the CMM) is determined in comparison to the first calibration and used eg for a renewed calibration of the probe. This procedure has the advantage that a systematic error or offset value in the position determination by the position determination device does not affect the result. In particular, the at least one sensor of the position determination device remains continuously in operation between the first and the second position determination of the probe. Alternatively, the operation of the at least one sensor is restarted after the first position determination, before the probe is again moved into the local area of the position-determining device for the purpose of the second position determination.

Weitere mögliche Typen von Abstandssensoren, die berührungslos messen, sind kapazitive Sensoren oder Wirbelstromsensoren. In diesen Fällen muss zumindest der Teil des Tasters, dessen Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden soll, elektrisch leitend sein. Insbesondere bei Tastkugeln von taktilen Tastern ist dies häufig nicht der Fall. Derartige Tastkugeln können jedoch zusätzlich mit einer elektrisch leitfähigen Schicht auf ihrer Oberfläche versehen werden, z.B. mit einem Metall bedampft werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Tastelement z.B. einen elektrisch leitfähigen, z.B. metallischen Kern haben. Alternativ oder zusätzlich kann ein anderer Teil des Tasters elektrisch leitfähig sein oder elektrisch leitfähig ausgestaltet werden. Ferner ist es möglich, einen Taster mit einem zusätzlichen Teil zu versehen, das elektrisch leitfähig ist. Z.B. kann konzentrisch zu der Längsachse eines Taststift-Schaftes ein elektrisch leitfähiger Ring angebracht werden, dessen Relativposition von der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird. Other possible types of distance sensors that measure without contact are capacitive sensors or eddy-current sensors. In these cases, at least the part of the probe whose relative position to the position-determining device is to be determined must be electrically conductive. This is often not the case, in particular with tactile balls of tactile buttons. However, such styli may additionally be provided with an electrically conductive layer on their surface, e.g. be steamed with a metal. Alternatively or additionally, the probe element may be e.g. an electrically conductive, e.g. have metallic core. Alternatively or additionally, another part of the probe may be electrically conductive or designed to be electrically conductive. Furthermore, it is possible to provide a button with an additional part that is electrically conductive. For example, can be mounted concentrically to the longitudinal axis of a stylus shaft, an electrically conductive ring whose relative position is determined by the position-determining device.

Weitere geeignete Typen von Sensoren sind Laser-Triangulationsscanner oder Kameras, insbesondere Digitalkameras, die zweidimensionale digitale Bilder erzeugen. Alternativ kann es sich bei der Kamera um eine TOF(Time of Flight)-Kamera handeln, die für jedes Bildelement einer Matrix-Zeile oder einer zweidimensionalen Bildmatrix Abstandsinformation zu dem im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung positionierten Objekt erfasst. Im Fall einer Digitalkamera kann die Relativposition des Tasters insbesondere durch Auswertung der einzelnen Pixel der digitalen Bilder bestimmt werden. Vorzugsweise werden dabei an sich bekannte Methoden der Bildverarbeitung angewandt, bei denen auch Orte im jeweiligen digitalen Bild ermittelt werden, die zwischen den Pixelgrenzen liegen. Eine solche Vorgehensweise, die nicht durch die Pixelgröße gegebene Bildauflösung beschränkt ist, wird auch als Sub-Pixeling bezeichnet. Other suitable types of sensors are laser triangulation scanners or cameras, especially digital cameras that produce two-dimensional digital images. Alternatively, the camera can be a TOF (Time of Flight) camera, which records distance information for the object positioned in the location area of the position-determining device for each picture element of a matrix line or a two-dimensional picture matrix. In the case of a digital camera, the relative position of the probe can be determined in particular by evaluating the individual pixels of the digital images. Preferably, methods of image processing which are known per se are used, in which locations in the respective digital image which lie between the pixel boundaries are also determined. Such an approach, which is not limited to pixel size image resolution, is also referred to as sub-pixeling.

Optional kann die Positionsbestimmungseinrichtung mehrere Kameras aufweisen, die jeweils in einer zugeordneten Bestimmungsrichtung ausgerichtet sein können. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kamera an einer Drehvorrichtung angeordnet sein, die die Kamera relativ zur dem Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung um eine Drehachse dreht. Insbesondere kann die Drehachse durch den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung verlaufen, sodass die Kamera um den im Ortsbereich angeordneten zu erfassenden Gegenstand drehbar ist. Insbesondere kann der Gegenstand auf diese Weise mittels der Kamera gescannt werden. Dies kann bei einander überlappenden Bildern, die während des Scannens aufgenommen werden, zu einer Erhöhung der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung aufgrund von Überbestimmung führen. Optionally, the position-determining device may have a plurality of cameras, each of which may be aligned in an associated direction of determination. Alternatively or additionally, a camera may be arranged on a rotating device which rotates the camera about an axis of rotation relative to the location area of the position-determining device. In particular, the axis of rotation can run through the location area of the position-determining device, so that the camera is rotatable about the object to be detected arranged in the location area. In particular, the object can be scanned in this way by means of the camera. This can lead to an increase in the accuracy of the position determination due to over-determination in the case of overlapping images taken during the scanning.

Wenn ein Teil des Tasters magnetisch ist und z.B. einen Permanentmagneten aufweist, kann der zumindest eine Sensor ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor sein. Der magnetische Teil kann ein Teil des Tasters selbst (z.B. ein Teil des Schaftes eines Taststifts oder ein Teil des Tastelements) sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Taster zum Zweck des Ein- und Auswechselns von Tastern an Koordinatenmessgeräten eine Befestigungs-Schnittstelle haben, z.B. einen sogenannten Wechselteller. In vielen Fällen sind die Schnittstellen mit Magneten ausgestattet, da die Befestigungskraft, mit der der Taster an dem KMG gehalten wird, eine Magnetkraft ist. In diesem Fall kann von einem der erwähnten Magnetsensoren der Positionsbestimmungseinrichtung ein magnetischer Teil der Schnittstelle des Tasters hinsichtlich seiner Relativposition bestimmt werden. If a part of the probe is magnetic and e.g. having a permanent magnet, the at least one sensor may be a Hall sensor or a magnetoresistive sensor. The magnetic part may be a part of the stylus itself (e.g., a part of the shaft of a stylus or a part of the stylus). Alternatively or additionally, the probe may have a mounting interface for the purpose of switching buttons on coordinate measuring machines, e.g. a so-called exchange plate. In many cases, the interfaces are equipped with magnets because the fastening force with which the button is held on the CMM is a magnetic force. In this case, one of the mentioned magnetic sensors of the position-determining device can be used to determine a magnetic part of the interface of the probe with regard to its relative position.

Vorzugsweise weist die Positionsbestimmungseinrichtung zumindest zwei Sensoren auf, mittels denen die Position des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, wobei jeder der zumindest zwei Sensoren eine Bestimmungsrichtung hat, in der er die Position des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt, und wobei die Bestimmungsrichtungen der zumindest zwei Sensoren paarweise senkrecht zueinander verlaufen. Wie noch näher ausgeführt wird, werden sich die den Bestimmungsrichtungen entsprechenden Geraden nicht exakt schneiden, sondern sich nahe aneinander vorbei erstrecken. Die Anordnung mit den zumindest zwei oder zumindest drei Sensoren, deren Bestimmungsrichtungen paarweise senkrecht zueinander verlaufen, kann in Analogie zu einem kartesischen Koordinatensystem als kartesische Sensoranordnung bezeichnet werden. Im Fall von zwei solchen Sensoren wird die Relativposition bezüglich zweier relativ zueinander unabhängiger Freiheitgrade der Bewegung bestimmt, im Fall von drei solchen Sensoren bezüglich dreier voneinander unabhängiger linearer Freiheitsgrade der Bewegung. Die Anordnungen können kurz als 2D- bzw. 3D-Sensoranordnungen bezeichnet werden. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Bestimmungsrichtungen der zwei bzw. drei Sensoren paarweise senkrecht zueinander stehen, um zweidimensionale bzw. dreidimensionale Positionsinformation zu erhalten. Preferably, the position determination device has at least two sensors by means of which the position of the tactile feeler relative to the position determination device is determined, wherein each of the at least two sensors has a determination direction in which it determines the position of the tactile feeler relative to the position determination device, and wherein Determination directions of at least two sensors in pairs perpendicular to each other. As will be explained in more detail, the straight lines corresponding to the directions of determination will not intersect exactly but extend close to one another. The arrangement with the at least two or at least three sensors whose Determination directions in pairs perpendicular to each other, can be referred to as a Cartesian sensor array analogous to a Cartesian coordinate system. In the case of two such sensors, the relative position is determined with respect to two relative degrees of freedom of movement, in the case of three such sensors with respect to three independent linear degrees of freedom of movement. The arrangements may be referred to briefly as 2D or 3D sensor arrangements. However, it is not absolutely necessary for the directions of determination of the two or three sensors to be pairwise perpendicular to one another in order to obtain two-dimensional or three-dimensional position information.

Vorzugsweise wird der Teil des Tasters, dessen Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung gemessen werden soll, in den Bereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt, in dem sich die Bestimmungsrichtungen kreuzen, d.h. den alle Bestimmungsrichtungen der zweidimensionalen oder dreidimensionalen Sensoranordnung durchlaufen. Im Fall eines Tasters mit einer Tastkugel als Tastelement wird vorzugsweise der Mittelpunkt der Tastkugel am Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen positioniert. Preferably, the part of the probe whose relative position to the position-determining means is to be measured is moved to the region of the position-determining means in which the directions of determination intersect, i.e. go through all directions of determination of the two-dimensional or three-dimensional sensor array. In the case of a probe with a probe ball as a probe element preferably the center of the probe ball is positioned at the intersection of the directions of determination.

