DE102018213674A1 - Sensor assembly for coordinate measurement on a workpiece - Google Patents

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David Höcherl
Dominik Seitz
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Abstract

Sensorzusammenbau (1) zur Koordinatenmessung an einem Werkstück (15; 34; 40), aufweisend einen optischen oder einen taktilen Sensor (2) zur Koordinatenmessung an einem Werkstück, und einen Magnetsensor (13) zur Vermessung magnetischer Eigenschaften des Werkstücks, und Verfahren, bei denen der Sensorzusammenbau (1) verwendet wird. Ferner wird eine Anordnung mit einem solchen Sensorzusammenbau (1) und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorzusammenbaus (1) offenbart.A sensor assembly (1) for coordinate measurement on a workpiece (15; 34; 40), comprising an optical or a tactile sensor (2) for coordinate measurement on a workpiece, and a magnetic sensor (13) for measuring magnetic properties of the workpiece, and method where the sensor assembly (1) is used. Furthermore, an arrangement with such a sensor assembly (1) and a method for calibrating a sensor assembly (1) are disclosed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensorzusammenbau zur Koordinatenmessung an einem Werkstück und eine Verwendung dieses Sensorzusammenbaus zum Vermessen von Werkstücken. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung mit dem Sensorzusammenbau und einem Kalibriernormal zum Kalibrieren des Sensorzusammenbaus und ein Verfahren zum Kalibrieren des Sensorzusammenbaus.The present invention relates to a sensor assembly for coordinate measurement on a workpiece and a use of this sensor assembly for measuring workpieces. Furthermore, the invention relates to an arrangement with the sensor assembly and a calibration standard for calibrating the sensor assembly and a method for calibrating the sensor assembly.

Mit Koordinatenmessgeräten (nachfolgend auch KMG) werden heute meist die Form und Lage von Bohrungen, Flächen, Bolzen und anderen geometrischen Elementen mittels Antastung mit einem Tastelement oder durch eine Auswertung eines Bildes bestimmt. Auch die Rauheit der Oberflächen kann durch entsprechende Zusatzvorrichtungen an einem KMG ermittelt werden. All diese Informationen sind notwendig, damit mechanische Bauteile optimal zusammen passen oder sich optimal ineinander bewegen können.With coordinate measuring machines (hereinafter also referred to as CMM), the shape and position of boreholes, surfaces, bolts and other geometric elements are usually determined by probing with a probe element or by evaluating an image. The roughness of the surfaces can also be determined by appropriate additional devices on a CMM. All this information is necessary to ensure that mechanical components fit together optimally or that they can move optimally together.

Mit zunehmender Besiedelungs- und Verkehrsdichte entsteht in vielen großen Städten der Bedarf nach immer mehr Elektromobilität, um die Umweltbelastung der Verbrennungsmotoren zu reduzieren. Gleichzeitig besteht auch die Anforderung, Elektromotoren möglichst effizient zu bauen und auf knappe und schwer zu produzierende Ressourcen wie Seltene-Erden-Metalle nach Möglichkeit zu verzichten.With increasing population and traffic densities, the demand for more and more electromobility in many large cities is developing in order to reduce the environmental impact of combustion engines. At the same time, there is also the requirement to build electric motors as efficiently as possible and to avoid scarce and difficult-to-produce resources such as rare-earth metals wherever possible.

Um möglichst effiziente Elektromotoren bauen zu können und deren gleichbleibende Qualität zu sichern, müssen neben den mechanischen Abmessungen von Stator und Rotor auch die magnetischen Eigenschaften an verschiedenen Orten relativ zur Mechanik bestimmt werden.In order to be able to build the most efficient electric motors possible and to ensure their consistent quality, in addition to the mechanical dimensions of stator and rotor, the magnetic properties at different locations relative to the mechanics must be determined.

Die Aufgabe der Erfindung bestand somit darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, womit dimensionelle und magnetische Eigenschaften von Elektromotoren oder Teilen davon bestimmt werden können.The object of the invention was therefore to provide a device and a method, whereby dimensional and magnetic properties of electric motors or parts thereof can be determined.

Nach einer grundlegenden Idee der Erfindung wird einem optischen oder taktilen Sensor zur Koordinatenmessung ein Magnetsensor zugefügt, mit dem eine Vermessung magnetischer Eigenschaften eines Werkstücks ermöglicht ist. Unter einem „Magnetsensor“ ist ein Sensor zu verstehen, mit dem Magnetfelder vermessbar sind. According to a basic idea of the invention, an optical or tactile sensor for coordinate measurement is added to a magnetic sensor, with which a measurement of magnetic properties of a workpiece is possible. A "magnetic sensor" is to be understood as meaning a sensor with which magnetic fields can be measured.

Weiter wird eine Möglichkeit zum einfachen und genauen Kalibrieren eines solchen Sensorzusammenbaus vorgeschlagen.Furthermore, a possibility for simple and accurate calibration of such a sensor assembly is proposed.

Mit der Erfindung wird es ermöglicht, dimensionelle und magnetische Eigenschaften mit einem KMG in einen Messablauf zu ermitteln und ferner einen hierfür verwendeten Sensorzusammenbau einfach und genau zu kalibrieren.With the invention, it is possible to determine dimensional and magnetic properties with a CMM in a measurement process and also to calibrate a sensor assembly used for this purpose simply and accurately.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich als Sensor zur positionsabhängigen Magnetfeldanalyse an zentral messenden kartesischen Messköpfen.The device according to the invention is suitable as a sensor for position-dependent magnetic field analysis on centrally measuring Cartesian measuring heads.

Angegeben wird von der Erfindung ein Sensorzusammenbau zur Koordinatenmessung an einem Werkstück, aufweisend

  • - einen optischen oder einen taktilen Sensor zur Koordinatenmessung an einem Werkstück,
  • - einen Magnetsensor zur Vermessung magnetischer Eigenschaften des Werkstücks.
The invention specifies a sensor assembly for coordinate measurement on a workpiece, comprising
  • an optical or a tactile sensor for coordinate measurement on a workpiece,
  • - A magnetic sensor for measuring magnetic properties of the workpiece.

Ein erfindungsgemäßer Sensorzusammenbau kann an einen bekannten bzw. schon vorhandenen Messkopf, insbesondere einen Tastkopf, eines KMG angekoppelt werden. Hierzu kann eine Schnittstelle oder Kopplungsmittel vorgesehen sein, die mit einer Schnittstelle des Messkopfs kompatibel ist/sind. Dann ist keine Änderung des Messkopfes oder bestehender elektrischer Verbindungen in einem KMG erforderlich.An inventive sensor assembly can be coupled to a known or existing measuring head, in particular a probe, a CMM. For this purpose, an interface or coupling means can be provided which is / are compatible with an interface of the measuring head. Then, there is no need to change the probe or existing electrical connections in a CMM.

Der Begriff „Werkstück“ bedeutet generell einen zu vermessenden Gegenstand. Dieser Gegenstand muss nicht zuvor bearbeitet worden sein.The term "workpiece" generally means an object to be measured. This item need not have been previously edited.

In einer Ausführungsform ist der Magnetsensor raumfest relativ zu dem optischen oder taktilen Sensor an dem Sensorzusammenbau angeordnet. Wird bei Ankopplung des Sensorzusammenbaus an ein KMG, insbesondere einen Messkopf eines KMG, der Sensorzusammenbau bewegt, insbesondere entlang Verfahrachsen des KMG, dann werden der Sensor für die Koordinatenmessung wie auch der Magnetsensor gleichsam mitbewegt und ändern ihre Lage relativ zueinander nicht.In one embodiment, the magnetic sensor is arranged fixed in space relative to the optical or tactile sensor on the sensor assembly. If, when the sensor assembly is coupled to a CMM, in particular a measuring head of a CMM, the sensor assembly is moved, in particular along trajectories of the CMM, then the coordinate measurement sensor and the magnetic sensor are also moved and do not change their position relative to each other.

In einer Ausführungsform ist der Magnetsensor nahe zu einem Messpunkt oder Antastpunkt des taktilen Sensors angeordnet. Dies bedeutet insbesondere eine Anordnung im Abstand von 0,5 - 30 mm, 0,5-20 mm, vorzugsweise 0,5-10 mm.In an embodiment, the magnetic sensor is arranged close to a measurement point or touch point of the tactile sensor. This means in particular an arrangement at a distance of 0.5 to 30 mm, 0.5 to 20 mm, preferably 0.5 to 10 mm.

Der Magnetsensor kann eine Mehrzahl von Messelementen umfassen, wobei vorzugsweise wenigstens zwei der Messelemente zur Messung einer magnetischen Eigenschaft (zum Beispiel der Feldstärke) oder allgemein zur Vermessung des Magnetfelds in derselben Raumrichtung eingerichtet sind. Bei dem Messelement kann es sich um ein einzelnes Hall-Sensorelement handeln und/oder allgemein um ein Element, das eigenständige Messinformationen erzeugt. Liegt eine Mehrzahl von Messelementen zur Vermessung derselben magnetischen Eigenschaft und insbesondere in derselben Raumrichtung vor, kann aus den je Messeelement gewonnenen Messinformationen ein Gesamtmessergebnis ermittelt werden, beispielsweise per Mittelung der einzelnen Messinformationen. Das Gesamtmessergebnis kann die magnetische Eigenschaft in dieser Raumrichtung angeben bzw. beziffern.The magnetic sensor may comprise a plurality of measuring elements, wherein preferably at least two of the measuring elements are adapted for measuring a magnetic property (for example the field strength) or in general for measuring the magnetic field in the same spatial direction. The measuring element may be a single Hall sensor element and / or generally an independent element Measurement information generated. If there are a plurality of measuring elements for measuring the same magnetic property and in particular in the same spatial direction, a total measurement result can be determined from the measuring information obtained per measuring element, for example by averaging the individual measuring information. The total measurement result can indicate or quantify the magnetic property in this spatial direction.

In einer Variante liegen je Raumrichtungen (bzw. Achse) eines kartesischen Koordinatensystems wenigstens zwei Messelemente vor, die in dieser Raumrichtung das Magnetfeld vermessen. Anders ausgedrückt kann der Magnetsensor paarweise einander zugeordnete Messelemente für jede Raumrichtung des Koordinatensystems umfassen.In one variant, there are at least two measuring elements per spatial direction (or axis) of a Cartesian coordinate system, which measure the magnetic field in this spatial direction. In other words, the magnetic sensor may comprise pairs of associated measuring elements for each spatial direction of the coordinate system.

Wenigstens zwei vorzugsweise aber sämtliche der Messelemente können bevorzugt gleichartig beanstandet um bzw. zu einem virtuellen Mittelpunkt oder allg. einem Referenzpunkt positioniert sein. Aus den je Messelement ermittelten Messinformationen können dann die an diesem Mittelpunkt vorliegenden Messinformationen berechnet werden, beispielsweise per Mittelung. Bei dem Mittelpunkt kann es sich um einen Mittelpunkt eines taktilen Antastkörpers des Sensors handeln, beispielsweise von einer Antastkugel.At least two, but preferably all, of the measuring elements may preferably be objected to equally around or to a virtual center or generally a reference point. The measurement information present at this center point can then be calculated from the measurement information determined per measuring element, for example by averaging. The center may be a center of a tactile probe body of the sensor, for example a probing ball.

