DE102019220060A1 - Method for calibrating a tactile sensor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren (110) zum Kalibrieren eines taktilen Sensors (112) mit mindestens einem Antastkörper (114) vorgeschlagen. Das Verfahren (110) weist die folgenden Schritte auf:a) Erzeugen mindestens eines Datensatzes (122), wobei das Erzeugen ein Abtasten eines Kalibrierkörpers (120) umfasst, wobei der Antastkörper (114) entlang mindestens einer Trajektorie entlang einer Oberfläche des Kalibrierkörpers (120) bewegt wird und eine Mehrzahl von Messwerten aufgenommen wird, wobei beim Abtasten Geschwindigkeit und Antastkraft des taktilen Sensors (112) variiert werden,b) Auswerten des Datensatzes (124), wobei das Auswerten des Datensatzes ein Bestimmen eines Tastvektors, mindestens einer charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, einer statischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors (112) und einer dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors (112) umfasst.A method (110) for calibrating a tactile sensor (112) with at least one probe body (114) is proposed. The method (110) has the following steps: a) generating at least one data set (122), the generating comprising scanning a calibration body (120), the probe body (114) along at least one trajectory along a surface of the calibration body (120) ) is moved and a plurality of measured values is recorded, the speed and contact force of the tactile sensor (112) being varied during scanning, b) evaluating the data record (124), the evaluation of the data record being a determination of a tactile vector, at least one characteristic, geometric Size of the probe body, a static compliance of the tactile sensor (112) and a dynamic compliance of the tactile sensor (112).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines taktilen Sensors, ein Computerprogramm und ein Koordinatenmessgerät zum Vermessen mindestens eines Werkstücks. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik unter Verwendung eines taktilen Koordinatenmessgeräts.The invention relates to a method for calibrating a tactile sensor, a computer program and a coordinate measuring device for measuring at least one workpiece. The present invention relates in particular to the field of coordinate measuring technology using a tactile coordinate measuring machine.
Technischer HintergrundTechnical background
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Vermessung von Werkstücken bekannt. Beispielsweise werden Koordinatenmessgeräte mit taktilen Sensoren verwendet, welche eine Oberfläche eines Messobjekts, beispielsweise mechanisch, antasten. Derartige taktile Sensoren weisen typischerweise ein Antastkörper in Form einer Tastkugel auf, welche an einem Übertragungselement befestigt ist. Bei einem Antasten der Tastkugel mit dem Werkstück werden entstehende Kräfte auf die Tastkugel in drei Achsen gemessen und daraus ein Richtungsvektor des Antastens, der so genannte Tastvektor, bestimmt und so das Werkstück vermessen.Various devices and methods for measuring workpieces are known from the prior art. For example, coordinate measuring machines with tactile sensors are used which touch a surface of a measurement object, for example mechanically. Such tactile sensors typically have a probe body in the form of a probe ball which is attached to a transmission element. When the probe ball is probed with the workpiece, the forces on the probe ball are measured in three axes and a direction vector of the probe, the so-called probe vector, is determined from this and the workpiece is measured in this way.
Um genaue Messergebnisse zu erreichen, muss jeder taktile Sensor, der in einem Koordinatenmessgerät oder in einer Werkzeugmaschine verwendet werden soll, eingemessen werden. Dazu werden grundsätzlich zumindest die folgenden Kennzahlen bestimmt: Tastkugelradius, Tastvektor, statische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors und dynamische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors. Bekannt ist, diese Kennzahlen mit einem zweistufigen Verfahren zu bestimmen. Zunächst wird aus einem Datensatz, bei dem die Kalibrierkugel mit Einzelpunkten, oder beispielsweise auch im scannenden Betrieb bei langsamer Geschwindigkeit, und unterschiedlichen Kräften abgetastet wird, der Tastvektor, der Tastkugelradius und die statische Nachgiebigkeit ermittelt. In einem zweiten Schritt wird nach erfolgreich ermittelten Informationen aus dem ersten Schritt über ein Abscannen der Kalibrierkugel bei verschiedenen Geschwindigkeiten die dynamische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors ermittelt.In order to achieve precise measurement results, every tactile sensor that is to be used in a coordinate measuring machine or in a machine tool must be calibrated. For this purpose, at least the following key figures are basically determined: probe ball radius, probe vector, static compliance of the tactile sensor and dynamic compliance of the tactile sensor. It is known that these key figures can be determined using a two-stage process. First, the probe vector, the probe ball radius and the static flexibility are determined from a data record in which the calibration ball is scanned with individual points or, for example, in scanning mode at slow speed and with different forces. In a second step, after information has been successfully determined from the first step, the dynamic flexibility of the tactile sensor is determined by scanning the calibration ball at different speeds.
