DE102015205569A1 - Kalibrierung eines beweglichen Teils eines Koordinatenmessgeräts oder eines daran angebrachten taktilen Tasters - Google Patents

Kalibrierung eines beweglichen Teils eines Koordinatenmessgeräts oder eines daran angebrachten taktilen Tasters Download PDF

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Abstract

Offenbart wird das Kalibrieren eines beweglichen Teils (8) eines Koordinatenmessgeräts (11), kurz: KMG (11), an dem ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist, wobei – der bewegliche Teil (8) durch einen Betrieb eines Antriebssystems des KMG (11) in einen Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung (14) bewegt wird, die mit einer Basis (1) des KMG (11) verbunden ist, – mittels zumindest eines Sensors (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) eine Position des beweglichen Teils (8) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und – der bewegliche Teil (8) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird. Ferner offenbart wird das Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil (8) eines KMG (11) angebrachten Objektsensors zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, wobei der Objektsensor ein taktiler Taster (12) ist, der an dem beweglichen Teil (8) des KMG (11) angebracht ist und der ein Tastelement (13) zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist, und wobei – ein Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12), der von dem Tastelement (13) beabstandet ist, in einen Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung (14) bewegt wird, die mit einer Basis (1) des KMG (11) verbunden ist, – mittels zumindest eines Sensors (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) eine Position des Bestimmungsbereichs relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und – der taktile Taster (12) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines beweglichen Teils eines Koordinatenmessgeräts, an dem ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren eines an dem beweglichen Teil angebrachten Objektsensors, der ein taktiler Taster ist, welcher ein Tastelement zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Kalibrieren eines beweglichen Teils eines Koordinatenmessgeräts, wobei an dem beweglichen Teil ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist, und betrifft eine Anordnung zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten Objektsensors zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, wobei der Objektsensor ein taktiler Taster ist, der ein Tastelement zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 sind z. B. aus WO 2009/152962 A2 bekannt.
  • Außer der Kalibrierung des taktilen Tasters ist es aber auch erforderlich, den beweglichen Teil des KMG zu kalibrieren. Insbesondere kann sich der bewegliche Teil aufgrund von Änderungen der Temperatur oder der Temperaturverteilung und/oder aufgrund veränderter Kräfte, die auf den beweglichen Teil einwirken, verformen. Kräfte können insbesondere Gewichtskräfte von an dem beweglichen Teil angebrachten Gegenständen (wie z. B. einer Drehvorrichtung und/oder einem Messkopf) und/oder Eigen-Gewichtskräfte des beweglichen Teils sein, wobei sich die Gewichtskräfte z. B. in unterschiedlicher Weise auf die Form des beweglichen Teils auswirken, wenn sich die Ausrichtung des beweglichen Teils im Gravitationsfeld verändert.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zum Kalibrieren eines Koordinatenmessgeräts anzugeben, mit denen der Aufwand für die Kalibrierung reduziert werden kann. Das Koordinatenmessgerät weist einen beweglichen Teil auf, an dem ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist. Der Objektsensor ist insbesondere ein taktiler Taster.
  • 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.
  • Es wird daher vorgeschlagen, zusätzlich zu dem Messsystem des Koordinatenmessgeräts (kurz: KMG) eine Positionsbestimmungseinrichtung für die Kalibrierung des KMG 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 Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht oder anbringbar ist. Ferner kann der bewegliche Teil des KMG unabhängig von der Bewegungseinrichtung bewegt werden. Daher kann z. B. die Positionsbestimmungseinrichtung in derselben Bewegungsposition verbleiben, während der Objektsensor durch eine Bewegung des beweglichen Teils bewegt wird.
  • 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 Koordinatenmessgeräts 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.
  • Die Positionsbestimmungseinrichtung weist zumindest einen Positionssensor auf, der ausgestaltet ist, eine Relativposition des KMG relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung zu bestimmen. Insbesondere kann der Positionssensor ausgestaltet sein, den Abstand des KMG zu dem Positionssensor oder zu einem anderen Teil der Positionsbestimmungseinrichtung insbesondere in einer Bestimmungsrichtung des Positionssensors zu bestimmen. Die Relativposition kann z. B. in der Weise bestimmt werden, dass der Positionssensor bestätigt, dass sich das KMG an einer vorgegebenen, erwarteten Position relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung befindet. Alternativ oder zusätzlich kann der Positionssensor ausgestaltet sein und/oder dazu verwendet werden, die Relativposition und insbesondere den Abstand zu messen. In diesem Fall kann der Positionssensor innerhalb eines Ortsbereiches der Positionsbestimmungseinrichtung verschiedene Messwerte der Relativposition erzeugen, je nachdem, in welcher Relativposition sich das KMG tatsächlich befindet. Der Ortsbereich ist derjenige Bereich, in dem sich der Bereich des KMG, dessen Position zu bestimmen ist, befinden kann, sodass der Positionssensor die Relativposition messen kann. Z. B. ist der Positionssensor für Messungen innerhalb des Ortsbereichs kalibriert und/oder zugelassen und/oder liefert der Positionssensor ausschließlich innerhalb des Ortsbereichs eindeutige Messergebnisse (d. h. jede Position innerhalb des Ortsbereichs liefert einen individuellen, eindeutig der Position zugeordneten Messwert).
  • Vorzugsweise weist die Positionsbestimmungseinrichtung eine Mehrzahl der Positionssensoren auf. Dies ermöglicht es, die Relativposition redundant und damit mit größerer Zuverlässigkeit und/oder die Relativposition bezüglich verschiedener Bestimmungsrichtungen zu bestimmen. Insbesondere kann daher mit mehreren Positionssensoren 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.
  • Die Positionsbestimmungseinrichtung mit dem zumindest einen Positionssensor ermöglicht insbesondere wie beschrieben die Bestimmung einer Relativposition des KMG 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 KMG bezüglich der Basis ermittelt werden. Dies wiederum kann dazu genutzt werden, das KMG 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 KMG 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 KMG 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.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Position und/oder Ausrichtung eines 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.
  • 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.
  • 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 Antasten 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 beweglichen Teils des KMG und optional des daran angebrachten Objektsensors (z. B. des taktilen Tasters) im Vergleich zum Referenzzeitpunkt geändert hat. Die Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann auch zwischen den Antastungen verschiedener Oberflächenpunkte des Kalibrierkörpers durchgeführt werden.
  • 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 ein taktiler 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.
  • 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. Entsprechendes gilt für die Kalibrierung des beweglichen Teils. Z. B. wird Information über die Geometrie (z. B. Länge eines beweglichen Armes) des beweglichen Teils und/oder über die Relativposition (z. B. Position an einem Wechselteller zum Ankoppeln verschiedener Messköpfe und/oder Objektsensoren) und/oder Ausrichtung (z. B. Ausrichtung der Längsachse des beweglichen Armes) des beweglichen Teils bezüglich der Basis des Koordinatenmessgeräts gewonnen, wobei die gewonnene Information für den Betrieb des KMG verfügbar gemacht wird.
  • Wie oben bereits erwähnt, hat die Gewinnung von Kalibrierungsinformation durch Antasten eines Kalibrierkörpers mit dem Tastelement eines an dem beweglichen Teil des KMG angebrachten Tasters den Nachteil, dass sich insbesondere die Größe und Form des Tastelements bei verschiedenen Tastern unterscheiden. Dies ist aber auch ein Nachteil, wenn die Kalibrierungsinformation unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung gewonnen wird. Bei jedem verschiedenen Tastelement muss die unterschiedliche Größe und/oder unterschiedliche Form des Tastelements berücksichtigt werden, wenn das Tastelement in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht wird. Z. B. bei einer Tastkugel wird üblicherweise die Position des Kugelmittelpunkts bestimmt. Die Positionsbestimmungseinrichtung erfasst aber in der Regel lediglich den Abstand zu der Oberfläche der Tastkugel.
  • Gemäß einer Grundidee der vorliegenden Erfindung wird daher nicht das Tastelement eines an dem beweglichen Teil des KMG angebrachten Tasters in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht, sondern der bewegliche Teil oder, insbesondere wenn ein taktiler Taster an dem beweglichen Teil des KMG angebracht ist, ein Bestimmungsbereich des taktilen Tasters, der von dem Tastelement beabstandet ist.
  • Wenn der bewegliche Teil in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt wird, dann schließt dies auch die Möglichkeit ein, dass ein nicht für die Funktion des beweglichen Teils (nämlich das Halten und Bewegen des Objektsensors) erforderlicher, zusätzlicher Körper an dem beweglichen Teil angebracht ist. Ein solcher zusätzlicher Körper ist z. B. über einen Schaft an dem beweglichen Teil angebracht und vorzugsweise in unveränderlicher Position und Ausrichtung relativ zu dem beweglichen Teil. Die Anbringung über einen Schaft oder über eine andere Befestigung in einem Abstand zu dem beweglichen Teil hat den Vorteil, dass der Körper auf einfache Weise in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden kann, ohne dass der bewegliche Teil mit der Positionsbestimmungseinrichtung kollidiert.
  • Der mit dem beweglichen Teil verbundene Körper kann z. B. eine Kugel sein oder eine Kugelkalotte sein. In beiden Fällen kann insbesondere der Kugelmittelpunkt durch die Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden. Im Unterschied zu einer Tastkugel eines Tasters besteht aber der Vorteil des an dem beweglichen Teil angebrachten Körpers darin, dass er eine unveränderliche Form und Größe hat, wenn von den Auswirkungen (wie thermisch bedingte Ausdehnung) einer Veränderung der äußeren Umstände (wie Temperatur oder Temperaturverteilung) abgesehen wird. Insbesondere ist es aber auch möglich, den Schaft, die andere Befestigung des Körpers an dem beweglichen Teil und/oder den Körper selbst aus einem Material zu fertigen, das nicht oder nur vernachlässigbar für die angestrebte Genauigkeit der Kalibrierung abhängig von der Temperatur ist. Auf solche Materialien wird noch später in Bezug auf die Halterung näher eingegangen.