Ein einander zugeordnetes Paar von Messelementen kann zum Beispiel eine magnetische Eigenschaft (bspw. die Feldstärke) in einer ersten von drei orthogonal zueinander verlaufenden Richtungen messen und diese Feldstärke kann gemittelt oder in Kenntnis der Abstände zum Mittelpunkt anderweitig geeignet verrechnet werden, um die an dem von den Messelementen zwischen sich eingeschlossenen virtuellen Mittelpunkt vorliegende magnetische Feldstärke (hierin allgemein auch lediglich als Feldstärke bezeichnet) zu bestimmen. Wird dies in mehreren Richtungen und insbesondere für jede der drei orthogonal zueinander verlaufenden Richtungen mit entsprechend dafür vorgesehenen Messelementen durchgeführt, kann ein Vektor der vermessenen magnetischen Eigenschaft (insbesondere der Feldstärke) an dem Mittelpunkt bestimmt werden. Dieser kann die Richtung der Feldstärke aber auch einen Betrag hiervon angeben. Die Richtungen können durch die Achsen eines Magnetsensor-Koordinatensystems definiert sein. Es versteht sich, dass unter einer magnetischen Eigenschaft im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Eigenschaft des vermessenen Magnetfelds verstanden werden kann.For example, an associated pair of sensing elements may measure a magnetic characteristic (eg, the field strength) in a first of three orthogonal directions, and this field strength may be averaged or otherwise appropriately calculated with respect to the distances from the midpoint to match that at To determine the magnetic field strength (herein also generally referred to simply as field strength) between the virtual center enclosed by the measuring elements. If this is carried out in several directions and in particular for each of the three orthogonal directions with correspondingly provided measuring elements, a vector of the measured magnetic property (in particular of the field strength) at the center point can be determined. This can indicate the direction of the field strength but also an amount thereof. The directions may be defined by the axes of a magnetic sensor coordinate system. It is understood that a magnetic property in the context of the present disclosure can be understood as a property of the measured magnetic field.

Wenigstens zwei Messelemente können einen vorbestimmten Referenzpunkt des Sensors zwischen sich einschließen, zum Beispiel den vorstehend erläuterten virtuellen Mittelpunkt eines taktilen oder optischen Sensors.At least two sensing elements may include a predetermined reference point of the sensor between them, for example the above-discussed virtual center of a tactile or optical sensor.

In einer weiteren Ausführungsform weist der taktile Sensor einen Taststiftschaft und ein Tastelement (oder auch Antastkörper), insbesondere eine Tastkugel (oder auch Antastkugel), auf und der Magnetsensor ist in oder an dem Taststiftschaft angeordnet, oder der Magnetsensor ist in oder an dem Tastelement angeordnet, insbesondere befestigt. Das Tastelement ist beispielsweise am Ende des Taststiftschafts angebracht. Beispielsweise kann der Magnetsensor in einem Hohlraum innerhalb des Taststiftschafts angeordnet sein, vorzugsweise an dem Ende des Taststiftschafts, wo das Tastelement angeordnet ist, oder in einem Hohlraum innerhalb des Tastelements angeordnet sein. Im Taststiftschaft oder dem Tastelement kann demgemäß ein Hohlraum vorhanden sein, in dem der Magnetsensor angeordnet ist. Eine andere Möglichkeit ist die Anordnung an einer Außenseite des Taststiftschafts oder des Tastelements. Wenn der Magnetsensor im Tastelement angeordnet ist, können, wie vorstehend geschildert, Messelemente hiervon um einen Referenzpunkt und insbesondere einen Tastelement-Mittelpunkt angeordnet sein und diesen beispielsweise zwischen sich einschließen.In a further embodiment, the tactile sensor has a stylus shaft and a probe element (or else probe body), in particular a probe ball (or probing ball), and the magnetic sensor is arranged in or on the stylus shaft, or the magnetic sensor is arranged in or on the probe element , in particular fastened. The probe element is attached, for example, at the end of the Taststiftschafts. For example, the magnetic sensor may be disposed in a cavity within the stylus shaft, preferably at the end of the stylus shaft where the stylus element is disposed, or disposed in a cavity within the stylus element. In the Taststiftschaft or the probe element may thus be present a cavity in which the magnetic sensor is arranged. Another possibility is the arrangement on an outer side of the Taststiftschafts or the probe element. As described above, if the magnetic sensor is arranged in the feeler element, measuring elements thereof can be arranged around a reference point and in particular a feeler center point and enclose it, for example, between them.

In dem erfindungsgemäßen Sensorzusammenbau kann ein Magnetsensor jeglichen Messprinzips und jeglicher Bauart eingesetzt werden, wobei eine Vielzahl verschiedener Magnetsensoren bekannt ist. In einer speziellen Ausführungsform ist der Magnetsensor ein Hall-Sensor, insbesondere ein 3-dimensionaler oder 3-dimensional erfassender Hall-Sensor. Um eine derartige dreidimensionale Erfassungsfähigkeit bereitzustellen, kann eine vorstehend geschilderte Mehrzahl von Messelementen, die vorzugsweise jeweils in einer von drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen messen, vorgesehen sein. Ferner können paarweise einander zugeordnete Messelemente zur Vermessung in jeder von drei orthogonal zueinander verlaufenden Raumrichtungen vorgesehen sein. Die Messelemente können jeweils Hall-Messelemente sein und zum Beispiel eine Durchdringung von einem Magnetfeld sensorisch erfassen (d. h. wenn sie von einem Magnetfeld insbesondere senkrecht durchdrungen werden Messsignale erzeugen).In the sensor assembly according to the invention, a magnetic sensor of any measurement principle and any type can be used, wherein a plurality of different magnetic sensors is known. In a special embodiment, the magnetic sensor is a Hall sensor, in particular a 3-dimensional or 3-dimensionally detecting Hall sensor. In order to provide such a three-dimensional detection capability, a plurality of measuring elements described above, which preferably each measure in one of three mutually orthogonal spatial directions, may be provided. Furthermore, measuring elements assigned to one another in pairs may be provided for measurement in each of three mutually orthogonal spatial directions. The measuring elements can each be Hall-effect measuring elements and, for example, sensor-detect a penetration of a magnetic field (that is, if they are penetrated by a magnetic field, in particular perpendicularly generate measuring signals).

Der Magnetsensor kann jegliche bekannte äußere Form haben, wobei eine längliche, stabförmige oder zylindrische Form besonders günstig ist.The magnetic sensor may have any known external shape, with an elongated, rod-shaped or cylindrical shape being particularly favorable.

Der Magnetsensor kann in geeignetere Weise elektrisch kontaktiert sein. Der Sensorzusammenbau kann elektrische Kontakte, Leitungen und/oder elektronische Komponenten des Magnetsensors beinhalten.The magnetic sensor may be electrically contacted in a more suitable manner. The sensor assembly may include electrical contacts, leads and / or electronic components of the magnetic sensor.

Weiterhin wird von der Erfindung auch ein Koordinatenmessgerät angegeben, aufweisend einen Sensorzusammenbau wie vorangehend beschrieben. Die Bauart des Koordinatenmessgerätes ist nicht besonders beschränkt, wobei sich die Erfindung besonders gut für ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise oder Horizontalarm-Bauweise eignet.Furthermore, the invention also provides a coordinate measuring machine, comprising a sensor assembly as above described. The design of the coordinate measuring machine is not particularly limited, with the invention being particularly well suited for a gantry type coordinate measuring machine or horizontal arm type.

Ferner betrifft die Erfindung auch eine Anordnung zum Kalibrieren eines Sensorzusammenbaus mit einem Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Aspekte und einem Kalibriernormal, das dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld mit definierten Eigenschaften zu erzeugen. Unter den definierten Eigenschaften können dabei gleichbleibende, bekannte und/oder zuverlässig vermessbare Eigenschaften verstanden werden, insbesondere hinsichtlich der (örtlich) erzeugten Flussdichte oder Feldstärke. Vorzugsweise ist das Kalibriernormal dazu eingerichtet, ein zumindest bereichsweise homogenes Magnetfeld zu erzeugen. Das Kalibriernormal kann ein Permanentmagnetmaterial und/oder einen Elektromagneten umfassen.Furthermore, the invention also relates to an arrangement for calibrating a sensor assembly with a sensor assembly according to one of the preceding aspects and a calibration standard, which is adapted to generate a magnetic field with defined properties. The defined properties can be understood to be consistent, known and / or reliably measurable properties, in particular with regard to the (locally) generated flux density or field strength. Preferably, the calibration standard is set up to generate an at least partially homogeneous magnetic field. The calibration standard may include a permanent magnet material and / or an electromagnet.

In einer Ausführungsform ist das Kalibriernormal zumindest teilweise kugelförmig ausgebildet (zum Beispiel als Viertel-, Halb- oder Vollkugel) und umfasst vorzugsweise ein Permanentmagnetmaterial. Allgemein wird bevorzugt, dass das Kalibriernormal sowohl für eine optische, taktile als auch magnetische Kalibrierung eigerichtet ist, was z.B. durch die vorstehende Ausbildung erzielbar ist. Ferner können hierdurch bevorzugte magnetische Eigenschaften erzielt werden, da das hiervon erzeugte Magnetfeld bzw. dessen Feldlinien in einem Ein- bzw. Austrittsbereich in bzw. aus der Kugel stets senkrecht auf der Kugeloberfläche stehen.In one embodiment, the calibration standard is at least partially spherical (for example as a quarter, half or full sphere) and preferably comprises a permanent magnet material. Generally, it is preferred that the calibration standard be adapted for both optical, tactile and magnetic calibration, e.g. achievable by the above training. Furthermore, as a result, preferred magnetic properties can be achieved, since the magnetic field generated therefrom or its field lines are always perpendicular to the sphere surface in an entry or exit region into or out of the sphere.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kalibriernormal wenigstens eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes, insbesondere als Bestandteil einer sogenannten Helmholtz-Spule (also als Bestandteil eines Paars von konzentrisch und beanstandet zueinander positionierten Spulen). Hierdurch kann ein bereichsweise homogenes Magnetfeld erzeugt werden, in das der Magnetsensor zur Kalibrierung unter verschiedenen Raumrichtungen hinein bewegt werden kann, um dabei Ist-Signale zu ermitteln und mit durch das homogene Magnetfeld erzeugten Soll-Signalen zu vergleichen.In a further embodiment, the calibration standard comprises at least one coil for generating a magnetic field, in particular as part of a so-called Helmholtz coil (that is to say as part of a pair of coils positioned concentrically and objecting to one another). As a result, a region-wise homogeneous magnetic field can be generated, into which the magnetic sensor can be moved for calibration under different spatial directions, in order to determine actual signals and compare them with desired signals generated by the homogeneous magnetic field.

Die Spulen (oder auch allgemein das Kalibriernormal) können auch taktil oder optisch vermessen werden, um auf die Lage bzw. Ausrichtung des erzeugten Magnetfelds schließen zu können. Hierfür kann der taktile oder optische Sensor verwendet werden, vorzugsweise wenn dieser bereits kalibriert wurde.The coils (or also generally the calibration standard) can also be measured tactually or optically in order to be able to infer the position or orientation of the generated magnetic field. For this purpose, the tactile or optical sensor can be used, preferably if this has already been calibrated.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine sogenannte Vergleichsmagnet-Anordnung als Kalibriernormal vorgesehen. Diese an sich bekannte Anordnung umfasst einander gegenüberliegende Magnete, die zwischen sich ein homogenes Magnetfeld erzeugen.In a further embodiment, a so-called comparison magnet arrangement is provided as calibration standard. This known per se arrangement comprises opposing magnets which generate a homogeneous magnetic field between them.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen von magnetischen Eigenschaften eines Werkstücks, wobei bei dem Verfahren ein Sensorzusammenbau wie vorangehend beschrieben eingesetzt wird, und das Verfahren die Schritte aufweist:

  • - Vermessen von magnetischen Eigenschaften des Werkstücks mit dem Magnetsensor des Sensorzusammenbaus.
In a further aspect, the invention relates to a method for measuring magnetic properties of a workpiece, wherein the method uses a sensor assembly as described above, and the method comprises the steps:
  • - Measuring magnetic properties of the workpiece with the magnetic sensor of the sensor assembly.