Beispielsweis beschreibt
Weitere Verfahren sind beispielsweise aus
Derartige Verfahren führen zu einem hohen zeitlichen Aufwand bei der Kalibrierung. Dieser kann für Kalibrierungen von einzelnen taktilen Sensoren vertretbar sein, jedoch bei einer Kalibrierung von Schwenklastem können derartige Verfahren auffällig und unakzeptabel lang werden.Such methods lead to a high expenditure of time during the calibration. This can be justifiable for calibrations of individual tactile sensors, but when calibrating swivel loads, such procedures can be conspicuous and unacceptably long.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Koordinatenmessgerät bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Bestimmung von einen taktilen Sensor beschreibenden Koeffizienten zeitlich deutlich reduziert werden.It would therefore be desirable to provide a method, a computer program and a coordinate measuring machine which at least largely avoid the disadvantages of known methods and devices. In particular, a determination of coefficients describing a tactile sensor should be significantly reduced in terms of time.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention
Diese Aufgabe wird adressiert durch ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Koordinatenmessgerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.This task is addressed by a method, a computer program and a coordinate measuring machine with the features of the independent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in any combination, are presented in the dependent claims.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.In the following, the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical deviations therefrom are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can relate both to situations in which, besides the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the expression “A has B”, “A has B”, “A comprises B” or “A includes B” can refer to the situation in which, apart from B, no further element is present in A (ie on a situation in which A consists exclusively of B), as well as on the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element C, elements C and D or even further elements .
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.It is also pointed out that the terms “at least one” and “one or more” as well as grammatical modifications of these terms, if they are used in connection with one or more elements or features and are intended to express that the element or feature is provided once or several times can be used, as a rule, only once, for example when the feature or element is introduced for the first time. If the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without restricting the possibility that the feature or element can be provided once or several times.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms “preferably”, “in particular”, “for example” or similar terms are used below in connection with optional features, without this limiting alternative embodiments. Features introduced by these terms are optional features, and it is not intended to use these features to restrict the scope of protection of the claims and in particular of the independent claims. Thus, as the person skilled in the art will recognize, the invention can also be carried out using other configurations. In a similar way, features which are introduced by “in an embodiment of the invention” or by “in an exemplary embodiment of the invention” are understood as optional features, without this being intended to limit alternative configurations or the scope of protection of the independent claims. Furthermore, by means of these introductory expressions, all possibilities of combining the features introduced thereby with other features, be it optional or non-optional features, remain untouched.
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines taktilen Sensors mit mindestens einem Antastkörper vorgeschlagen. Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.In a first aspect, a method for calibrating a tactile sensor with at least one probe body is proposed. The method steps can be carried out in the specified order, with one or more of the steps also being able to be carried out at least partially simultaneously and with one or more of the steps being able to be repeated several times. Furthermore, further steps can additionally be carried out regardless of whether they are mentioned in the present application or not.
Der Begriff „taktiler Sensor“, auch als Taster oder Messtaster bezeichnet, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf einen Sensor beziehen, welcher eingerichtet ist ein Messobjekt taktil abzutasten. Der Begriff „Antastkörper“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein Element des taktilen Sensors beziehen, welches eingerichtet ist, mit einer anzutastenden Oberfläche in Wechselwirkung zu treten. Der Antastkörper kann eingerichtet sein ein Messobjekt mechanisch zu berühren. Beispielsweise kann der Antastkörper eine Oberfläche des Messobjekts berühren, beispielsweise durch Inkontaktbringen der Oberflächen, welches als Antasten oder Abtasten bezeichnet wird. Bei dem In-Wechselwirkung-Treten können sich die Sensoroberfläche und die Oberfläche des Messobjekts berühren. Unter einem „Messobjekt“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiges zu vermessenden Objekt sein, beispielsweise ein Kalibrierkörper oder ein Werkstück.The term “tactile sensor”, also referred to as a pushbutton or measuring probe, as it is used here, is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a sensor which is set up to tactilely scan a measurement object. The term “probe body” as it is used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to an element of the tactile sensor which is set up to interact with a surface to be touched. The probe body can be set up to mechanically touch a measurement object. For example, the probe body can touch a surface of the measurement object, for example by bringing the surfaces into contact, which is referred to as probing or scanning. When there is an interaction, the sensor surface and the surface of the measurement object can touch. In the context of the present invention, a “measurement object” can be any object to be measured, for example a calibration body or a workpiece.