  • Wenn zur Gewinnung der Kalibrierungsinformation ein Bestimmungsbereich des taktilen Tasters in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt wird, wird ebenfalls vermieden, dass das Tastelement des Tasters in den Ortsbereich gebracht wird. Der Bestimmungsbereich ist von dem Tastelement beabstandet, d. h. Bestimmungsbereich und Tastelement sind verschiedene Bereiche des taktilen Tasters. Als Bestimmungsbereich kann in einem ersten Fall ein Bereich des taktilen Tasters verwendet werden, der für die Funktion des Tasters (nämlich das taktile Antasten von Werkstückoberflächenpunkten durch das Tastelement) erforderlich ist. Beispiele sind ein Wechselteller und ein Taststiftschaft. In einem zweiten Fall kann ein zusätzlicher, nicht für die Funktion erforderlicher Bereich des Tasters verwendet werden. Insbesondere ist es ähnlich wie bei dem zusätzlichen Körper, der an dem beweglichen Teil angebracht sein kann, möglich, einen zusätzlichen Körper an dem taktilen Taster anzubringen. Geeignet ist z. B. ein ringförmiger, mit seiner Rotationssymmetrieachse koaxial zu einer Taststiftlängsachse ausgerichteter Materialbereich. Ein solcher ringförmiger Bereich hat den Vorteil, dass er keine erheblichen Biegemomente auf den Taststiftschaft ausübt. Als Bestimmungsbereich, der für die normale Funktion des Tasters erforderlich ist, eignet sich ein Schnittstellenelement (z. B. ein Wechselteller), über den der Taster an eine Schnittstelle des beweglichen Teils oder eines Messkopfes angebracht ist/wird.
  • Da der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters von dem Tastelement beabstandet ist und im Fall von Taststiften insbesondere um mehr als die halbe Länge des Taststiftschaftes von dem Tastelement entfernt ist, wird bevorzugt, dass das zwischen dem Bestimmungsbereich und dem Tastelement vorhandene Material des Tasters einen kleinen oder verschwindenden Temperaturausdehnungskoeffizienten hat. Auch dieses Material kann eines der Materialien sein, die noch in Bezug auf die Halterung der Positionsbestimmungseinrichtung beschrieben werden.
  • Insbesondere wird Folgendes vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Kalibrieren eines beweglichen Teils eines Koordinatenmessgeräts, an dem ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist, wobei
    • – der bewegliche Teil 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 Positionsbestimmungssensors der Positionsbestimmungseinrichtung eine Position des beweglichen Teils relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird und
    • – der bewegliche Teil unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  • Ferner wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts angebrachten Objektsensors zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, wobei der Objektsensor ein taktiler Taster ist, der an dem beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts angebracht ist und der ein Tastelement zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist, und wobei
    • – ein Bestimmungsbereich des taktilen Tasters, der von dem Tastelement beabstandet ist, in einen Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung bewegt wird, die mit einer Basis des Koordinatenmessgeräts verbunden ist,
    • – mittels zumindest eines Positionsbestimmungssensors der Positionsbestimmungseinrichtung eine Position des Bestimmungsbereichs relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird und
    • – der taktile Taster unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  • Bei der Kalibrierung unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung kann sich, wie oben bereits beschrieben wurde, der bewegliche Teil des KMG oder der Taster aufgrund von Veränderungen seiner Geometrie, seiner Relativposition und/oder seiner relativen Ausrichtung 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.
  • Gemäß einem Messprinzip wird der bewegliche Teil des KMG oder der Taster (insbesondere der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters) 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 bewegliche Teil des KMG oder der 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 befindet, während der bewegliche Teil des KMG oder der Taster an der vorgegebenen Position ist. Der bewegliche Teil des KMG oder der Taster wird unter Berücksichtigung der gemessenen Bewegungsposition kalibriert. Dem entspricht eine Ausführungsform der Anordnung, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, den beweglichen Teil des KMG oder den 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 befindet, während der bewegliche Teil des KMG oder der Taster an der vorgegebenen Position ist, und wobei die Kalibrierungseinrichtung ausgestaltet ist, den beweglichen Teil des KMG oder den Taster unter Berücksichtigung der gemessenen Bewegungsposition zu kalibrieren, zumindest bezüglich der Geometrie des beweglichen Teils oder des Tasters.
  • Gemäß dem zweiten Messprinzip wird der bewegliche Teil des KMG oder der Taster (insbesondere der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters) 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.
  • Gemäß einer konkreten Ausgestaltung des zweiten Messprinzips wird der bewegliche Teil in eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bewegt und wird in der vorgegebenen Position die Relativposition des beweglichen Teils des KMG oder des Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt. Dem entspricht eine Ausführungsform der Anordnung, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, den beweglichen Teil in eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts zu bewegen, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung ausgestaltet ist, in der vorgegebenen Position die Position des beweglichen Teils des KMG oder des Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung zu bestimmen.
  • Da der bewegliche Teil des KMG oder 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 beweglichen Teils oder des Tasters erforderliche Information (die von dem zumindest einen Positionssensor 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.
  • 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 beweglichen Teils oder des Tasters und bewegt den beweglichen Teil oder den Taster unter Nutzung dieser Information bis in die vorgegebene Position im Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung. Alternativ kann die Steuerung den beweglichen Teil oder 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 beweglichen Teils des KMG oder des Tasters in dem Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung entspricht. Das erste Messprinzip hat auch den Vorteil, dass der zumindest eine Positionssensor 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.
  • Beim zweiten Messprinzip ist eine präzise Messung der Relativposition durch den zumindest einen Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung erforderlich. Dies kann z. B. durch Kalibrierung des Positionssensors erreicht werden. Z. B. wenn ein an dem beweglichen Teil des KMG befestigter Körper, der eine Kugel oder Kugelkalotte ist, und die Positionsbestimmungseinrichtung zumindest zwei Positionssensoren aufweist, die in unterschiedliche Bestimmungsrichtungen messen, kann ein Messfehler auftreten, weil die Bestimmungsrichtung nicht senkrecht auf die Kugel ausgerichtet ist und der auf der Kugel 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 oder der Taster zu bringen ist.
  • Für den zumindest einen Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung kommen verschiedene Typen von Sensoren infrage. Insbesondere kann es sich bei dem zumindest einen Positionssensor um einen taktil tastenden Positionssensor handeln, d. h. die Relativposition des beweglichen Teils oder des Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung wird unter Berührung mit dem zumindest einen taktil antastenden Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt. Z. B. kann der taktil antastende Positionssensor 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 Positionssensors luftgelagert und damit reibungsarm geführt ist. Insbesondere wenn der bewegliche Teil oder der daran angebrachte Taster in eine vorgegebene Position bezüglich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht wird, während der Positionssensor die Relativposition misst, werden daher Hystereseeffekte minimiert.
  • Bevorzugt wird jedoch, dass der zumindest eine Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung ein berührungslos arbeitender Sensor ist. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung frei von auf den beweglichen Teil oder 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 beweglichen Teil oder den Taster wirken wie bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks.
  • Besonders bevorzugt wird, dass der zumindest eine Positionssensor 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.
  • 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 der bewegliche Teil oder der Taster nicht präzise im Zentrum des Ortsbereichs positioniert werden muss, um seine Position zu bestimmen. Auch kann sowohl der Bestimmungsbereich des Tasters als auch (davor oder danach) der bewegliche Teil in den Ortsbereich gebracht werden, um unter Verwendung derselben Positionsbestimmungseinrichtung den beweglichen Teil und den Taster zu kalibrieren.
  • 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 beweglichen Teils oder des Taster bestimmt werden. Anschließend wird der bewegliche Teil oder der Taster aus dem Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung entfernt und z. B. für den regulären Messbetrieb des KMG verwendet. Zu einem späteren Zeitpunkt wird der bewegliche Teil oder der Taster wieder in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt und wird wieder sein Abstand bzw. die Relativposition durch den zumindest einen Positionssensor 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 beweglichen Teils oder 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 Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Positionsbestimmung des beweglichen Teils oder des Tasters kontinuierlich in Betrieb. Alternativ wird der Betrieb des zumindest einen Positionssensors nach der ersten Positionsbestimmung wieder gestartet, bevor der bewegliche Teil oder der Taster zum Zweck der zweiten Positionsbestimmung wieder in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung hineinbewegt wird.
  • Weitere mögliche Typen von Abstandssensoren, die berührungslos messen, sind kapazitive Sensoren oder Wirbelstromsensoren. In diesen Fällen muss zumindest der Teil des beweglichen Teils oder des Tasters, dessen Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden soll, elektrisch leitend sein. Der bewegliche Teil oder der Taster kann z. B. mit einer zusätzlichen elektrisch leitfähigen Schicht auf der Oberfläche versehen werden, z. B. mit einem Metall bedampft werden. Alternativ oder zusätzlich kann der bewegliche Teil oder der Taster z. B. einen elektrisch leitfähigen, z. B. metallischen Kern haben. Ferner alternativ kann konzentrisch zu der Längsachse eines Taststift-Schaftes ein elektrisch leitfähiger Ring angebracht werden, dessen Relativposition von der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird. Im Fall des zusätzlich an dem beweglichen Teil angeordneten Körpers kann dieser elektrisch leitfähig sein.
  • Weitere geeignete Typen von Positionssensoren 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 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.
  • 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.
  • Wenn der in den Ortsbereich zu bewegende Bereich des beweglichen Teils oder der Bestimmungsbereich des Tasters magnetisch ist und z. B. einen Permanentmagneten aufweist, kann der zumindest eine Positionssensor ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor sein. Der magnetische Bereich kann ein Teil des Tasters selbst (z. B. ein Teil des Schaftes eines Taststifts) sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Taster zum Zweck des Ein- und Auswechselns von Tastern an Koordinatenmessgeräten ein Befestigungs-Schnittstellenelement 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 oder Messkopf 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. Analog kann ein magnetischer Bereich eines Schnittstellenelements des beweglichen Teils in den Ortsbereich gebracht werden, um den beweglichen Teil zu kalibrieren.
  • Vorzugsweise weist die Positionsbestimmungseinrichtung zumindest zwei Positionssensoren auf, mittels denen die Position des beweglichen Teils oder des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, wobei jeder der zumindest zwei Positionssensoren eine Bestimmungsrichtung hat, in der er die Position des beweglichen Teils oder des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt, und wobei die Bestimmungsrichtungen der zumindest zwei Positionssensoren 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 Positionssensoren, deren Bestimmungsrichtungen paarweise senkrecht zueinander verlaufen, kann in Analogie zu einem kartesischen Koordinatensystem als kartesische Sensoranordnung bezeichnet werden. Im Fall von zwei solchen Positionssensoren wird die Relativposition bezüglich zweier relativ zueinander unabhängiger Freiheitgrade der Bewegung bestimmt, im Fall von drei solchen Positionssensoren 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 Positionssensoren paarweise senkrecht zueinander stehen, um zweidimensionale bzw. dreidimensionale Positionsinformation zu erhalten.
