DE102017203084B4

DE102017203084B4 - Verfahren zur Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten eines optischen Sensors

Info

Publication number: DE102017203084B4
Application number: DE102017203084.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes GRIMM
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2037-02-25
Also published as: DE102017203084A1

Abstract

Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten zur Koordinatenmessung, welche mit zumindest einem temperaturabhängigen Fehler eines optischen Sensors behaftet sind, umfassend die Schritte- Vermessen (S1) zumindest eines Normals als Referenzkörper (6, 7; 9, 12) mit einem optischen Sensor (1) bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen ,- Ermitteln (S2) von Messdaten (10', 11'; 13', 14') des optischen Sensors bei den verschiedenen Temperaturen,- Ermitteln (S3) von Korrekturdaten (10", 11") zur Korrektur des zumindest einen temperaturabhängigen Fehlers des Sensors, und Zuordnen der Korrekturdaten zu den verschiedenen Temperaturen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten eines optischen Sensors sowie ein Verfahren zur Korrektur von Einmessungsdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors sowie ein Verfahren zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten aus einer Oberflächen- oder Koordinatenmessung.
Bei der Messung in Koordinatenmessgeräten treten temperaturbedingte Fehler auf.
Zur Kompensation von temperaturbedingten Fehlereinflüssen schlägt die EP 2284485 A2 ein Verfahren zum Messen von Werkstückgeometrien mit einem Koordinatenmessgerät mit beweglichen Verfahrachsen und mehreren Sensoren zur Erfassung von Messpunkten auf Werkstückoberflächen vor, wobei zur Kompensation von Fehlereinflüssen die Temperatur der mechanischen Baugruppen, die zur Befestigung der verschiedenen Sensoren dienen, an einer oder mehreren Stellen gemessen und berücksichtigt wird.
Die WO 2014/140188 A1 betrifft ein Verfahren zur Korrektur zumindest einer Winkelabweichung eines realen Winkels von einem idealen Winkel zwischen Bewegungsachsen eines Koordinatenmessgeräts, wobei die Winkelabweichung temperaturabhängig ist, umfassend die Ermittlung von Werten der temperaturabhängigen Winkelabweichung bei mindestens zwei verschiedenen Temperaturen, wobei Werte der temperaturabhängigen Winkelabweichung in einem Temperaturbereich ermittelt werden, und die Korrektur der temperaturabhängigen Winkelabweichung unter Verwendung eines der ermittelten Werte.
In US 2014 / 0 157 861 A1 wird auf einem Messgerät eine Reihe nominell identischer Fertigungswerkstücke vermessen. Zur Korrektur von Temperaturschwankungen bildet eines der Werkstücke ein Master-Artefakt, dessen Abmessungen bekannt sind. Das Artefakt wird an der Messvorrichtung bei zwei oder mehr Temperaturen gemessen, wobei zwei oder mehr entsprechende Sätze von gemessenen Dimensionswerten des Masterartefakts bei den jeweiligen Temperaturen erzeugt werden. Eine oder mehrere Fehlerkarten, Nachschlagetabellen oder Funktionen werden erzeugt, die die gemessenen Dimensionswerte des Artefakts mit den bekannten Dimensionen des Artefakts in Beziehung setzen. Die Fehlerkarte(n), Nachschlagetabelle(n) oder Funktion(en) hängen von den jeweiligen Temperaturen ab, bei denen das Artefakt gemessen wurde. Korrekturwerte, die aus der (den) Fehlerkarte (n), Nachschlagetabelle (n) oder Funktion (en) abgeleitet sind, werden verwendet, um die Messungen von Produktionswerkstücken in der Serie zu korrigieren. Diese Korrekturwerte werden in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt, bei der die Werkstückmessungen durchgeführt wurden.
In Koordinatenmessgeräten (nachfolgend auch KMG) werden neben taktilen Sensoren zunehmend auch optische Sensoren eingesetzt, welche temperaturabhängige Fehler aufweisen. Solche Fehler kommen insbesondere bei einem Wechselbetrieb von Sensoren zum Tragen, bei denen thermische Ein- und Ausschwingvorgänge oder allgemeiner Temperaturänderungen auftreten. Bekannt sind marktübliche Lösungen, die den Sensor während einer Verweilzeit im unbenutzten Zustand temperieren, beispielsweise in einem temperierten Magazin, aber diese Lösung ist aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, für dieses Problem eine Lösung anzugeben.
Die Aufgabe wird gemäß einem Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten nach Anspruch 1 gelöst. Ferner wird von der Erfindung ein Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors nach dem nebengeordneten Patentanspruch 9 angegeben, wobei dieses Verfahren auf Korrekturdaten, die nach einem Verfahren nach Anspruch 1 erhalten sind, zurückgreift. Weiterhin wird ein Verfahren zur Korrektur temperaturveränderlicher Messdaten nach dem nebengeordneten Patentanspruch 10 angegeben, wobei dieses Verfahren auf Korrekturdaten, die nach einem Verfahren nach Anspruch 1 erhalten sind, oder auf Einmess- oder Kalibrierdaten, die nach dem Verfahren nach Anspruch 9 erhalten sind, zurückgreift.
Nach einer grundlegenden Idee der Erfindung werden temperaturbedingte Fehler eines optischen Sensors ermittelt. Messdaten sind mit einem temperaturabhängigen Fehler behaftet. Es werden Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten eines optischen Sensors zur Koordinatenmessung ermittelt, bzw. es werden Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Fehlern eines optischen Sensors zur Koordinatenmessung ermittelt. Diese Korrekturdaten können anschließend in weiteren erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, nämlich einem Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten oder in einem Verfahren zur Korrektur von Messdaten bei einer Oberflächen- oder Koordinatenmessung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine Erwärmung oder Temperaturänderung in einem optischen Sensor, insbesondere an einem Koordinatenmessgerät, verschiedene temperaturbedingte Veränderungen bei ermittelten Daten bzw. Messwerten auftreten bzw. daraus resultierende Abweichungen oder Fehler in Messwerten auftreten. Diese Veränderungen können in drei Klassen unterteilt werden:

1. Temperaturabhängige Änderungen einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen detektierten Objektes, auf einem Detektor des Sensors selbst. Hierzu zählen sogenannten Linearitätsabweichungen, - oder -fehler. Änderungen in der Sensorlinearität führen zu Abbildungsfehlern eines Objektes. Temperaturabhängige Änderungen einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen detektierten Objektes, auf einem Detektor des Sensors können bedingt sein durch temperaturbedingte Änderungen in der relativen Anordnung von Pixeln innerhalb eines Pixelfeldes eines optischen Sensors. Es können Pixel oder lichtempfindliche Elemente allgemein unter Temperatureinfluss nicht oder nicht mehr streng linear, beispielsweise in Zeilen und Spalten, angeordnet sein bzw. die Anordnung kann sich ändern. Ferner führen solche Änderungen der Anordnung von Pixeln zu Verzeichnungsfehlern, wie beispielsweise tonnenförmige oder kissenförmige Verzerrungen in einer Abbildung. Temperaturabhängige Änderungen einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen detektierten Objektes, auf einem Detektor des Sensors können ferner durch intrinsische Verspannungen in der Optik eines Sensors verursacht sein, beispielsweise in einer Linse, wodurch Abbildungsfehler resultieren.
2. Verschiebungen eines Pixelfeldes bzw. eines Feldes oder Arrays aus lichtempfindlichen Elementen in einem Maschinenkoordinatensystem, insbesondere die Verschiebung eines Mittelpunktes eines Detektormittelpunktes, der ein Mittelpunkt des Pixelfeldes ist. Die Translation kann in drei Dimensionen (X, Y, Z) stattfinden.
3. Verdrehen (Rotation) des Pixelfeldes um bis zu drei Rotationsachsen (X, Y, Z-Achsen). Translationen und Rotationen werden insbesondere in einem Maschinenkoordinatensystem beschrieben.