Der Antastkörper kann grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen. Bevorzugt kann der Antastkörper eine Tastkugel sein. Beispielsweise kann der Antastkörper aus Rubin hergestellt sein, insbesondere kann die Tastkugel eine Rubinkugel sein. Alternativ können auch andere Ausgestaltungen denkbar sein. So kann die Tastkugel beispielsweise aus Hartmetall oder Siliziumnitrid hergestellt sein.The probe body can in principle have any geometry. The probe body can preferably be a probe ball. For example, the probe body can be made of ruby, in particular the probe ball can be a ruby ball. Alternatively, other configurations can also be conceivable. For example, the stylus ball can be made of hard metal or silicon nitride.
Der taktile Sensor kann ein schaltender taktiler Sensor oder ein messender taktiler Sensor sein. Der taktile Sensor kann eingerichtet sein, infolge des In-Wechselwirkung-Tretens des Antastkörpers mit dem Messobjekt mindestens ein Signal zu erzeugen. Das Signal kann eine Messung auslösen. Ein Messwert kann dabei eine Information über einen Antastpunkt aufweisen. Unter einem „Antastpunkt“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Punkt oder ein Ort verstanden werden, an welchem der Tastkörper das Messobjekt angetastet hat. Insbesondere kann der Antastpunkt ein Berührungspunkt sein. Der taktile Sensor kann ein Koordinatensystem aufweisen. Das Koordinatensystem des taktilen Sensors kann beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem sein. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann in einem Zentrum, beispielsweise bei einer Tastkugel als Antastkörper einem Kugelmittelpunkt, sein. Der Antastpunkt kann ein Punkt im Koordinatensystem des taktilen Sensors sein.The tactile sensor can be a switching tactile sensor or a measuring tactile sensor. The tactile sensor can be set up as a result of the interaction of the probe body with the To generate at least one signal. The signal can trigger a measurement. A measured value can have information about a contact point. In the context of the present invention, a “touch point” can be understood to mean a point or a location at which the probe body touched the measurement object. In particular, the touch point can be a point of contact. The tactile sensor can have a coordinate system. The coordinate system of the tactile sensor can be, for example, a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can be in a center, for example a ball center point in the case of a probe ball as the probe body. The contact point can be a point in the coordinate system of the tactile sensor.
Unter einem „Signal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiges Signal verstanden werden, welches von dem taktilen Sensor infolge des In-Wechselwirkung-Tretens mit dem Messobjekt erzeugt wird und/oder welches in Reaktion auf das In-Wechselwirkung-Treten mit dem Messobjekt erzeugt wird. Das Signal kann beispielsweise ein elektrisches Signal, ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein. Das Signal kann insbesondere von einer zusätzlichen Sensorik, welche beispielsweise mit dem Antastkörper verbunden ist erzeugt werden. Der Antastkörper kann an einem Übertragungselement befestigt sein, beispielsweise an einen zylindrischen Schaft. Das Übertragungselement kann mit einem Tastkopf über ein mehrachsiges Lager verbunden sein. Der Tastkopf kann eingerichtet sein, infolge des In-Wechselwirkung-Tretens des Antastkörpers mit dem Messobjekt das mindestens eine Signal zu erzeugen.In the context of the present invention, a “signal” can be understood to mean any signal that is generated by the tactile sensor as a result of interacting with the measurement object and / or which is generated in response to interacting with the measurement object is produced. The signal can be, for example, an electrical signal, a current signal or a voltage signal. The signal can in particular be generated by an additional sensor system, which is connected to the probe body, for example. The probe body can be attached to a transmission element, for example to a cylindrical shaft. The transmission element can be connected to a probe head via a multi-axis bearing. The probe head can be set up to generate the at least one signal as a result of the interaction between the probe body and the measurement object.