  • Vorzugsweise wird der Bereich des beweglichen Teils oder 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 kugelförmigen Bereichs wird vorzugsweise der Mittelpunkt der Kugel am Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen positioniert.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben, bei dem ein Objektsensor, der der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks dient, an dem beweglichen Teil angebracht wird und dann zur Bestimmung der Koordinaten eines Werkstücks verwendet werden soll oder verwendet wird. Viele Koordinatenmessgeräte weisen eine Schnittstelle an einem beweglichen Teil auf, an der wahlweise eine von mehreren verschiedenen Objektsensoren angebracht werden kann. Üblich sind z. B. sogenannte Wechselteller, die in gut reproduzierbarer Position und Ausrichtung wiederholt an dem beweglichen Teil angebracht werden können. Die Objektsensoren (z. B. verschiedene Taster, Messköpfe, optische Sensoren, kapazitive Sensoren, magnetische Sensoren und/oder andere Sensoren) werden z. B. in einem Magazin im Bewegungsbereich des beweglichen Teils des KMG gehalten und stehen für die Anbringung an dem beweglichen Teil zur Verfügung. Die im Folgenden beschriebene Ausführungsform des Verfahrens ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass ein Objektsensor aus einem Magazin aufgenommen wird und dadurch an dem beweglichen Teil angebracht wird.
  • Es wird vorgeschlagen, dass der Objektsensor oder der taktile Taster an dem beweglichen Teil angebracht wird und danach, aber vor einer Verwendung des Objektsensors oder des taktilen Tasters bei einer Vermessung eines Objekts, der bewegliche Teil oder der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht wird und die Position des beweglichen Teils oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird und der bewegliche Teil oder der taktile Taster unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird. Insbesondere kann die Anordnung einen Magazinplatz zur Aufnahme des von dem beweglichen Teil abgekoppelten Objektsensors oder taktilen Tasters aufweisen, wobei die Steuerung ausgestaltet ist, nach einem Anbringen des Objektsensors oder des taktilen Tasters an dem beweglichen Teil, aber vor einer Verwendung des Objektsensors oder des taktilen Tasters zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, den beweglichen Teil oder den Bestimmungsbereich des taktilen Tasters in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung zu bringen, sodass die Position des beweglichen Teils oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird und der bewegliche Teil oder der taktile Taster unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  • Die Vorgehensweise hat den Vorteil, dass Kalibrierungsinformation noch vor der Verwendung des Objektsensors (der insbesondere der taktile Taster sein kann) gewonnen wird. Wenn der Objektsensor erstmalig an dem beweglichen Teil angebracht wird, kann z. B. nicht nur eine Kalibriergröße (z. B. ein Vektor im Koordinatensystem des KMG, der zu einem Bezugspunkt des Objektsensors führt oder von dem Bezugspunkt zu einem anderen Ort führt, und/oder zumindest eine Abmessung des Objektsensors) bestimmt werden. Eine solche Kalibrierung kann als erstmalige Kalibrierung oder Grundkalibrierung bezeichnet werden. Optional kann dabei nicht nur die Positionsbestimmungseinrichtung zur Gewinnung der Kalibrierungsinformation genutzt werden, sondern z. B. auch ein Kalibrierkörper, der von dem KMG taktil angetastet wird.
  • Insbesondere wenn der Objektsensor wiederholt an dem beweglichen Teil des KMG angebracht wird, kann die Kalibrierungsinformation ausschließlich unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung gewonnen werden. In einem einfachen Fall wird lediglich eine Position des beweglichen Teils oder des taktilen Tasters von der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt, während sich insbesondere der an dem beweglichen Teil befestigte Körper oder der Bestimmungsbereich des Tasters im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung befindet. Dabei soll klargestellt werden, dass eine Bestimmung einer einzigen Position auch den Fall enthält, dass mehrere Positionssensoren der Positionsbestimmungseinrichtung Positionswerte der Position bestimmen, z. B. bezüglich der drei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems der Positionsbestimmungseinrichtung. Eine solche Kalibrierung kann als wiederholte Kalibrierung oder Kalibrierung zur Überprüfung bezeichnet werden. Insbesondere kann durch den Vergleich zu einem früheren Zustand des KMG, in dem der Objektsensor an dem beweglichen Teil angebracht war, ein Änderung der Position und/oder Ausrichtung des Objektsensors relativ zu dem beweglichen Teil oder relativ zu einem Bezugspunkt und/oder Bezugsrichtung im Koordinatensystem des KMG festgestellt werden. Solche Änderungen können insbesondere auf einer nicht exakten Reproduktion der Anbringung des Objektsensors an dem beweglichen Teil beruhen. Aber auch andere Effekte, wie z. B. veränderte Temperaturverhältnisse, können zu solchen Änderungen führen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der bewegliche Teil (insbesondere der daran befestigte Körper) oder der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht werden, nachdem der Objektsensor oder der taktile Taster bei einer Vermessung eines Objekts verwendet wurde, aber bevor der Objektsensor oder der taktile Taster von dem beweglichen Teil abgekoppelt wird. Auf diese Weise lässt sich insbesondere im Nachhinein, nach der Vermessung des Objekts, noch Kalibrierungsinformation gewinnen, die z. B. für eine Korrektur der Ergebnisse der Vermessung des Objekts genutzt werden kann. Ferner erlaubt es diese nachgelagerte Gewinnung der Kalibrierungsinformation eine Überprüfung der bisher gewonnenen Kalibrierungsinformation. Z. B. kann abhängig von dem Ergebnis der nachgelagerten Gewinnung von Kalibrierungsinformation eine Grundkalibrierung ausgelöst werden. Die nachgelagerte Gewinnung von Kalibrierungsinformation kann insbesondere stattfinden, bevor der Objektsensor in einem Magazin abgelegt bzw. in das Magazin eingebracht wird.
  • Wenn zumindest ein Magazinplatz vorhanden ist, von dem der Objektsensor und insbesondere der taktile Taster aufgenommen werden kann, kann die Positionsbestimmungseinrichtung an dem Magazinplatz befestigt sein/werden. Dies schließt nicht aus, dass es zumindest eine weitere Positionsbestimmungseinrichtung im Bewegungsbereich des KMG gibt, die zusätzlich zu dem Messsystem des KMG vorhanden ist und die der Gewinnung von Kalibrierungsinformation dient. Die Positionsbestimmungseinrichtung an dem Magazinplatz ist insbesondere so angeordnet und ausgestaltet, dass der Objektsensor und insbesondere der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet ist, wenn sich der Objektsensor noch in dem Magazinplatz befindet, jedoch bereits an dem beweglichen Teil des KMG angebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass die oben erwähnten Änderungen aufgrund einer nicht genau reproduzierten Anbringung des Objektsensors an dem beweglichen Teil festgestellt werden können. Alternativ ist die Positionsbestimmungseinrichtung derart an dem Magazinplatz angeordnet, dass der Objektsensor und insbesondere der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters während der Bewegung aus dem Magazinplatz heraus, nachdem der Objektsensor und insbesondere der taktile Taster an dem beweglichen Teil des KMG angekoppelt wurde, in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt wird. Insbesondere ist es üblich, für die Bewegung des Objektsensors aus dem Magazinplatz heraus einen Bewegungspfad zu definieren, auf dem sich der Objektsensor jedes Mal bewegt, wenn er wieder an dem beweglichen Teil des KMG angebracht wurde und aus dem Magazinplatz heraus bewegt wird. Zumindest Teile eines solchen Bewegungspfades können durch die Art des Magazinplatzes bestimmt sein, da es z. B. andernfalls nicht möglich ist, den Objektsensor aus dem Magazinplatz herauszubewegen. Z. B. kann es erforderlich sein, den Objektsensor in horizontaler Richtung oder vertikaler Richtung aus dem Magazinplatz herauszubewegen. In diesem Fall wird/ist die Positionsbestimmungseinrichtung in der genannten Weise entlang dem erforderlichen Bewegungspfad angeordnet und bestimmt während der Bewegung oder wenn die Bewegung unterbrochen wird (d. h. der Objektsensor ruht, während er im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet ist) die Position des Teils im Ortsbereich. Es gibt jedoch auch Magazinplätze, die verschiedene Bewegungspfade zum Herausbewegen des Objektsensors ermöglichen. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Bewegungspfad definiert, entlang dem immer dann der Objektsensor aus dem Magazinplatz herausbewegt wird, wenn Kalibrierungsinformation unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung gewonnen werden soll. Entsprechende Bewegungspfade werden insbesondere in Form von entsprechenden Daten in einem Datenspeicher gespeichert, auf den die Steuerung des KMG Zugriff hat.
  • Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass bei der Gewinnung der Kalibrierungsinformation für eine Kalibrierung des KMG lediglich ein einziger Teil des KMG im Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet wird und die Position des Teils relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird. Vielmehr können zumindest zwei verschiedene Teile des KMG gleichzeitig in den Ortsbereichen verschiedener Positionsbestimmungseinrichtungen oder in den verschiedenen Ortsbereichen derselben Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet sein/werden und kann für die verschiedenen Teile jeweils die Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die zumindest zwei verschiedenen Teile des KMG nacheinander in demselben Ortsbereich oder in verschiedenen Ortsbereichen angeordnet sein/werden.
  • Insbesondere ist es von Vorteil, einen vorgegebenen Bereich eines beweglichen Teils eines KMG oder einen mit dem beweglichen Teil verbundenen Körper in den Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung zu bewegen. An dem beweglichen Teil des KMG ist (gegebenenfalls über eine Drehvorrichtung und/oder einen Messkopf) ein Taster zum taktilen Antasten eines Messobjekts zum Zweck der Bestimmung von dessen Koordinaten angebracht. Ein Teil der Kalibrierungsinformation wird gewonnen, indem die Relativposition dieses vorgegebenen Bereiches oder des an dem beweglichen Teil befestigten Körpers von der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird. Ein anderer Teil der Kalibrierungsinformation wird gewonnen, indem gleichzeitig, danach oder davor der Taster (insbesondere sein Bestimmungsbereich oder sein Tastelement) in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht wird und die Relativposition bestimmt wird. Insbesondere unter Verwendung von Information aus dem Messsystem des KMG über die Bewegung, die das KMG zwischen der Gewinnung der verschiedenen Teile der Kalibrierungsinformation ausgeführt hat, wird die Kalibrierung durchgeführt. Insbesondere erlaubt es dies, die Ausrichtung des Tasters an dem beweglichen Teil des KMG zu berechnen und dementsprechend eine Kalibrierung durchzuführen.
  • Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel kann an einer Pinole eines KMG, vorzugsweise am unteren Ende der Pinole, ein Körper befestigt sein (z. B. eine Kugel oder Kugelkalotte). Zur Gewinnung des einen Teils der Kalibrierungsinformation wird dieser Körper in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht und die Relativposition bestimmt. Ferner wird das Tastelement oder der davon beabstandete Bestimmungsbereich des Tasters in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht, um den anderen Teil der Kalibrierungsinformation zu gewinnen. Dies ermöglicht, wie bereits erwähnt, die Ausrichtung des Objektsensors (hier des Tasters) z. B. im Koordinatensystem des KMG zu ermitteln. Es kann aber auch die Ausrichtung des beweglichen Teils ermittelt werden. Ferner können bei Vergleich zu einem Referenzzustand, der z. B. durch Verwendung eines Kalibrierkörpers und/oder der Positionsbestimmungseinrichtung ermittelt wird oder wurde, eine etwaige Veränderung der Position des beweglichen Teils und/oder des Tasters beispielsweise im Koordinatensystem des KMG ermittelt werden.