Gemäß einer Idee der Erfindung wird der Fehler zu 1. nicht nur bei einer Temperatur optimiert bzw. kalibriert, sondern dynamisch über verschiedene Temperaturen. Die Fehler 2. und 3. machen sich insbesondere bei einer Einmessung oder Kalibrierung (auch bezeichnet als (Sensor-)Einbaulagenqualifizierung) bemerkbar und führen hierbei zu Fehlern. Mit der Erfindung wird vermieden, dass eine Einmessung oder Kalibrierung bei verschiedensten Temperaturen erfolgen muss. Stattdessen kann eine Korrektur von Fehlern erfolgen, wenn nur eine Einmessung oder Kalibrierung bei einer Temperatur vorgenommen wird, die dann bei Vorliegen einer anderen Temperatur rechnerisch korrigiert werden kann.
Gemäß der Erfindung können einer oder mehrere (beliebige zwei oder drei) o.g. temperaturbedingte Veränderungen zu 1., 2. und 3. in erfindungsgemäßen Verfahren verwendet, ermittelt, zugrunde gelegt, korrigiert usw. werden. Es können insbesondere alle hierin beschriebenen erfindungsgemäße Verfahren eines oder mehrere, in beliebiger Auswahl, der folgenden betreffen:

1. Temperaturabhängigen Messdaten sich in einer temperaturabhängigen Änderung einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen von dem Sensor detektierten Objektes, auf einem Detektor des Sensors, ausdrücken. Dies bedeutet insbesondere, dass Messdaten, die bei einer ersten Temperatur ermittelt werden zu einer ersten Abbildung führen, und dass Messdaten, die bei einer anderen Temperatur ermittelt werden zu einer Abbildung führen, die gegenüber der ersten Abbildung verändert ist. Die erste Abbildung, oder jede weitere Abbildung kann eine Veränderung gegenüber einem Referenzobjekt bzw. einer korrekten Abbildung eines Referenzobjektes (auch Referenzabbildung) aufweisen. Der Begriff, dass „die Messdaten sich in einer temperaturabhängigen Änderung einer Abbildung auf einem Detektor des Sensors, ausdrücken“ bedeutet insbesondere, dass bei verschiedenen Temperaturen auf dem Detektor verschiedene Abbildungen, oder Abbildungsveränderungen, erzeugt werden, wobei die Abbildungen oder Abbildungsveränderungen zu temperaturabhängigen Messdaten korrespondieren können oder solchen zugeordnet sein können. Hierbei können die Messdaten eine Abbildung darstellen, ausdrücken oder in eine Abbildung überführt oder transformiert werden. Im speziellen Fall können Messdaten einer Abbildung entsprechen.
2. Messdaten, die durch eine temperaturabhängige translatorische Bewegung einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors, des optischen Sensors veränderbar sind.
3. Messdaten, die durch eine temperaturabhängige rotatorische Bewegung einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors des optischen Sensors veränderbar sind.

Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen.
Bei den hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren müssen die wie oben beschriebenen Messdaten keine unterschiedlichen Messdaten sein, die aus unterschiedlichen Messungen erhalten werden. Die Verfahren können sich auf Messdaten beziehen, die durch eine Messung erhalten wurden, und die durch einen oder mehrere der oben in 1., 2. und/oder 3. genannten Einflüsse verändert sind.
Angegeben wird von der Erfindung ein Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten zur Koordinatenmessung, welche mit zumindest einem temperaturabhängigen Fehler eines optischen Sensors behaftet sind, umfassend die Schritte

- Vermessen zumindest eines Normals als Referenzkörper mit einem optischen Sensor bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen,
- Ermitteln von Messdaten des optischen Sensors bei den verschiedenen Temperaturen,
- Ermitteln von Korrekturdaten zur Korrektur des zumindest einen temperaturabhängigen Fehlers des Sensors, und Zuordnen der Korrekturdaten zu den verschiedenen Temperaturen.

Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Messdaten eines optischen Sensors sich temperaturabhängig ändern. Aus den geänderten Messdaten oder Änderungen von Messdaten, die temperaturabhängig sind, werden die erwähnten Korrekturdaten ermittelt. Die Korrekturdaten sind einer Temperatur zugeordnet, beispielsweise einer Temperatur, bei der später ein Einmess- oder Kalibriervorgang erfolgt oder bei der eine Werkstückmessung im realen Messbetrieb erfolgt. Entsprechend können mit einer Temperatur zugeordneten Korrekturdaten Korrekturen von Messdaten aus einer Einmessung oder Kalibrierung, oder im realen Messbetrieb, erfolgen.
Zum Ermitteln der Korrekturdaten können Änderungen der Messdaten bei den verschiedenen Temperaturen ermittelt werden. Aus diesen Änderungen können die Korrekturdaten ermittelt werden. Insbesondere können die Korrekturdaten dem Wert nach den Änderungen in den Messdaten entsprechen. Ändern sich beispielsweise Messdaten bei einer anderen Temperatur um einen Wert, kann dieser Wert ein Korrekturwert sein..
Die Korrekturdaten können bei Messungen an anderen Gegenständen, wie Werkstücken, zur Korrektur der dort ermittelten Messdaten verwendet werden, wie anhand eines Verfahrens später noch beschrieben.
Der Referenzkörper weist vorzugsweise eine bekannte Form oder Geometrie auf, die exakt bekannt oder kalibriert ist. Der Referenzkörper ist ein Normal. Beispielsweise ist ein Referenzkörper ausgewählt aus einer Kalibrierkugel bzw. einem Kugelnormal, einem Ebenheitsnormal oder einem Längennormal.
Alternativ oder zusätzlich ist die Pose des Referenzkörpers bekannt, insbesondere in einem Messumfeld, beispielsweise einem Gerätekoordinatensystem eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine. Das Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten findet vorzugsweise in einem Koordinatenmessgerät oder einer Werkzeugmaschine statt, insbesondere in einer solchen Maschine, in welcher später ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten oder ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zur Korrektur temperaturveränderlicher Messdaten an einem Werkstück erfolgt.
Der Begriff Pose bedeutet in dieser Erfindung „Position und/oder Orientierung“, vorzugsweise „Position und Orientierung“.
Eine erwähnte Temperatur kann eine Umgebungstemperatur sein oder eine Temperatur am Ort des optischen Sensors, oder eine Temperatur an einem anderen Bauteil eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine, wenn das Verfahren darin durchgeführt wird. Eine Umgebungstemperatur und eine direkt an einem optischen Sensor ermittelte Temperatur müssen nicht identisch sein. Jedoch wirkt sich eine Änderung der Umgebungstemperatur in der Regel auch auf die Temperatur des optischen Sensors aus. Diese Prinzipien gelten auch für im weiteren, nachfolgend beschriebenen Verfahren genannte Temperaturen. Es ist bevorzugt, eine Temperatur in dieser Erfindung immer am selben Ort zu messen, auch bei verschiedenen Verfahren.
Vorzugsweise wird das Verfahren zur Ermittlung von Korrekturdaten bei mehr als zwei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, vorzugsweise einer Vielzahl Temperaturen.
In einer bevorzugten Variante erfolgt das Vermessen des Referenzkörpers in gleicher relativer Lage von Referenzkörper zu optischem Sensor. Vorzugsweise werden bei jeder Messung die Pose des Referenzkörpers und die Pose des optischen Sensors, und die relative Lage zueinander, gleich gewählt. Üblicherweise ist die Pose des Referenzkörpers fixiert. Zur Herstellung der gleichen relativen Pose kann auch die Pose des optischen Sensors fixiert bleiben und lediglich die Temperatur geändert werden. Bei einer gewünschten Temperatur können dann Messdaten ermittelt werden und dann die Temperatur zu einer anderen Temperatur geändert werden, bei der wiederum Messdaten ermittelt werden. Sofern das Verfahren in einem KMG durchgeführt wird, kann eine konstante Pose oder dieselbe wieder eingestellte Pose eines optischen Sensors bedeuten, dass in einem Verfahrsystem (aufweisend Verfahrachsen) für den optischen Sensor die gleichen Werte bezogen auf ein Gerätekoordinatensystem oder eine Skala des Verfahrsystems eingestellt werden, beispielsweise in X-, Y- und Z-Werten. Sofern der optische Sensor an einem Drehgelenk oder an einem Drehschwenk-Schwenk-Gelenk angebracht ist, können bei einem solchen Gelenk bei jeder Messung identische Winkel des Gelenks eingestellt oder beibehalten werden.
Die Messdaten sind insbesondere in Werten ausgedrückt. Der Begriff „Daten“ bedeutet sowohl den Singular als auch den Plural. Also kann der Begriff „Daten“ oder „Messdaten“ auch einen einzigen Datenwert bedeuten.
Der optische Sensor kann aus jeglichen optischen Sensoren ausgewählt sein, insbesondere solche, die auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik bekannt und gängig sind. Beispielhafte Sensoren sind Bildverarbeitungssensoren, wie Messmikroskope oder optische Koordinatenmessgeräte, und Abstandssensoren, wie Triangulationssensoren, Lichtschnittsensoren oder Foucault-Sensoren. Ein Abstandssensor kann ausgewählt sein aus einem Punktsensor, einem Liniensensor oder einem Flächensensor.
Bei dem Ermitteln von Messdaten bei verschiedenen Temperaturen ist auch der Fall eingeschlossen, dass sich Messdaten nicht immer bei einer Temperaturänderung ändern. Beispielsweise können in einem bestimmten Temperaturbereich Messdaten auch unverändert sein. Entsprechend können daraus Korrekturdaten folgen, die besagen, dass keine Korrektur vorzunehmen ist bzw. eine sogenannte „Null-Korrektur“ (oder Korrekturwert = Null) zugrunde zu legen ist, wenn Korrekturdaten in weiteren hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden.
Korrekturdaten können insbesondere auf eine oder mehrere der folgenden Arten ermittelt werden:

- Durch den Referenzkörper können zu erwartende Soll-Messdaten vorgegeben sein. Beispielsweise kann der Referenzkörper ein Ebenheitsnormal sein und es wird dann im Idealfall erwartet, dass als Messdaten eine exakt gerade Linie oder eine exakte Ebene ermittelt wird, wenn das Ebenheitsnormal mit dem optischen Sensor vermessen wird. Abweichungen davon können als Korrekturdaten temperaturabhängig und vorzugsweise auch ortsabhängig in dem Sensor ermittelt werden. Eine Ortsabhängigkeit bedeutet, dass in einem Pixelfeld an verschiedenen Orten, insbesondere verschiedenen Spalten und/oder Zeilen, Messdaten ermittelt werden und daraufhin Korrekturdaten ermittelt werden.
- Korrekturdaten können zusätzlich oder alternativ zu vorangehender Variante aus einer Veränderung von Messdaten bei verschiedenen Temperaturen ermittelt werden. Beispielsweise kann mit dem optischen Sensor ein Abstand zu einem Referenzkörper bei verschiedenen Temperaturen gemessen werden. Aus einer Änderung des Abstands kann ein Korrekturwert ermittelt werden. Beispielsweise kann die Änderung des Abstands, der auf eine translatorischen Fehler in dem Sensor zurückgeht, der Korrekturwert sein. Eine Änderung von Messdaten kann auf eine Referenzmessung, insbesondere auf eine Messung bei einer Referenztemperatur, bezogen sein. Beispielsweise kann eine Raumtemperatur, z.B. 20°C, als Referenztemperatur angenommen werden und eine Änderung von Messdaten bei einer höheren oder niedrigeren Temperatur kann auf die Messdaten bezogen sein, die bei der Temperatur von 20°C ermittelt wurden.

Korrekturdaten können Temperaturen, bei denen den Korrekturdaten zugrundeliegende Messdaten ermittelt wurden, zugeordnet werden. Die Zuordnung kann eine Wertezuordnung sein, beispielsweise in Form eines Datensatzes, einer Wertetabelle, einer Datenmatrix, auch genannt Wertefeld. Werden nachfolgende Verfahren zur Einmessung/Kalibrierung oder zur Korrektur von Messdaten im Messbetrieb bei anderen Temperaturen durchgeführt als bei dem Verfahren zur Ermittlung der Korrekturdaten verwendet, kann zwischen Temperaturen, die bei dem Verfahren zur Ermittlung der Korrekturdaten verwendet wurden, interpoliert oder von solchen Temperaturen extrapoliert werden. In einer Weiterbildung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, einen rechnerischen Zusammenhang zwischen Korrekturdaten und Temperatur zu ermitteln. Der rechnerische Zusammenhang erlaubt es, durch eine Rechenvorschrift bei einer bestimmten Temperatur Korrekturdaten zu errechnen. Der rechnerische Zusammenhang ist insbesondere ein funktionaler Zusammenhang zwischen Temperatur und Korrekturdaten. Ein rechnerischer oder funktionaler Zusammenhang kann durch ein Annäherungsverfahren an reale Korrekturdatenpunkte, ermittelt nach vorangehend beschriebenen Verfahren, ermittelt sein, beispielsweise durch eine Ausgleichsrechnung, insbesondere eine Regression oder Fitting-Methode. Im nachfolgend noch beschriebenen Verfahren kann bei dem Korrigieren von Daten eine vorangehend genannte Rechenvorschrift oder ein funktionaler Zusammenhang verwendet werden.
Das vorangehend beschriebene Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten kann als optionalen Schritt aufweisen: das Hinterlegen der Korrekturdaten, insbesondere das Hinterlegen einer Zuordnung oder eines rechnerischen oder funktionalen Zusammenhangs, in einem Speicher. Der Speicher kann ein Speicher in einem KMG, insbesondere einer Steuerung oder einem Messrechner eines KMG, oder ein Speicher in einem Sensor des KMG sein.
Die temperaturabhängigen Messdaten können sich in einer temperaturabhängigen Änderung einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen detektierten Objektes, auf einem Detektor des Sensors ausdrücken.
Hierbei bedeutet die Änderung einer Abbildung eine intrinsische (in-sich) Änderung der Abbildung auf dem Detektor, wie beispielsweise eine Verbiegung, Verzeichnung oder Verzerrung, die auch nur in einem Teilbereich der Abbildung möglich ist. Diese Art der Änderung der Abbildung kann auch als „Formänderung“ oder „Abbildungsfehler“ bezeichnet werden. Mit der Änderung der Abbildung ist eine Änderung der Form des Originals im Vergleich zu der Abbildung gemeint. Die Änderung der Abbildung ist wiederum temperaturabhängig, d.h. dass bei verschiedenen Temperaturen unterschiedliche Änderungen der Abbildung auftreten können, insbesondere an unterschiedlichen Orten, unterschiedliche Arten und/oder unterschiedliche Werte. Die Änderung einer Abbildung bedeutet insbesondere eine Änderung der Abbildung innerhalb eines Detektors oder eines Pixelfeldes.
Die erwähnte temperaturabhängige Änderung der Abbildung eines Objektes auf oder mit einem Detektor erfolgt bei unveränderter relativer Lage von Sensor zu Messobjekt oder Werkstück, insbesondere bei unveränderter Lage einer Abbildungsoptik (ausgenommen intrinsische Verspannungen oder Verformungen in der Abbildungsoptik) und eines Detektors, insbesondere eines Pixelfeldes, des Sensors zu einem Messobjekt oder Werkstück. Die erwähnte temperaturabhängige Änderung der Abbildung oder intrinsische Änderung der Abbildung tritt bei derart unveränderter Lage auf. Daher ist die temperaturabhängige Änderung der Abbildung des Sensors zu unterscheiden von nachfolgend noch genannten translatorischen und rotatorischen Änderungen. Bei nachfolgend noch beschriebener rotatorischer oder translatorischer Änderung werden der Sensor, insbesondere eine Abbildungsoptik und/oder ein Detektor relativ zu dem Messobjekt oder Werkstück durch Temperatureinfluss translatiert oder rotiert.
Eine temperaturabhängige Änderung der Abbildung kann durch verschiedene Ursachen bedingt sein, von denen einige in nicht erschöpfender Weise nachfolgend genannt sind:

Eine temperaturabhängige Änderung der Abbildung des Sensors kann durch eine temperaturabhängige Änderung der relativen Anordnung von Pixeln innerhalb eines Pixelfeldes des optischen Sensors bedingt sein. Die relative Anordnung von Pixeln kann sich mit der Temperatur ändern, beispielsweise durch thermische Effekte auf einen Pixelträger. Der Effekt einer solchen temperaturabhängigen relativen Anordnung von Pixeln ist beispielsweise eine Nichtlinearität in einer oder zwei Dimensionen. Dies bedeutet, dass Pixel nicht oder nicht mehr streng linear angeordnet sind, beispielsweise in einer Zeile und/oder einer Spalte eines Pixelfeldes. Ein weiterer Effekt einer temperaturabhängigen Änderung einer Anordnung von Pixeln sind Verzeichnungs- oder Deformationseffekte, wie Kissenverzeichnung oder tonnenförmige Verzeichnung.

Änderungen in der Abbildung können ferner durch intrinsische Verspannungen oder Verformungen in der Abbildungsoptik eines Sensors verursacht sein, wodurch Abbildungsfehler resultieren. Ein Beispiel hierfür ist eine Verformung oder Verspannung einer Linse.
Ein erwähntes Pixelfeld kann ein eindimensionales Pixelfeld sein, in dem Pixel idealerweise auf einer Reihe angeordnet sind, oder ein zweidimensionales Pixelfeld, auch bezeichnet als Pixelmatrix. In einer Pixelmatrix sind Pixel vorzugsweise in Zeilen und Spalten angeordnet.
Ein Pixelfeld kann auf einem Chip, insbesondere einem CCD- oder CMOS-Detektor angeordnet sein oder Teil davon sein.
Pixel sind beispielsweise aus lichtempfindlichen Fotodioden gebildet.
Alternativ oder zusätzlich zu soeben erwähnten Messdaten können ein oder mehrere der folgenden Messdaten ermittelt werden und entsprechend Korrekturdaten diesbezüglich ermittelt werden:

In einer Variante sind die Messdaten durch eine temperaturabhängige translatorische Bewegung einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors, insbesondere eines Pixelfeldes, des optischen Sensors veränderbar sind. Insbesondere beruht eine temperaturabhängige Änderung von Messdaten auf einer Verschiebung bzw. Translation des Detektormittelpunktes in einem Maschinenkoordinatensystem, insbesondere eines KMG. Die Translation kann in drei Dimensionen auftreten, wie X, Y oder Z. Der Detektormittelpunkt ist insbesondere der geometrische Mittelpunkt eines Pixelfeldes.

In einer weiteren Variante der Erfindung sind die Messdaten durch eine temperaturabhängige rotatorische Bewegung einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors, insbesondere eines Pixelfeldes, des optischen Sensors veränderbar oder verändert. Eine solche Rotation kann um bis zu drei Raumachsen erfolgen.
Je nach Art der temperaturabhängigen Änderungen von Messdaten können Korrekturdaten in einer eigenen Zuordnung zu Temperaturen vorliegen oder durch einen eigenen rechnerischen, insbesondere funktionalen Zusammenhang ausgedrückt sein.
Translatorische und rotatorische Bewegungen einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors, insbesondere eines Pixelfeldes, können dadurch bewirkt sein, dass ein Träger oder Chip, auf welchem das Pixelfeld angeordnet ist, oder eine Abbildungsoptik, durch Temperatureinflüsse innerhalb des optischen Sensors rotatorisch oder translatorisch bewegt wird. Die translatorische und/oder rotatorische Bewegung kann somit innerhalb der Struktur des optischen Sensors erfolgen. Ursachen können, ohne Beschränkung, eine (positive/negative) Ausdehnung einer Trägerstruktur eines Chips oder der Abbildungsoptik sein. Eine weitere Ursache sind thermische Effekte in einer Kupplung des optischen Sensors an ein Sensorverfahrsystem eines KMG oder einer Werkzeugmaschine. Translatorische und rotatorische Bewegungen können durch Relativbewegungen einer Abbildungsoptik des Sensors relativ zu einem Detektor, insbesondere einem Pixelfeld, des Sensors verursacht sein. Beispielsweise können sich Abbildungsoptik und Detektor relativ zueinander verschieben oder verdrehen. Diese Aufzählung von Ursachen ist nicht erschöpfend, sondern beispielhaft zu verstehen.
Nicht von der Erfindung gemeint sind translatorische oder rotatorische Bewegungen eines Verfahrsystems selbst, die rotatorische oder translatorische Bewegungsfehler entlang von Verfahrachsen sind (wie Rotation eines Verfahrschlittens etc.). Auch solche Fehlbewegungen eines Verfahrsystems hätten eine Translation oder Rotation eines Pixelfeldes zur Folge, aber in der Erfindung sind intrinsische Translationen oder Rotationen des Pixelfeldes im Sensor selbst zugrunde gemeint.
Messdaten, die durch eine temperaturabhängige relative Anordnung von Pixeln temperaturveränderlich sind, werden vorzugsweise durch Vermessen eines Ebenheitsnormals oder einer Kalibrierkugel vorgenommen, vorzugsweise durch Positionierung derart, dass das Ebenheitsnormal oder die Kalibrierkugel an verschiedenen Positionen innerhalb eines Pixelfeldes abgebildet werden.
Messdaten, die durch eine temperaturabhängige translatorische Bewegung oder rotatorische Bewegung eines Pixelfeldes temperaturveränderlich sind, werden vorzugsweise mit einer Kalibrierkugel ermittelt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Vermessen des Referenzkörpers mit dem optischen Sensor nach einer identischen Messroutine erfolgt, mit welcher auch ein Einmessen oder Kalibrieren eines optischen Sensors anhand des Referenzkörpers erfolgt. Ein solches Einmessen oder Kalibrieren kann vorzugsweise mit einer Kalibrierkugel erfolgen. Auf ein Einmess- oder Kalibriervorgang eines optischen Sensors wird nachfolgend noch eingegangen. Die Verwendung einer identischen Messroutine bedeutet, dass bei dem Ermitteln von Messdaten des optischen Sensors bei den verschiedenen Temperaturen eine gleiche relative Pose von Sensor zu Referenzkörper hergestellt wird, wie bei einem Einmess- oder Kalibriervorgang. Ebenfalls können identische Bewegungsabläufe bei der Messroutine verwendet werden. Ein Sonderfall ergibt sich bei einer Anbindung eines optischen Sensors an ein Drehgelenk oder an ein Dreh-Schwenk-Gelenk. Hierbei werden Einmessungen oder Kalibrierungen (auch bezeichnet als „Einbaulagenqualifizierung“) in verschiedenen Drehstellungen eines Drehgelenks oder Dreh-Schwenk-Gelenks vorgenommen. In identischen Drehstellungen können auch temperaturabhängige Messdaten gemäß oben beschriebenem Verfahren ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass temperaturbedingte translatorische und rotatorische Änderungen in einer aktuell aktiven (bestimmte Drehstellung) Einbaulagenqualifizierung berücksichtigt bzw. korrigiert werden können.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors, umfassend