Die magnetischen Eigenschaften sind insbesondere magnetische Feldstärken, insbesondere in einem an dem Werkstück vorhandenen Magnetfeld. Das Magnetfeld kann ein permanentes Magnetfeld oder ein nicht permanentes Magnetfeld sein, beispielsweise eines, das durch elektrischen Stromfluss in dem Werkstück erzeugt wird.The magnetic properties are in particular magnetic field strengths, in particular in a magnetic field present on the workpiece. The magnetic field may be a permanent magnetic field or a non-permanent magnetic field, such as one generated by electrical current flow in the workpiece.

Das Verfahren kann weiterhin folgenden Schritt aufweisen:

  • - Vermessen von Koordinaten des Werkstücks mit dem optischen Sensor oder dem taktilen Sensor des Sensorzusammenbaus.
The method may further include the following step:
  • - Measuring coordinates of the workpiece with the optical sensor or the tactile sensor of the sensor assembly.

In dieser Variante können eine dimensionelle Messung und eine Messung magnetischer Eigenschaften kombiniert werden.In this variant, a dimensional measurement and a measurement of magnetic properties can be combined.

Das Werkstück ist insbesondere ein Elektromotor oder ein Teil eines Elektromotors. Ein Teil eines Elektromotors ist beispielsweise ein Gehäuse, ein Stator, ein Rotor oder eine Wicklung, die an einem der voran genannten Teile vorgesehen sein kann.The workpiece is in particular an electric motor or a part of an electric motor. A part of an electric motor is, for example, a housing, a stator, a rotor or a winding, which may be provided on one of the aforementioned parts.

In einer Variante des Verfahrens wird bei der Messung das Teil des Elektromotors bewegt, um ein sich bewegendes Magnetfeld zu erzeugen. Dies ist insbesondere bei Teilen vorgesehen, die ein permanentes Magnetfeld erzeugen. Bei dieser Variante der Messung kann der Magnetsensor ortsfest bleiben und das Teil bewegt werden, wobei das Magnetfeld bewegt wird und Messungen an dem Magnetfeld erfolgen können. Insbesondere kann ein magnetischer Rotor bei der Messung rotiert werden und das Rotor-Magnetfeld kann vermessen werden. In einer Variante kann ein Hilfsmagnetfeld oder Störmagnetfeld eingesetzt werden, beispielsweise durch einen weiterhin bei der Messung neben dem Teil des Elektromotors vorhandenen Permanentmagneten oder Elektromagneten, der an sich kein Teil des Elektromotors ist. Das Störmagnetfeld steht in einer Beziehung zu dem sich bewegenden Magnetfeld kann hilfsweise zur Vermessung der magnetischen Eigenschaften dienen, wie in einem Beispiel nachfolgend noch beschrieben.In a variant of the method, the measurement of the part of the electric motor is moved in order to generate a moving magnetic field. This is especially provided for parts that generate a permanent magnetic field. In this variant of the measurement, the magnetic sensor can remain stationary and the part can be moved, wherein the magnetic field is moved and measurements on the magnetic field can take place. In particular, a magnetic rotor can be rotated during the measurement and the rotor magnetic field can be measured. In a variant, an auxiliary magnetic field or interference magnetic field can be used, for example, by a permanent magnet or electromagnet which is additionally present in the measurement next to the part of the electric motor and which is not part of the electric motor per se. The disturbance magnetic field is in a relationship to the moving magnetic field may serve to measure the magnetic properties, as described in an example below.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird bei der Messung das Werkstück, insbesondere ein Teil des Elektromotors, mit elektrischem Strom beaufschlagt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Drahtwicklung oder Spule, die einen Teil des Status des Elektromotors sein kann, mit Strom beaufschlagt werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Insbesondere kann eine Wicklung, wie eine Kupferdrahtwicklung, mit Strom beaufschlagt werden. Es kann durch die unregelmäßige Beschaffenheit der Wicklung/Spule der Stromfluss nicht so sein wie erwünscht. Es wird daher ein Stromfluss in der Wicklung/Spule erzeugt, der beispielsweise einem Stromfluss im Betrieb des Elektromotors entspricht, und es wird geprüft, ob das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld auf Seiten der Wicklung/Spule wunschgemäß ausgebildet ist. Entsprechend können Maßnahmen ergriffen werden, um die Wicklung/Spule zu verbessern. In a further variant of the method, during the measurement, the workpiece, in particular a part of the electric motor, is subjected to electric current in order to generate a magnetic field. For example, current may be applied to a wire coil or coil, which may be part of the status of the electric motor, to generate a magnetic field. In particular, a winding, such as a copper wire winding, be energized. Due to the irregular nature of the winding / coil, the current flow can not be as desired. Therefore, a current flow is generated in the winding / coil, which corresponds for example to a current flow during operation of the electric motor, and it is checked whether the magnetic field generated by this current is formed as desired on the winding / coil side. Accordingly, measures can be taken to improve the winding / coil.

In noch einer Variante des Verfahrens wird mit dem Magnetsensor ein Übergang von ferromagnetischem Material zu nicht ferromagnetischem Material an dem Werkstück ermittelt. Das ferromagnetische Material kann zuvor magnetisiert worden sein, und entsprechend ein Magnetfeld erzeugen, und das nicht ferromagnetische Material weist kein oder ein schwächeres Magnetfeld auf, wobei das oder die Magnetfelder von dem Magnetsensor erfasst wird.In yet another variant of the method, a transition from ferromagnetic material to non-ferromagnetic material on the workpiece is determined with the magnetic sensor. The ferromagnetic material may have previously been magnetized and correspondingly generate a magnetic field, and the non-ferromagnetic material has no or a weaker magnetic field, wherein the magnetic field (s) is detected by the magnetic sensor.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorzusammenbaus, wobei der Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Aspekte ausgebildet ist und das Verfahren den Schritt aufweist:

  • - Vermessen von magnetischen Eigenschaften eines Kalibriernormals mit dem Magnetsensor des Sensorzusammenbaus.
Finally, the invention also relates to a method for calibrating a sensor assembly, wherein the sensor assembly according to one of the preceding aspects is formed and the method comprises the step:
  • - Measuring magnetic properties of a calibration standard with the magnetic sensor of the sensor assembly.

Bei dem Kalibriernormal kann es sich um ein Kalibriernormal gemäß jeglichem der vorstehenden Beispiele handeln, also z.B. um ein Kalibriernormal der vorstehend erläuterten Anordnung. Die magnetischen Eigenschaften können ein von dem Kalibriernormal erzeugtes Magnetfeld betreffen und der Magnetsensor kann relativ zu dem Kalibriernormal positioniert und/oder bewegt werden, um diese Eigenschaften zu erfassen. Die ermittelten Messsignale oder Messwerte können zum Beispiel gemeinsam mit dazugehörigen Positionsinformationen des Magnetsensors abgespeichert werden, die beispielsweise aus Achsstellungen des Koordinatenmessgeräts (KMG) oder durch mit dem vorzugsweise kalibrierten optischen oder taktilen Sensor durchgeführten Antastungen des Kalibriernormals ermittelt werden können. Somit kann bestimmt werden, in welchen Positionen welche lokalen magnetischen Eigenschaften (insbesondere ein Feldstärkevektor) mit dem Magnetsensor ermittelt werden und dies kann zwecks Kalibrierung mit an diesen Positionen erwarteten Soll-Eigenschaften verglichen werden.The calibration standard may be a calibration standard according to any of the above examples, e.g. to a calibration standard of the above-explained arrangement. The magnetic properties may relate to a magnetic field generated by the calibration standard, and the magnetic sensor may be positioned and / or moved relative to the calibration standard to detect these characteristics. The determined measurement signals or measured values can be stored, for example, together with associated position information of the magnetic sensor, which can be determined, for example, from axis positions of the coordinate measuring machine (CMM) or by probing the calibration standard carried out with the preferably calibrated optical or tactile sensor. Thus, it can be determined in which positions which local magnetic properties (in particular a field strength vector) are determined with the magnetic sensor and this can be compared with the target properties expected at these positions for the purpose of calibration.

Im Rahmen der Kalibrierung kann allgemein ein Zusammenhang zwischen den vom Sensor erfassten (Ist-) Werten und tatsächlich erwarteten (Soll-) Werten ermittelt werden und können zum Beispiel aus einem Vergleich hiervon Kalibrierparameter bestimmt werden, damit zukünftige erfasste (Ist-) Werte und tatsächlich erwartete (Soll-) Werte übereinstimmen bzw. die (Ist-) Werte in (Soll-) Werte entsprechend transformierbar sind.In the context of the calibration, a relationship between the (actual) values actually acquired by the sensor and actually expected (desired) values can generally be determined and can be determined, for example, from a comparison of calibration parameters so that future acquired (actual) values and actually expected (setpoint) values match or the (actual) values can be transformed accordingly into (setpoint) values.

Dies kann beispielsweise eine Transformation eines Magnetsensor-Koordinatensystems in ein Gerätekoordinatensystem umfassen, beispielsweise mittels einer im Rahmen der Kalibrierung ermittelten Transformationsmatrix. Die Messeelemente des Magnetsensors können bei bestimmten Ausführungsformen vor allem dann aussagekräftige Signale liefern, wenn sie in einer bestimmten Weise relativ zu einem Magnetfeld angeordnet sind (z.B. senkrecht von den Feldlinien durchdrungen werden). Zum Erzielen einer gewünschten Genauigkeit ist es allgemein bevorzugt, eine Lage der Messelemente, welche über das Magnetsensor-Koordinatensystem festgelegt ist, zu ermitteln, sodass deren Messwerte zum Beispiel in ein Gerätekoordinatensystem transformierbar sind.This can include, for example, a transformation of a magnetic sensor coordinate system into a device coordinate system, for example by means of a transformation matrix determined as part of the calibration. The sensing elements of the magnetic sensor may, in certain embodiments, provide meaningful signals above all if they are arranged in a particular manner relative to a magnetic field (e.g., penetrated perpendicularly by the field lines). In order to achieve a desired accuracy, it is generally preferred to determine a position of the measuring elements, which is determined via the magnetic sensor coordinate system, so that their measured values can be transformed, for example, into a device coordinate system.

Zusätzlich oder alternativ kann im Rahmen der Kalibrierung wenigstens eine der folgenden Eigenschaften bestimmt werden: ein Ursprung des Magnetsensor-Koordinatensystems, rechtwinklige Abweichungen von, wie oben beschrieben, paarweise einander zugeordneten Messelementen des Magnetsensors, eine Messsensitivität bzw. Kennlinie des Magnetsensors und/oder von dessen einzelnen Messelementen.Additionally or alternatively, at least one of the following properties may be determined during the calibration: an origin of the magnetic sensor coordinate system, rectangular deviations of paired sensing elements of the magnetic sensor as described above, a measurement sensitivity of the magnetic sensor, and / or of the same individual measuring elements.

In einer Variante kann mit dem Magnetsensor das Magnetfeld derart vermessen werden, dass eine Form bzw. räumliche Erstreckung des Magnetfelds (in der Regel ein Toroid) bestimmbar ist. Dies kann dann mit einer Soll-Form bzw.-Erstreckung verglichen werden. Hierfür kann das Magnetfeld an einer zur mathematischen Bestimmung der erwarteten geometrischen Form erforderlichen Mindestanzahl von Positionen vermessen werden (z.B. sieben beim Toroid). Allgemein ist aber auch eine scannende Vermessung mit dem Magnetsensor möglich, bei der dieser im Rahmen einer kontinuierlichen (d. h. unterbrechungsfreien) Bewegung fortlaufend Messwerte erfasst.In a variant, the magnetic field can be used to measure the magnetic field such that a shape or spatial extension of the magnetic field (usually a toroid) can be determined. This can then be compared with a desired shape or extent. For this, the magnetic field can be measured at a minimum number of positions required for mathematically determining the expected geometric shape (e.g., seven in the toroid). In general, however, it is also possible to carry out a scanning measurement with the magnetic sensor, in which the latter continuously records measured values as part of a continuous (that is to say interruption-free) movement.