  • Die Gewinnung verschiedener Teile von Kalibrierungsinformation durch Einbringen verschiedener Bereiche des KMG in dieselbe Positionsbestimmungseinrichtung oder in verschiedene Positionsbestimmungseinrichtungen hat den Vorteil, dass lediglich die Positionsbestimmungseinrichtung oder die Positionsbestimmungseinrichtungen benötigt werden, aber keine weitere Sensorik, die z. B. die Auslenkung eines Tastelements aus einer Ruhelage detektiert.
  • Insbesondere weist die Positionsbestimmungseinrichtung eine Halterung auf, die den zumindest einen Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung hält. Insbesondere kann die Halterung je nach Ausführung der Positionsbestimmungseinrichtung zwei bis fünf Positionssensoren halten. Wenn die Halterung zumindest zwei Positionssensoren 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 beweglichen Teils oder des Tasters relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden, sondern auch die Ausrichtung des beweglichen Teils oder des Tasters. Z. B. können die Bestimmungsrichtungen verschiedener Positionssensoren 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 Positionssensoren verwendet, von denen z. B. jeweils zwei Bestimmungsrichtungen haben, die auf denselben Teil des Tasters ausgerichtet sind. Z. B. verlaufen die Bestimmungsrichtungen der Positionssensoren, die auf denselben Teil des Tasters und damit auf dasselbe Zielgebiet im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung ausgerichtet sind, senkrecht zueinander. Ein weiterer fünfter Positionssensor kann mit seiner Bestimmungsrichtung in der genannten Längsrichtung des Tasters ausgerichtet sein, wobei seine Bestimmungsrichtung insbesondere auf die Kreuzungspunkte der Bestimmungsrichtungen beider Positionssensor-Paare ausgerichtet ist, die jeweils auf einen gemeinsamen Teil des Tasters bzw. auf dasselbe Zielgebiet ausgerichtet sind. Der fünfte Positionssensor kann im Fall eines Taststiftes mit Tastelement am Ende des Taststiftschaftes im Unterschied zu dem ersten bis vierten Positionssensor auf das Tastelement ausgerichtet sein. Er kann jedoch alternativ auf einen von dem Tastelement beabstandeten Bestimmungsbereich ausgerichtet sein, z. B. auf einen vom Schaft seitlich abstehenden Körper oder auf ein Schnittstellenelement (z. B. einen Wechselteller).
  • 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 Positionssensoren der Positionsbestimmungseinrichtung relativ zu der Basis einstellbar ist. Z. B. im Fall der oben erwähnten vier oder fünf Positionssensoren kann eine Drehachse der Drehvorrichtung mit der genannten Längsachse zusammenfallen, d. h. die jeweils zwei Paare von Positionssensoren, deren Bestimmungsrichtungen auf dasselbe Zielgebiet ausgerichtet sind, können um die Drehachse gedreht werden. Insbesondere diese Anordnung ermöglicht es, Körper mit unterschiedlichen Geometrien und/oder in unterschiedlichen Ausrichtungen 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 Bereichs bestimmt werden. Insbesondere wenn die Position der Positionsbestimmungseinrichtung bezüglich der Drehvorrichtung bekannt ist, kann die Drehachse auch anders verlaufen. Im Fall einer Kugel 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 Bereich mittels einer am beweglichen Teil des Koordinatenmessgeräts angeordneten Drehvorrichtung gedreht wird.
  • 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 der zu bestimmende Bereich besonders einfach, ohne die Gefahr eines Anschlagens an der Positionsbestimmungseinrichtung und/oder mit einer optimalen Ausrichtung bezüglich der Positionssensoren der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden kann.
  • Der bewegliche Teil oder der Taster kann in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden und ruhen, während der zumindest eine Positionssensor die Relativposition bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, dass der bewegliche Teil oder Taster kontinuierlich bewegt wird, während der zumindest eine Positionssensor 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 bewegliche Teil oder der Taster kontinuierlich an dem zumindest einen Positionssensor vorbeibewegt wird und insbesondere an einer Seite in den Ortsbereich eintritt und an einer gegenüberliegenden Seite den Ortsbereich wieder verlässt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Insbesondere kann die Positionsbestimmungseinrichtung (z. B. die Halterung) zumindest 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 zumindest eine Bereich kann z. B. mit dem an dem beweglichen Teil des KMG angeordneten Objektsensor (z. B. dem taktilen Taster) abgetastet 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 bewegliche Teil oder der Taster in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden, um die Relativposition zu der Positionsbestimmungseinrichtung zu bestimmen. Die Position des charakteristischen Bereichs oder des Artefakts kann auch wiederholt durch Abtasten mit dem Objektsensor ermittelt werden, um Auswirkungen einer thermischen Drift zu ermitteln. Eine andere Art der Bestimmung der thermischen Drift unter Verwendung der Positionssensoren der Positionsbestimmungseinrichtung wird noch beschrieben.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung im Betriebsbereich des KMG der bewegliche Teil oder der Taster in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden. Die Tatsache, dass der bewegliche Teil oder der Taster den Ortsbereich erreicht hat, wird insbesondere dadurch festgestellt, dass der zumindest eine Positionssensor dessen Relativposition bestimmt. Bei einer Mehrzahl von Positionssensoren, deren Bestimmungsrichtungen einander kreuzen, kann die Position und bei verschiedenen Bereichen, in denen sich Bestimmungsrichtungen von Positionssensoren kreuzen, auch die Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden, indem der bewegliche Teil oder der Taster in den Bereich des Kreuzungspunkts oder in die Bereiche der Kreuzungspunkte bewegt wird und die Positionssensoren entsprechende Bestimmungssignale erzeugen. Insbesondere befindet sich der bewegliche Teil (z. B. ein kugelförmiger Körper an dem beweglichen Bereich) oder der Taster genau am Kreuzungspunkt von Bestimmungsrichtungen, wenn die dem Kreuzungspunkt zugeordneten Positionssensoren alle den kleinstmöglichen (zumindest annähernd) gleichen Abstand messen. Die so aufgefundene Position und/oder Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung kann später wieder mit dem beweglichen Teil oder dem Taster angefahren werden, um Kalibrierungsinformation zu erhalten.
  • Zusammenfassend können folgende Vorteile erwähnt werden: Insbesondere die Position eines kugelförmigen oder ringförmigen Bereichs kann mit hoher Genauigkeit durch die Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt werden. Wenn die Relativposition berührungslos gemessen wird, wirken keine Kräfte auf den beweglichen Teil oder 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 Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung und dem zu bestimmenden Bereich. Aufgrund der Tatsache, dass der bewegliche Teil oder 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 Positionssensoren 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 der mit dem beweglichen Teil verbundene Körper oder der Bestimmungsbereich des Taster sphärisch geformt ist. Das Verfahren ist jedoch auch für anders geformte Körper/Bereiche geeignet.
  • Insbesondere wird der Taster, der an dem beweglichen Teil des KMG angeordnet ist, nachdem seine Relativposition und/oder die Relativposition des beweglichen Teils des KMG im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wurde und 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.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer einzigen Positionsbestimmungseinrichtung beschränkt. Z. B. können mehrere derartige Positionsbestimmungseinrichtungen an verschiedenen Orten im Bewegungsbereich des KMG angeordnet sein. Wenn mit jeder der Positionsbestimmungseinrichtungen zumindest einmal die Relativposition des beweglichen Teils oder 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.
  • Wenn der Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung ausreichend groß ist, kann unter Verwendung ihres zumindest einen Positionssensors eine Bewegung des KMG bestimmt werden. Während der Bewegung misst der zumindest eine Positionssensor wiederholt die Relativposition des beweglichen Teils oder des Tasters im Ortsbereich. Die Bewegung ist z. B. eine kleine Kreisbewegung, die bei Koordinatenmessgeräten als Circle Path bekannt ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
  • 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise,
  • 2 schematisch eine Seitenansicht einer Positionsbestimmungseinrichtung mit drei Positionssensoren (in der Figurenbeschreibung kurz: Sensoren), deren Bestimmungsrichtungen entsprechend den Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet sind, wobei sich ein kugelförmiger Körper etwa im Kreuzungspunkt der drei Bestimmungsrichtungen befindet,
  • 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,
  • 4 schematisch eine Seitenansicht einer Basis eines KMG, auf der die Positionsbestimmungseinrichtung aus 2 und eine Kalibrierkugel angeordnet sind,
  • 5 zwei Sensoren einer Positionsbestimmungseinrichtung, deren Bestimmungsrichtungen einander wie die Koordinatenachsen eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems kreuzen, und einen kugelförmigen Körper, dessen Radius von den Sensoren bestimmt wird,
  • 6 schematisch eine Anordnung mit einem Taststift, der im oberen Bereich des Taststiftschaftes einen zusätzlichen Körper aufweist, welcher einen Bestimmungsbereich bildet, dessen Position relativ zu einer Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird,
  • 7 eine Anordnung ähnlich der in 6, wobei jedoch der zusätzliche Körper koaxial zur Längsachse des Taststiftschaftes angeordnet ist und wobei die Positionsbestimmungseinrichtung Sensoren hat, deren Bestimmungsrichtungen anders als bei der Anordnung in 6 ausgerichtet sind,
  • 8 einen Magazinplatz zur Aufnahme eines Objektsensors, insbesondere eines Taststiftes mit Wechselteller, wobei an einem Halter des Magazinplatzes zum Halten des Objektsensors eine Positionsbestimmungseinrichtung befestigt ist,
  • 9 schematisch eine Anordnung ähnlich der in 2, wobei jedoch ein Taster an dem beweglichen Teil des KMG angebracht ist, dessen Schaft-Längsachse abgewinkelt ist, und wobei an dem beweglichen Teil ein Körper befestigt ist, der im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung positioniert ist,
  • 10 eine Anordnung ähnlich der in 9, wobei jedoch eine Positionsbestimmungseinrichtung wie im Ausführungsbeispiel der 3 vorhanden ist, wobei an dem beweglichen Teil des KMG zwei zusätzliche Körper jeweils über einen Schaft mit dem beweglichen Teil verbunden sind und wobei der Taststift keinen abgewinkelten Schaft hat.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Statt des in 1 dargestellten Messkopfes 5 kann zum Beispiel ein anderer Objektsensor zum Bestimmen von Koordinaten eines Werkstücks an der Montageeinrichtung 10 montiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann an der Montageeinrichtung 10 eine Drehvorrichtung (zum Beispiel eine Dreh-/Schwenkeinrichtung) zum Drehen eines an der Drehvorrichtung angebrachten Objektssensors um zumindest eine Drehachse der Drehvorrichtung montiert sein.