Insbesondere weist die Positionsbestimmungseinrichtung eine Halterung auf, die den zumindest einen Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung hält. Insbesondere kann die Halterung je nach Ausführung der Positionsbestimmungseinrichtung zwei bis fünf Sensoren halten. Wenn die Halterung zumindest zwei Sensoren hält, deren Bestimmungsrichtungen nicht auf einen gemeinsamen Kreuzungspunkt ausgerichtet sind, sondern z.B. parallel zueinander und in einem Abstand zueinander verlaufen, kann nicht nur die Relativposition des Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden, sondern auch die Ausrichtung des Tasters. Z.B. können die Bestimmungsrichtungen verschiedener Sensoren auf unterschiedliche Längsabschnitte eines Schaftes eines Taststifts ausgerichtet sein und können die Ausrichtung und Relativposition des Schaftes bestimmt werden. Um die Ausrichtung quer zu einer Längsachse des Tasters in zwei Richtungen messen zu können, werden vier Sensoren verwendet, von denen z.B. jeweils zwei Bestimmungsrichtungen haben, die auf denselben Teil des Tasters ausgerichtet sind. Z.B. verlaufen die Bestimmungsrichtungen der Sensoren, die auf denselben Teil des Tasters und damit auf dasselbe Zielgebiet im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung ausgerichtet sind, senkrecht zueinander. Ein weiterer fünfter Sensor kann mit seiner Bestimmungsrichtung in der genannten Längsrichtung des Tasters ausgerichtet sein, wobei seine Bestimmungsrichtung insbesondere auf die Kreuzungspunkte der Bestimmungsrichtungen beider Sensor-Paare ausgerichtet ist, die jeweils auf einen gemeinsamen Teil des Tasters bzw. auf dasselbe Zielgebiet ausgerichtet sind. In particular, the position-determining device has a holder which holds the at least one sensor of the position-determining device. In particular, depending on the design of the position-determining device, the holder can hold two to five sensors. If the holder holds at least two sensors whose directions of determination are not aligned with a common point of intersection, but e.g. parallel to each other and at a distance from each other, not only the relative position of the probe relative to the position determining means can be determined, but also the orientation of the probe. For example, For example, the directions of determination of various sensors can be aligned with different longitudinal sections of a shaft of a stylus, and the orientation and relative position of the shaft can be determined. In order to be able to measure the orientation transversely to a longitudinal axis of the probe in two directions, four sensors are used, of which e.g. each have two directions of determination, which are aligned on the same part of the probe. For example, The directions of determination of the sensors, which are aligned on the same part of the probe and thus on the same target area in the local area of the position-determining device, are perpendicular to one another. Another fifth sensor may be aligned with its direction of determination in the aforementioned longitudinal direction of the probe, with its direction of determination is particularly aligned with the crossing points of the directions of determination of both sensor pairs, which are each aligned with a common part of the button or on the same target area.

Insbesondere kann die Halterung fest mit der Basis des KMG verbunden sein. Alternativ, wie bereits erwähnt, kann die Halterung über eine Bewegungseinrichtung mit der Basis verbunden sein, sodass die Bewegungsposition der Halterung und damit der Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung relativ zu der Basis einstellbar ist. Z.B. im Fall der oben erwähnten vier oder fünf Sensoren kann eine Drehachse der Drehvorrichtung mit der genannten Längsachse zusammenfallen, d.h. die jeweils zwei Paare von Sensoren, deren Bestimmungsrichtungen auf dasselbe Zielgebiet ausgerichtet sind, können um die Drehachse gedreht werden. Insbesondere diese Anordnung ermöglicht es, Taster mit unterschiedlichen Geometrien ungehindert in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung zu bewegen. Insbesondere kann durch Drehung der Positionsbestimmungseinrichtung um eine Drehachse, die z.B. durch einen Schnittpunkt der Bestimmungsrichtungen von mehreren Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung verläuft, mittels der Positionsbestimmungseinrichtung die Form des Tastelements bestimmt werden. Insbesondere wenn die Position der Positionsbestimmungseinrichtung bezüglich der Drehvorrichtung bekannt ist, kann die Drehachse auch anders verlaufen. Im Fall einer Tastkugel kann z.B. die Rundheit der Oberflächenlinie entlang des Äquators der Kugel bestimmt werden. Das gleiche Ergebnis kann dadurch erzielt werden, dass nicht die Positionsbestimmungseinrichtung gedreht wird, sondern der Taster mittels einer am beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts angeordneten Drehvorrichtung gedreht wird. In particular, the bracket can be firmly connected to the base of the CMM. Alternatively, as already mentioned, the holder can be connected to the base via a movement device, so that the movement position of the holder and thus of the sensors of the position determination device is adjustable relative to the base. For example, in the case of the above-mentioned four or five sensors, an axis of rotation of the rotary device may coincide with said longitudinal axis, i. the two pairs of sensors, whose directions of determination are aligned on the same target area, can be rotated about the axis of rotation. In particular, this arrangement makes it possible to move buttons with different geometries unhindered in the local area of the position-determining device. In particular, by rotation of the position-determining device about an axis of rotation, e.g. passing through a point of intersection of the directions of determination of a plurality of sensors of the position-determining device, the shape of the probe element can be determined by means of the position-determining device. In particular, if the position of the position-determining device with respect to the rotary device is known, the axis of rotation can also run differently. In the case of a probe ball, e.g. the roundness of the surface line along the equator of the sphere can be determined. The same result can be achieved by not rotating the position-determining device, but rotating the button by means of a rotating device arranged on the movable part of the coordinate measuring machine.

Es ist auch möglich, die Positionsbestimmungseinrichtung an einer Drehvorrichtung anzuordnen, die zumindest zwei in unterschiedliche Richtungen ausgerichtete Drehachsen aufweist, um die jeweils eine Drehbewegung der Positionsbestimmungseinrichtung relativ zu der Basis ausgeführt werden kann. Z.B. kann die Drehvorrichtung manuell einstellbar sein. In jedem Fall ermöglicht es eine solche Drehvorrichtung, die Positionsbestimmungseinrichtung so auszurichten, dass ein an dem KMG montierter Taster besonders einfach, ohne die Gefahr eines Anschlagens an der Positionsbestimmungseinrichtung und/oder mit einer optimalen Ausrichtung bezüglich der Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden kann. It is also possible to arrange the position-determining device on a rotary device which has at least two axes of rotation aligned in different directions about which a respective rotational movement of the position-determining device relative to the base can be performed. For example, the turning device can be manually adjustable. In any case, such a rotating device makes it possible to orient the position-determining device in such a way that a button mounted on the CMM can be determined in a particularly simple manner without the risk of a stop at the position-determining device and / or with an optimal alignment with respect to the sensors of the position-determining device.

Der Taster bzw. der zu messende Teil des Tasters kann in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden und ruhen, während der zumindest eine Sensor die Relativposition bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, dass der Taster bzw. der Teil des Tasters kontinuierlich bewegt wird, während der zumindest eine Sensor die Relativposition bestimmt. Bei der kontinuierlichen Bewegung kann es sich gemäß einem der bereits beschriebenen Messprinzipien z.B. um eine spiralförmige Bewegung handeln. Es ist aber auch möglich, dass der Taster bzw. der Teil des Tasters kontinuierlich an dem zumindest einen Sensor vorbeibewegt wird und insbesondere an einer Seite in den Ortsbereich eintritt und an einer gegenüberliegenden Seite den Ortsbereich wieder verlässt. The probe or the part of the probe to be measured can be moved into the local area of the position-determining device and rest, while the at least one sensor determines the relative position. However, it is also possible that the button or the part of the button is moved continuously, while the at least one sensor the Relative position determined. The continuous movement may, for example, be a spiral movement according to one of the measuring principles already described. But it is also possible that the button or the part of the probe is continuously moved past the at least one sensor and in particular enters on one side in the local area and leaves the local area on an opposite side.

Von Vorteil ist es, wenn die Bestimmung der Relativposition bei unveränderten Randbedingungen (insbesondere Temperaturverhältnissen) des Betriebes des KMG wiederholt ausgeführt wird. Dies ermöglicht es insbesondere, zufällige Fehler bei der Positionsbestimmung zu eliminieren, z.B. durch Mittelwertbildung der Positionswerte der einzelnen Messungen. It is advantageous if the determination of the relative position is carried out repeatedly with unchanged boundary conditions (in particular temperature conditions) of the operation of the CMM. This makes it possible in particular to eliminate random errors in the position determination, e.g. by averaging the position values of the individual measurements.

Vorzugsweise besteht die Halterung aus einem Material, das einen kleinen Temperaturausdehnungskoeffizienten hat. Beispiele sind Metall-Legierungen wie z.B. die Legierung mit der Werkstoffnummer 1.3912 des Stahlinstituts VDEh oder faserverstärkte Kunststoffe, deren Faser-Längsrichtungen gewickelten Bahnen folgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Einfluss von Temperaturschwankungen und Temperaturgradienten auf die Positionsbestimmungseinrichtung und insbesondere auf deren Halterung rechnerisch korrigiert werden, wenn entsprechende Informationen über die Temperatur gesammelt werden. Z.B. kann in einem einfachen Fall die Temperatur der Halterung und optional auch die Temperatur der Umgebung der Halterung gemessen werden. Preferably, the holder is made of a material having a small coefficient of thermal expansion. Examples are metal alloys such as e.g. the alloy with the material number 1.3912 of the steel institute VDEh or fiber-reinforced plastics, whose longitudinal fiber directions follow wound webs. Alternatively or additionally, the influence of temperature fluctuations and temperature gradients on the position-determining device and in particular on its holder can be corrected by calculation if corresponding information about the temperature is collected. For example, In a simple case, the temperature of the holder and, optionally, the temperature of the surroundings of the holder can be measured.

Vorzugsweise wird angestrebt, dass die auf der Basis positionierte Halterung eine möglichst geringe Höhe hat. Dadurch stellt die Halterung für die meisten Bewegungen während des Messbetriebes des KMG kein Hindernis dar. Andererseits ist es von Vorteil, wenn insbesondere ein Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung, dessen Bestimmungsrichtung horizontal verläuft, auf einem Höhenniveau über der Basis positioniert ist, auf dem auch das Tastelement eines zu kalibrierenden Tasters Oberflächenpunkte von Werkstücken antastet. Preferably, the aim is that the holder positioned on the base has the lowest possible height. On the other hand, it is advantageous if in particular a sensor of the position-determining device, whose direction of determination is horizontal, is positioned at a height level above the base on which the sensing element of a button to be calibrated Touches surface points of workpieces.