Das Verfahren kann ferner ein Vermessen des Kalibriernormals durch (optisches und taktiles) Antasten mit dem Sensor umfassen, wobei darauf basierend der Sensor kalibriert und/oder auf magnetische Eigenschaften des Kalibriernormals geschlossen wird. Im ersten Fall können Zeit und Kosten gespart werden, da ein und dasselbe Kalibriernormal für eine Kalibrierung beider Sensorkomponenten des Sensorzusammenbaus verwendet werden kann. Im zweiten Fall können Sollwerte des erzeugten Magnetfelds ermittelt bzw. kann auf diese geschlossen werden. Hierfür kann beispielsweise mit dem taktilen oder optischen Sensor eine Position und/oder Lage des Kalibriernormals bestimmt werden, beispielsweise von einzelnen Spulen einer Helmholtzspule. Ist diese bekannt, kann eine erwartete Lage und/oder Ausrichtung des erzeugten Magnetfelds (bzw. ein räumlicher Verlauf von dessen Feldlinien) bestimmt werden und können daraus Sollwerte zum Vergleich mit den tatsächlichen Messwerten des Magnetsensors an bestimmten Positionen im Raum abgeleitet werden. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass der antastende Sensor bereits kalibriert ist.The method may further comprise measuring the calibration standard by (optical and tactile) probing with the sensor, based thereon calibrating the sensor and / or inferring magnetic properties of the calibration standard. In the first case, time and costs can be saved because one and the same calibration standard can be used for a calibration of both sensor components of the sensor assembly. In the second case, nominal values of the generated magnetic field can be determined or can be closed to them. For this purpose, for example with the tactile or optical sensor, a position and / or position of the calibration standard can be determined, for example, by individual coils of a Helmholtz coil. If this is known, an expected position and / or orientation of the generated magnetic field (or a spatial progression of its field lines) can be determined and from this, desired values can be derived for comparison with the actual measured values of the magnetic sensor at specific positions in space. In this context, it is preferred that the probing sensor is already calibrated.

Zum Bestimmen der Stärke des von dem Kalibriernormal erzeugten Magnetfelds können die hierin offenbarte Anordnung sowie das Kalibrierverfahren einen zusätzlichen, von dem Sensorzusammenbau unabhängigen und vorzugsweise ortsfest relativ zum Kalibriernormal angeordneten Referenzsensor vorsehen. Dieser kann die Stärke des Magnetfelds z.B. als Betrag der Feldstärke oder eine vergleichbare und zum Beispiel hiervon abhängige Größe messen, vorzugsweise in einem homogenen Bereich des erzeugten Magnetfeldes. Auch der Magnetsensor kann dazu eingerichtet sein, Messsignale bezüglich der Stärke (zum Beispiel des Betrags der Feldstärke) des Magnetfelds zu erzeugen. Diese können daraufhin mit den Referenzsensor-Messwerten verglichen werden, wobei Letztere Soll-Werte darstellen.In order to determine the strength of the magnetic field generated by the calibration standard, the arrangement disclosed here and the calibration method can provide an additional reference sensor which is independent of the sensor assembly and preferably arranged in a stationary manner relative to the calibration standard. This can determine the strength of the magnetic field e.g. measure as an amount of field strength or a comparable and, for example, dependent size, preferably in a homogeneous region of the generated magnetic field. The magnetic sensor may also be configured to generate measurement signals relating to the strength (for example, the magnitude of the field strength) of the magnetic field. These can then be compared with the reference sensor readings, the latter representing desired values.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann unter einem Antasten allgemein ein optisches oder taktiles Antasten verstanden werden und impliziert nicht zwingend einen physischen Kontakt, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.In the context of the present disclosure, a probing may generally be understood as an optical or tactile probing and does not necessarily imply physical contact unless otherwise indicated or apparent.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

  • 1: einen erfindungsgemäßen Sensorzusammenbau;
  • 2: eine erste Variante der Anordnung eines Magnetsensors;
  • 3: eine weitere Variante der Anordnung eines Magnetsensors;
  • 4: eine Messanordnung zur Vermessung eines Rotors eines Elektromotors mit dem erfindungsgemäßen Sensorzusammenbau;
  • 5a-d: einen Messablauf zur Vermessung eines Rotors eines Elektromotors mit dem erfindungsgemäßen Sensorzusammenbau;
  • 6: den Aufbau eines zu vermessenen Rotors eines Elektromotors;
  • 7: einen Zusammenbau zwischen Rotor und Stator bei einem Elektromotor;
  • 8: den Stator eines Asynchronmotors;
  • 9a-b: das Prinzip der Einbringung von Wicklungen in einem Stator eines Elektromotors;
  • 10: Stator eines Elektromotors mit verschiedenen Wicklungen in verschiedener Lage;
  • 11: eine Koordinatenmessung an einem Stator;
  • 12: einen Rotor mit Kupferkurzschlussläufern;
  • 13: eine Detailansicht des Rotors aus 12;
  • 14: ein KMG mit erfindungsgemäßem Sensorzusammenbau;
  • 15: eine Teildarstellung eines Sensorzusammenbaus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 16: ein Kalibriernormal einer erfindungsgemäßen Anordnung;
  • 17: ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein Kalibriernormal.
The invention will be described below with reference to exemplary embodiments. Show it:
  • 1 a sensor assembly according to the invention;
  • 2 a first variant of the arrangement of a magnetic sensor;
  • 3 a further variant of the arrangement of a magnetic sensor;
  • 4 a measuring arrangement for measuring a rotor of an electric motor with the sensor assembly according to the invention;
  • 5a-d a measurement sequence for measuring a rotor of an electric motor with the sensor assembly according to the invention;
  • 6 : the structure of a rotor to be measured of an electric motor;
  • 7 : an assembly between rotor and stator in an electric motor;
  • 8th : the stator of an asynchronous motor;
  • 9a-b : the principle of introducing windings in a stator of an electric motor;
  • 10 : Stator of an electric motor with different windings in different position;
  • 11 a coordinate measurement on a stator;
  • 12 a rotor with copper short-circuit rotors;
  • 13 : a detailed view of the rotor 12 ;
  • 14 a CMM with inventive sensor assembly;
  • 15 a partial representation of a sensor assembly according to another embodiment;
  • 16 a calibration standard of an arrangement according to the invention;
  • 17 an alternative embodiment for a calibration standard.

1 zeigt einen Sensorzusammenbau 1. Der taktile Sensor 2 ist in Form eines Taststifts ausgebildet, welcher den Taststiftschaft 3 und die Tastkugel 4 aufweist. Der Taststiftschaft 3 ist an dem Taststifthalter 5 angebracht, welcher wiederum an dem Taster-Befestigungswürfel 6 befestigt ist. Oberhalb des Befestigungswürfels 6 ist eine mechanische Verlängerung 7 angebracht, die an einem Kopplungselement 8 angebracht ist. Das tellerförmige Kopplungselement 8 ist dazu vorgesehen, an einen Messkopf eines KMG angekoppelt zu werden. Hierzu sind drei Lagerzylinder 9 vorgesehen, von denen zwei gezeigt sind, und die mit Gegenzylinderpaaren an einem Messkopf im Sinne einer bekannten Dreipunktlagerung zusammenwirken. 1 shows a sensor assembly 1 , The tactile sensor 2 is in the form of a stylus, which the Taststiftschaft 3 and the probe ball 4 having. The stylus shaft 3 is on the stylus holder 5 attached, which in turn to the button-mounting cube 6 is attached. Above the mounting cube 6 is a mechanical extension 7 attached to a coupling element 8th is appropriate. The plate-shaped coupling element 8th is intended to be coupled to a measuring head of a CMM. For this purpose, three bearing cylinders 9 provided, two of which are shown, and which cooperate with counter cylinder pairs on a measuring head in the sense of a known three-point bearing.

KMGs mit VAST®, VAST XT® und VAST XTR® Messköpfen von Zeiss zeichnen sich dadurch aus, dass sie durch den kardanischen Aufbau des Tastkopfes sehr lange Taststiftschafte 3 tragen können, wie hier gezeigt, ohne dass der Taststiftschaft 3 in tiefen Bohrungen zu Fehlantastungen führt. Die Tastkugel 4 besteht aus Rubin und der Taststiftschaft 3 wird kann aus Keramik oder Kohlefaser Verbundwerkstoffen hergestellt sein, so dass die magnetischen Felder für einen im Taststiftschaft 3 befindlichen 3D Hallsensor messbar bleiben. Der externe Einfluss sowie die Ausrichtung des Magnetsensors sowie dessen Verstärkungskennlinie lassen sich in einer geeigneten Vorrichtung kalibrieren.CMMs with VAST®, VAST XT® and VAST XTR® measuring heads by Zeiss are characterized by the fact that they have a very long stylus due to the cardan design of the probe head 3 can wear, as shown here, without the stylus shaft 3 leads in deep holes to Fehlantastungen. The probe ball 4 consists of ruby and the stylus shaft 3 can be made of ceramic or carbon fiber composites, so that the magnetic fields for a in Taststiftschaft 3 3D Hall sensor remain measurable. The external influence as well as the orientation of the magnetic sensor and its gain characteristic can be calibrated in a suitable device.

Der Sensorzusammenbau 1 weist ferner die Elektronikbox 10 auf, in der Elektronik für den nachfolgend anhand anderer Figuren noch dargestellten Hall Sensor 13 untergebracht ist. An der Elektronikbox 6 ist ein Stecker 11 für eine flexible Leiterplatte 12 vorgesehen, die in den Taststiftschaft 3 hinein läuft und sich durch den Taststiftschaft 3 hindurch fortsetzt, bis zu dem in der Tastkugel 4 oder am kugelseitigen Ende des Taststiftschafts 3 angebrachten Hallsensor. The sensor assembly 1 also has the electronics box 10 on, in the electronics for the Hall sensor still shown below with reference to other figures 13 is housed. At the electronics box 6 is a plug 11 for a flexible circuit board 12 provided in the stylus shaft 3 into it and through the stylus shaft 3 continues through to the in the ball 4 or at the ball end of the stylus shaft 3 attached Hall sensor.

2 zeigt eine Variante, in welcher der 3D-Hall Sensor 13 sich sehr nahe an der Tastkugel 4 innerhalb des Taststiftschafts 3 befindet, in einem in dem Taststiftschaft 3 gebildeten Hohlraum 14. Der Hall Sensor 13 ändert seinen Abstand zu der Tastkugel 4 nicht und ist also relativ orts- bzw. raumfest zu der Tastkugel 4. Durch den kartesischen Aufbau eines verwendeten Tastkopfes bleibt der räumliche Abstand des Hall Sensors 13 zur Tastkugel 4 bei einer Messung gleich und die räumliche Orientierung des Magnetfeldsensors 13 ist auch immer gleich, insbesondere wenn es sich bei dem KMG um das üblicherweise verwendete Portal- oder den Horizontalarm-KMG handelt. 2 shows a variant in which the 3D Hall sensor 13 very close to the probe ball 4 within the stylus shaft 3 located in one in the stylus shaft 3 formed cavity 14 , The Hall sensor 13 changes its distance to the probe ball 4 not and is therefore relatively fixed in space or space to the Tastkugel 4 , Due to the Cartesian structure of a probe used remains the spatial distance of the Hall sensor 13 to the probe ball 4 in a measurement equal and the spatial orientation of the magnetic field sensor 13 is always the same, especially if the CMM is the commonly used gantry or horizontal arm CMM.