  • 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, z. B. um den Mittelpunkt der Tastkugel 13 relativ zur Pinole 8 festzustellen. Die Bestimmung der Position des Mittelpunktes der Tastkugel 13 relativ zu der Pinole 8 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.
  • 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.
  • In der Nähe des rechts in 1 dargestellten Randes der Basis 1 ist eine Positionsbestimmungseinrichtung 14 auf der Basis 1 angeordnet. Verschiedene Teile des KMG 11 können in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 14 gebracht werden und ihre Position kann von der Positionsbestimmungseinrichtung 14 bestimmt werden. Als Beispiel ist ein kugelförmiger Körper 63 dargestellt, der über einen Schaft 62 fest mit der Montageeinrichtung 10 verbunden ist. Die Längsachse des Schaftes 62 erstreckt sich z. B. in X-Richtung. Der Messkopf 5 und damit auch der Taststift 12 können von der Montageeinrichtung 10 abmontiert werden. Die Pinole 8 mit der Montageeinrichtung 10 und dem daran angebrachten kugelförmigen Körper 63 kann dann in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 14 bewegt werden. Alternativ kann ein Bestimmungsbereich des Taststiftes 12, z. B. das an der Taststifthalterung 9 angebrachte Schnittstellenelement 69 oder ein zusätzliches, nicht in 1 dargestelltes Teil des Taststiftes, welches z. B. am Taststiftschaft angebracht ist, in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 14 bewegt werden, um die Position des Taststiftes 12 zu bestimmen. Die Darstellung in 1 ist bezüglich der Positionen der Positionsbestimmungseinrichtung 14 und des kugelförmigen Körpers 63 rein schematisch zu verstehen. Die Positionsbestimmungseinrichtung 14 ist an einer höheren Position anzuordnen, wenn der kugelförmige Körper 63 in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 14 gebracht werden soll.
  • Insbesondere wenn wie oben erwähnt die Position des Tastkugelmittelpunktes bestimmt werden soll, jedoch die Position des von der Tastkugel 13 entfernten Bestimmungsbereichs des Taststiftes 12 bestimmt wird, kann vorab bekannte Information über die Abmessungen des Taststiftes 12 verwendet werden, um die Position des Tastkugel-Mittelpunktes zu berechnen. Je nach Art der Materialien des Taststiftes kann dabei eine Temperaturabhängigkeit der Abmessungen des Taststiftes berücksichtigt werden oder nicht. Es kann daher z. B. ein Rechenmodell verwendet werden, das aus dem Zeitverlauf zumindest einer gemessenen Temperatur im Taststift und/oder in der Umgebung des Taststiftes oder des KMG die temperaturabhängigen Abmessungen des Taststifts berechnet und unter Verwendung der von der Positionsbestimmungseinrichtung 14 bestimmten Position des Bestimmungsbereichs des Taststiftes die gewünschte Kalibrierung durchführt. Dabei muss wie oben erwähnt nicht zwangsläufig die Position des Tastkugelmittelpunktes berechnet werden. Diese Vorgehensweise ist auch möglich, wenn nicht ein Taststift mit Tastkugel, sondern ein anderer Taster oder ein anderer Objektsensor an dem KMG kalibriert wird. Im Fall eines Taststifts kann daher insbesondere eine Längenänderung in Längsrichtung des Taststift-Schaftes aufgrund einer Temperaturänderung berücksichtigt werden.
  • 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) und/oder der Pinole 8 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 messen kann, das sich 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.
  • 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 stand 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.
  • 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 oder eines beweglichen Teils eines KMG 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 ein beweglicher Teil 90 eines KMG dargestellt, an dem über einen Schaft 62 ein Körper 63 angebracht ist.
  • Die in 3 dargestellte Variante einer Positionsbestimmungseinrichtung 34 weist fünf Sensoren 15, 16, 17, 18, 19 zum Bestimmen der Relativposition eines Tasters oder eines beweglichen Teils eines KMG 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.
  • Während der erste Sensor 15, der zweite Sensor 16 und der dritte Sensor 17 dazu verwendet werden, die Position eines ersten Bereichs (z. B. des Körpers 63) relativ zu den einzelnen Sensoren 15, 16, 17 zu bestimmen, werden der vierte Sensor 18 und der fünfte Sensor 19 dazu verwendet, die Position eines zweiten Bereichs (z. B. des Schaftes 22) relativ zu den Sensoren 18, 19 zu bestimmen. Im Ausführungsbeispiel weist der dargestellte Schaft 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 22 umlaufender Querschnittsfläche auf. Der dargestellte Schaft 22 ist an einem beweglichen Teil 90 des KMG befestigt.
  • Die Positionsbestimmungseinrichtung 34 ermöglicht es daher, nicht nur die Position des beweglichen Teils, sondern auch dessen Ausrichtung (z. B. im Koordinatensystem des KMG) zu bestimmen. Dabei wird insbesondere analog wie oben für den Taster 12 beschrieben vorab bekannte Information über die Abmessungen des beweglichen Teils, des Körpers und des Schaftes verwendet. Ferner kann eine Längenänderung des Schaftes gegenüber einer früheren Messung von der Positionsbestimmungseinrichtung 34 bestimmt werden. Hierzu werden z. B. die Positionen des Mittelpunktes des Körpers 63 und des Mittelpunktes des ringförmigen Wulstes 23 bestimmt. Dazu kann der Schaft 22 in vertikaler Richtung bewegt werden, sodass z. B. zunächst der Kugel-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. Die Bewegung kann durch das Messsystem des KMG gemessen werden. Alternativ kann der Kugel-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.
  • 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.
  • 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 ein beweglicher Teil 90 mit einem über einen Schaft 62 daran befestigten Körper 63 an zwei verschiedenen Orten dargestellt, nämlich an einem ersten Ort, an dem der Körper 63 in der Art eines Taststifts die Oberfläche der Kalibrierkugel 41 antastet, und an einem zweiten Ort, an dem sich der Körper 63 im Ortsbereich (Messbereich) der Positionsbestimmungseinrichtung 24 befindet.
  • Beispielsweise während der Aufwärmphase nach dem Einschalten des KMG wird mit dem Körper 63 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 Körper 63 in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 gebracht. Statt die Kalibrierkugel 41 mit dem Körper anzutasten, kann bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens die Kalibrierkugel 41 mit einem zusätzlich zu dem Körper 63 an dem beweglichen Teil angebrachten Taststift 12 angetastet werden. Aus dem Messergebnis der Antastung der Kalibrierkugel 41 kann der Körper 63 oder der Taststift in an sich bekannter Weise mit hoher Genauigkeit kalibriert und bildet eine Bestimmung der Relativposition oder die mehrfache Bestimmung der Relativposition des Körpers 63 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 Körper 63 wieder in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 gebracht und wird die Relativposition des Körpers 63 zu der Positionsbestimmungseinrichtung 24 bestimmt. Veränderungen der Relativposition und/oder der Position des Körpers 63 gemäß dem Messsystem des KMG werden in Bezug zu den Messergebnissen der erwähnten Referenz gesetzt. Wenn sich z. B. die Position des Körper-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 Körpers 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.
  • 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 KMG 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 KMG auf andere Weise als unter Verwendung der Positionsbestimmungseinrichtung allein abhängig von dem Ergebnis der Positionsbestimmung durch die Positionsbestimmungseinrichtung festgelegt.
  • Umgekehrt kann das Eintreten vorgegebener Ereignisse eine Positionsbestimmung des Körpers 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 KMG mit einem Objekt in seinem Bewegungsbereich stattgefunden hat.
  • Bei allen zuvor beschriebenen Verfahren kann statt des an dem beweglichen Teil des KMG angebrachten Körpers 63 ein Bestimmungsbereich eines an dem beweglichen Teil angebrachten Tasters, der von dem Tastelement des Tasters beabstandet ist, in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung bewegt werden, um die Kalibrierungsinformation zu erhalten.
  • Eine für die Kalibrierung eines KMG mit einer am KMG angebrachten Kugel wichtige Größe ist der Kugel-Radius. Insbesondere mit zumindest zwei Sensoren der Positionsbestimmungseinrichtung mit Bestimmungsrichtungen entsprechend einem kartesischen Koordinatensystem (vorzugsweise mit drei solchen Sensoren) kann der Kugelradius 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.
  • 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 Kugel 63. Ferner ist entlang der beiden Bestimmungsrichtungen 25, 26 jeweils der Kugelradius R dargestellt. Um die dargestellte Relativposition der Kugel 63 zu den Sensoren 15, 16 zu erreichen, kann die Kugel 63 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 Kugel quer zu lediglich einer der Bestimmungsrichtungen 25, 26 bewegt werden, bis die Bestimmungsrichtung den Kugel-Mittelpunkt durchquert, und kann danach in gleicher Weise für die weitere Bestimmungsrichtung oder die weiteren Bestimmungsrichtungen verfahren werden.
  • Wenn die dargestellte Relativposition erreicht ist, ist der Abstand, den der jeweilige Sensor 15, 16 zur Oberfläche der Kugel 63 bestimmt, ein Maß für den Kugelradius R. Da der Kreuzungspunkt der Bestimmungsrichtungen 25, 26 bekannt ist und sich die Kugel 63 mit ihrem Mittelpunkt an dem Kreuzungspunkt befindet, muss von dem bekannten Abstand des Kugelmittelpunktes jeweils der Messwert des Abstandes zur Kugeloberfläche abgezogen werden, um den Kugelradius R zu erhalten. Da der Kugelradius bei realen Kugeln nicht konstant ist (d. h. die Kugel ist keine ideale Kugel), können sich aus den Messwerten der einzelnen Sensoren 15, 16 unterschiedliche Kugelradien ergeben.
  • Wenn der Kugelradius bekannt ist, kann er z. B. bei einer nachfolgenden Kalibrierung des KMG verwendet werden. Alternativ kann der Kugelradius aber insbesondere durch Antastung eines Kalibrierkörpers ermittelt werden.