Der Begriff „Kalibrieren“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein Einmessen des taktilen Sensors und/oder ein Bestimmen von Kennzahlen des taktilen Sensors beziehen. Das Kalibrieren kann insbesondere ein Bestimmen eines Tastvektors, mindestens einer charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, einer statischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors und einer dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors umfassen. Das Kalibrieren des taktilen Sensors kann an einem Kalibrierkörper erfolgen. Der Begriff „Kalibrierkörper“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein Messobjekt beziehen, dessen Geometrie, beispielsweise Form und/oder Größe und/oder Oberflächenbeschaffenheit, und/oder Position, bekannt, insbesondere hochgenau bekannt, ist. Der Kalibrierkörper kann eine Kalibrierkugel mit bekanntem Radius sein. Der Kalibrierkörper kann beispielsweise ein hoch genaues Kugelnormal sein, wobei Abweichungen von einer Kugelform kleiner als 0,2 µm möglich sind. Der Kalibrierkörper kann an einer bekannten Position angeordnet sein.The term “calibration”, as used here, is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to measuring the tactile sensor and / or determining key figures of the tactile sensor. The calibration can in particular include a determination of a tactile vector, at least one characteristic, geometric variable of the probing body, a static compliance of the tactile sensor and a dynamic compliance of the tactile sensor. The tactile sensor can be calibrated on a calibration body. The term “calibration body”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can refer, without limitation, in particular to a measurement object whose geometry, for example shape and / or size and / or surface properties, and / or position, is known, in particular known with a high degree of accuracy. The calibration body can be a calibration ball with a known radius. The calibration body can, for example, be a highly accurate spherical standard, deviations from a spherical shape smaller than 0.2 μm being possible. The calibration body can be arranged at a known position.
Der Begriff „Tastvektor“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf einen Vektor von dem Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems des taktilen Sensors, beispielsweise bei einer Tastkugel als Antastkörper von dem Kugelmittelpunkt, zu dem Antastpunkt im Koordinatensystem des taktilen Sensors beziehen. Der Tastvektor kann eine Information sein und/oder umfassen, an welcher Stelle die Berührung bezüglich eines Referenzpunktes erfolgt ist. Alternativ oder zusätzlich, kann der Tastvektor eine Information über den Vektor eines beliebigen taktilen Sensors, beziehungsweise seines Kugelmittelpunktes, bezüglich des Kugelmittelpunktes des sogenannten Referenztasters sein und/oder umfassen.The term “tactile vector”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a vector from the origin or zero point of the coordinate system of the tactile sensor, for example in the case of a probe ball as the probe body from the ball center point to the probe point in the coordinate system of the tactile sensor. The tactile vector can be information and / or include the point at which the contact was made with respect to a reference point. Alternatively or additionally, the touch vector can be and / or include information about the vector of any tactile sensor, or its sphere center point, with respect to the sphere center point of the so-called reference probe.
Der Begriff „charakteristische, geometrische Größe des Antastkörpers“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine Form und/oder Ausdehnung des Antastkörpers beziehen, insbesondere auf einen Radius der Tastkugel. Eine Kenntnis des Tastkugelradius kann notwendig sein, um bei einer Antastung vom bekannten Mittelpunkt des Antastkörpers auf den Berührpunkt des Antastkörpers und dem Messobjekt zu rückzurechnen bzw. um einen Messwert um den Tastkugelradius zu korrigieren.The term “characteristic, geometric size of the probe body” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to a shape and / or extension of the probe body, in particular to a radius of the probe ball. Knowledge of the probe ball radius may be necessary in order to calculate backwards from the known center point of the probe body to the point of contact of the probe body and the measurement object or to correct a measured value by the probe ball radius.
Der Begriff „statische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine translatorische und rotatorische Verformung des taktilen Sensors auf Grund von eingeleiteten Kräften und/oder Momenten, wie diese bei der Antastung des Messobjekts auftreten, beziehen.The term “static compliance of the tactile sensor” as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to a translational and rotational deformation of the tactile sensor due to the forces and / or torques introduced, such as those that occur when the object to be measured is touched.