3 zeigt eine Variante, bei der der 3D-Magnetfeldsensor 13 direkt in die Mitte der Tastkugel 4 angeordnet ist, was eine technisch besonders gute Lösung ist, weil sich der Magnetfeldsensor 13 nahe bei dem Antastpunkt der Tastkugel 4 befindet. Dies ist technisch möglich, da sich auch üblicherweise als Tastkugel 4 verwendete Rubinkugeln anbohren lassen. Die elektrische Verbindung zur Elektronikbox 10 wird wie in 2 wird über eine Flex-Leiterplatte 12 hergestellt, welche durch den Taststiftschaft 3 und durch den Taststifthalter 5 geführt und nach dem Einschrauben des Taststiftschafts mit dem Stecker 11 dort eingesteckt wird. 3 shows a variant in which the 3D magnetic field sensor 13 directly into the center of the probe ball 4 is arranged, which is a technically particularly good solution, because the magnetic field sensor 13 next to the touch point of the tactile ball 4 located. This is technically possible, since usually also as a tactile ball 4 allow used ruby balls to be drilled. The electrical connection to the electronics box 10 will be like in 2 is via a flex circuit board 12 made by the stylus shaft 3 and through the stylus holder 5 guided and after screwing the Taststiftschafts with the plug 11 is plugged in there.

Die Kommunikation zwischen der KMG-Steuerung und der Ansteuer- und Auswerteelektronik des 3D-Magnetfeldsensors 13 erfolgt über ein hier nicht näher dargestelltes Leitungssystem zur Signal- oder Datenübertragung. Beispielsweise sind leitende Verbindungen zur Informationsübertragung und ein Aufbau verwendbar, wie in DE 10 2004 048 095 A1 , insbesondere bei den dortigen 4 und 5, gezeigt.The communication between the CMM control and the control and evaluation of the 3D magnetic field sensor 13 via a not-shown here line system for signal or data transmission. For example, conductive connections for information transmission and construction are usable as in DE 10 2004 048 095 A1 especially at the local ones 4 and 5 , shown.

Um die durch die hohe Punkterate großen Datenmengen bestehend aus den 3D Magnetfeldstärken zu den Abtastzeitpunkten besser übertragen zu können, können diese komprimiert und in die Zeiten der Umfahrwege des Werkstücks des KMG gelegt werden. Dazu kann in der Auswerteelektronik des Magnetfeldsensors 13 ausreichend Speicher vorgesehen werden, um die Magnetfeldstärken zu den Abtastzeitpunkten des Tastkopfmesssystems 1 einer kompletten Bahn zu speichern und zeitversetzt zu übertragen.In order to be able to transfer the large amounts of data consisting of the 3D magnetic field strengths at the sampling times better by the high dot rate, they can be compressed and placed in the times of the paths of the workpiece of the CMM. This can be done in the transmitter of the magnetic field sensor 13 sufficient memory to provide the magnetic field strengths at the sampling instants of the probe measurement system 1 store a complete train and transfer it with a time delay.

Nachfolgende Fig. zeigen Beispiele für die gesonderte oder auch gleichzeitige Messung von mechanischen Größen und magnetischen Eigenschaften sowie die Kombination der Ergebnisse im Sinne eines erfindungsgemäßen Verfahrens.The following figures show examples for the separate or simultaneous measurement of mechanical parameters and magnetic properties as well as the combination of the results in the sense of a method according to the invention.

4 und 5a-d zeigen den Rotor 15 eines Relunktanzmotors mit der Welle 20 und der Passfeder 21, welcher durch seine Magnetbleche 16 Pole 17 und Lücken 18 aufweist, die aber von außen optisch nicht sichtbar sind. Beaufschlagt man diesen Rotor 15 mit einem Hilfsmagnetfeld aus dem Hilfsmagneten 19, den Stabmagnet unterhalb des Rotors 15, so ist bei einer entsprechenden Aufspannung zwischen Spitzen sowohl der Rundlauf als auch die Position der Pole 17 und Lücken 18 gleichzeitig messbar. Aber auch die Orientierung der Pole 17 und Lücken 18 zur Nut 22 der Passfeder 21 und somit zur Position eines später montierten Zahnrades oder Winkelgebers lässt sich hierdurch feststellen. Dadurch wird es z.B. möglich, das Ansteuerfeld des für den Betrieb dieses Motors notwendigen Umrichters hinsichtlich Leistung und Laufruhe zu optimieren. 4 and 5a-d show the rotor 15 a Relunktanzmotors with the shaft 20 and the feather key 21 , which by its magnetic sheets 16 Pole 17 and gaps 18 has, but are not visually visible from the outside. Acting on this rotor 15 with an auxiliary magnetic field from the auxiliary magnet 19 , the bar magnet below the rotor 15 , so with a corresponding clamping between peaks both the concentricity and the position of the poles 17 and gaps 18 measurable at the same time. But also the orientation of the poles 17 and gaps 18 to the groove 22 the feather key 21 and thus to the position of a later mounted gear or angle encoder can be determined thereby. This makes it possible, for example, to optimize the control field of the necessary for the operation of this motor inverter in terms of performance and smoothness.

Neben dem Rotor 15 ist die Sensoranordnung 1 der Erfindung ortsfest positioniert. Diese Bilderfolge der 5a-d zeigt den Rotor 15 des Reluktanzmotors während der Drehung. Hierdurch wird erkennbar, dass die Pole 17 und Lücken 18 eine Veränderung des Hilfsmagnetfeldes aus dem Hilfsmagneten 19 hervorrufen, da sich der magnetische Widerstand zwischen Magnetfeldsensor 13 und Hilfsmagnet 19 ständig ändert, was von den Magnetfeldsensor 13 detektiert wird. Einer der Pole 17 und zwei der Lücken 18, die diesem Pol 17 benachbart sind jeweils gezeigt.Next to the rotor 15 is the sensor arrangement 1 the invention positioned stationary. This picture sequence of 5a-d shows the rotor 15 of the reluctance motor during rotation. This shows that the poles 17 and gaps 18 a change of the auxiliary magnetic field from the auxiliary magnet 19 cause, as the magnetic resistance between magnetic field sensor 13 and auxiliary magnet 19 constantly changes what's from the magnetic field sensor 13 is detected. One of the poles 17 and two of the gaps 18 that this pole 17 adjacent are shown respectively.

An dem Schnittbild der 6 eines Rotors 15 eines Reluktanzmotors ist erkennbar, dass die innere Form nicht mehr an der rund geschliffenen Oberfläche des Rotors 15 sichtbar ist, wenn er als Werkstück vermessen wird. Dies wird besonders dann wichtig, wenn man die Messungen bei verschiedenen Werkstücktemperaturen durchführt, um auf die Formänderung bei einem realen Motor unter Erwärmung zu schließen. Formänderungen haben hier einen erheblichen Einfluss auf den realisierbaren Luftspalt zwischen Rotor und Stator, welcher seinerseits sehr wichtig für die mögliche Leistung des Motors selbst ist.At the sectional picture of the 6 a rotor 15 a reluctance motor can be seen that the inner shape is no longer on the round ground surface of the rotor 15 is visible when measured as a workpiece. This becomes particularly important when carrying out the measurements at different workpiece temperatures in order to conclude the change in shape in a real engine under heating. Changes in shape here have a significant influence on the feasible air gap between the rotor and stator, which in turn is very important for the possible performance of the engine itself.

Es versteht sich, dass erfindungsgemäß auch andere Rotortypen mit der hierin vorgestellten Lösung magnetisch und hinsichtlich ihrer Dimensionen/Positionierung vermessbar sind, z. B. Rotoren mit Permanentmagneten. Auch im Stator angeordnete Permanentmagneten können entsprechend vermessen werden.It is understood that according to the invention, other rotor types with the solution presented herein are magnetic and in terms of their dimensions / positioning vermessbar, z. B. rotors with permanent magnets. Also arranged in the stator Permanent magnets can be measured accordingly.

7 zeigt den Zusammenbau von Rotor 15 und Stator 23 in dem Gehäuse 24 bei dem Elektromotor 45, wobei die Wicklung am Stator 23 sowie die Halterung der Magnetbleche am Rotor 15 aus Gründen der Sichtbarkeit fehlen. 7 shows the assembly of rotor 15 and stator 23 in the case 24 at the electric motor 45 , where the winding on the stator 23 and the holder of the magnetic sheets on the rotor 15 for reasons of visibility missing.

In 8 ist das Prinzip eines Asynchronmotors dargestellt. Gezeigt sind der Stator 25, mit dem Stator-Rücken 26 und den Kupferwicklungen 27. Ferner sind der Rotor 28 mit dem Kurzschlussring 29, den Kurzschlussstäben 30 und der Rotorwelle 31 gezeigt. Hierbei wird sichtbar, dass auch hier für einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Luftspalt 32 so klein wie möglich gehalten werden sollte, da der magnetische Widerstand in Luft ein vielfaches des magnetischen Widerstandes der Eisenbleche im Stator und Rotor beträgt.In 8th the principle of an asynchronous motor is shown. Shown are the stator 25 , with the stator back 26 and the copper windings 27 , Further, the rotor 28 with the short-circuit ring 29 , the short-circuit bars 30 and the rotor shaft 31 shown. Here it becomes visible that here as well the highest possible efficiency of the air gap 32 As small as possible, since the magnetic resistance in air is a multiple of the magnetic resistance of the iron sheets in the stator and rotor.

In 9a-b ist gezeigt, wie eine Wicklung in einen Stator 34 eingelegt und gebunden wird. In 9a ist eine teilweise fertig gestellte Wicklung 33' gezeigt (die aus mehreren Einzelwicklungen besteht), in 9b eine vollständige Wicklung 33. Diese Arbeiten werden bei einer Vielzahl von Motoren von einer Person erledigt, welche die Kupferwicklung 33 einlegt, befestigt und entsprechend den Erfordernissen biegt und dann bindet. Diese Art der halbautomatischen Herstellung sorgt dafür, dass jeder Elektromotor anders gewickelt ist und somit auch unterschiedliche Kennwerte liefert. Um die Qualität des Elektromotors und der einzelnen Wicklungen zu überprüfen, sollte der Motor auf einem KMG befestigt werden und die Wicklung 33 mit einem von der Steuerung des KMG steuerbaren Stromgenerator verbunden werden. Somit kann neben der Messung der mechanischen Abmessungen gleichzeitig auch das entstehende magnetische Feld gemessen werden. Da der 3D Magnetsensor 13 im Taststift sehr empfindlich ist, kann die Messung bereits vor dem „Vergießen“ der Wicklung erfolgen, d.h. evtl. vorhandene Fehler lassen sich durch Nacharbeit korrigieren. Dies ist besonders wichtig, da fehlerhaft gebundene Wicklungen 33 Kräfte erzeugen, die zu einem frühzeitigen Ausfall des Motors führen können.In 9a-b is shown as a winding in a stator 34 is inserted and bound. In 9a is a partially completed winding 33 ' shown (which consists of several individual windings), in 9b a complete winding 33 , This work is done in a variety of engines by a person, the copper winding 33 inserted, fastened and bent according to the requirements and then binds. This type of semi-automatic production ensures that each electric motor is wound differently and thus also provides different characteristics. To check the quality of the electric motor and the individual windings, the motor should be mounted on a CMM and the winding 33 be connected to a controllable by the control of the CMM power generator. Thus, in addition to the measurement of the mechanical dimensions, the resulting magnetic field can be measured simultaneously. Because the 3D magnetic sensor 13 is very sensitive in the stylus, the measurement can be done before the "pouring" of the winding, ie any errors can be corrected by rework. This is especially important because of incorrectly bound windings 33 Generate forces that can lead to premature failure of the engine.