  • 6 zeigt einen Taststift 12 mit einem nicht abgewinkelten Schaft 71, an dessen freiem Ende eine Tastkugel 13 befestigt ist. Am entgegengesetzten Ende des Schaftes 71 befindet sich ein Wechselteller 72, über den der Taststift z. B. an einer entsprechenden Schnittstelle eines Messkopfes angebracht und wieder davon abgekoppelt werden kann. Im oberen Abschnitt des Schaftes 71 ist ein zusätzlicher, nicht für die Funktion des Taststiftes 12 beim Vermessen von Messobjekten mit der Tastkugel 13 erforderlicher Körper 73 befestigt. Der Körper 73 ist in dem Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgestaltet und nicht rotationssymmetrisch zur Längsachse des Schaftes 71 angeordnet. Die Richtung der größten Abmessung des Körpers 73 verläuft senkrecht zur Längsachse des Schaftes 71. In dem Bereich des Körpers 73, der den größten Abstand zur Längsachse des Schaftes 71 hat, befindet sich an der Oberfläche des Körpers 73, die der Tastkugel 13 zugewandt ist, ein Bestimmungsbereich, der sich in dem dargestellten Zustand im Ortsbereich einer Positionsmesseinrichtung 74 befindet. In dem Ausführungsbeispiel hat die Positionsbestimmungseinrichtung 74 drei parallel zueinander und nebeneinander angeordnete Positionssensoren, deren Bestimmungsrichtungen ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind. Die Bestimmungsrichtungen verlaufen etwa parallel zur Längsachse des Schaftes 71 und somit etwa senkrecht zur ebenen Oberfläche des Körpers 73 in dem Bestimmungsbereich. Mit den drei Positionssensoren 75a, 75b, 75c, die über eine gemeinsame Halterung 76 an der rechts in 6 schematisch dargestellten Basis des KMG befestigt sind, bestimmt die Positionsbestimmungseinrichtung 74 jeweils die Relativposition des Bestimmungsbereichs. Insbesondere befinden sich die drei Positionssensoren 75 hintereinander auf einer geraden Linie, die die Längsachse des Schaftes 71 schneidet. Die ebene Oberfläche in dem Bestimmungsbereich des Körpers 73 verläuft senkrecht zur Längsachse des Schaftes 71. Insbesondere auf diese Weise kann die Ausrichtung der Schaftlängsachse bestimmt werden. Insbesondere können Abweichungen von der Ausrichtung festgestellt werden, bei der die Bestimmungsrichtungen der Positionssensoren 75 parallel zur Schaftlängsachse verlaufen. Derartige Abweichungen, die auch als Verkippung bezeichnet werden können, sind insbesondere um die senkrecht zur Figurenebene der 6 verlaufende virtuelle Drehachse bestimmbar, die z. B. die Schaftlängsachse schneidet. Wenn der Taststift 12 um seine Schaftlängsachse gedreht derart positioniert werden kann, dass ein anderer Bestimmungsbereich des Körpers ähnlich wie in 6 dargestellt im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 74 positioniert werden kann, lässt sich auch die Verkippung um eine weitere virtuelle Drehachse bestimmen. Diese weitere virtuelle Drehachse schneidet ebenfalls die Schaftlängsachse senkrecht, schneidet die andere virtuelle Drehachse aber entsprechend der ausgeführten Drehung des Taststifts 12 um seine Schaftlängsachse unter einem Winkel, vorzugsweise unter 90°, wenn der Taststift um 90° gedreht wurde.
  • Geeignet für eine Positionsbestimmung wie in 6 dargestellt sind z. B. kapazitive Abstandssensoren, sofern der Körper 73 zumindest in dem Bestimmungsbereich elektrisch leitfähig ist. Kapazitive Sensoren messen eine elektrische Kapazität oder eine Veränderung einer elektrischen Kapazität, die von der Position des Bestimmungsbereichs relativ zu dem jeweiligen Positionssensor abhängig ist. Sie haben den Vorteil, dass ihre Baugröße im Vergleich zu anderen Sensoren sehr klein ist. Alternativ, wenn zumindest der Bestimmungsbereich des Körpers 73 magnetisch oder magnetisierbar ist, können z. B. magnetoresistive Sensoren verwendet werden. Z. B. kann der Körper 73 aus magnetischem Material bestehen oder im Bestimmungsbereich zumindest einen Permanentmagneten aufweisen. Wenn sich lediglich in einem oder mehreren begrenzten Gebieten des Bestimmungsbereichs ein Permanentmagnet befindet, kann mit der Anordnung magnetoresistiver Sensoren wie in 6 gezeigt auch die Drehposition des Taststifts 12 um die Schaftlängsachse bestimmt werden, da magnetoresitistive Sensoren üblicherweise nicht nur dazu in der Lage sind, einen Abstand zu bestimmen, sondern die Richtung eines Magnetfeldes zu bestimmen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn anders als in 6 dargestellt (und z. B. in 9 dargestellt) das Tastelement des Tasters sich in einem Abstand zu der Schaftlängsachse des Abschnitts des Schaftes befindet, an dem der Bestimmungsbereich befestigt ist.
  • Insbesondere wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Länge des Schaft-Abschnitts zwischen dem zusätzlichen Körper und dem Tastelement nicht von der Temperatur oder Temperaturverteilung abhängt, kann mit entsprechenden Kenntnissen über die Abmessungen des Taststifts auch die Position des Tastelements in Richtung der Schaftlängsachse berechnet werden, sobald die Position des Bestimmungsbereichs durch die Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt worden ist. Z. B. ist dies der Fall, wenn der Schaft des Taststifts aus einem temperaturstabilen kohlenfaserverstärkten Kunststoffmaterial besteht. Dies gilt nicht nur für den in 6 und 7 dargestellten Fall, dass der zusätzliche Körper an dem Taststiftschaft befestigt ist, sondern auch für den Fall, dass das Schnittstellenelement (in 6 und 7 ein Wechselteller) den Bestimmungsbereich bildet. In beiden Fällen lässt sich auch eine Positionsänderung des Taststifts 12 in Richtung der Schaftlängsachse bestimmen. Wenn der Schaft nicht temperaturstabil ist, d. h. sich seine Länge abhängig von der Temperatur oder Temperaturverteilung ändert, kann mit der in 6 und 7 dargestellten Anordnung die Längenänderung in Schaftlängsachsenrichtung bestimmt werden. Hierzu wird bekannte Information über die Längsachsen-Position verwendet, an der der zusätzliche Körper 73 am Schaft 71 befestigt ist. Bevorzugt wird jedoch, dass die Längenänderung in Schaftlängsachsenrichtung gemeinsam mit einer etwaigen Positionsänderung des Taststiftes in dieser Richtung von einem Positionssensor bestimmt wird, der ähnlich wie in 2 und 3 gezeigt auf das kugelförmige oder anders geformte Element am Ende des Schaftes in Schaftlängsrichtung ausgerichtet ist. Abgesehen von diesem einen Positionssensor ist die Positionsbestimmung aber indirekt, d. h. das Tastelement wird nicht zur Positionsbestimmung verwendet.
  • Wenn der in 6 und 7 dargestellte Taststift 12 ähnlich wie in 1 gezeigt am freien Ende einer Pinole eines KMG befestigt ist, kann aus der gewonnenen Positionsinformation (d. h. der Kalibrierungsinformation, die von der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt wird) eine Verkippung der Längsachse der Pinole ermittelt werden. Insbesondere wenn angenommen werden kann, dass sich die Ausrichtung der Schaftlängsachse des Taststifts 12 relativ zu der Ausrichtung der Pinole nicht verändert hat oder sich nicht in erheblicher Weise verändern kann, ergibt sich aus der Positionsbestimmung die Ausrichtung bzw. Verkippung der Pinole. Wenn dagegen angenommen werden kann, dass die Verkippung der Pinole oder des anderen beweglichen Teils, an dem der Taststift angebracht ist, unverändert gegenüber einem Referenzzustand ist oder vernachlässigbar klein ist, kann aus der gewonnenen Kalibrierungsinformation die Verkippung des Taststifts relativ zu dem beweglichen Teil des KMG ermittelt werden.
  • Insbesondere können die in 6 und die im Folgenden in 7 beschriebenen Positionsbestimmungseinrichtungen mit einem Magazin zum Aufnehmen zumindest eines Objektsensors kombiniert sein, d. h. die Position und Ausrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung relativ zu dem Magazin ist zumindest während eines Betriebszeitraums des KMG und vorzugsweise dauerhaft unveränderlich.
  • Die in 7 dargestellte Positionsbestimmungseinrichtung unterscheidet sich von der in 6 dargestellten darin, dass ein Positionssensor 85a entsprechend dem in 6 dargestellten Positionssensor 75a eine Bestimmungsrichtung aufweist, die etwa senkrecht auf die Oberfläche des Bestimmungsbereichs des Taststifts 12 ausgerichtet ist, diese Oberfläche eben ist und ihre Oberflächennormale parallel zur Taststiftlängsachse verläuft. Jedoch ist ein weiterer Positionssensor 85b vorhanden, dessen Bestimmungsrichtung senkrecht zu der Bestimmungsrichtung des ersten Positionssensors 85a verläuft und auf einen zweiten Oberflächenbereich des Bestimmungsbereichs des Taststifts 12 ausgerichtet ist. Der Bestimmungsbereich mit den zwei verschiedenen Oberflächenbereichen wird im Unterschied zu dem Körper 73 aus 6 durch einen Körper 83 gebildet, der ringförmig ist und mit seiner Rotationssymmetrieachse koaxial zur Längsachse des Schaftes 71 ausgerichtet ist. Der Oberflächenbereich, auf den der erste Positionssensor 85a ausgerichtet ist, ist ähnlich wie bei 6 mit seiner Oberflächennormale parallel zum Taststiftschaft in Richtung Tastelement ausgerichtet. Dagegen ist der zweite Oberflächenbereich, auf den der zweite Positionssensor 85b ausgerichtet ist, z. B. zylinderförmig und ist die Oberflächennormale senkrecht zu der Taststiftlängsachse ausgerichtet. Der Taststift 12 kann daher in unterschiedlichen Drehstellungen bezüglich seiner Taststiftlängsachse im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung positioniert werden und es kann jeweils mit den Positionssensoren 85a, 85b die Ausrichtung des Taststifts, insbesondere der Taststiftlängsachse bestimmt werden. Die Ausrichtung wird insbesondere bezüglich einer virtuellen Drehachse bestimmt, die senkrecht zu der Figurenebene in 7 und senkrecht zur Taststiftlängsachse durch den ringförmigen Körper 83 verläuft. Außerdem kann die Position des Taststifts 12 jeweils in der Bestimmungsrichtung der Positionssensoren 85a, 85b bestimmt werden. Nach Drehung des Taststifts um seine Taststiftlängsachse kann auch die Ausrichtung bezüglich der bereits zu 6 genannten virtuellen Drehachse um die Taststiftlängsachse bestimmt werden.
  • 8 zeigt ein Magazin 93 mit einem einzigen Magazinplatz, d. h. es kann zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich ein Objektsensor von dem Magazin 93 gehalten werden. Optional können in einem solchen Magazin oder einem ähnlichen Magazin mehrere Magazinplätze vorhanden sein, die z. B. parallel nebeneinander angeordnet sind.