Insbesondere kann die Positionsbestimmungseinrichtung (z.B. die Halterung) einen Bereich aufweisen, der zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung im Betriebsbereich des KMG benutzt wird. Dieser Bereich kann als charakteristischer Bereich oder als Artefakt ausgestaltet sein. Z.B. kann es sich um einen Eckbereich der Halterung oder um eine Aussparung oder Verformung (z.B. um eine Senkung) der Halterung handeln. Der Bereich kann mit dem an dem beweglichen Teil des KMG angeordneten taktilen Taster angetastet werden (vorzugsweise an mehreren Oberflächenpunkten) und auf diese Weise kann die Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden. Insbesondere unter Verwendung von Zusatzinformation über die Geometrie der Positionsbestimmungseinrichtung kann dann der Taster in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden, um die Relativposition des Tasters zu der Positionsbestimmungseinrichtung zu bestimmen. Die Position des charakteristischen Bereichs oder des Artefakts kann auch wiederholt durch Antasten mit dem taktilen Taster ermittelt werden, um Auswirkungen einer thermischen Drift zu ermitteln. Eine andere Art der Bestimmung der thermischen Drift unter Verwendung der Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung wird noch beschrieben. In particular, the position determining means (e.g., the holder) may include an area used to determine the position and / or orientation of the position determining means in the operating area of the CMM. This area can be designed as a characteristic area or as an artifact. For example, it may be a corner portion of the bracket or a recess or deformation (e.g., a countersink) of the bracket. The area may be engaged with the tactile stylus disposed on the moving part of the CMM (preferably at a plurality of surface points) and in this way the position and / or orientation of the position-determining device may be determined. In particular, using additional information about the geometry of the position-determining device, the push-button can then be moved into the location area of the position-determining device in order to determine the relative position of the push-button to the position-determining device. The position of the characteristic area or artifact can also be repeatedly determined by probing with the tactile feeler to detect effects of thermal drift. Another way of determining the thermal drift using the sensors of the position-determining device will be described.

Alternativ oder zusätzlich kann zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung im Betriebsbereich des KMG der Taster in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden. Die Tatsache, dass der Taster den Ortsbereich erreicht hat, wird insbesondere dadurch festgestellt, dass der zumindest eine Sensor die Relativposition des Tasters bestimmt. Bei einer Mehrzahl von Sensoren, deren Bestimmungsrichtungen einander kreuzen, kann die Position und bei verschiedenen Bereichen, in denen sich Bestimmungsrichtungen von Sensoren kreuzen, auch die Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden, indem der Taster in den Bereich des Kreuzungspunkts oder in die Bereiche der Kreuzungspunkte bewegt wird und die Sensoren entsprechende Bestimmungssignale erzeugen. Insbesondere befindet sich der Taster (z.B. eine Tastkugel des Tasters) genau am Kreuzungspunkt von Bestimmungsrichtungen, wenn die dem Kreuzungspunkt zugeordneten Sensoren alle den kleinstmöglichen (zumindest annähernd) gleichen Abstand messen. Die so aufgefundene Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung kann später wieder mit dem Taster angefahren werden, um den Taster zu kalibrieren. Alternatively or additionally, to determine the position and / or orientation of the position-determining device in the operating region of the CMM, the probe can be moved into the local area of the position-determining device. The fact that the button has reached the location area is determined in particular by the fact that the at least one sensor determines the relative position of the button. In the case of a plurality of sensors whose directions of determination cross each other, the position and, at different regions in which directions of determination of sensors intersect, the orientation of the position-determining device can also be determined by moving the probe into the region of the crossing point or into the regions of the crossing points and the sensors generate corresponding determination signals. In particular, the stylus (e.g., a stylus of the stylus) is located exactly at the point of intersection of directions of determination when the sensors associated with the point of intersection all measure the smallest possible (at least approximately) equal distance. The thus found position and / or orientation of the position-determining device can later be approached again with the button to calibrate the button.

Zusammenfassend können folgende Vorteile erwähnt werden: Insbesondere die Position einer Tastkugel eines taktilen Tasters kann mit hoher Genauigkeit durch die Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden. Wenn die Relativposition des Tasters berührungslos gemessen wird, wirken keine Kräfte auf den Taster, die die Messung verfälschen können. Es tritt dann auch keine unerwünschte Verformung auf und es entstehen keine Hystereseeffekte. Auch entsteht keine Reibung zwischen dem Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung und dem zu messenden Taster. Aufgrund der Tatsache, dass der Taster lediglich in einer Relativposition und optional einer Ausrichtung von der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden muss, kann das Verfahren im Vergleich zu der Kalibrierung durch Antastung mehrerer Punkte eines Kalibrierobjekts sehr schnell ausgeführt werden. Auch sind klassische Verfahren bekannt, bei denen drei Paare von parallel zueinander ausgerichteten Zylinderflächen verwendet werden, wobei das Tastelement in gleichzeitigem Kontakt mit jeweils beiden Zylinderflächen desselben Paares gebracht wird. Dabei können jedoch unerwünschte Fehler durch Reibung oder Verformung des Tasters auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich die Relativposition und optional die Ausrichtung des Tasters in einfacher Weise bezüglich der gewünschten Freiheitsgrade der Bewegung bestimmen. Es muss lediglich die entsprechende Anzahl von Sensoren als Teil der Positionsbestimmungseinrichtung vorgesehen werden und die Sensoren müssen lediglich entsprechend den zu bestimmenden Freiheitsgraden der Bewegung ausgerichtet werden. Besonders gut ist das Verfahren geeignet, wenn Taster mit sphärisch geformten Tastelementen bestimmt werden sollen. Das Verfahren ist jedoch auch für anders geformte Taster und/oder Taster mit anders geformten Tastelementen geeignet. In summary, the following advantages can be mentioned: In particular, the position of a probe ball of a tactile probe can be determined with high accuracy by the position-determining device. If the relative position of the probe is measured without contact, no forces act on the probe, which can falsify the measurement. It then occurs no undesirable deformation and there are no hysteresis. There is also no friction between the sensor of the position-determining device and the probe to be measured. Due to the fact that the probe only has to be determined in a relative position and optionally an orientation of the position-determining device, the method can be compared to the calibration by Probing multiple points of a calibration object very quickly. Also, classical methods are known in which three pairs of parallel cylindrical surfaces are used, the probe element being brought into simultaneous contact with both cylindrical surfaces of the same pair. However, unwanted errors due to friction or deformation of the probe can occur. In the method according to the invention, the relative position and optionally the orientation of the probe can be determined in a simple manner with respect to the desired degrees of freedom of the movement. It is only necessary to provide the appropriate number of sensors as part of the position-determining device and the sensors only have to be aligned in accordance with the degrees of freedom of the movement to be determined. The method is particularly suitable for determining probes with spherically shaped feeler elements. However, the method is also suitable for differently shaped buttons and / or buttons with differently shaped feeler elements.

Insbesondere wird der Taster, der an dem beweglichen Teil des KMG angeordnet ist, nachdem seine Relativposition im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wurde und er kalibriert wurde, dazu verwendet, ein Werkstück anzutasten und dadurch Koordinaten des Werkstücks zu ermitteln. Vorzugsweise wird die Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung nach dem Antasten des Werkstücks wiederholt. In particular, the stylus disposed on the movable part of the CMM, after its relative position in the locus of the position-determining device has been determined and calibrated, is used to tap a workpiece and thereby determine coordinates of the workpiece. Preferably, the calibration is repeated using the position-determining device after the workpiece has been probed.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer einzigen Positionsbestimmungseinrichtung beschränkt. Z.B. können mehrere derartige Positionsbestimmungseinrichtungen an verschiedenen Orten im Bewegungsbereich des Tasters angeordnet sein. Wenn mit jeder der Positionsbestimmungseinrichtungen zumindest einmal die Relativposition des Tasters zu der jeweiligen Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, können insbesondere systematische Fehler des KMG, z.B. Bewegungsfehler, ermittelt werden. Bei den Bewegungsfehlern kann es sich z.B. um Rechtwinkligkeitsfehler handeln, d.h. Abweichungen von idealer Weise rechtwinklig zueinander verlaufenden Bewegungsachsen des KMG. The invention is not limited to the use of a single position-determining device. For example, a plurality of such position-determining devices may be arranged at different locations in the range of movement of the probe. If the relative position of the probe to the respective position-determining device is determined at least once with each of the position-determining devices, systematic errors of the CMM, e.g. Motion error, to be determined. The motion errors may be e.g. to act squareness errors, i. Deviations from ideally mutually perpendicular axes of motion of the CMM.