In 10 ist ein Stator 38 mit verschiedenen Einzel-Wicklungen 35, 36, 37 gezeigt. Es kann durch die Richtung der durch die Wicklungen 35, 36, 37 erzeugten Magnetfelder bei Anlegen von Strom durch die Wicklungen bestimmt werden, ob die jede Wicklung 35, 36, 37 an der vorgesehenen Position liegt. Dies wird dadurch erreicht, dass je nach Bestromung der einzelnen Wicklungen 35, 36, 37 und Messung der magnetischen Feldstärke und Richtung ein umfassendes Bild der gesamten Wicklung automatisch erfasst werden kann.In 10 is a stator 38 with different single windings 35 . 36 . 37 shown. It may be due to the direction of the windings 35 . 36 . 37 Magnetic fields generated when applying current through the windings are determined, whether the each winding 35 . 36 . 37 is at the intended position. This is achieved by depending on the current supply of the individual windings 35 . 36 . 37 and measuring the magnetic field strength and direction a comprehensive picture of the entire winding can be automatically detected.

In 11 ist eine Anpassung des Datums 34 mit im Taststift 2 gezeigt. Durch selbstzentrierende Antastung mit der Tastkugel 4 in Lücken 39 des Statorbleches bzw. durch selbstzentrierendes Scanning dieser Lücken mit gleichzeitiger Magnetfeldmessung kann direkt ein Bezug zwischen mechanischer Position und magnetischem Streufeld hergestellt werden. Bei geeigneter Wahl des Durchmessers der Tastkugel 4 im Verhältnis zur Lückenbreite erkennt man auch eine Überfüllung der Nut mit Wicklungsdraht. Durch Kreisbewegungen in der Luft oberhalb, unterhalb und neben den gebundenen Wicklungsdrähten kann sowohl die Einhaltung von Störkonturen als auch die Qualität der Montage der Drahtpakete geprüft werden.In 11 is an adaptation of the date 34 with in the stylus 2 shown. By self-centering probing with the probe ball 4 in gaps 39 Statorbleches or self-centering scanning these gaps with simultaneous magnetic field measurement can be made directly a relation between mechanical position and stray magnetic field. With a suitable choice of the diameter of the probe ball 4 In relation to the gap width one also recognizes an overfilling of the groove with winding wire. By circular movements in the air above, below and next to the bonded winding wires, both the compliance of Störkonturen and the quality of the assembly of the wire packages can be tested.

Eine weitere Anwendung eines Taststiftes 2 mit Magnetfeldsensor 13 ist die Messung von Materialübergängen zwischen und ferromagnetischen nicht ferromagnetischen Materialien wie hier am Beispiel eines Rotors 40 mit Aluminium- oder Kupferkurzschlussläufern, der in 12 gezeigt ist. Nach der Endbearbeitung des Werkstücks (Rotor 40) ist hinsichtlich der Oberfläche für ein normales KMG der Unterschied der verschiedenen Materialien nicht mehr erkennbar.Another application of a stylus 2 with magnetic field sensor 13 is the measurement of material transitions between and ferromagnetic non-ferromagnetic materials as here with the example of a rotor 40 with aluminum or copper short-circuiters, which in 12 is shown. After finishing the workpiece (rotor 40 ), the difference of the different materials is no longer recognizable with respect to the surface for a normal CMM.

13 zeigt eine Detailansicht des Rotors 40. Durch ein extern aufgebrachtes Hilfsmagnetfeld bzw. durch eine Vormagnetisierung des Rotorbleches 41 und die Auswertung des Magnetfeldes kann man jedoch die Übergänge wie hier zwischen Eisen 42 und Kupfer 43 durchaus erkennen und somit entlang der hier auf einer schrägen Zylindermandellinie verlaufenden Kupferlinie 44 scannen. 13 shows a detailed view of the rotor 40 , By an externally applied auxiliary magnetic field or by a bias of the rotor plate 41 and the evaluation of the magnetic field, however, one can see the transitions as here between iron 42 and copper 43 recognizable and thus along the running here on an oblique cylinder calender line copper line 44 to scan.

Das in 14 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 211 in Portalbauweise weist einen Messtisch 201 auf, über der Säulen 202, 203 in Y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems beweglich angeordnet sind. Die Säulen 202, 203 bilden zusammen mit einem Querträger 204 ein Portal des KMG 211. Der Querträger 204 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 202 bzw. 203 verbunden. Nicht näher dargestellte Elektromotoren verursachen die Linearbewegung der Säulen 202, 203 in Y-Richtung, entlang der Y-Bewegungs-Achse. Dabei ist z. B. jeder der beiden Säulen 202, 203 ein Elektromotor zugeordnet. Der Querträger 204 ist mit einem Querschlitten 207 kombiniert, welcher luftgelagert entlang dem Querträger 204 in X-Richtung des kartesischen Koordinatensystems beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 207 relativ zu dem Querträger 204 kann anhand einer Maßstabsteilung 206 festgestellt werden. Die Bewegung des Querträgers 204 in X-Richtung, d.h. entlang der X-Bewegungs-Achse, wird durch einen weiteren Elektromotor angetrieben. An dem Querschlitten 207 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 208 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 210 und eine Drehvorrichtung 205 mit einer Messkopf 209 verbunden ist.This in 14 illustrated coordinate measuring machine (CMM) 211 in portal construction has a measuring table 201 up, over the pillars 202 . 203 are movably arranged in the Y direction of a Cartesian coordinate system. The columns 202 . 203 form together with a cross member 204 a portal of the CMM 211 , The crossbeam 204 is at its opposite ends with the pillars 202 respectively. 203 connected. Not shown electric motors cause the linear movement of the columns 202 . 203 in the Y direction, along the Y motion axis. It is z. B. each of the two columns 202 . 203 associated with an electric motor. The crossbeam 204 is with a cross slide 207 combined, which air-stored along the cross member 204 movable in the X direction of the Cartesian coordinate system. The current position of the cross slide 207 relative to the cross member 204 can be based on a scale division 206 be determined. The movement of the crossbeam 204 in the X-direction, ie along the X-motion axis, is driven by another electric motor. At the cross slide 207 is a vertically movable quill 208 stored, which at its lower end over a mounter 210 and a turning device 205 with a measuring head 209 connected is.

An den Messkopf 209 ist ein erfindungsgemäßer Sensorzusammenbau 1 angekoppelt, wie in 1 gezeigt.To the measuring head 209 is a sensor assembly according to the invention 1 coupled, as in 1 shown.

Der Messkopf 209 kann angetrieben durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 207 in Z-Richtung, entlang der Z-Bewegungs-Achse, des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die Elektromotoren des KMG kann der Messkopf 209 in dem Bereich unterhalb des Querträgers 204 in nahezu beliebige Positionen bewegt werden. Ferner kann die Drehvorrichtung 205 den Messkopf 209 um die Z-Achse drehen, sodass der Sensorzusammenbau 1in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet werden kann. Nicht dargestellt ist eine Steuerung, die die Bewegung der beweglichen Teile des KMG entlang der Bewegungs-Achsen steuert. Die Steuerung ist eingerichtet zur Durchführung einer oder mehrerer der im allgemeinen Beschreibungsteil erläuterten Schritte.The measuring head 209 can be driven by another electric motor relative to the cross slide 207 in the Z direction, along the Z-motion axis, of the Cartesian coordinate system. By the electric motors of the CMM, the measuring head 209 in the area below the cross member 204 be moved in almost any position. Furthermore, the rotating device 205 the measuring head 209 rotate around the Z axis so that the sensor assembly 1 can be oriented in different directions. Not shown is a controller that controls the movement of the moving parts of the CMM along the axes of motion. The controller is arranged to perform one or more of the steps described in the general description part.

In 15 ist eine Teildarstellung eines Sensorzusammenbaus 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Man erkennt den verkürzt bzw. nicht vollständig dargestellten Taststiftschaft 3 sowie ein daran angeordnetes Antastelement in Form einer Tastkugel 4. Die Tastkugel 4 weist einen Mittelpunkt 100 auf, der als Referenzpunkt dient. In ihrem Innern weist die Tastkugel 4 einen nicht gesondert dargestellten Hohlraum auf, in dem ein Magnetsensor 13 umfassend mehrere paarweise einander zugeordnete Messelemente 102 aufgenommen ist. Genauer gesagt sind die Messelemente 102 derart angeordnet, dass sie sich paarweise entlang einer Achse eines eingetragenen (Magnetsensor-) Koordinatensystems 104 gegenüberliegen und dabei den Mittelpunkt 100 zwischen sich einschließen.In 15 is a partial view of a sensor assembly 1 shown according to another embodiment. One recognizes the shortened or not completely shown Taststiftschaft 3 and a probing element arranged in the form of a probe ball 4 , The probe ball 4 has a center point 100 on, which serves as a reference point. Inside, the probe ball points 4 a not separately shown cavity in which a magnetic sensor 13 comprising a plurality of pairs associated with each other measuring elements 102 is included. More precisely, the measuring elements 102 arranged so that they are in pairs along an axis of a registered (magnetic sensor) coordinate system 104 opposite and at the same time the center 100 between them.

Jedes Messelement 102 ist dazu eingerichtet, die magnetische Feldstärke zu messen, was besonders zuverlässig bei einer senkrechten Durchdringung durch die Feldlinien eines magnetischen Feldes gelingt (d. h. wenn eine von einem Messelement 102 aufgespannte rechteckige Fläche, wie in 15 gezeigt, senkrecht von entsprechenden Feldlinien durchdrungen wird). Die paarweise einander zugeordneten Messelemente 102 dienen also jeweils primär dazu, entlang einer der Achsen des Koordinatensystems 104 die magnetische Feldstärke zu messen und zwar entlang derjenigen Achse, entlang derer sie einander gegenüberliegenden.Every measuring element 102 is adapted to measure the magnetic field strength, which is particularly reliable in a vertical penetration through the field lines of a magnetic field succeeds (ie if one of a measuring element 102 spanned rectangular area, as in 15 shown perpendicularly penetrated by corresponding field lines). The pairwise associated measuring elements 102 each serve primarily to along one of the axes of the coordinate system 104 To measure the magnetic field strength along the axis along which they face each other.

Aus den von einem Messelemente-Paar gemessenen Feldstärken kann dann ein Mittelwert gebildet werden, um die Feldstärke am Kugelmittelpunkt 100 zu bestimmen. Dies gilt zumindest dann, wenn die paarweise einander zugeordneten Messelemente 102 gleichartig von dem Kugelmittelpunkt 100 beanstandet sind. Andernfalls kann eine an die Abstände der Messelemente 102 zum Kugelmittelpunkt 100 angepasste Verrechnung erfolgen.An average value can then be formed from the field strengths measured by a pair of measuring elements, in order to determine the field strength at the center of the sphere 100 to determine. This applies at least when the pairwise associated measuring elements 102 similar to the center of the sphere 100 are complained of. Otherwise, one at the distances of the measuring elements 102 to the center of the sphere 100 adapted settlement.

Auf diese Weise kann entlang jeder Achse des Koordinatensystems 104 eine Feldstärken-Komponente errechnet und daraus ein Feldstärke-Vektor im Kugelmittelpunkt 100 bestimmt werden. Dieser kann zum Beispiel einem aktuellen Antastpunkt zugeordnet werden und/oder zumindest die Richtung der Feldstärke, vorzugsweise aber auch deren Betrag angeben.In this way, along each axis of the coordinate system 104 a field strength component is calculated and from this a field strength vector in the sphere center 100 be determined. This can, for example, be assigned to a current probing point and / or at least indicate the direction of the field strength, but preferably also its magnitude.

Im gezeigten Fall ist der Sensorzusammenbau 1 mit einem taktilen Sensor 2 versehen, was aber nicht zwingend ist, da auch ein optischer Sensor 2 verwendet werden könnte, bei dem Messelemente 102 in analoger Weise um einen Referenzpunkt angeordnet sind.In the case shown is the sensor assembly 1 with a tactile sensor 2 provided, but not mandatory, as well as an optical sensor 2 could be used at the measuring elements 102 are arranged in an analogous manner about a reference point.