  • Das Magazin 93 weist eine insbesondere brückenförmige Abstützung 91 auf, die z. B. auf der Basis eines KMG befestigt wird. Der Magazinplatz weist einen Halter 97 auf, von dem ein Objektsensor (nicht in 8 dargestellt) gehalten werden kann. Schematisch ist dargestellt, dass der Halter 97 an seiner nach links vorne in 8 weisenden Seite eine Aussparung mit U-förmigem Rand aufweist. Details einer solchen Objektsensoraufnahme sind allgemein bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Wenn z. B. ein Taststift von dem Halter 97 gehalten wird, befindet sich der an dem Taststift angebrachte Wechselteller im Bereich der Aussparung, sodass sich der Taststiftschaft ausgehend von dem Wechselteller nach unten Richtung Basis des KMG erstreckt.
  • An dem Halter 97 ist rechts vorne in 8 ein Träger 96 befestigt, der einen sich ausgehend von dem Träger 96 nach links unterhalb der Aussparung der Halterung 97 erstreckenden Positionssensor 94 aufweist. Alternativ kann es sich um eine Anordnung von mehreren Positionssensoren 94 handeln. Z. B. können die Positionssensoren wie in 6 und 7 dargestellt angeordnet sein. Die schematisch in 6 und 7 jeweils im rechten Figurenteil angedeutete Anbringung der Positionssensoren an der Basis ist daher so zu verstehen, dass die Anbringung indirekt über ein Magazin an der Basis realisiert sein kann.
  • Wenn ein KMG mit seinem beweglichen Teil den von dem Halter 97 gehaltenen Objektsensor aufnimmt, d. h. der Objektsensor wird an dem beweglichen Teil angekoppelt, befindet sich der Bestimmungsbereich des Objektsensors im Ortsbereich des zumindest einen Positionssensors 94 oder wird in den Ortsbereich bewegt, während der Objektsensor von dem beweglichen Teil des KMG aus dem Magazinplatz entfernt wird.
  • Vorzugsweise sind die Abstützung 91, der Halter 97 und der Träger 96 aus temperaturstabilem Material gefertigt. Beispiele für solche Materialien wurden bereits genannt. Wenn zumindest die in vertikaler Richtung verlaufenden Teile des Magazins und des Trägers aus temperaturstabilem Material gefertigt sind, kann eine Längenänderung oder Positionsänderung einer mit ihrer Längsachse in vertikaler Richtung ausgerichteten Pinole eines KMG mit dem zumindest einen Positionssensor 94 erfasst werden. Entsprechendes gilt für eine Längenänderung oder Positionsänderung in vertikaler Richtung eines an der Pinole angebrachten Objektsensors.
  • 9 zeigt schematisch eine Anordnung ähnlich der in 2. Insbesondere kann die Positionsbestimmungseinrichtung 24 mit der Halterung 20 und den Sensoren 15, 16 und 17 so ausgestaltet sein, wie in 2 dargestellt und anhand von 2 beschrieben.
  • In 9 ist lediglich ein Bereich des beweglichen Teils 69 (z. B. einer Pinole) eines KMG dargestellt. Unterhalb des beweglichen Teils 69 ist in 9 ein Messkopf 67 dargestellt. Ferner ist an dem Messkopf 67 drehfest ein Taststift 61 angeordnet, dessen Schaft sich ausgehend von dem Messkopf 67 zunächst mit seiner Längsachse in vertikaler Richtung nach unten erstreckt und dann abknickt und mit seiner Längsachse 90° abgewinkelt zur Vertikalen verläuft. Am freien Ende des Schaftes befindet sich eine Tastkugel 13 zum taktilen Antasten von Objekten insbesondere zur Bestimmung von Koordinaten des jeweils angetasteten Oberflächenpunkts des Objekts. Optional kann der Messkopf 67 mit einer Drehvorrichtung kombiniert sein, die den Taststift 61 um die Vertikale drehen kann. Der quer zur Vertikalen verlaufende Schaftabschnitt und damit die Tastkugel 13 können daher z. B. in die Richtung senkrecht zur Figurenebene gedreht werden und der Bestimmungsbereich (der z. B. an dem quer zur Vertikalen verlaufenden Schaftabschnitt ausgebildet ist) des Taststifts kann daher durch eine Bewegung des beweglichen Teils in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 bewegt werden.
  • An dem beweglichen Teil 69 ist ferner über einen Schaft 62 ein kugelförmiger Körper 63 befestigt, der in dem dargestellten Bewegungszustand des KMG im Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 positioniert ist. Hierdurch wird Kalibrierungsinformation zur Kalibrierung des beweglichen Teils gewonnen. Weitere Kalibrierungsinformation kann gewonnen werden, wenn der Bestimmungsbereich des Taststifts in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 24 bewegt wird.
  • Statt der optional vorhandenen Drehvorrichtung mit einer einzigen Drehachse in vertikaler Richtung, kann an dem beweglichen Teil des KMG eine andere Drehvorrichtung mit einer anders orientierten einzigen Drehachse oder mit mehreren Drehachsen angebracht sein.
  • Der Körper an dem beweglichen Teil des KMG erlaubt es, die Kalibrierungsinformation immer in der gleichen Weise zu gewinnen, obwohl z. B. verschiedene Taster und/oder Messköpfe nacheinander an dem beweglichen Teil angebracht werden. Es kann daher auch nach einem Wechsel des Messkopfes und/oder Tasters zur Ausführung anderer Messaufgaben bei der Bestimmung von Koordinaten eines Werkstücks in jeder Betriebsphase (z. B. jeweils nach dem Einwechseln eines anderen Messkopfes und/oder Tasters) der Körper in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht werden und Kalibrierungsinformation gewonnen werden.
  • 10 zeigt eine Anordnung ähnlich der in 3. Insbesondere handelt es sich bei der Positionsbestimmungseinrichtung 34 mit ihren Positionssensoren um die in 3 dargestellte Positionsbestimmungseinrichtung 34. Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Anordnung sind jedoch zwei Körper 63a, 63b, die an demselben beweglichen Teil 69 eines KMG befestigt sind, jeweils in einem der beiden Ortsbereiche der Positionsbestimmungseinrichtung 34 positioniert. Bei den Körpern 63a, 63b handelt es sich insbesondere um Kugeln, die jeweils über einen Schaft 62a, 62b an dem beweglichen Teil 69 befestigt sind. Vorzugsweise sind die Längsachsen der Schafte 62a, 62b parallel zueinander angeordnet. Ferner vorzugsweise sind die Kugelmittelpunkte der Körper 63a, 63b auf einer virtuellen Achse angeordnet, die parallel zu einer Längsachse des beweglichen Teils 69 verläuft. Im in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen diese Längsachse und die virtuelle Achse in vertikaler Richtung und sind die Mittelpunkte der Ortsbereiche der Positionsbestimmungseinrichtung 34 ebenfalls vertikal übereinander angeordnet. Auf den unteren Ortsbereich sind insbesondere die Positionssensoren 15, 16 ausgerichtet. Auf den oberen Ortsbereich ist insbesondere der dargestellte Positionssensor 18 ausgerichtet. Die weiteren bereits anhand von 3 beschriebenen Positionssensoren können ebenfalls vorhanden sein und wie beschrieben ausgerichtet sein.
  • Mit der in 10 dargestellten Anordnung kann die Formänderung des beweglichen Teils bezüglich mehrerer Freiheitsgrade der Bewegung bestimmt werden. Eine solche Formänderung tritt insbesondere durch Veränderung der Temperatur oder der Temperaturverteilung auf. Ferner tritt sie insbesondere durch veränderte an dem beweglichen Teil 69 angreifende Kräfte (z. B. Gewichtskräfte von daran angebrachten Teilen) oder Momente auf. Die Verformung des beweglichen Teils kann bei Verwendung der fünf Positionssensoren 15 bis 19 (3) bezüglich aller sechs Freiheitsgrade (drei lineare und drei rotatorische Freiheitsgrade) bestimmt werden mit Ausnahme des rotatorischen Freiheitsgrades der Bewegung um die Längsachse des beweglichen Teils. Wenn aber z. B. durch Messinformation des Messsystems des KMG, welches die Position und Bewegung des beweglichen Teils im Koordinatensystem des KMG misst, zusätzliche Kalibrierungsinformation geliefert wird, kann auch bezüglich des rotatorischen Freiheitsgrades um die Längsachse des beweglichen Teils kalibriert werden.
  • Alternativ zur Verwendung zumindest eines der beiden in 10 dargestellten Körper 63a, 63b kann zumindest ein Teil der Kalibrierungsinformation gewonnen werden, indem der bewegliche Teil 69 selbst in die Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung 34 bewegt wird. Z. B. kann ein charakteristischer Oberflächenbereich wie eine Kante oder eine Ecke der äußeren Oberfläche in den Ortsbereich gebracht werden. Beispielsweise kann der in 10 dargestellte Messkopf mit dem wiederum daran angebrachten Taststift 12 von dem beweglichen Teil abgekoppelt werden oder abgekoppelt sein, wenn der bewegliche Teil selbst in die Ortsbereiche der Positionsbestimmungseinrichtung 34 bewegt wird. Dies ermöglicht es z. B., dass der Positionssensor 16, dessen Bestimmungsrichtung in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, von unten direkt auf die Unterseite des beweglichen Teils 69 ausgerichtet werden kann und die Position des unteren Endbereichs bestimmen kann.
  • Alternativ zu der in 10 dargestellten Ausrichtung des beweglichen Teils mit der Längsachse in vertikaler Richtung kann der bewegliche Teil anders ausgerichtet sein. In diesem Fall ist oder wird vorzugsweise auch die Positionsbestimmungseinrichtung anders ausgerichtet, insbesondere so, dass eine Längsachse des beweglichen Teils parallel zu der virtuellen Achse verläuft, die die Mitten bzw. Mittelpunkte der beiden Ortsbereiche der Positionsbestimmungseinrichtung verbindet.
  • Insbesondere ermöglicht die in 10 dargestellte Anordnung oder eine der beschriebenen Varianten eine Kalibrierung zur Korrektur der thermischen Drift eines KMG. Hierzu werden wiederholt die an dem beweglichen Teil befestigten Körper oder der bewegliche Teil selbst in die Ortsbereiche der Positionsbestimmungseinrichtung gebracht. Insbesondere durch Vergleich der Bestimmungsergebnisse zu verschiedenen Bestimmungszeitpunkten kann die thermische Drift ermittelt und korrigiert werden.