Der Begriff „dynamische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine translatorische und rotatorische Verformung des taktilen Sensors auf Grund von linearen und/oder rotatorischen Beschleunigungen, wie diese insbesondere beim Abscannen des Messobjekts auftreten, beziehen.The term “dynamic compliance of the tactile sensor” as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to a translational and rotational deformation of the tactile sensor due to linear and / or rotational accelerations, such as occur in particular when the measurement object is scanned.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Erzeugen mindestens eines Datensatzes, wobei das Erzeugen ein Abtasten des Kalibrierkörpers umfasst, wobei der Antastkörper entlang mindestens einer Trajektorie entlang einer Oberfläche des Kalibrierkörpers bewegt wird und eine Mehrzahl von Messwerten aufgenommen wird, wobei beim Abtasten Geschwindigkeit und Antastkraft des taktilen Sensors variiert werden,
- b) Auswerten des Datensatzes, wobei das Auswerten des Datensatzes ein Bestimmen des Tastvektors, der mindestens einen charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, der statischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors und der dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors umfasst.
- a) generating at least one data set, the generating comprising scanning the calibration body, the probe body being moved along at least one trajectory along a surface of the calibration body and a plurality of measured values being recorded, the speed and probing force of the tactile sensor being varied during scanning,
- b) evaluating the data record, wherein the evaluation of the data record includes determining the tactile vector, the at least one characteristic, geometric variable of the probe body, the static compliance of the tactile sensor and the dynamic compliance of the tactile sensor.
Der Begriff „Datensatz“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine Mehrzahl von aufgenommenen Messwerten beziehen.The term “data set” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a plurality of recorded measured values.
Schritt a) kann insbesondere ein Scannen, auch Abscannen genannt, der Oberfläche des Kalibrierkörpers umfassen. Der Begriff „Scannen der Oberfläche des Kalibrierkörpers“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein kontinuierliches, berührendes Entlangbewegen des taktilen Sensors an der Oberfläche des Kalibierkörpers beziehen. Während des Scannens können kontinuierlich oder diskontinuierlich Messwerte aufgenommen werden. Der Begriff „Trajektorie“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine Bahn und/oder einen Pfad und/oder einen Weg des taktilen Sensors beziehen, entlang dessen sich der taktile Sensor bewegt. Eine Trajektorie kann aus den Koordinaten von Punkten auf der Kugeloberfläche bestehen. Diese Punkte können dabei beliebige Linien auf der Oberfläche beschreiben oder auch einfache Kreisbögen. Es kann sich um eine zusammenhängende Linie oder auch mehrere einzelne Linien handeln. Die Steuerung des Koordinatenmessgeräts kann diese Punkte enthalten, beispielsweise in einem Datenspeicher, und kann diese der Reihe nach anfahren. Jedem Punkt dieser Linie oder Linien kann zweckmäßig vor der Übergabe in die Steuerung die Radialrichtung als Normalen-Richtung übergeben. Damit kann die Steuerung die Messkraft auf das vorgegebene Niveau und Richtung einregeln.Step a) can in particular include scanning, also called scanning, of the surface of the calibration body. The term “scanning of the surface of the calibration body” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to a continuous, touching movement of the tactile sensor along the surface of the calibration body. Measured values can be recorded continuously or discontinuously during the scanning process. The term “trajectory” as used here is a broad term to which its customary and common meaning is to be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to a path and / or a path and / or a path of the tactile sensor, along which the tactile sensor moves. A trajectory can consist of the coordinates of points on the spherical surface. These points can describe any lines on the surface or simple arcs. It can be a continuous line or several individual lines. The control of the coordinate measuring machine can contain these points, for example in a data memory, and can approach them one after the other. Each point of this line or lines can expediently transfer the radial direction as the normal direction before the transfer to the control. This allows the control to adjust the measuring force to the specified level and direction.