Im Folgenden werden Möglichkeiten zum Kalibrieren des Sensorzusammenbaus 1 geschildert. Hierfür ist gemäß 16 ein Kalibriernormal 110 vorgesehen, wobei das Kalibriernormal 110 Bestandteil einer nicht gesondert dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist, die ferner den Sensorzusammenbau 1 zum Beispiel aus 15 umfasst.The following are ways to calibrate the sensor assembly 1 portrayed. This is according to 16 a calibration standard 110 provided, the calibration standard 110 Part of an arrangement not shown separately according to the invention, further comprising the sensor assembly 1 for example 15 includes.

Ein Bedarf für ein Kalibrieren kann daraus resultieren, dass beispielsweise der Schaft 3 und das Antastelement 4 aus 15 nicht mit einer vorhersagbaren Genauigkeit relativ zueinander positioniert werden können. Gemäß bestehender Lösungen wird das Antastelement 4 beispielsweise auf den Schaft 3 aufgeschraubt, wobei jedoch eine gewünschte Einschraubtiefe nicht immer exakt erreicht wird und folglich auch eine Orientierung des Antastelements 4 variieren kann. Da der Magnetsensor 13 aber ortsfest relativ zu dem Antastelement 4 ist, kann eine Orientierung von dessen Koordinatensystem 104 ebenfalls variieren (beispielsweise relativ zu dem Koordinatensystem des KMG). Dies kann im Rahmen der Kalibrierung ermittelt und (z.B. rechnerisch per Kalibrierparameter) korrigiert werden. Weitere Ungenauigkeiten können dadurch entstehen, dass die Messelemente 102 nicht in der gewünschten Weise zueinander positioniert sind und/oder nicht die gewünschten Kennlinien (d.h. Sensitivität) aufweisen, beispielsweise bezüglich einer gemessenen magnetischen Feldstärke. Auch dies kann im Rahmen der Kalibrierung ermittelt und korrigiert werden.A need for calibration can result from, for example, the stem 3 and the probe 4 out 15 can not be positioned relative to one another with predictable accuracy. According to existing solutions, the probe becomes 4 for example, on the shaft 3 unscrewed, but a desired screwing is not always exactly achieved and consequently also an orientation of the probing element 4 can vary. Because the magnetic sensor 13 but stationary relative to the probing element 4 is, can be an orientation of its coordinate system 104 also vary (for example, relative to the coordinate system of the CMM). This can be determined as part of the calibration and corrected (eg mathematically by calibration parameters). Further inaccuracies may arise due to the fact that the measuring elements 102 are not positioned in the desired manner to one another and / or do not have the desired characteristics (ie sensitivity), for example with respect to a measured magnetic field strength. This can also be determined and corrected as part of the calibration.

Ferner ist es im Rahmen der Kalibrierung möglich, eine Relativanordnung von Magnetsensor 13 und Tastelement 4 bzw. dessen Mittelpunkt 100 zu überprüfen und per Kalibrierung zu korrigieren. Beispielsweise kann per taktilem oder optischem Antasten das Erreichen eines bestimmten Antastpunkts signalisiert aber eine dort nicht erwartete Feldstärke bzw. ein Feldstärkevektor mit dem Magnetsensor 13 bestimmt werden. Insbesondere kann in diesem Fall die Richtung des Feldstärkevektors betrachtet werden bzw. eine Abweichung hiervon von einem erwarteten Soll-Zustand, was auf einen Relativversatz von Magnetsensor 13 und Antastelement 4 hindeutet. Dies kann durch geeignete Kalibrierparameter korrigiert werden, die beispielsweise ein Magnetsensor- und ein (taktiles oder optisches) Sensor-Koordinatensystem einander angleichen. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass der taktile (oder auch optische) Sensor 2 für sich genommen bereits kalibriert wurde, beispielsweise anhand eines anderen Kalibriernormals (zum Beispiel einer nicht magnetischen Einmesskugel).Furthermore, it is possible in the context of calibration, a relative arrangement of magnetic sensor 13 and probe element 4 or its center 100 to be checked and corrected by calibration. For example, by tactile or optical probing the achievement of a certain Antastpunkts signaled but not there expected field strength or a field strength vector with the magnetic sensor 13 be determined. In particular, in this case, the direction of the field strength vector can be considered or a deviation thereof from an expected target state, which is due to a relative displacement of the magnetic sensor 13 and probe 4 suggesting. This can be corrected by suitable calibration parameters which, for example, match a magnetic sensor and a (tactile or optical) sensor coordinate system. In this connection, it is preferred that the tactile (or even optical) sensor 2 in itself has already been calibrated, for example, using a different calibration standard (for example, a non-magnetic calibration ball).

Das Kalibriernormal 110 ist kugelförmig ausgebildet und aus einem Permanentmagnetmaterial hergestellt. In 16 sind die Feldlinien des erzeugten Magnetfelds schematisch dargestellt. Diese verlaufen senkrecht zur Aus- bzw. Eintrittsfläche, d. h. senkrecht zur Kugeloberfläche des Kalibriernormals 110, wenn diese das Kalibriernormal 110 schneiden.The calibration standard 110 is spherical and made of a permanent magnet material. In 16 the field lines of the generated magnetic field are shown schematically. These run perpendicular to the exit or entry surface, ie perpendicular to the spherical surface of the calibration standard 110 if this is the calibration standard 110 to cut.

Der Verlauf des Magnetfelds kann aufgrund der kugelförmigen Ausbildung des Kalibriernormals 110 bekannt sein bzw. errechnet werden. Alternativ kann dieser mittels eines Referenzsensors vermessen werden. Anhand derartiger Informationen können Soll-Werte bezüglich des erzeugten Magnetfeldes für das Durchführen der Kalibrierung ermittelt werden.The course of the magnetic field can be due to the spherical shape of the calibration standard 110 be known or calculated. Alternatively, this can be measured by means of a reference sensor. On the basis of such information, desired values with respect to the generated magnetic field for performing the calibration can be determined.

Insbesondere kann das Kalibriernormal 110 auch als Kalibriernormal für den optischen oder taktilen Sensor 2 dienen (zum Beispiel nach Art einer sogenannten Einmesskugel). In an sich bekannter Weise kann das Kalibriernormal 110 zunächst mit einem bereits kalibrierten Referenztaster abgetastet werden, um dessen Kugelmittelpunkt zu bestimmen, und anschließend mit dem optischen oder taktilen Sensor 2, um darauf basierend ebenfalls Kugelmittelpunktskoordinaten zu ermitteln. Aus dem Unterschied der jeweils ermittelten Kugelmittelpunktskoordinaten können dann Kalibrierparameter für den optischen oder taktilen Sensor 2 abgeleitet werden. Weiter kann durch Vermessen mit dem Referenztaster oder dem kalibrierten optischen oder taktilen Sensor 2 auf die Form bzw. den räumlichen Verlauf des von den Kalibriernormal 110 erzeugten Magnetfelds geschlossen werden, beispielsweise wenn der Kugelmittelpunkt 100 bestimmt und ein Radius der Kugel bekannt ist oder ebenfalls sensorisch ermittelt wird.In particular, the calibration standard 110 also as calibration standard for the optical or tactile sensor 2 serve (for example, in the manner of a so-called Einmesskugel). In a conventional manner, the calibration standard 110 first scanned with an already calibrated reference probe to determine its spherical center, and then with the optical or tactile sensor 2 to also find ball center coordinates based on that. From the difference of the respectively determined spherical center coordinates can then calibration parameters for the optical or tactile sensor 2 be derived. Further, by measuring with the reference probe or the calibrated optical or tactile sensor 2 on the shape or the spatial course of the calibration standard 110 generated magnetic field are closed, for example, when the ball center 100 determined and a radius of the ball is known or is also determined by the sensor.

Insbesondere kann hierbei die Position einer den Kugelmittelpunkt 100 enthaltenen Achse 112 bestimmt werden, um die benachbarte Feldlinien erwartungsgemäß rotationssymmetrisch und gradlinig verlaufen. Da im Bereich dieser Achse 112 zuverlässig vorherzusagende und zu erfassende Soll-Feldlinienverläufe vorliegen, kann vorgesehen sein, den Magnetsensor 13 zum Durchführen von Kalibriermessungen ebenfalls im Bereich der Achse 112 zu positionieren. Beispielsweise kann der Magnetsensor 13 entlang der Achse 112 bewegt werden und/oder aus unterschiedlichen Raumrichtungen bzw. mit unterschiedlichen Orientierungen nahe dieser positioniert werden, um Ist-Messwerte mit dem Magnetsensor 13 zu ermitteln.In particular, in this case, the position of the ball center 100 included axis 112 be determined to run the adjacent field lines as expected rotationally symmetric and straight. Because in the area of this axis 112 can be reliably predicted and to be detected target field lines, can be provided, the magnetic sensor 13 for performing calibration measurements also in the area of the axis 112 to position. For example, the magnetic sensor 13 along the axis 112 be moved and / or positioned from different spatial directions or with different orientations close to this, to actual measurements with the magnetic sensor 13 to investigate.

Dies ist zum Beispiel deshalb vorteilhaft, da die Messelemente 102 des Messsensors 13 primär dann aussagekräftige Messsignale liefern, wenn sie senkrecht von Feldlinien durchdrungen werden. Um für sämtliche Messelemente 102 somit brauchbare Signale zu erhalten und diese in die Kalibrierung einfließen zu lassen, wird daher ein Anordnen des Magnetsensors 13 mit verschiedenen Orientierungen bevorzugt.This is advantageous for example because the measuring elements 102 of the measuring sensor 13 primarily provide meaningful measurement signals when penetrated vertically by field lines. To all measuring elements 102 Thus, to obtain useful signals and to incorporate them in the calibration, therefore, arranging the magnetic sensor 13 preferred with different orientations.

Soll auch die Stärke und nicht nur lediglich die Richtung des erzeugten Magnetfeldes mit dem Magnetsensor 13 erfasst werden (also auch ein Betrag des Feldstärkevektors am Kugelmittelpunkt), kann zum Erhalten von Soll-Werten ein zusätzlicher Referenzsensor vorgesehen sein. Dieser kann das Magnetfeld des Kalibriernormals 110 vorab vermessen und beispielsweise analog zu dem Sensorzusammenbau 1 aus 15 zusammengebaut aber bereits kalibriert worden sein. Es versteht sich, dass mit einem solchen Referenzsensor auch die Form bzw. Ausrichtung des Magnetfelds selbst ermittelt oder zumindest plausibilisiert werden kann.Should also the strength and not just the direction of the generated magnetic field with the magnetic sensor 13 can be detected (including an amount of the field strength vector at the ball center point) may be provided to obtain desired values, an additional reference sensor. This can be the magnetic field of the calibration standard 110 pre-measured and, for example, analogous to the sensor assembly 1 out 15 assembled but already calibrated. It is understood that with such a reference sensor and the shape or orientation of the magnetic field itself can be determined or at least made plausible.

In 17 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein Kalibriernormal 110 gezeigt. Dieses ist als eine Helmholtz-Spule ausgebildet und umfasst zwei einzelne Spulen 120, die konzentrisch beziehungsweise kongruent sowie in einem vorbestimmten Abstand entlang einer Längsachse L zueinander positioniert sind. In an sich bekannter Weise wird dabei in einem Bereich zwischen den Spulen 120 sowie der Längsachse L ein im Wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt. Der Magnetsensor 13 wird zur Kalibrierung vorzugsweise erneut mit verschiedenen Ausrichtungen in diesem Bereich bewegt. In 17 ist ferner ein ortsfest montierter Referenzsensor 124 gezeigt, der die Stärke des Magnetfelds (zum Beispiel den Betrag der magnetischen Feldstärke) in dem besagten Bereich misst.In 17 is an alternative embodiment for a calibration standard 110 shown. This is designed as a Helmholtz coil and comprises two individual coils 120 which are concentric or congruent and at a predetermined distance along a longitudinal axis L are positioned to each other. In a conventional manner is doing in an area between the coils 120 as well as the longitudinal axis L generates a substantially homogeneous magnetic field. The magnetic sensor 13 is preferably moved again with different orientations in this area for calibration. In 17 is also a stationary mounted reference sensor 124 which measures the strength of the magnetic field (for example, the amount of magnetic field strength) in said region.