  • Wenn der zumindest eine Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung berührungslos misst, können während des Messbetriebes des KMG auftretende Kräfte, insbesondere beim taktilen Antasten von zu vermessenden Objekten mittels eines taktilen Tasters, unter Verwendung zumindest eines Aktors simuliert werden, der die jeweilige Kraft erzeugt und auf das KMG ausübt. Z. B. bei der in 10 dargestellten Anordnung oder den beschriebenen Varianten kann der Aktor die Kraft unmittelbar auf den beweglichen Teil oder auf einen der damit verbundenen Körper oder Schafte ausüben. Es kann auch mehr als ein Aktor vorhanden sein. Der zumindest eine Aktor kann z. B. Teil der Positionsbestimmungseinrichtung sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aktor an der Haltevorrichtung befestigt, die den zumindest einen Positionssensor der Positionsbestimmungseinrichtung hält. Es ist jedoch alternativ möglich, einen Aktor oder mehrere Aktoren in einem Abstand zu der Positionsbestimmungseinrichtung und z. B. unmittelbar an der Basis des KMG zu befestigen.
  • Wirkungen auf den Objektsensor durch von Aktoren erzeugte Kräfte und Momente oder auf andere Weise auf den Objektsensor wirkende Kräfte können z. B. von einem an dem beweglichen Teil des KMG angebrachten Messkopf erfasst werden, der eine entsprechende Kraftmesseinrichtungen und/oder eine entsprechende Messkraft-Erzeugungseinrichtung aufweist. Solche Einrichtungen sind z. B. bei sogenannten aktiven Messköpfen vorhanden, welche beim Antasten eines zu vermessenden Objekts durch einen an dem Messkopf angebrachten Taster eine Messkraft erzeugen, die zwischen dem Taster und dem Messobjekt wirkt. Dabei ist die Kraftmesseinrichtung und/oder die Messkraft-Erzeugungseinrichtung in der Lage, die erzeugte Messkraft zu messen. Dies kann dazu genutzt werden, während der Gewinnung der Kalibrierungsinformation die auf den Objektsensor wirkende Kraft zu messen. Der Messkopf erzeugt eine der von außen einwirkenden Kraft gleich große, aber entgegengesetzt wirkende Kraft und misst diese. Insbesondere kann die Messkraft-Erzeugungseinrichtung zumindest eine Messkraftspule aufweisen, deren Spulenstrom gemessen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2009/152962 A2 [0005]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Kalibrieren eines beweglichen Teils (8) eines Koordinatenmessgeräts (11), an dem ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist, wobei – der bewegliche Teil (8) 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 Positionsbestimmungssensors (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) eine Position des beweglichen Teils (8) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und – der bewegliche Teil (8) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  2. Verfahren zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil (8) eines Koordinatenmessgeräts (11) angebrachten Objektsensors zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, wobei der Objektsensor ein taktiler Taster (12) ist, der an dem beweglichen Teil (8) des Koordinatenmessgeräts (11) angebracht ist und der ein Tastelement (13) zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist, und wobei – ein Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12), der von dem Tastelement (13) beabstandet ist, in einen Ortsbereich einer Positionsbestimmungseinrichtung (14) bewegt wird, die mit einer Basis (1) des Koordinatenmessgeräts (11) verbunden ist, – mittels zumindest eines Positionsbestimmungssensors (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) eine Position des Bestimmungsbereichs relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und – der taktile Taster (12) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei der bewegliche Teil (8) und/oder der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) an eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bewegt wird und von einem Messsystem (6) des Koordinatenmessgeräts (11), das zusätzlich zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) vorhanden ist und von dem während eines Messbetriebes des Koordinatenmessgeräts (11) zum Bestimmen von Koordinaten von Werkstücken Bewegungspositionen des beweglichen Teils (8) gemessen werden, gemessen wird, an welcher Bewegungsposition sich der bewegliche Teil (8) befindet, während der bewegliche Teil (8) und/oder der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) an der vorgegebenen Position ist, und wobei der bewegliche Teil (8) und/oder der taktile Taster (12) unter Berücksichtigung der gemessenen Bewegungsposition kalibriert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei der bewegliche Teil (8) in eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts (11) bewegt wird und in der vorgegebenen Position die Position des beweglichen Teils (8) und/oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zumindest eine Positionssensor (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) ein berührungslos messender Abstandssensor ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (14) zumindest zwei Positionssensoren (15, 16) aufweist, mittels denen die Position des beweglichen Teils (8) und/oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird, wobei jeder der zumindest zwei Positionssensoren (15, 16) eine Bestimmungsrichtung (25, 26) hat, in der er die Position des beweglichen Teils (8) und/oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt, und wobei die Bestimmungsrichtungen (25, 26) der zumindest zwei Positionssensoren (15, 16) paarweise senkrecht zueinander verlaufen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Objektsensor oder der taktile Taster (12) an dem beweglichen Teil (8) angebracht wird und danach aber vor einer Verwendung des Objektsensors oder des taktilen Tasters (12) der bewegliche Teil (8) oder der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung (14) gebracht wird und die Position des beweglichen Teils (8) oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und der bewegliche Teil (8) oder der taktile Taster (12) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  8. Anordnung zum Kalibrieren eines beweglichen Teils (8) eines Koordinatenmessgeräts (11), an dem ein Objektsensor zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts angebracht ist oder über eine Schnittstelle anbringbar ist, wobei die Anordnung aufweist: – das Koordinatenmessgerät (11), wobei das Koordinatenmessgerät (11) eine Basis (1) aufweist, relativ zu der der bewegliche Teil (8) durch einen Betrieb eines Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts (11) bewegbar ist, – ein Messsystem des Koordinatenmessgeräts (11), von dem während eines Messbetriebes des Koordinatenmessgeräts (11) zum Bestimmen von Koordinaten von Werkstücken Bewegungspositionen des beweglichen Teils (8) gemessen werden, – eine Positionsbestimmungseinrichtung (14), die zusätzlich zu dem Messsystem des Koordinatenmessgeräts (11) vorhanden ist, die mit der Basis des Koordinatenmessgeräts (11) verbunden ist und die zumindest einen Positionssensor (15, 16) zur Bestimmung einer Position des beweglichen Teils (8) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) hat, – eine Steuerung (50) des Koordinatenmessgeräts (11), die ausgestaltet ist, den beweglichen Teil (8) durch einen Betrieb des Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts (11) in einen Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung (14) zu bewegen, sodass mittels des zumindest einen Positionssensors (15, 16) die Position des beweglichen Teils (8) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird, – eine Kalibrierungseinrichtung (50), die ausgestaltet ist, den beweglichen Teil (8) unter Berücksichtigung der bestimmten Position zu kalibrieren.
  9. Anordnung zum Kalibrieren eines an einem beweglichen Teil (8) eines Koordinatenmessgeräts (11) angebrachten Objektsensors zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, wobei der Objektsensor ein taktiler Taster (12) ist, der ein Tastelement (13) zum taktilen Antasten eines Werkstücks aufweist, und wobei die Anordnung aufweist: – das Koordinatenmessgerät (11), wobei das Koordinatenmessgerät (11) eine Basis (1) aufweist, relativ zu der der bewegliche Teil (8) mit dem angebrachten taktilen Taster (12) durch einen Betrieb eines Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts (11) bewegbar ist, – den taktilen Taster (12), – ein Messsystem des Koordinatenmessgeräts (11), von dem während eines Messbetriebes des Koordinatenmessgeräts (11) zum Bestimmen von Koordinaten von Werkstücken Bewegungspositionen des beweglichen Teils (8) gemessen werden, – eine Positionsbestimmungseinrichtung (14), die zusätzlich zu dem Messsystem des Koordinatenmessgeräts (11) vorhanden ist, die mit der Basis des Koordinatenmessgeräts (11) verbunden ist und die zumindest einen Positionssensor (15, 16) hat zur Bestimmung einer Position eines Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12), der von dem Tastelement (13) beabstandet ist, relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14), – eine Steuerung (50) des Koordinatenmessgeräts (11), die ausgestaltet ist, den Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) durch einen Betrieb des Antriebssystems des Koordinatenmessgeräts (11) in einen Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung (14) zu bewegen, sodass mittels des zumindest einen Positionssensors (15, 16) die Position des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird, – eine Kalibrierungseinrichtung (50), die ausgestaltet ist, den taktilen Taster (12) unter Berücksichtigung der bestimmten Position zu kalibrieren.
  10. Anordnung nach Anspruch 8 und/oder 9, wobei die Steuerung (50) ausgestaltet ist, den beweglichen Teil (8) und/oder den Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) an eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung (14) zu bewegen, wobei das Messsystem des Koordinatenmessgeräts (11) ausgestaltet ist zu messen, an welcher Bewegungsposition sich der bewegliche Teil (8) befindet, während der bewegliche Teil (8) und/oder der Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) an der vorgegebenen Position ist, und wobei die Kalibrierungseinrichtung ausgestaltet ist, den beweglichen Teil (8) und/oder den taktilen Taster (12) unter Berücksichtigung der gemessenen Bewegungsposition zu kalibrieren.
  11. Anordnung nach Anspruch 8 und/oder 9, wobei die Steuerung (50) ausgestaltet ist, den beweglichen Teil (8) in eine vorgegebene Position in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts (11) zu bewegen, und wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (14) ausgestaltet ist, in der vorgegebenen Position die Position des beweglichen Teils (8) und/oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) zu bestimmen.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der zumindest eine Positionssensor (15, 16) der Positionsbestimmungseinrichtung (14) ein berührungslos messender Abstandssensor ist.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (14) zumindest zwei Positionssensoren (15, 16) aufweist, mittels denen die Position des beweglichen Teils (8) und/oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird, wobei jeder der zumindest zwei Positionssensoren (15, 16) eine Bestimmungsrichtung (25, 26) hat, in der er die Position des beweglichen Teils (8) und/oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt, und wobei die Bestimmungsrichtungen (25, 26) der zumindest zwei Sensoren (15, 16) paarweise senkrecht zueinander verlaufen.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Anordnung einen Magazinplatz zur Aufnahme des von dem beweglichen Teil (8) abgekoppelten Objektsensors oder taktilen Tasters (12) aufweist und wobei die Steuerung ausgestaltet ist, nach einem Anbringen des Objektsensors oder des taktilen Tasters (12) an dem beweglichen Teil (8) aber vor einer Verwendung des Objektsensors oder des taktilen Tasters (12) zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts den beweglichen Teil (8) oder den Bestimmungsbereich des taktilen Tasters (12) in den Ortsbereich der Positionsbestimmungseinrichtung (14) zu bringen, sodass die Position des beweglichen Teils (8) oder des Bestimmungsbereichs des taktilen Tasters (12) relativ zu der Positionsbestimmungseinrichtung (14) bestimmt wird und der bewegliche Teil (8) oder der taktile Taster (12) unter Berücksichtigung der bestimmten Position kalibriert wird.
  15. Anordnung nach Anspruch 14, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (14) an dem Magazinplatz befestigt ist.
DE102015205569.8A 2015-03-26 2015-03-26 Kalibrierung eines beweglichen Teils eines Koordinatenmessgeräts oder eines daran angebrachten taktilen Tasters Active DE102015205569B4 (de)

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