Wenn der Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung ausreichend groß ist, kann unter Verwendung ihres zumindest einen Sensors eine Bewegung des KMG bestimmt werden. Während der Bewegung misst der zumindest eine Sensor wiederholt die Relativposition des Tasters im Ortsbereich. Die Bewegung ist z.B. eine kleine Kreisbewegung, die bei Koordinatenmessgeräten als Circle Path bekannt ist. If the location area of the position-determining device is sufficiently large, a movement of the CMM can be determined using its at least one sensor. During the movement, the at least one sensor repeatedly measures the relative position of the button in the local area. The movement is e.g. a small circular motion known as Coordinate Gauge Circle Path.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen: Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The individual figures of the drawing show:

1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise, 1 a gantry coordinate measuring machine,

2 schematisch eine Seitenansicht einer Positionsbestimmungseinrichtung mit drei Sensoren, deren Bestimmungsrichtungen entsprechend den Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet sind, wobei sich die Tastkugel eines Taststifts etwa im Kreuzungspunkt der drei Bestimmungsrichtungen befindet, 2 schematically a side view of a position-determining device with three sensors whose directions of determination are aligned according to the coordinate axes of a Cartesian coordinate system, wherein the probe ball of a stylus is located approximately at the intersection of the three directions of determination,

3 eine Anordnung ähnlich der in 2, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung jedoch zwei zusätzliche Sensoren aufweist, deren Bestimmungsrichtungen sich wie die Koordinatenachsen eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems kreuzen, wobei die Bestimmungsrichtungen der beiden zusätzlichen Sensoren parallel über den Bestimmungsrichtungen von zwei der drei anderen Sensoren verlaufen, 3 an arrangement similar to the one in 2 However, the position determining means comprises two additional sensors whose directions of determination intersect like the coordinate axes of a two-dimensional Cartesian coordinate system, wherein the directions of determination of the two additional sensors are parallel over the directions of determination of two of the other three sensors,

4 schematisch eine Seitenansicht einer Basis eines KMG, auf der die Positionsbestimmungseinrichtung aus 2 und eine Kalibrierkugel angeordnet sind, und 4 schematically a side view of a base of a CMM, on which the position determination device from 2 and a calibration ball are arranged, and

5 zwei Sensoren einer Positionsbestimmungseinrichtung, deren Bestimmungsrichtungen einander wie die Koordinatenachsen eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems kreuzen, und eine Tastkugel, deren Radius von den Sensoren bestimmt wird. 5 two sensors of a position-determining device whose directions of determination intersect each other like the coordinate axes of a two-dimensional Cartesian coordinate system, and a probe ball whose radius is determined by the sensors.

Das in 1 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 11 in Portalbauweise weist eine als Messtisch ausgestaltete Basis 1 auf, über der Säulen 2, 3 in Y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems X-Y-Z 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 Y-Richtung. Dabei ist z. B. jeder der beiden Säulen 2, 3 ein Elektromotor zugeordnet. This in 1 illustrated coordinate measuring machine (CMM) 11 in gantry design has a designed as a measuring table base 1 up, over the pillars 2 . 3 are arranged movably in the Y direction of a Cartesian coordinate system XYZ. The columns 2 . 3 form together with a cross member 4 a portal of the CMM 11 , The crossbeam 4 is at its opposite ends with the pillars 2 respectively. 3 connected. Not shown electric motors cause the linear movement of the columns 2 . 3 in the Y direction. It is z. B. each of the two columns 2 . 3 associated with an electric motor.

Der Querträger 4 ist mit einem Querschlitten 7 kombiniert, welcher 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. The crossbeam 4 is with a cross slide 7 combined, which air-stored along the cross member 4 movable in the X direction of the Cartesian coordinate system. The current position of the cross slide 7 relative to the cross member 4 can be based on a scale division 6 be determined. The movement of the crossbeam 4 in the X direction is driven by another electric motor.

An dem Querschlitten 7 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 8 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 10 mit einem Messkopf 5 verbunden ist. An dem Messkopf 5 ist über eine Taststifthalterung 9 ein Taststift 12 auswechselbar angeordnet, der an seinem unteren, freien Ende eine Tastkugel 13 als Tastelement zum taktilen Antasten von Objekten aufweist. Die Pinole 8 kann angetrieben durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 7 in Z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die im Ausführungsbeispiel insgesamt vier Elektromotoren kann der Taststift 12 daher zu jedem Punkt unterhalb des Querträgers 4 und oberhalb der Basis 1 verfahren werden, der in dem durch die Säulen 2, 3 definierten Zwischenraum liegt. At the cross slide 7 is a vertically movable quill 8th stored, the its lower end via a mounting device 10 with a measuring head 5 connected is. At the measuring head 5 is via a stylus holder 9 a stylus 12 arranged interchangeably, at its lower, free end a Tastkugel 13 as a probe element for tactile probing of objects. The quill 8th can be driven by another electric motor relative to the cross slide 7 in the Z direction of the Cartesian coordinate system. By in the exemplary embodiment a total of four electric motors of the stylus 12 therefore to any point below the cross member 4 and above the base 1 be moved in the through the columns 2 . 3 defined gap lies.

Das KMG 11 weist ein in 1 nicht näher dargestelltes Messsystem auf, um die momentane Bewegungsposition der Säulen 2, 3 in Y-Richtung, des Querschlittens 7 in X-Richtung und der Pinole 8 in Z-Richtung zu messen. Die Koordinatenachsen der X-, Y- und Z-Richtungen bilden ein kartesisches Koordinatensystem. Von dem Messsystem ist lediglich die Maßstabsteilung 6 dargestellt, welche sich entlang dem Querträger in X-Richtung erstreckt. Z.B. ist in dem Querschlitten 7 zumindest ein Lesekopf angeordnet, der mit der Maßstabsteilung zusammenwirkt und die Bestimmung der Position des Querschlittens 7 in X-Richtung ermöglicht. Entsprechende Maßstabsteilungen und Leseköpfe können auch zur Bestimmung der Position der Säulen 2, 3 in Y-Richtung und zur Bestimmung der Position der Pinole 8 relativ zu dem Querschlitten 7 in Z-Richtung vorgesehen sein. The CMM 11 has an in 1 not shown measuring system to the current movement position of the columns 2 . 3 in the Y direction, the cross slide 7 in the X direction and the quill 8th to measure in the Z direction. The coordinate axes of the X, Y and Z directions form a Cartesian coordinate system. Of the measuring system is only the scale division 6 shown, which extends along the cross member in the X direction. For example, in the cross slide 7 arranged at least one reading head, which cooperates with the scale division and the determination of the position of the cross slide 7 in the X direction. Corresponding scale divisions and read heads can also be used to determine the position of the columns 2 . 3 in the Y direction and to determine the position of the quill 8th relative to the cross slide 7 be provided in the Z direction.

Dies ist lediglich ein Beispiel für ein KMG, das ein bewegliches Teil aufweist, an dem ein taktiler Taster angeordnet ist. Andere Beispiele sind KMG mit Gelenkarmen und KMG in Gantry-Bauweise. Auch KMG mit beweglichen Messtischen fallen in diese Kategorie. Zwar wird in diesem Fall lediglich der Messtisch aktiv bewegt. Dies führt jedoch ebenfalls zu einer Relativbewegung des Tasters zu dem Messtisch, zu einem darauf angeordneten zu vermessenden Werkstück und zu einer darauf angeordneten Positionsbestimmungseinrichtung. This is just one example of a CMM that has a moving part on which a tactile feeler is located. Other examples are articulated arm CMMs and gantry-style CMMs. Even CMMs with movable measuring tables fall into this category. Although in this case only the measuring table is actively moved. However, this likewise leads to a relative movement of the probe to the measuring table, to a workpiece to be measured arranged thereon and to a position determining device arranged thereon.

Beispielsweise durch Kalibrierung des Taststifts 12 an einer in 1 nicht dargestellten Kalibrierkugel kann die Position des Mittelpunkts der Tastkugel 13 relativ zu der Pinole 8 ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorab bekannte Information über die Abmessungen der an der Pinole 8 angeordneten Teile benutzt werden, um den Mittelpunkt der Tastkugel 13 relativ zur Pinole 8 festzustellen. Die Bestimmung der Position des Mittelpunktes der Tastkugel 13 relativ zu der Pinole stellt jedoch nur eine mögliche Art der Kalibrierung des Tasters 12 dar. Alternativen bestehen z.B. darin, dass durch Kalibrierung die Position eines anderen Punktes des Tasters 12 (z.B. ein bestimmter Oberflächenpunkt der Tastkugel 13) ermittelt wird. Ferner kann die Kalibrierung lediglich zu dem Zweck ausgeführt werden, bestehende Vorab-Information über die Geometrie, die Position und/oder Ausrichtung des Tasters zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Bei der Vorabinformation kann es sich insbesondere auch um das Ergebnis einer früheren Kalibrierung handeln. Weiterhin muss die Position des Mittelpunkts der Tastkugel oder die Position eines anderen bestimmten Punktes des Tasters nicht in Bezug auf die Pinole bestimmt werden, sondern kann z.B. in Bezug auf einen bestimmten Punkt der Basis (z.B. den Ursprung des Koordinatensystems des KMG) bestimmt werden. For example, by calibration of the stylus 12 at an in 1 Calibration ball, not shown, the position of the center of the probe ball 13 relative to the quill 8th be determined. Alternatively or additionally, previously known information about the dimensions of the quill 8th arranged parts are used to the center of the probe ball 13 relative to the quill 8th determine. The determination of the position of the center of the probe ball 13 relative to the quill, however, represents only one possible type of calibration of the probe 12 There are alternatives, for example, in that by calibration the position of another point of the button 12 (eg a certain surface point of the probe ball 13 ) is determined. Further, the calibration may be performed only for the purpose of checking and possibly correcting existing pre-information about the geometry, position and / or orientation of the probe. The preliminary information may in particular also be the result of an earlier calibration. Furthermore, the position of the center of the probe ball or the position of another particular point of the probe need not be determined with respect to the quill, but may be determined, for example, with respect to a particular point of the base (eg, the origin of the coordinate system of the CMM).

Schematisch ist durch ein Rechteck in 1 eine Steuerung 50 des KMG 11 dargestellt, die den Betrieb des KMG 11 steuert und insbesondere die Bewegung des beweglichen Teils (hier z. B. der Pinole 8) steuert, an dem der Taster 12 angebracht ist. Die Steuerung (z.B. eine Recheneinheit mit Datenprozessor) kann auch die Funktion der Kalibrierungseinrichtung erfüllen, die aus den von der Positionsbestimmungseinrichtung 14 und von dem Messsystem des KMG 11 gewonnenen Informationen den Taster für dessen weiteren Betrieb kalibriert. Schematically is through a rectangle in 1 a controller 50 of the CMM 11 shown the operation of the CMM 11 controls and in particular the movement of the movable part (here, for example, the quill 8th ) controls, on which the button 12 is appropriate. The controller (eg a computing unit with data processor) can also fulfill the function of the calibration device, which consists of those from the position determination device 14 and the measuring system of the CMM 11 information calibrated the button for its further operation.