Der Begriff „Antastkraft“, auch als Messkraft bezeichnet, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine Radial-Kraft beziehen. Der Begriff „Variieren der Geschwindigkeit und der Antastkraft“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein Ändern der Geschwindigkeit und der Antastkraft beziehen. Beispielsweise kann der Kalibrierkörper mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgescannt werden, welches in einer Variation der wirkenden Beschleunigung resultiert. Das Variieren kann zu vorbestimmten Zeiten erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Prüf- oder Messprotokolls. Die Messkraft kann dabei von Aktoren, beispielsweise Kraftspulen, eingeregelt werden. Taktile messende Tastköpfe ohne derartige Aktoren enthalten üblicherweise eine Federkinematik. Die Federkennlinien sind bekannt oder können im Arbeitsbereich einfach als linear angesehen werden. Somit kann bei diesen Tastköpfen die Messkraft indirekt über die Auslenkung eingeregelt werden. Das ist hier und im Folgenden als äquivalent zu betrachten. Die Geschwindigkeit kann dabei so variiert werden, dass sich Beschleunigungsvektoren ergeben, welche bei Betrag und Richtung den zulässigen Bereich möglichst gleichmäßig abdecken. Auch die Kraft kann ebenso variiert werden. Ist zum Beispiel eine maximale Messkraft von 1 N und eine minimale von 0,2 N zulässig so kann zum Beispiel die Kalibriermessung mit 0,2 N, 0,6 N und 1 N durchgeführt werden. Damit ergeben sich bei zum Beispiel Halbkugel-förmigem Scanning Bereich Kraftvektoren in allen relevanten Richtungen mit kleiner, mittlerer und großer Messkraft. Auch andere Messkräfte und Variationen sind möglich. Kraft und Geschwindigkeit kann auch während der Scanning Messung einer Linie variiert werden.The term “contact force”, also referred to as measuring force, as it is used here, is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a radial force. The term “varying the speed and the probing force”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to changing the speed and the contact force. For example, the calibration body can be scanned at different speeds, which results in a variation of the effective acceleration. The variation can take place at predetermined times, for example using a test or measurement protocol. The measuring force can be regulated by actuators, for example force coils. Tactile measuring probes without such actuators usually contain spring kinematics. The spring characteristics are known or can simply be viewed as linear in the work area. With these probes, the measuring force can thus be regulated indirectly via the deflection. This is to be regarded as equivalent here and in the following. The speed can be varied in such a way that acceleration vectors result which cover the permissible range as evenly as possible in terms of magnitude and direction. The force can also be varied. If, for example, a maximum measuring force of 1 N and a minimum of 0.2 N is permissible, the calibration measurement can be carried out with 0.2 N, 0.6 N and 1 N, for example. With a hemispherical scanning area, for example, force vectors result in all relevant ones Directions with small, medium and large measuring force. Other measuring forces and variations are also possible. Force and speed can also be varied while scanning a line.
Der Begriff „Auswerten des Datensatzes“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein Bestimmen von Kennzahlen des taktilen Sensors aus den Messwerten beziehen. Das Bestimmen des Tastvektors, der charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, der statischen Nachgiebigkeit und der dynamischen Nachgiebigkeit kann insbesondere gleichzeitig erfolgen. Unter „gleichzeitig“ kann verstanden werden, dass die Kennzahlen Tastvektor, charakteristische, geometrische Größe des Antastkörpers, statische Nachgiebigkeit und dynamische Nachgiebigkeit durch Aufnehmen und Auswerten eines einzigen Datensatzes erfolgt. Im Vergleich zu bekannten zweistufige Verfahren, bei welchen zunächst Tastkugelradius, Tastvektor und statische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors mit Einzelpunkten, oder mit Scan mit langsamer Geschwindigkeit, und anschließend ein Abscannen und Bestimmen der dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors ermittelt wird, kann die Zeit zur Bestimmung der den taktilen Sensor beschreibenden Koeffizienten deutlich reduziert werden.The term “evaluation of the data set” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to determining key figures of the tactile sensor from the measured values. The determination of the probe vector, the characteristic, geometric size of the probe body, the static compliance and the dynamic compliance can in particular take place at the same time. “Simultaneously” can be understood to mean that the key figures probe vector, characteristic, geometric size of the probe body, static compliance and dynamic compliance are carried out by recording and evaluating a single data set. In comparison to known two-stage methods, in which first the stylus ball radius, stylus vector and static compliance of the tactile sensor with individual points, or with a scan at slow speed, and then a scanning and determination of the dynamic compliance of the tactile sensor is determined, the time for determining the the coefficients describing the tactile sensor can be significantly reduced.