- Bereitstellen eines Referenzkörpers in einem Messraum eines Koordinatenmessgerätes, dessen Geometrie und Pose in einem Gerätekoordinatensystem bekannt sind,
- Einmessen oder Kalibrieren eines optischen Sensors anhand des Referenzkörpers bei einer ersten Temperatur, und dadurch Erhalt von Einmess- oder Kalibrierdaten bei der ersten Temperatur,
- Korrigieren, insbesondere rechnerisches Korrigieren, der Einmess- oder Kalibrierdaten bei einer Temperaturveränderung zu einer zweiten Temperatur, wobei Korrekturdaten verwendet werden, die nach einem Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten eines optischen Sensors zur Koordinatenmessung (vorangehend beschrieben) erhalten sind.

Der Referenzkörper kann aus vorangehend genannten ausgewählt sein. Die Geometrie des Referenzkörpers kann an sich bekannt sein, beispielsweise bei einem Kugelnormal eine exakte Kugelform oder bei einem Ebenheitsnormal eine exakte Ebene. Die Pose in einem Gerätekoordinatensystem kann durch Vermessen des Referenzkörpers mit einem Referenzsensor erfolgen, beispielsweise einem Referenztaster. Solche Vorgänge sind allgemeiner Stand der Technik.
Bei vorangehendem Verfahren wird ein Einmess- oder Kalibrierergebnis temperaturabhängig korrigiert. Es ist bei dem Verfahren lediglich erforderlich, eine Einmessung oder Kalibrierung bei einer einzigen, ersten Temperatur durchzuführen, die auch als „Einmesstemperatur“ bezeichnet wird. Die Einmess- oder Kalibrierdaten drücken die Pose des optischen Sensors in einem Gerätekoordinatensystem eines Koordinatenmessgeräts aus. Hierdurch wird der genaue Messvektor des optischen Sensors ermittelt. Indirekt wird über den Referenzkörper der optische Sensor relativ zu dem erwähnten Referenzsensor eingemessen. Auch dieser Vorgang ist allgemeiner Stand der Technik. Bei dem hier beschriebenen Korrekturverfahren liegt allerdings die Idee zugrunde, dass eine Einmessung oder Kalibrierung nicht bei einer veränderten Temperatur wiederholt werden muss. Stattdessen wird bei einer veränderten Temperatur das Einmess- oder Kalibrierergebnis, das bei der ersten Temperatur erhalten wurde, rechnerisch korrigiert. Hierzu werden Korrekturdaten verwendet, die nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten erhalten wurden. Der Begriff „Verwendung“ umfasst auch die indirekte Verwendung. Beispielsweise kann aus erwähnten Korrekturdaten bei verschiedenen Temperaturen ein rechnerischer Zusammenhang ermittelt werden, welcher einer Korrektur eines Einmess- oder Kalibrierergebnisses zugrunde liegt. Ein veranschaulichendes Beispiel des Verfahrens zur Korrektur von Einmessdaten betrifft die Ermittlung eines Abstands zu dem Referenzkörper mit dem optischen Sensor bei der ersten Temperatur und die Korrektur des Abstands bei einer zweiten Temperatur, wobei die Abstandsänderung aus dem Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten bekannt ist. Die Abstandsänderung kann durch eine translatorische Bewegung des Pixelfeldes des optischen Sensors bedingt sein.
Die aus dem Verfahren erhaltenen korrigierten Einmess- oder Kalibrierdaten können in einem Speicher gespeichert werden, beispielsweise einem Speicher in einer Steuerung oder einem Messrechner des KMG. Ferner können diese korrigierten Einmess-/ Kalibrierdaten bei Messprozessen herangezogen werden, wie anhand eines nachfolgenden ebenfalls erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Korrektur temperaturveränderlicher Messdaten, welche mit zumindest einem temperaturabhängigen Fehler eines optischen Sensors behaftet sind, bei einer Oberflächen- oder Koordinatenmessung, aufweisend

- Vermessen eines Werkstücks mit einem optischen Sensor in einem Koordinatenmessgerät oder einer Werkzeugmaschine und Ermitteln von Messdaten des optischen Sensors aus dem Vermessen des Werkstücks,
- Ermitteln einer Messtemperatur, bei der das Vermessen erfolgt,
- Korrigieren, insbesondere rechnerisches Korrigieren, der Messdaten des Werkstücks unter Verwendung von Korrekturdaten die nach einem Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten eines optischen Sensors zur Koordinatenmessung (wie vorangehend beschrieben) , erhalten sind und/oder unter Verwendung korrigierter Einmess- oder Kalibrierdaten, die nach einem Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors (wie vorangehend beschrieben), erhalten sind.