In der Nähe des rechts in 1 dargestellten Randes der Basis 1 ist eine Positionsbestimmungseinrichtung 14 auf der Basis 1 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Positionsbestimmungseinrichtung 14 zwei Sensoren 15, 16 auf, mit denen die Relativposition des Tasters 12 (oder eines anderen von der Taststifthalterung 9 gehaltenen Tasters) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung 14 bestimmbar ist. Der in einem seitlich nach oben ragenden Teil der Positionsbestimmungseinrichtung 14 angeordnete erste Sensor 15 ist z.B. so ausgestaltet, dass er den Abstand in X-Richtung zu einem in seiner Nähe angeordneten Teil und damit zu dem Taststift 12 messen kann, wenn sich der Taststift 12 im Ortsbereich neben dem ersten Sensor 15 und über dem zweiten Sensor 16 befindet, welcher in einen Sockel der Positionsbestimmungsvorrichtung 14 integriert ist. Der zweite Sensor 16 ist ausgestaltet, den Abstand eines über ihm angeordneten Teils in Z-Richtung zu bestimmen. Near the right in 1 shown edge of the base 1 is a position determination device 14 on the base 1 arranged. In the illustrated embodiment, the position determining device 14 two sensors 15 . 16 on, with which the relative position of the button 12 (or another one of the stylus holder 9 held button) relative to the position determining device 14 is determinable. The in a laterally upwardly projecting part of the position-determining device 14 arranged first sensor 15 For example, it is designed so that it is the distance in the X direction to a arranged in its vicinity part and thus to the stylus 12 can measure when the stylus 12 in the area next to the first sensor 15 and above the second sensor 16 which is in a socket of the position-determining device 14 is integrated. The second sensor 16 is configured to determine the distance of a part arranged above it in the Z direction.

Eine andere Positionsbestimmungseinrichtung kann zusätzlich zu dem ersten Sensor 15 und dem zweiten Sensor 16 einen dritten Sensor (z. B. in einem weiteren seitlich nach oben ragenden Teil) aufweisen, der ausgestaltet ist, den Abstand eines in seiner Nähe angeordneten Teils in Y-Richtung zu messen. Dabei kreuzen sich die Bestimmungsrichtungen der drei Sensoren (und im Fall der Positionsbestimmungseinrichtung 14 der zwei Sensoren 15, 16) möglichst nahe an einem gemeinsamen Punkt. In der Praxis wird es jedoch in der Regel keinen gemeinsamen Schnittpunkt geben. Vielmehr werden die Bestimmungsrichtungen der verschiedenen Sensoren in möglichst geringem Abstand aneinander vorbei verlaufen, wie es bei windschiefen Geraden der Fall ist. Bevorzugt wird daher, dass die Bestimmungsrichtung der einzelnen Sensoren durch Kalibrierung ermittelt wird. Z.B. kann ein Kalibrierkörper in Form einer Kugel oder einer Kugelkalotte quer zur Bestimmungsrichtung bewegt werden und die Position des Kalibrierkörpers ermittelt werden, in der der Abstand zu dem Sensor minimal ist, dessen Bestimmungsrichtung kalibriert werden soll. In dieser Position verläuft die Bestimmungsrichtung senkrecht zur Oberfläche der Kugel oder Kugelkalotte. Z. B. ein für die Kalibrierung genutztes Messsystem, das nicht den Sensor oder die Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung nutzt, liefert die Position des Kalibrierkörpers und daher gemeinsam mit dem Bestimmungsergebnis des Sensors die Lage der Bestimmungsrichtung des Sensors. Sobald die Bestimmungsrichtung für jeden der Sensoren ermittelt ist, kann z.B. auch ermittelt werden, wie genau die Bestimmungsrichtungen sich in einem Punkt schneiden bzw. wie groß die verbleibenden Abstände der entsprechenden Geraden im Raum sind. Alternativ oder zusätzlich zu der Kalibrierung können die Bestimmungsrichtungen der Sensoren justiert werden, sodass sie sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden oder möglichst nahe an einem gemeinsamen Punkt vorbeilaufen. Another position determining device may be in addition to the first sensor 15 and the second sensor 16 a third sensor (eg, in another laterally upstanding part) configured to measure the distance of a part located in its vicinity in the Y direction. In this case, the directions of determination of the three sensors intersect (and in the case of the position-determining device 14 the two sensors 15 . 16 ) as close as possible to a common point. In practice, however, there will generally be no common intersection. Rather, the directions of determination of the various Sensors run past each other as close as possible, as is the case with skewed straight lines. It is therefore preferred that the determination direction of the individual sensors is determined by calibration. For example, a calibration body in the form of a sphere or a spherical cap can be moved transversely to the direction of determination and the position of the calibration body can be determined in which the distance to the sensor whose direction of determination is to be calibrated is minimal. In this position, the direction of determination is perpendicular to the surface of the ball or spherical cap. For example, a measuring system used for the calibration, which does not use the sensor or the sensors of the position-determining device, supplies the position of the calibration body and therefore, together with the determination result of the sensor, the position of the determination direction of the sensor. Once the direction of determination has been determined for each of the sensors, it is also possible, for example, to determine how exactly the determination directions intersect at a point or how large the remaining distances of the corresponding straight lines in space are. As an alternative or in addition to the calibration, the directions of determination of the sensors can be adjusted so that they intersect at a common point of intersection or pass as close as possible to a common point.

Bei der in 2 dargestellten Positionsbestimmungseinrichtung handelt es sich z.B. um eine Abwandlung der Positionsbestimmungseinrichtung 14 aus 1, die drei Sensoren zur Bestimmung der Relativposition eines Tasters und insbesondere einer Tastkugel hat. Eine Halterung 20 hält die drei Sensoren 15, 16, 17, sodass deren Bestimmungsrichtungen im Wesentlichen unveränderlich im Raum verlaufen. Ein erster Sensor 15 ist in einem seitlich nach oben ragenden Teil der Halterung 20 gehalten, sodass sich seine Bestimmungsrichtung horizontal von rechts nach links in der Bildebene erstreckt. Ein zweiter Sensor 16 ist an einer tieferen Position von der Halterung 20 gehalten. Seine Bestimmungsrichtung verläuft in vertikaler Richtung in der Bildebene. Ein dritter Sensor 17 ist in 2 lediglich durch einen gestrichelten Kreis angedeutet. Er wird von einem hinter der Tastkugel 13 des dargestellten Taststifts 12 nach oben ragenden Bereich der Halterung 20 gehalten. Seine Bestimmungsrichtung erstreckt sich senkrecht zur Figurenebene. Die drei Bestimmungsrichtungen der Sensoren 15, 16, 17 kreuzen sich annähernd in einem gemeinsamen Punkt, der als Schnittpunkt der drei den Bestimmungsrichtungen entsprechenden kartesischen Koordinatenachsen betrachtet werden kann. Außerdem ist in 2 schematisch die Taststifthalterung 9 des Koordinatenmessgerätes dargestellt, an der der Taststift 12 angeordnet ist. At the in 2 The position-determining device illustrated is, for example, a modification of the position-determining device 14 out 1 , which has three sensors for determining the relative position of a probe and in particular a probe ball. A holder 20 Holds the three sensors 15 . 16 . 17 so that their directions of determination are essentially invariable in space. A first sensor 15 is in a side upstanding part of the holder 20 held so that its direction of determination extends horizontally from right to left in the image plane. A second sensor 16 is at a lower position of the bracket 20 held. Its direction of determination runs in the vertical direction in the image plane. A third sensor 17 is in 2 indicated only by a dashed circle. He is from one behind the Tastkugel 13 of the stylus shown 12 upstanding portion of the bracket 20 held. Its direction of determination extends perpendicular to the figure plane. The three directions of determination of the sensors 15 . 16 . 17 approximately intersect at a common point, which can be considered as the intersection of the three Cartesian coordinate axes corresponding to the directions of determination. It is also in 2 schematically the stylus holder 9 of the coordinate measuring machine shown on which the stylus 12 is arranged.

Die in 3 dargestellte Variante einer Positionsbestimmungseinrichtung 34 weist fünf Sensoren 15, 16, 17, 18, 19 zum Bestimmen der Relativposition eines Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung 34 auf. Im unteren Bereich der Darstellung gleicht die Positionsbestimmungseinrichtung 34 der in 2 dargestellten Positionsbestimmungseinrichtung 24. Die nach oben ragenden Teile der Halterung 30 erstrecken sich jedoch weiter nach oben als im Fall der 2. Über dem ersten Sensor 15 wird in dem seitlich nach oben ragenden Teil der Halterung 30 ein vierter Sensor 18 gehalten, dessen Bestimmungsrichtung sich parallel und vertikal oberhalb der Bestimmungsrichtung des ersten Sensors 15 erstreckt. In dem hinter dem Taststift 22 nach oben ragenden Teil der Halterung 30 ist ein fünfter Sensor 19 oberhalb des dritten Sensors 17 angeordnet, wobei sich die Bestimmungsrichtung des fünften Sensors 19 parallel und vertikal oberhalb der Bestimmungsrichtung des dritten Sensors 17 erstreckt. Die Bestimmungsrichtungen des vierten Sensors 18 und des fünften Sensors 19 kreuzen einander an einem Kreuzungspunkt, der vertikal oberhalb des Kreuzungspunktes der Bestimmungsrichtungen des ersten Sensors 15 und des dritten Sensors 17 liegt. In the 3 illustrated variant of a position determination device 34 has five sensors 15 . 16 . 17 . 18 . 19 for determining the relative position of a stylus relative to the position-determining device 34 on. In the lower part of the illustration, the position-determining device is the same 34 the in 2 Positioning device shown 24 , The upwardly projecting parts of the holder 30 However, they extend further upwards than in the case of 2 , Above the first sensor 15 is in the laterally upwardly projecting part of the holder 30 a fourth sensor 18 whose direction of determination is parallel and vertically above the direction of determination of the first sensor 15 extends. In the behind the stylus 22 upstanding part of the holder 30 is a fifth sensor 19 above the third sensor 17 arranged, wherein the direction of determination of the fifth sensor 19 parallel and vertically above the direction of determination of the third sensor 17 extends. The directions of determination of the fourth sensor 18 and the fifth sensor 19 cross each other at a crossing point that is vertically above the crossing point of the directions of determination of the first sensor 15 and the third sensor 17 lies.