Erneut kann vorgesehen sein, die erwartete Ausrichtung bzw. den Verlauf des Magnetfeldes durch optisches oder taktiles Vermessen der Spulen 120 zu bestimmen. Hierfür kann der bereits (zum Beispiel mit dem Kalibriernormal 110 aus 16 oder auch einer nicht-magnetischen Einmesskugel) kalibrierte taktile oder optische Sensor 2 des Sensorzusammenbaus 1 die Spulen 120 antasten, um zum Beispiel auf deren Lage bzw. Abstand zu schließen. Hieraus können wiederum Sollwerte zum Beispiel der Feldstärke im Bereich der Längsachse L bestimmt werden.Again, it may be provided, the expected alignment or the course of the magnetic field by optical or tactile measurement of the coils 120 to determine. For this purpose, the already (for example, with the calibration standard 110 out 16 or even a non-magnetic calibration ball) calibrated tactile or optical sensor 2 of the sensor assembly 1 the spools 120 for example, to close their position or distance. This in turn can be used, for example, to set the field strength in the region of the longitudinal axis L be determined.

Eine weitere, nicht gesondert dargestellte Variante betrifft ein Kalibriernormal in Form eines Vergleichsmagneten, der ein homogenes Magnetfeld zwischen zwei einander gegenüberliegenden Magneten erzeugt und in das der Magnetsensor 13 einführbar ist.A further, not separately shown variant relates to a calibration standard in the form of a comparison magnet, which generates a homogeneous magnetic field between two opposing magnets and in which the magnetic sensor 13 is insertable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensorzusammenbausensor assembly
22
taktiler Sensortactile sensor
33
TaststiftschaftTaststiftschaft
44
Tastkugelprobe ball
55
Taststifthalterstylus holder
66
Befestigungswürfelmounting cube
77
Verlängerungrenewal
88th
Kopplungselementcoupling element
99
Lagerzylinderbearing cylinder
1010
Elektronikboxelectronics box
1111
Steckerplug
1212
flexible Leiterplatteflexible circuit board
1313
Magnetsensor/HallsensorMagnetic Sensor / Hall Sensor
1414
Hohlraumcavity
1515
Rotorrotor
1616
Magnetblechmagnetic sheet
1717
Polpole
1818
Lückegap
1919
Hilfsmagnetauxiliary magnet
2020
Wellewave
2121
PassfederAdjusting spring
2222
Nutgroove
2323
Statorstator
2424
Gehäusecasing
2525
Statorstator
2626
Stator-RückenStator back
2727
Kupferwicklungencopper windings
2828
Rotorrotor
2929
KurzschlussringShorting ring
3030
KurzschlussstäbeShorting bars
3131
Rotorwellerotor shaft
3232
Luftspaltair gap
33'33 '
teilweise fertig gestellte Wicklungpartially finished winding
3333
vollständige Wicklungcomplete winding
3434
Statorstator
3535
Wicklungwinding
3636
Wicklungwinding
3737
Wicklungwinding
3838
Statorstator
3939
Lückegap
4040
Rotorrotor
4141
Rotorblechrotor sheet
4242
Eiseniron
4343
Kupfercopper
4444
Kupferliniecopper line
4545
Elektromotorelectric motor
102102
Messelementmeasuring element
104104
(Magnetsensor-) Koordinatensystem(Magnetic sensor) coordinate system
110110
Kalibriernormalcalibration standard
112112
Ebenelevel
120120
SpuleKitchen sink
124124
Referenzsensorreference sensor
LL
Längsachselongitudinal axis
201201
Messtischmeasuring table
202202
Säulepillar
203203
Säulepillar
204204
Querträgercrossbeam
205205
Drehvorrichtungrotator
206206
Maßstabsteilungscale graduation
207207
Querschlittencross slide
208208
PinolePinole
209209
Messkopfprobe
210210
Montageeinrichtungmounter
211211
Koordinatenmessgerätcoordinate measuring machine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004048095 A1 [0053]DE 102004048095 A1 [0053]

Claims (19)

Sensorzusammenbau (1) zur Koordinatenmessung an einem Werkstück (15; 34; 40), aufweisend einen optischen oder einen taktilen Sensor (2) zur Koordinatenmessung an einem Werkstück, gekennzeichnet durch einen Magnetsensor (13) zur Vermessung magnetischer Eigenschaften des Werkstücks.Sensor assembly (1) for coordinate measurement on a workpiece (15; 34; 40), comprising an optical or a tactile sensor (2) for coordinate measurement on a workpiece, characterized by a magnetic sensor (13) for measuring magnetic properties of the workpiece. Sensorzusammenbau nach Anspruch 1, wobei der Magnetsensor (13) raumfest relativ zu dem optischen Sensor oder taktilen Sensor (2) an dem Sensorzusammenbau (1) angeordnet ist.Sensor assembly according to Claim 1 wherein the magnetic sensor (13) is arranged fixed in space relative to the optical sensor or tactile sensor (2) on the sensor assembly (1). Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetsensor nahe zu einem Messpunkt des optischen Sensors oder Antastpunkt des taktilen Sensors (2) angeordnet ist.Sensor assembly according to one of the preceding claims, wherein the magnetic sensor is arranged close to a measuring point of the optical sensor or touch point of the tactile sensor (2). Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetsensor (13) eine Mehrzahl von Messelementen (102) umfasst und insbesondere wobei wenigstens zwei der Messelemente (102) zur Messung einer magnetischen Eigenschaft in derselben Raumrichtung eingerichtet sind.Sensor assembly according to one of the preceding claims, wherein the magnetic sensor (13) comprises a plurality of measuring elements (102) and in particular wherein at least two of the measuring elements (102) are arranged for measuring a magnetic property in the same spatial direction. Sensorzusammenbau nach Anspruch 4, wobei wenigstens zwei Messelemente (102) einen vorbestimmten Referenzpunkt (100) des optischen oder taktilen Sensors (2) zwischen sich einschließen.Sensor assembly according to Claim 4 wherein at least two measuring elements (102) enclose a predetermined reference point (100) of the optical or tactile sensor (2) between them. Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der taktile Sensor (2) einen Taststiftschaft (3) und ein Tastelement (4) aufweist und wobei der Magnetsensor (13) in oder an dem Taststiftschaft (3) angeordnet ist, oder der Magnetsensor (13) in oder an dem Tastelement (4) angeordnet ist.Sensor assembly according to one of the preceding claims, wherein the tactile sensor (2) has a Taststiftschaft (3) and a probe element (4) and wherein the magnetic sensor (13) is arranged in or on the Taststiftschaft (3), or the magnetic sensor (13) is arranged in or on the probe element (4). Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetsensor (13) ein Hall-Sensor ist.Sensor assembly according to one of the preceding claims, wherein the magnetic sensor (13) is a Hall sensor. Sensorzusammenbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei aus den Messsignalen des Magnetsensors (13) ein Vektor der gemessenen magnetischen Feldstärke ermittelbar ist.Sensor assembly according to one of the preceding claims, wherein from the measurement signals of the magnetic sensor (13) a vector of the measured magnetic field strength can be determined. Koordinatenmessgerät (211), aufweisend einen Sensorzusammenbau (1) nach einem der Ansprüche 1-8.Coordinate measuring device (211), comprising a sensor assembly (1) according to one of Claims 1 - 8th , Anordnung zum Kalibrieren eines Sensorzusammenbaus (1) mit einem Sensorzusammenbau (1) nach einem der Ansprüche 1-8 sowie einem Kalibriernormal (110), das dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld mit definierten Eigenschaften zu erzeugen.Arrangement for calibrating a sensor assembly (1) with a sensor assembly (1) according to one of Claims 1 - 8th and a calibration standard (110) configured to generate a magnetic field having defined characteristics. Anordnung nach Anspruch 10, wobei das Kalibriernormal (110) ferner ein Kalibriernormal (110) für den optischen oder taktilen Sensor (2) ist.Arrangement according to Claim 10 wherein the calibration standard (110) is further a calibration standard (110) for the optical or tactile sensor (2). Verfahren zum Vermessen von magnetischen Eigenschaften eines Werkstücks (15; 34; 40), wobei bei dem Verfahren ein Sensorzusammenbau (1) nach einem der Ansprüche 1-8 eingesetzt wird und das Verfahren die Schritte aufweist: - Vermessen von magnetischen Eigenschaften des Werkstücks (15; 34; 40) mit dem Magnetsensor (13) des Sensorzusammenbaus.A method for measuring magnetic properties of a workpiece (15; 34; 40), wherein in the method a sensor assembly (1) according to one of Claims 1 - 8th and the method comprises the steps of: - measuring magnetic properties of the workpiece (15; 34; 40) with the magnetic sensor (13) of the sensor assembly. Verfahren nach Anspruch 12, aufweisend den Schritt - Vermessen von Koordinaten des Werkstücks (34) mit dem optischen Sensor oder dem taktilen Sensor (2) des Sensorzusammenbaus (1).Method according to Claim 12 comprising the step of - measuring coordinates of the workpiece (34) with the optical sensor or the tactile sensor (2) of the sensor assembly (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 12-13, wobei das Werkstück ein Elektromotor (45) oder ein Teil (15, 23; 38) eines Elektromotors ist.Method according to one of Claims 12 - 13 wherein the workpiece is an electric motor (45) or a part (15, 23, 38) of an electric motor. Verfahren nach Anspruch 14, wobei bei der Messung der Teil (15) des Elektromotors bewegt wird, um ein sich bewegendes Magnetfeld zu erzeugen.Method according to Claim 14 wherein, in the measurement, the part (15) of the electric motor is moved to generate a moving magnetic field. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei bei der Messung der Teil (38, 35, 36, 37, 38) des Elektromotors mit elektrischem Strom beaufschlagt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen.Method according to Claim 14 or 15 wherein, during the measurement, electrical power is applied to the part (38, 35, 36, 37, 38) of the electric motor to generate a magnetic field. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-16, wobei mit dem Magnetsensor ein Übergang von ferromagnetischen Material (42) zu nicht ferromagnetischen Material (43) an dem Werkstück (40) ermittelt wird.Method according to one of Claims 12 - 16 wherein the magnetic sensor detects a transition from ferromagnetic material (42) to non-ferromagnetic material (43) on the workpiece (40). Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorzusammenbaus (1), wobei der Sensorzusammenbau (1) nach einem der Ansprüche 1-8 ausgebildet ist und das Verfahren den Schritt aufweist: - Vermessen von magnetischen Eigenschaften eines Kalibriernormals (110) mit dem Magnetsensor (13) des Sensorzusammenbaus (1).A method for calibrating a sensor assembly (1), wherein the sensor assembly (1) according to one of Claims 1 - 8th is formed and the method comprises the step of: - Measuring magnetic properties of a calibration standard (110) with the magnetic sensor (13) of the sensor assembly (1). Verfahren nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend: - Vermessen des Kalibriernormals (110) durch Antasten mit dem optischen oder taktilen Sensor (2), wobei darauf basierend der Sensor (2) kalibriert und/oder auf magnetische Eigenschaften des Kalibriernormals (110) geschlossen wird.The method of claim any one of the preceding claims, further comprising: - Measuring the calibration standard (110) by probing with the optical or tactile sensor (2), based thereon, the sensor (2) calibrated and / or magnetic properties of the calibration standard (110) is closed.
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