Bei dem Verfahren können Korrekturdaten oder Einmessdaten oder Kalibrierdaten zum Korrigieren der Messdaten verwendet werden, die der Messtemperatur zugeordnet sind. Die Korrekturdaten oder Einmessdaten oder Kalibrierdaten können bei einer Temperatur ermittelt sein, die der Messtemperatur entspricht. Alternativ oder zusätzlich können Korrekturdaten oder Einmessdaten oder Kalibrierdaten interpoliert, extrapoliert oder aus einem rechnerischen Zusammenhang zwischen Temperatur und Korrekturdaten, Einmessdaten oder Kalibrierdaten ermittelt sein.
In diesem Verfahren findet insbesondere eine Vermessung von Koordinaten oder eines Abstands statt, wie bei optischen Sensoren in einem Koordinatenmessgerät allgemeiner Stand der Technik. In diesem Verfahren wird jedoch das Koordinatenmessergebnis temperaturabhängig korrigiert.
Eine erwähnte Ermittlung der Messtemperatur erfolgt vorzugsweise an gleicher Stelle wie die Temperaturermittlung in vorangehend genanntem Verfahren der Ermittlung von Korrektu rdaten.
Korrekturdaten, die nach einem Verfahren zur Ermittlung von Korrekturdaten wie vorangehend beschrieben erhalten sind, werden vorzugsweise zum rechnerischen Korrigieren der Messdaten des Werkstücks (bzw. Messdaten aus der Werkstückvermessung) eingesetzt, wenn eine Abweichung korrigiert werden soll, die durch eine temperaturabhängige Änderung der relativen Anordnung von Pixeln innerhalb eines Pixelfeldes des optischen Sensors bedingt ist, wie Linearitätsfehler und Verzeichnungen.
Korrigierte Einmess- oder Kalibrierdaten, die gemäß einem vorangehenden Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten erhalten sind, werden vorzugsweise dann zum rechnerischen Korrigieren der Messdaten des Werkstücks verwendet, wenn bei den Messdaten eine Abweichung korrigiert wird, die durch eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung eines Pixelfeldes des optischen Sensors bedingt ist.
Wenn bei dem rechnerischen Korrigieren der Messdaten des Werkstücks Einmess- oder Kalibrierdaten verwendet werden, die nach einem vorangehenden Verfahren korrigiert sind, dann ist die Messtemperatur, bei der die Werkstückvermessung erfolgt, vorzugsweise identisch zu der zweiten Temperatur aus vorangehend genanntem Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten/Kalibrierdaten (also die Temperatur, auf welche die Einmess-/Kalibrierdaten korrigiert wurden).
Das Verfahren kann sich auf folgende Korrekturen an Messdaten beziehen, wobei genannte Effekte einzeln oder in beliebiger (Unter)Kombination korrigiert werden können:

- Korrektur an Messdaten, die temperaturabhängig derart veränderbar oder verändert sind, dass sie sich in einer temperaturabhängigen Änderung einer Abbildung des Werkstücks auf einem Detektor des Sensors, ausdrücken..
- Korrektur an Messdaten, die durch eine temperaturabhängige translatorische Bewegung (t) einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors, des optischen Sensors veränderbar oder verändert sind.
- Korrektur an Messdaten, die durch eine temperaturabhängige rotatorische Bewegung einer Abbildungsoptik und/oder eines Detektors des optischen Sensors veränderbar oder verändert sind.

Es können entsprechende Abweichungen oder Fehler korrigiert werden, die in o.g. Messdaten auftreten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

1 einen Aufbau und ein Messprinzip eines optischen Sensors sowie die dabei entstehenden Fehler,
2 einen Aufbau einer Pixelmatrix und dort entstehende Linearitätsfehler,
3 ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturdaten gemäß der Erfindung,
4 eine weitere Variante eines Verfahrens zur Ermittlung von Korrekturdaten,
5 noch eine weitere Variante eines Verfahrens zur Ermittlung von Korrekturdaten,
6 ein Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten und einen entsprechenden Aufbau dazu und
7 ein Verfahren zur Korrektur temperaturveränderlicher Messdaten bei einer Oberflächen- oder Koordinatenmessung.