Während der erste Sensor 15, der zweite Sensor 16 und der dritte Sensor 17 dazu verwendet werden, einen ersten Teil eines Tasters bezüglich seiner Relativposition zu den einzelnen Sensoren 15, 16, 17 zu bestimmen (im Ausführungsbeispiel ist der erste Teil die Tastkugel 13 des Taststifts 22), werden der vierte Sensor 18 und der fünfte Sensor 19 dazu verwendet, einen zweiten Teil desselben Tasters bezüglich seiner Relativposition zu den Sensoren 18, 19 zu bestimmen. Im Ausführungsbeispiel weist der dargestellte Taststift 22 im Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen des vierten Sensors 18 und des fünften Sensors 19 einen ringförmigen Wulst 23 mit im Querschnitt halbkreisförmiger, außen um den Schaft des Taststifts 22 umlaufender Querschnittsfläche auf. Der dargestellte Taststift 22 wird wiederum von der Taststifthalterung 9 des KMG gehalten. While the first sensor 15 , the second sensor 16 and the third sensor 17 be used to a first part of a button with respect to its relative position to the individual sensors 15 . 16 . 17 to determine (in the embodiment, the first part is the Tastkugel 13 of the stylus 22 ), become the fourth sensor 18 and the fifth sensor 19 used a second part of the same probe with respect to its relative position to the sensors 18 . 19 to determine. In the embodiment, the stylus shown 22 at the crossing point of the directions of determination of the fourth sensor 18 and the fifth sensor 19 an annular bead 23 with a semicircular in cross-section, outside the shaft of the stylus 22 circumferential cross-sectional area. The stylus shown 22 in turn is from the stylus holder 9 held by the CMM.

Die Positionsbestimmungseinrichtung 34 ermöglicht es daher, nicht nur die Relativposition des Tasters, sondern auch dessen Ausrichtung im Raum zu bestimmen. Ferner kann eine Längenänderung des Taststift-Schaftes gegenüber einer früheren Messung selbständig von der Positionsbestimmungseinrichtung 34 bestimmt werden. Hierzu wird z.B. die Position des Mittelpunktes der Tastkugel 13 und der Mittelpunkt des ringförmigen Wulstes 23 bestimmt. Dazu kann der Taststift 22 in vertikaler Richtung bewegt werden, sodass z.B. zunächst der Tastkugel-Mittelpunkt im Kreuzungspunkt des ersten, zweiten und dritten Sensors 15, 16, 17 positioniert wird und danach der Mittelpunkt des ringförmigen Wulstes 23 im Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen des vierten und des fünften Sensors 18, 19 positioniert wird. Alternativ kann der Tastkugel-Mittelpunkt lediglich ungefähr im Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen der unteren drei Sensoren 15, 16, 17 angeordnet werden und gleichzeitig der Mittelpunkt des ringförmigen Wulstes 23 lediglich ungefähr im Kreuzungspunkt der oberen beiden Sensoren 18, 19 angeordnet werden. In diesem Fall ist damit zu rechnen, dass die Bestimmungsrichtungen der Sensoren nicht exakt senkrecht zu der jeweiligen kugelförmigen Oberfläche der Tastkugel 13 bzw. des ringförmigen Wulstes 23 verlaufen. Für die Bestimmung der Positionen der Mittelpunkte können optional Vorkenntnisse über die Geometrie des Taststiftes verwendet werden. The position determination device 34 makes it possible to determine not only the relative position of the button, but also its orientation in space. Furthermore, a change in length of the stylus shaft compared to a previous measurement independently of the position-determining device 34 be determined. For this example, the position of the center of the probe ball 13 and the center of the annular bead 23 certainly. For this purpose, the stylus 22 be moved in the vertical direction, so that, for example, first the Tastkugel center in the crossing point of the first, second and third sensor 15 . 16 . 17 is positioned and then the center of the annular bead 23 at the crossing point of the directions of determination of the fourth and fifth sensors 18 . 19 is positioned. Alternatively, the probe ball Center only approximately at the intersection of the directions of determination of the lower three sensors 15 . 16 . 17 be arranged and at the same time the center of the annular bead 23 only approximately at the crossroads of the top two sensors 18 . 19 to be ordered. In this case, it is to be expected that the directions of determination of the sensors are not exactly perpendicular to the respective spherical surface of the probe ball 13 or the annular bead 23 run. For the determination of the positions of the centers optional prior knowledge of the geometry of the stylus can be used.

Unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann auf einfache Weise und mit geringem Zeitaufwand die thermische Drift eines KMG bestimmt werden und können die Auswirkungen der thermischen Drift korrigiert und insbesondere kompensiert werden. Unter der thermischen Drift wird die Veränderung der Geometrie des KMG verstanden, die auf Temperaturänderungen zurückzuführen ist. Z.B. kann die thermische Drift für jeden Punkt des KMG dadurch angegeben werden, dass die Veränderung der Position des Punktes in einem ortsfesten Koordinatensystem angegeben wird. Insbesondere ist es möglich, den Ursprung dieses Koordinatensystems an einen Ort der Positionsbestimmungseinrichtung zu legen, z.B. den Kreuzungspunkt von drei Sensoren, deren Bestimmungsrichtungen einander im Wesentlichen genau in einem gemeinsamen Kreuzungspunkt kreuzen. Using the position-determining device, the thermal drift of a CMM can be determined in a simple manner and with little expenditure of time, and the effects of the thermal drift can be corrected and, in particular, compensated. Thermal drift is the change in geometry of the CMM due to temperature changes. For example, For example, the thermal drift for each point of the CMM can be specified by indicating the change in position of the point in a fixed coordinate system. In particular, it is possible to place the origin of this coordinate system at a location of the position-determining device, e.g. the point of intersection of three sensors whose directions of determination cross each other substantially exactly in a common point of intersection.

Anhand von 4 wird nun ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Anordnung zur Bestimmung der thermischen Drift beschrieben. 4 zeigt auf der Basis 1 eine Positionsbestimmungseinrichtung 24, insbesondere die Positionsbestimmungseinrichtung 24 aus 2, und eine an einer Halterung mit Sockel 43 und Arm 42 gehaltenen Kalibrierkugel 41. Von dem KMG ist lediglich die Taststifthalterung mit dem von ihr gehaltenen Taststift 12 an zwei verschiedenen Orten dargestellt, nämlich an einem ersten Ort, an dem die Tastkugel 13 des Taststifts 12 die Oberfläche der Kalibrierkugel 41 antastet, und an einem zweiten Ort, an dem sich die Tastkugel 13 im Ortsbereich (Messbereich) der Positionsbestimmungseinrichtung 24 befindet. Based on 4 An embodiment of a method and an arrangement for determining the thermal drift will now be described. 4 shows on the base 1 a position determination device 24 , in particular the position-determining device 24 out 2 , and one on a bracket with socket 43 and arm 42 held calibration ball 41 , Of the CMM is only the stylus holder with held by her stylus 12 shown in two different places, namely at a first location where the Tastkugel 13 of the stylus 12 the surface of the calibration ball 41 touches, and in a second place where the Tastkugel 13 in the local area (measuring range) of the position-determining device 24 located.

Beispielsweise während der Aufwärmphase nach dem Einschalten des KMG wird mit dem Taststift 12 sowohl eine Mehrzahl von Oberflächenpunkten der Kalibrierkugel 41 angetastet und aus den Antastergebnissen insbesondere die Position des Mittelpunktes der Kalibrierkugel 41 ermittelt, als auch der Taststift insbesondere mit seiner Tastkugel 13 in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 gebracht. Insbesondere wird der Taststift 12 aus dem Messergebnis der Antastung der Kalibrierkugel 41 in an sich bekannter Weise mit hoher Genauigkeit kalibriert und bildet eine Bestimmung der Relativposition oder die mehrfache Bestimmung der Relativposition des Tasters 12 unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung 24 eine Referenz für die folgende Bestimmung der thermischen Drift während der weiteren Aufwärmphase des KMG oder während eines Betriebes des KMG. Wenn die Auswirkungen der thermischen Drift im weiteren Lauf der Zeit bestimmt werden sollen, wird der Taster 12 wieder insbesondere mit seiner Tastkugel 13 in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 gebracht und wird die Relativposition des Tasters 12 zu der Positionsbestimmungseinrichtung 24 bestimmt. Veränderungen der Relativposition und/oder der Position des Tasters 12 gemäß dem Messsystem des KMG werden in Bezug zu den Messergebnissen der erwähnten Referenz gesetzt. Wenn sich z.B. die Position des Tastkugel-Mittelpunktes gegenüber der Referenz um 0,5 µm verändert hat, kann diese Veränderung als Ergebnis der thermischen Drift aufgefasst werden und z.B. eine entsprechende Korrektur beim Betrieb des KMG vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere in der Aufwärmphase des KMG die Veränderung aufgrund der thermischen Drift mehrfach in der genannten Weise festgestellt werden und kann der Betrieb des KMG erst dann freigegeben werden, wenn die thermische Drift zu keinen weiteren erheblichen Veränderungen der Tasterposition führt. Z.B. kann ein Grenzwert für die Positionsänderung des Tasters aufgrund der thermischen Drift pro Zeitintervall vorgegeben werden. Sobald dieser Grenzwert unterschritten wird, kann der Betrieb des KMG freigegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Positionsänderung oder eine andere unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung ermittelte Größe zunächst mehrfach als mathematische Funktion der Zeit bestimmt werden und dann der weitere Verlauf dieser mathematischen Funktion in die Zukunft extrapoliert werden. Auch daraus kann ermittelt werden, wann mit ausreichend konstanten Betriebsbedingungen für einen genauen Messbetrieb des KMG zu rechnen ist. Z.B. kann auch bei dieser Ermittlung der genannte vorgegebene Grenzwert herangezogen werden. For example, during the warm-up phase after turning on the CMM is using the stylus 12 both a plurality of surface points of the calibration ball 41 touched and from the probing results in particular the position of the center of the Kalibrierkugel 41 determined as well as the stylus in particular with his probe ball 13 in the local area of the position-determining device 24 brought. In particular, the stylus becomes 12 from the measurement result of probing the calibration ball 41 calibrated in a conventional manner with high accuracy and forms a determination of the relative position or the multiple determination of the relative position of the probe 12 using the position-determining device 24 a reference for the following determination of thermal drift during the further warm-up phase of the CMM or during operation of the CMM. If the effects of thermal drift are to be determined in the further course of time, the button will 12 again, especially with his probe ball 13 in the local area of the position-determining device 24 and is the relative position of the button 12 to the position-determining device 24 certainly. Changes in the relative position and / or the position of the button 12 according to the measurement system of the CMM are set in relation to the measurement results of the mentioned reference. If, for example, the position of the probe ball center point has changed by 0.5 μm compared to the reference, this change can be interpreted as a result of the thermal drift and, for example, a corresponding correction can be made during operation of the CMM. Alternatively or additionally, especially in the warm-up phase of the CMM, the change due to the thermal drift can be detected several times in the manner mentioned and the operation of the CMM can only be released when the thermal drift does not lead to any further significant changes in the probe position. For example, a limit for the position change of the probe due to the thermal drift per time interval can be specified. Once this limit value is exceeded, the operation of the CMM can be released. Alternatively or additionally, the position change or another variable determined using the position determination device can first be determined several times as a mathematical function of time and then the further course of this mathematical function can be extrapolated into the future. From this it can also be determined when sufficiently constant operating conditions can be expected for an accurate measuring operation of the CMM. For example, the specified limit value can also be used in this determination.