Temperaturabhängige Änderungen einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen detektierten Objektes auf einem Detektor (4) des Sensors werden nachfolgend als Linearitätsfehlern bezeichnet oder anhand Linearitätsfehlern veranschaulicht.
In 1 ist ein optischer Sensor 1 gezeigt, der den Planspiegel 2, die Abbildungsoptik 3 und den Detektor 4 mit dem Pixelfeld 5 aufweist. Der Sensor 1 arbeitet nach dem Triangulationsprinzip mit Lichtschnitt. Der Referenzkörper 6 in Form einer Kugel wird derart beleuchtet (Beleuchtungsquelle nicht gezeigt), dass die Linie 7 gebildet wird. Über dem Planspiegel 2 und die Abbildungsoptik 3 wird das Bild auf den Detektor 4 umgeleitet und auf der Pixelmatrix 5 abgebildet. In der Darstellung der 1 ist in starker Überhöhung ein Linearitätsfehler des Abbilds 7' zu sehen, da das Abbild 7' nicht exakt der kreisbogenförmigen Linie 7 entspricht. Dies ist bedingt durch nicht genau lineare Anordnung von Pixeln innerhalb der Pixelmatrix 5.
Ferner sind ein Translationsfehler und ein Rotationsfehler dargestellt. Der Translationsfehler t bedeutet eine Verschiebung des R-T-S-Koordinatensystems. Das R-T-S-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem des Detektors 4 in drei Dimensionen. Auch die Translation T ist nicht maßstabsgerecht und übertrieben dargestellt und kann beispielsweise durch eine Translation des Detektors 4 innerhalb des optischen Sensors 1, beispielsweise in dessen Gehäuse durch Temperatureinflüsse, bewirkt sein.
Der gezeigte Rotationsfehler R bedeutet eine Rotation des R-T-S-Koordinatensystems.
In 2 ist das Pixelfeld 5 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind die Pixel 8a-8g. Dargestellt ist die Entstehung einer Art eines Linearitätsfehlers. Es ist zu sehen, dass beispielsweise die Pixel 8a, 8b, 8c und 8d nicht mehr linear angeordnet, sondern zueinander versetzt sind, in diesem Fall in S-Richtung des R-T-S-Koordinatensystems. Ebenso nicht linear angeordnet sind die Pixel 8a, 8e, 8f und 8g sowie weitere Pixelreihen oder Spalten. Die Nichtlinearität kann auch in anderen Dimensionen R oder T auftreten. Die in 2 gezeigte Verschiebung der Pixel ist temperaturbedingt und führt zu der fehlerhaften in 1. Somit zeigt 2 ein Beispiel einer temperaturabhängigen relativen Anordnung von Pixeln 8a-8g innerhalb des Pixelfeldes 5.
3 zeigt ein weiteres Beispiel eines Linearitätsfehlers, bedingt durch die in 2 gezeigten Effekte. Abgebildet wird ein Ausschnitt aus dem Referenzkörper 9, der einen exakten rechten Winkel mit exakt geraden Kanten beinhaltet, der ausschnittweise auf dem Detektor 4 dargestellt wird. Man erkennt, dass die Kanten 10 und 11 in dem gestrichelt dargestellten abgebildeten Ausschnitt fehlerhaft auf dem Detektor 4 bzw. dem Pixelfeld 5 in dem Detektor als nicht gerade Kanten 10' und 11' dargestellt werden. Die fehlerhaft dargestellten Kanten 10' und 11' sind Messdaten des optischen Sensors bei einer der Messung in 3 zugrunde gelegten Temperatur. 3 stellt somit den Verfahrensschritt S1 dar, nämlich das Vermessen des Referenzkörpers 9, sowie den Verfahrensschritt S2, das Ermitteln der Messdaten 10' und 11'. Weiterhin ist der Schritt S3 gezeigt, das Ermitteln von Korrekturdaten 10" und 11". Die Korrekturdaten sind in diesem Beispiel dergestalt, dass durch Addition mit den Messdaten, also Addition von 10' und 10" oder Addition von 11' und 11'', die gerade Form der ursprünglichen Kanten 10 und 11 erhalten werden kann. Die in 3 gezeigte Messung und Ermittlung von Korrekturdaten stellt das Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten bei einer bestimmten Temperatur dar. In Wiederholung der Verfahrensschritte kann eine weitere Temperatur zugrunde gelegt werden, beispielsweise eine geänderte Umgebungstemperatur oder eine geänderte Temperatur in dem optischen Sensor 1 selbst und das Verfahren wiederholt werden. In diesem Fall würden sich üblicherweise andere Linearitätsfehler und andere Messdaten 10' und 11' ergeben und entsprechend andere Korrekturdaten 10" und 11" würden ermittelt. Die jeweiligen Korrekturdaten werden der jeweiligen Temperatur, bei der sie ermittelt wurden, zugeordnet und für spätere Korrekturen gespeichert.
In 4 ist eine verfeinerte Variante des Verfahrens nach 3 gezeigt. Ein Ebenheitsnormal 12 wird an verschiedene Positionen des Pixelfeldes 5 des Detektors 4 bewegt, was durch Bewegung des Pixelfeldes 5, also Bewegung des optischen Sensors 1 erfolgt, während das Ebenheitsnormal 12 nicht bewegt wird. Genau genommen zeigt 4 Abbildungen des Ebenheitsnormals 12, nicht das Normal selbst, welches wie in einem Messaufbau der 1 gezeigt an einer anderen Stelle positioniert ist und dessen Abbild über den Planspiegel und die Abbildungsoptik 3 auf den Detektor 4 gelenkt wird. Der Linearitätsfehler zeigt sich darin, dass die Abbildung keine gerade Linie, resultierend aus einer Lichtschnittabbildung, zeigt, sondern hier übertrieben dargestellte nichtlineare, stufige Verläufe als Messdaten 13' und 14'. Durch Bewegung des Abbilds des Ebenheitsnormals 12 über das gesamte Pixelfeld 5 in einer Vielzahl Positionen in T-Koordinatenrichtung wird der Linearitätsfehler in Zeilenrichtung über das gesamte Pixelfeld 5 erfasst. In analoger Weise könnte der Linearitätsfehler auch spaltenweise erfasst werden, durch Bewegung des Abbildes des Ebenheitsnormals 12 in eine Vielzahl R-Positionen.
5 zeigt eine weitere Verfahrensweise zur Bestimmung eines Linearitätsfehlers, bei der ein Kugelnormal eingesetzt wird. Ein Kugelnormal 7 wie in 1 wird in gleicher Weise lichtschnittartig beleuchtet, sodass sich Kreisbögen ergeben. Für jede Kugelposition, von der in 5 vier verschiedene in dem Detektorfeld bzw. dem Pixelfeld 5 gezeigt sind, werden mehrere Lichtschnitte auf verschiedenen Breitengeraden eine Kugel angesetzt. Diese sind durch jeweils vier Bögen je Kugelposition dargestellt. Aus jedem Bogen wird der Kugelmittelpunkt M' ermittelt und damit die Lage des Kugelmittelpunktes M' mit dem optischen Sensor 1 ermittelt. Es ist die korrekte Lage des Kugelnormals 7 in einem Gerätekoordinatensystem eines Koordinatenmessgeräts bekannt, beispielsweise durch Kalibrierung mit einem Referenztaster. Der optische Sensor 1 ist in diesem Fall als Messsensor des KMG verwendet worden und es wird die Lage des Kugelmittelpunkts M' mit den zu erwartenden Koordinaten des realen Mittelpunktes M im Gerätekoordinatensystem verglichen. Bei einer Abweichung wird ein Fehler in R-Richtung ermittelt, der durch Pfeile neben den Kugelmittelpunkten M' angedeutet ist und entweder in die eine oder die andere Richtung geht. Es können beliebig viele Kugelpositionen in dem Feld des Detektors 4 vermessen werden und beliebig viele Linearitätsabweichungen in Richtung R ermittelt werden. Bei alternativer Setzung des Lichtschnittes könnten auch Linearitätsfehler in T-Richtung ermittelt werden (Beleuchtung derart, dass die Lichtschnitte auf dem Detektor 4 sichelmondartig oder c-förmig angeordnet sind).
In 6 ist ein Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors 1 dargestellt. Der optische Sensor 1 aus 6 hat den gleichen inneren Aufbau wie in 1 gezeigt und ist deshalb mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird eine Kalibrierkugel 7 im Messraum eines hier nicht gezeigten Koordinatenmessgeräts bereitgestellt. Mit dem Referenztaster 13 wird der Mittelpunkt der Kalibrierkugel 7 im Gerätekoordinatensystem X-Y-Z des Koordinatenmessgeräts bestimmt. In diesem Beispiel liegt der Kugelmittelpunkt M im Ursprung des Koordinatenmessgeräts bestimmt. In diesem Beispiel liegt der Kugelmittelpunkt M im Ursprung des Koordinatensystems oder das Koordinatensystem wird entsprechend definiert, dass der Kugelmittelpunkt M im Ursprung liegt. Der Verfahrensschritt des Bereitstellens der Kalibrierkugel 7 wird als Schritt S4 gemäß einem Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten bezeichnet.
Nun kann bei einer ersten Temperatur mit dem optischen Sensor 1 die Kalibrierkugel 7 vermessen werden, dessen Mittelpunkt M bekanntermaßen oder definitionsgemäß im Mittelpunkt des Gerätekoordinatensystems liegt. Der Bezug von optischem Sensor 1 zu Kalibrierkugel 7 ist damit eindeutig hergestellt. Dies wird als Schritt S5 des Einmessens oder Kalibrierend des optischen Sensors 1 bezeichnet.
Anschließend kann bei einer zweiten Temperatur, die beispielsweise höher ist als die erste Temperatur, das Einmess- bzw. Kalibrierergebnis korrigiert werden. Dies ist der Schritt S6 des Verfahrens zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten. Beispielsweise ist bekannt, dass bei der zweiten Temperatur eine Translation t um einen bekannten Betrag stattgefunden hat, die keine tatsächliche Translation der Kalibrierkugel 7 ist, sondern eine Translation, die von dem optischen Sensor 1 festgestellt wird, der in der gleichen Pose verbleibt wie bei der ersten Temperatur. Die Translation t kann mit einem Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten ermittelt werden, indem bei der zweiten Temperatur tatsächlich nochmals eingemessen wird. Bei späteren Messungen mit dem optischen Sensor 1 kann der Korrekturwert der Translation t zugrunde gelegt werden, ohne dass eine Einmessung nochmals bei einer veränderten Temperatur vorgenommen werden muss.
Rotatorische Fehler, bedingt durch Rotation des Detektors 4 bzw. des Pixelfeldes 5 können ebenfalls mit der Kalibrierkugel ermittelt werden, wobei hierzu die Kalibrierkugel in zumindest drei Positionen in dem Pixelfeld 5 des Detektors 4 vermessen wird und der Kugelmittelpunkt dreimal bestimmt wird. Hieraus ergibt sich eine Ebene, die in 6 mit E bezeichnet ist (gezeigt ist aber nur eine Kugelposition). Durch wiederholtes Bestimmen der Ebene bei verschiedenen Temperaturen können Abweichungen zwischen Ebenen bei den verschiedenen Temperaturen in Form rotatorischer Abweichungen detektiert werden. Diese rotatorischen Abweichungen können einmal anhand verschiedener Messtemperaturen mit einem Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten gemäß der Erfindung ermittelt werden. Bei einem Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors können die temperaturabhängigen rotatorischen Fehler dann rechnerisch korrigiert werden.
In 7 ist schematisch ein Verfahren zur Korrektur von Messdaten bei einer Koordinatenmessung gezeigt. In Schritt S7 wird ein Werkstück (ohne Bezugszeichen) mit dem optischen Sensor 1 in bekannter Art und Weise vermessen, um Oberflächenkoordinaten des Werkstücks zu bestimmen. Gleichzeitig wird in Schritt S8 die Temperatur ermittelt, bei der die Messung erfolgt, beispielsweise durch Temperaturmessung an dem optischen Sensor 1. Daraufhin werden Messdaten in Form von Koordinatendaten erhalten, die in Schritt S9 korrigiert werden. Die Korrektur kann auf einer korrigierten Kalibrierung gemäß einem vorangehend beschriebenen Verfahren beruhen (erläutert anhand 6) oder das rechnerische Korrigieren kann auf Korrekturdaten beruhen, die anhand eines in 3 erläuterten Verfahrens zur Ermittlung von Korrekturdaten erhalten sind. Werden korrigierte Einmess- oder Kalibrierdaten zugrunde gelegt, werden hiermit vorzugsweise rotatorische oder translatorische Fehler korrigiert. Wird ein Verfahren gemäß 3 zur Ermittlung von Korrekturdaten zugrunde gelegt, werden vorzugsweise Linearitätsfehler in dem optischen Sensor 1 korrigiert. Die Korrekturdaten, die in Schritt S9 verwendet werden, können natürlich auch nach Verfahrensvarianten gemäß 4 oder 5 ermittelt sein, die sich ebenfalls auf die Ermittlung von Korrekturdaten für Linearitätsfehler beziehen.
Bezugszeichenliste

1: optischer Sensor
2: Planspiegel
3: Abbildungsoptik
4: Detektor
5: Pixelmatrix
6: Referenzkörper
7: Kalibrierkugel
7': Abbild
8a-8g: Pixel
9: Referenzkörper
10, 11: Kanten
10', 11': Messdaten
10'', 11'': Korrekturdaten
12: Ebenheitsnormal
13: Referenztaster
13', 14': Messdaten
r: rotatorische Bewegung
t: translatorische Bewegung
E: Ebene
M, M': Kugelmittelpunkt
R: Rotationsfehler
T: Translationsfehler

Claims

Verfahren der Ermittlung von Korrekturdaten zur Korrektur von temperaturabhängigen Messdaten zur Koordinatenmessung, welche mit zumindest einem temperaturabhängigen Fehler eines optischen Sensors behaftet sind, umfassend die Schritte - Vermessen (S1) zumindest eines Normals als Referenzkörper (6, 7; 9, 12) mit einem optischen Sensor (1) bei zumindest zwei verschiedenen Temperaturen , - Ermitteln (S2) von Messdaten (10', 11'; 13', 14') des optischen Sensors bei den verschiedenen Temperaturen, - Ermitteln (S3) von Korrekturdaten (10", 11") zur Korrektur des zumindest einen temperaturabhängigen Fehlers des Sensors, und Zuordnen der Korrekturdaten zu den verschiedenen Temperaturen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die temperaturabhängigen Messdaten (10', 11'; 13', 14') sich in einer temperaturabhängigen Änderung einer Abbildung des Referenzkörpers, oder eines anderen von dem Sensor detektierten Objektes, auf einem Detektor (4) des Sensors, ausdrücken.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messdaten (10'; 11'; 13'; 14') durch eine temperaturabhängige translatorische Bewegung (t) einer Abbildungsoptik (3) und/oder eines Detektors (4), des optischen Sensors (1) veränderbar oder verändert sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messdaten (10'; 11'; 13'; 14') durch eine temperaturabhängige rotatorische Bewegung (r) einer Abbildungsoptik (3) und/oder eines Detektors (4) des optischen Sensors veränderbar oder verändert sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 oder 4, wobei die translatorische und/oder rotatorische Bewegung (t, r) innerhalb des optischen Sensors (1) erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, aufweisend das Ermitteln einer Zuordnung oder eines rechnerischen Zusammenhangs zwischen Temperatur und Korrekturdaten über einen Temperaturbereich.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Vermessen des Referenzkörpers (6; 7; 9; 12) mit dem optischen Sensor (1) nach einer identischen Messroutine erfolgt, mit welcher auch ein Einmessen oder Kalibrieren eines optischen Sensors (1) anhand des Referenzkörpers (6; 7; 9; 12) zur Oberflächen- oder Koordinatenmessung erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Referenzkörper ein Kugelnormal (7), ein Ebenheitsnormal (12) oder Längennormal ist
Verfahren zur Korrektur von Einmessdaten oder Kalibrierdaten eines optischen Sensors, umfassend - Bereitstellen (S4) eines Referenzkörpers (7) in einem Messraum eines Koordinatenmessgerätes, dessen Geometrie und Pose in einem Gerätekoordinatensystem bekannt sind, - Einmessen oder Kalibrieren (S5) eines optischen Sensors (1) anhand des Referenzkörpers (7) bei einer ersten Temperatur, und dadurch Erhalt von Einmess- oder Kalibrierdaten bei der ersten Temperatur, - Korrigieren (S6), insbesondere rechnerisches Korrigieren, der Einmess- oder Kalibrierdaten bei einer Temperaturveränderung zu einer zweiten Temperatur, wobei Korrekturdaten verwendet werden, die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8 erhalten sind.
Verfahren zur Korrektur temperaturveränderlicher Messdaten, welche mit zumindest einem temperaturabhängigen Fehler eines optischen Sensors behaftet sind, bei einer Oberflächen- oder Koordinatenmessung, aufweisend - Vermessen (S7) eines Werkstücks mit einem optischen Sensor (1) in einem Koordinatenmessgerät oder einer Werkzeugmaschine und Ermitteln von Messdaten des Werkstücks des optischen Sensors (1), - Ermitteln (S8) einer Messtemperatur, bei der das Vermessen erfolgt, - Korrigieren (S9), insbesondere rechnerisches Korrigieren, der Messdaten des Werkstücks unter Verwendung von Korrekturdaten die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8 erhalten sind und/oder unter Verwendung korrigierter Einmess- oder Kalibrierdaten, die nach einem Verfahren nach Anspruch 9 erhalten sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die ermittelten Messdaten temperaturabhängig derart veränderbar oder verändert sind, dass sie sich in einer temperaturabhängigen Änderung einer Abbildung des Werkstücks auf einem Detektor (4) des Sensors (1), ausdrücken.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-11, wobei die Messdaten durch eine temperaturabhängige translatorische Bewegung (t) einer Abbildungsoptik (3) und/oder eines Detektors (4), des optischen Sensors (1) temperaturabhängig veränderbar oder verändert sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruch 10-12, wobei die Messdaten durch eine temperaturabhängige rotatorische Bewegung (r) einer Abbildungsoptik (3) und/oder eines Detektors (4) des optischen Sensors temperaturabhängig veränderbar oder verändert sind.