Ferner alternativ oder zusätzlich kann bei einer unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung festgestellten thermischen Drift, die ein vorgegebenes Kriterium erfüllt (z.B. wenn ein vorgegebener Grenzwert der Positionsänderung des Tasters pro Zeitintervall überschritten wird), eine Kalibrierung des Tasters auf andere Weise als unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung allein (z.B. durch erneutes Antasten mehrerer Oberflächenpunkte der Kalibrierkugel 41) ausgelöst werden. Gemäß einer Variante dieser Vorgehensweise wird die Häufigkeit der Wiederholung der Kalibrierung des Taststiftes auf andere Weise als unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung allein abhängig von dem Ergebnis der Positionsbestimmung durch die Positionsbestimmungseinrichtung festgelegt. Furthermore, alternatively or additionally, in the case of a thermal drift determined using the position determination device, which fulfills a predetermined criterion (for example, if a predefined limit value of the position change of the probe is exceeded per time interval), calibration of the probe can be carried out in a different way than using the position determination device alone (FIG. eg by re-touching several surface points of the calibration ball 41 ) to be triggered. According to a variant of this approach, the frequency of repetition of the calibration of the stylus becomes different from the result of the position determination other than using the position-determining device alone determined by the position determination device.

Umgekehrt kann das Eintreten vorgegebener Ereignisse eine Positionsbestimmung des Tasters unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung auslösen. Z.B. kann eine solches vorgegebenes Ereignis darin bestehen, dass sich zumindest eine Messgröße aus der Überwachung der Umgebung des KMG in vorgegebener Weise verändert hat. Z.B. wird die Temperatur der Umgebung des KMG überwacht und besteht das Ereignis darin, dass sich die Temperatur um einen vorgegebenen Betrag gegenüber einem früheren Zeitpunkt verändert hat. Alternativ oder zusätzlich wird die Umgebungstemperatur an mehreren Stellen gemessen und besteht das Ereignis darin, dass zwischen den verschiedenen Temperaturmesspositionen ein Temperaturunterschied festgestellt wird, der größer als ein vorgegebener Grenzwert ist. Ein weiteres mögliches Ereignis besteht darin, dass eine unbeabsichtigte Kollision des Tasters mit einem Objekt im Bewegungsbereich des Tasters stattgefunden hat. Conversely, the occurrence of predetermined events can trigger a position determination of the probe using the position-determining device. For example, Such a predetermined event may consist in at least one measured variable having changed from the monitoring of the environment of the CMM in a predefined manner. For example, the temperature of the environment of the CMM is monitored and the event is that the temperature has changed by a predetermined amount compared to an earlier point in time. Alternatively or additionally, the ambient temperature is measured at several points and the event is that between the different temperature measuring positions a temperature difference is detected, which is greater than a predetermined limit. Another possible event is that an inadvertent collision of the probe with an object in the movement range of the probe has taken place.

Eine für die Kalibrierung eines Tasters mit einer Tastkugel als Tastelement wichtige Größe ist der Tastkugel-Radius. Insbesondere mit zumindest zwei Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung mit Bestimmungsrichtungen entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem (vorzugsweise mit drei solchen Sensoren) kann der Tastkugelradius in einfacher Weise und mit geringem Zeitaufwand ermittelt werden, wie am Beispiel von 5 näher erläutert wird. Das Ausführungsbeispiel der 5 zeigt den Fall von lediglich zwei Sensoren 15, 16 derselben Positionsbestimmungseinrichtung. Alternativ könnte ein dritter Sensor Teil der Positionsbestimmungseinrichtung sein, wobei seine Bestimmungsrichtung senkrecht zu den Bestimmungsrichtungen der beiden anderen Sensoren 15, 16 verläuft und diese im Wesentlichen genau an deren Kreuzungspunkt schneidet. An important variable for the calibration of a probe with a probe ball as probe element is the probe ball radius. In particular, with at least two sensors of the position-determining device having directions of determination corresponding to a Cartesian coordinate system (preferably with three such sensors), the probe ball radius can be determined in a simple manner and with little expenditure of time, as in the example of FIG 5 is explained in more detail. The embodiment of 5 shows the case of only two sensors 15 . 16 the same position determining device. Alternatively, a third sensor could be part of the position-determining device, its direction of determination being perpendicular to the directions of determination of the other two sensors 15 . 16 runs and this essentially cuts exactly at the intersection point.

Die Bestimmungsrichtung 25 des ersten Sensors 15 und die Bestimmungsrichtung 26 des zweiten Sensors 16 sind in 5 durch gestrichelte Linien dargestellt. Sie kreuzen sich in dem dargestellten Zustand im Mittelpunkt der Tastkugel 13. Ferner ist entlang der beiden Bestimmungsrichtungen 25, 26 jeweils der Tastkugelradius R dargestellt. Um die dargestellte Relativposition der Tastkugel 13 zu den Sensoren 15, 16 zu erreichen, kann die Tastkugel 13 von dem nicht in 5 dargestellten KMG bewegt werden, bis die Position erreicht ist. Insbesondere kann eine Bewegung entlang einer Spiralbahn ausgeführt werden oder kann die Tastkugel quer zu lediglich einer der Bestimmungsrichtungen 25, 26 bewegt werden, bis die Bestimmungsrichtung den Tastkugel-Mittelpunkt durchquert, und kann danach in gleicher Weise für die weitere Bestimmungsrichtung oder die weiteren Bestimmungsrichtungen verfahren werden. The direction of destination 25 of the first sensor 15 and the direction of destination 26 of the second sensor 16 are in 5 represented by dashed lines. They intersect in the illustrated state in the center of the probe ball 13 , Further, along the two directions of determination 25 . 26 in each case the Tastkugelradius R shown. To the illustrated relative position of the Tastkugel 13 to the sensors 15 . 16 to reach the tactile ball 13 of which not in 5 shown CMM are moved until the position is reached. In particular, a movement along a spiral path can be performed or the probe ball can transverse to only one of the directions of determination 25 . 26 are moved until the direction of determination passes through the Tastkugel midpoint, and can then be moved in the same way for the other direction of determination or the other determination directions.

Wenn die dargestellte Relativposition erreicht ist, ist der Abstand, den der jeweilige Sensor 15, 16 zur Oberfläche der Tastkugel 13 bestimmt, ein Maß für den Tastkugelradius R. Da der Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen 25, 26 bekannt ist und sich die Tastkugel 13 mit ihrem Mittelpunkt an dem Kreuzungspunkt befindet, muss von dem bekannten Abstand des Tastkugelmittelpunktes jeweils der Messwert des Abstandes zur Kugeloberfläche abgezogen werden, um den Tastkugelradius R zu erhalten. Da der Tastkugelradius bei realen Tastkugeln nicht konstant ist (d.h. die Kugel ist keine ideale Kugel), können sich aus den Messwerten der einzelnen Sensoren 15, 16 unterschiedliche Tastkugelradien ergeben. When the relative position shown is reached, the distance is that of the respective sensor 15 . 16 to the surface of the probe ball 13 determined, a measure of the Tastkugelradius R. Since the crossing point of the directions of determination 25 . 26 is known and the Tastkugel 13 with its center point located at the crossing point, the measured value of the distance to the spherical surface must be subtracted from the known distance of the Tastkugelmittelpunktes in order to obtain the Tastkugelradius R. Since the probe ball radius is not constant with real feeler balls (ie the ball is not an ideal ball), the measured values of the individual sensors can be used 15 . 16 result in different Tastkugelradien.

Wenn der Tastkugelradius bekannt ist, kann er z.B. bei einer nachfolgenden Kalibrierung des Tasters verwendet werden. Alternativ kann der Tastkugelradius aber insbesondere durch Antastung eines Kalibrierkörpers ermittelt werden. If the probe ball radius is known, it can be e.g. be used in a subsequent calibration of the probe. Alternatively, the Tastkugelradius but can be determined in particular by probing a calibration.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für eine Kalibrierung des Tasters unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung beschrieben, bei der auch das Verhalten des Tasters bei einer Auslenkung aus seiner Ruhelage aufgrund von Antastkräften kalibriert wird. Wie erwähnt wird dabei ausgegangen, dass der Radius der Tastkugel bereits bekannt ist. Insbesondere dient die Kalibrierung bezüglich des Verhaltens beim Auslenken aus einer Ruhelage dazu, ein lineares Verhalten zu erzeugen. Die bei Auslenkung erzeugten Signale sollen linear zum Grad der Auslenkung (Auslenkungswinkel oder Auslenkungsweg) sein. In the following, an embodiment for a calibration of the probe using the position-determining device will be described, in which the behavior of the probe is calibrated at a deflection from its rest position due to probing forces. As mentioned, it is assumed that the radius of the probe ball is already known. In particular, the calibration with respect to the behavior when deflecting from a rest position is used to produce a linear behavior. The signals generated during deflection should be linear to the degree of deflection (deflection angle or deflection path).

Da das Verhalten bezüglich der Auslenkung bestimmt werden soll, ist eine Auslenkung des Tasters erforderlich. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Taster und insbesondere die Tastkugel durch eine zusätzliche Vorrichtung, die während des sonstigen Betriebes der Positionsbestimmungseinrichtung nicht genutzt wird und die auch für den normalen Betrieb des KMG nicht genutzt wird, festgehalten wird. Alternativ kann der Taster durch einen Aktor ausgelenkt werden, wie es z.B. bei aktiven Messköpfen mit entsprechender Aktorik der Fall ist. Since the behavior with respect to the deflection is to be determined, a deflection of the probe is required. This can e.g. be achieved in that the button and in particular the probe ball by an additional device which is not used during the other operation of the position-determining device and which is not used for the normal operation of the CMM is recorded. Alternatively, the stylus may be deflected by an actuator, e.g. for active measuring heads with corresponding actuators is the case.

Wenn der Taster durch eine zusätzliche Vorrichtung festgehalten wird, z.B. durch einen Anschlag, der in Auslenkungsrichtung orientiert ist, misst zumindest der Teil der Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung, deren Bestimmungsrichtung nicht in Auslenkungsrichtung verläuft, etwaige Abweichungen von einer früheren Position des Tasters (z.B. der Position in der nicht ausgelenkten Ruhelage des Tasters). Die Auslenkung wird dann insbesondere durch eine Bewegung des beweglichen Teils des KMG bewirkt. Die zusätzliche Haltevorrichtung kann z.B. eine Fläche mit einer Vertiefung, eine Bohrung in einem Materialbereich, eine Anschlagkante oder andere Mittel aufweisen. If the probe is held in place by an additional device, for example by a stop which is oriented in the deflection direction, at least the part of the sensors of the position-determining device whose direction of determination is not in the direction of deflection measures any deviations from an earlier position of the probe (eg the position in FIG the undeflected rest position of the button). The deflection will then in particular caused by a movement of the movable part of the CMM. The additional holding device may, for example, have a surface with a depression, a bore in a material region, a stop edge or other means.

Im Fall einer Aktorik, die die Auslenkung bewirkt, können alle Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung die jeweilige Relativposition des Tasters zu ihnen bestimmen. Vorzugsweise wird die durch die Auslenkung bewirkte Verschiebung der Position des Tasters und insbesondere der Tastkugel durch eine Gegenbewegung des beweglichen Teils des KMG, an dem der Taster angebracht ist, zumindest teilweise kompensiert, um den Taster im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung zu belassen. Der Aktor kann z.B. ein Aktor eines Messkopfes des KMG sein, oder die Positionsbestimmungseinrichtung kann selbst einen Aktor haben. Insbesondere kann die Haltevorrichtung mit einem Aktor kombiniert sein, sodass die Haltevorrichtung von dem Aktor bewegt wird und somit den Taster aus seiner Ruhelage auslenkt. In the case of an actuator that effects the deflection, all the sensors of the position-determining device can determine the respective relative position of the button to them. Preferably, the displacement caused by the displacement of the position of the probe and in particular of the probe ball is at least partially compensated by a countermovement of the movable part of the CMM on which the probe is mounted in order to leave the probe in the local area of the position-determining device. The actuator may e.g. be an actuator of a measuring head of the CMM, or the position determination device may itself have an actuator. In particular, the holding device can be combined with an actuator, so that the holding device is moved by the actuator and thus deflects the button from its rest position.

Unter Verwendung der Ergebnisse der Bestimmung der Relativposition durch die Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung kann insbesondere eine Kalibrierung des Tasters durchgeführt werden, wobei die zu bestimmenden Größen auch aus anderen Kalibrierverfahren bekannte Größen sind. Z.B. handelt es sich bei zumindest einigen der durch Kalibrierung ermittelten Größen um Matrixelemente einer Übertragungsmatrix, durch deren Anwendung die Messwerte eines KMG-Messkopfes in Messwerte der Position des Tastelements oder Messwerte der Koordinaten des angetasteten Oberflächenpunkts übertragen werden. Insbesondere in diesem Fall, aber auch bei anderen Arten der Kalibrierung kann durch die Kalibrierung das erwähnte lineare Verhalten des Tasters bei Auslenkung erzielt werden. Using the results of the determination of the relative position by the sensors of the position-determining device, in particular a calibration of the probe can be carried out, wherein the variables to be determined are also known from other calibration methods. For example, if at least some of the variables determined by calibration are matrix elements of a transmission matrix, the application of which transmits the measured values of a CMM measuring head into measured values of the position of the probe element or measured values of the coordinates of the touched surface point. In particular, in this case, but also in other types of calibration can be achieved by the calibration, the aforementioned linear behavior of the probe during deflection.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/152962 A2 [0005]

Claims

Method for calibrating a to a moving part ( 8th ) of a coordinate measuring machine ( 11 ) tactile buttons ( 12 ), where - the tactile button ( 12 ), which is a tactile element ( 13 ) for tactile probing of a workpiece, by an operation of a drive system of the coordinate measuring machine ( 11 ) in a location area of a position-determining device ( 14 ), which has a base ( 1 ) of the coordinate measuring machine ( 11 ), - by means of at least one sensor ( 15 . 16 ) of the position determining device ( 14 ) a position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ) and - the tactile button ( 12 ) is calibrated taking into account the particular position.

The method of claim 1, wherein the tactile button ( 12 ) to a predetermined position in a coordinate system of the position-determining device ( 14 ) and by a measuring system ( 6 ) of the coordinate measuring machine ( 11 ), which in addition to the position-determining device ( 14 ) and of which during a measuring operation of the coordinate measuring machine ( 11 ) for determining coordinates of workpieces movement positions of the movable part ( 8th ), at which position of movement the movable part ( 8th ) with the attached tactile button ( 12 ) while the tactile button ( 12 ) is at the predetermined position, and wherein the tactile button ( 12 ) is calibrated taking into account the measured movement position.

Method according to claim 1, wherein the movable part with the tactile button ( 12 ) in a predetermined position in a coordinate system of the coordinate measuring machine ( 11 ) and in the predetermined position the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ) is determined.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one sensor ( 15 . 16 ) of the position determining device ( 14 ) is a non-contact distance sensor.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the position determining device ( 14 ) at least two sensors ( 15 . 16 ), by means of which the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ), each of the at least two sensors ( 15 . 16 ) a direction of determination ( 25 . 26 ), in which he has the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ) and the directions of determination ( 25 . 26 ) of the at least two sensors ( 15 . 16 ) in pairs perpendicular to each other.

Arrangement for calibrating a to a moving part ( 8th ) of a coordinate measuring machine ( 11 ) tactile buttons ( 12 ), the arrangement comprising: - the coordinate measuring machine ( 11 ), wherein the coordinate measuring machine ( 11 ) One Base ( 1 ) relative to the movable part by operation of a drive system of the coordinate measuring machine ( 11 ), - the tactile button ( 12 ) located on the moving part ( 8th ) of the coordinate measuring machine ( 11 ) is mounted and the a Tastelement ( 13 ) for tactile probing of a workpiece, - a measuring system of the coordinate measuring machine ( 11 ) of which, during a measuring operation of the coordinate measuring machine ( 11 ) for determining coordinates of workpieces movement positions of the movable part ( 8th ), - a position-determining device ( 14 ), in addition to the measuring system of the CMM ( 11 ), which is connected to the base of the coordinate measuring machine ( 11 ) and the at least one sensor ( 15 . 16 ) for determining a position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ), - a controller ( 50 ) of the coordinate measuring machine ( 11 ), which is designed, the tactile button ( 12 ) by operation of the drive system of the coordinate measuring machine ( 11 ) in a location area of the position-determining device ( 14 ), so that by means of the at least one sensor ( 15 . 16 ) the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ), - a calibration device ( 50 ), which is designed, the tactile button ( 12 ) to calibrate taking into account the specific position.

Arrangement according to claim 6, wherein the controller ( 50 ), the tactile button ( 12 ) to a predetermined position in a coordinate system of the position-determining device ( 14 ), wherein the measuring system of the coordinate measuring machine ( 11 ) is designed to measure, at which position of movement the movable part ( 8th ) with the attached tactile button ( 12 ) while the tactile button ( 12 ) is at the predetermined position, and wherein the calibration device is configured, the tactile button ( 12 ) to calibrate taking into account the measured movement position.

Arrangement according to claim 6, wherein the controller ( 50 ), the movable part ( 8th ) with the attached tactile button ( 12 ) in a predetermined position in a coordinate system of the coordinate measuring machine ( 11 ), and wherein the position determining device ( 14 ) is configured, in the predetermined position, the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ).

Arrangement according to one of claims 6 to 8, wherein the at least one sensor ( 15 . 16 ) of the position determining device ( 14 ) is a non-contact distance sensor.

Arrangement according to one of claims 6 to 9, wherein the position determination device ( 14 ) at least two sensors ( 15 . 16 ), by means of which the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ), each of the at least two sensors ( 15 . 16 ) a direction of determination ( 25 . 26 ), in which he has the position of the tactile button ( 12 ) relative to the position-determining device ( 14 ) and the directions of determination ( 25 . 26 ) of the at least two sensors ( 15 . 16 ) in pairs perpendicular to each other.