Das Auswerten kann ein Bestimmen von korrigierten Messwerten
Das Auswerten kann ein Lösen des folgenden Minimierungsproblems umfassen:
Das so entstandene Lineare Gleichungssystem mit 4+9+9=22 Unbekannten kann bei entsprechender Permutation der Geschwindigkeit und Antastkraft und entsprechend hoher Anzahl von aufgenommenen Messwerten gelöst werden. Die Optimierungsrechnung basiert auf der oben dargestellten „Korrekturfunktion“
Beim Lösen der Optimierungsaufgabe ergibt sich im realen Fall immer ein Residuum. Das kann sich zum Beispiel dadurch ergeben, dass die Federkennlinien oder die Messkraft Aktoren nicht linear sind. Diese Residuen können mit bekannten Verfahren den Zuständen, insbesondere Kraft und Beschleunigung, zugeordnet und zweckmäßig verarbeitet, zum Beispiel mit einem Tiefpass, gefiltert, und in Fehlertabellen abgelegt werden. Diese Fehlertabellen können mit bekannten Verfahren genauso wie die Matrizen zur Korrektur der linearen Effekte gespeichert, übertragen und beim späteren Messen entsprechend den dann aktuellen Zuständen zur Korrektur verwendet werden. Die Fehlertabellen können dabei eine mehrdimensionale Matrix umfassen, bei der jede Dimension je einer Komponente des Kraftvektors und des Beschleunigungsvektors entspricht. Die Restfehler können auch platzsparend mit Polynomen, Splines oder in den Frequenzraum transformiert gespeichert und entsprechend zur Korrektur verwendet werden. Auch dieses wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Fehlertabelle bezeichnet, der Begriff Korrekturtabelle oder der übliche englische Begriff „error map“ sind hier ebenso als gleichbedeutend anzusehen. Dabei ist darauf zu achten, dass nur der reproduzierbare Anteil dieser Restfehler als Korrekturwerte verwendet werden. Das kann durch wiederholte Kalibriermessungen erreicht werden. Die Residuen können auch zur Ermittlung der Messunsicherheit verwendet werden. Wird eine Korrekturtabelle verwendet so wird für die Ermittlung der Messunsicherheit nur der nicht reproduzierbare Anteil verwendet. Dazu werden diese Restfehler ebenso wie zur Korrektur in Fehlertabellen gespeichert, übertragen und beim Messen entsprechend den aktuellen Zuständen dazu verwendet, den aktuellen Messunsicherheitsbeitrag des verwendeten taktilen Sensors zu Beschreiben. Diese Messunsicherheitsinformation kann entsprechend den üblichen Verfahren als Beitrag zur gesamten Messunsicherheit des Messsystems verwendet werden.When solving the optimization problem, there is always a residual in the real case. This can result, for example, from the fact that the spring characteristics or the measuring force actuators are not linear. These residuals can be assigned to the states, in particular force and acceleration, using known methods and expediently processed, for example with a low pass, filtered, and stored in error tables. Using known methods, these error tables can be saved, transferred, and used for correction during later measurements in the same way as the matrices for correcting the linear effects, in accordance with the current states. The error tables can include a multidimensional matrix in which each dimension corresponds to a component of the force vector and the acceleration vector. The residual errors can also be saved in a space-saving manner with polynomials, splines or transformed into the frequency space and used accordingly for correction. This is also referred to as an error table in the context of the present invention, the term correction table or the usual English term “error map” are also to be regarded as synonymous here. It must be ensured that only the reproducible proportion of these residual errors are used as correction values. This can be achieved by repeated calibration measurements. The residuals can also be used to determine the measurement uncertainty. If a correction table is used, only the non-reproducible portion is used to determine the measurement uncertainty. For this purpose, these residual errors are saved in error tables, as well as for correction, and are used when measuring according to the current conditions to describe the current measurement uncertainty contribution of the tactile sensor used. This measurement uncertainty information can be used as a contribution to the total measurement uncertainty of the measurement system in accordance with the usual procedures.
Das Verfahren kann ein Kalibrieren auf mindestens eine weitere Einflussgröße umfassen. Der Begriff „Einflussgröße“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine beliebige physikalische Größe beziehen, welche einen Einfluss auf die Messung und somit den Messwert hat. Die weitere Einflussgröße kann beispielsweise eine Temperatur oder eine Änderung der Beschleunigung, auch als Ruck bezeichnet, sein. Auch andere Einflussgrößen sind jedoch denkbar. In Schritt a) kann die weitere Einflussgröße variiert werden. In Schritt b) kann die weitere Einflussgröße berücksichtigt werden. So kann das Lineare Gleichungssystem durch Effekte wie „Verbiegung durch Ruck“ und/oder Einflüsse durch Temperatur mit verrechnet werden:
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program is proposed which, when running on a computer or computer network, executes the method according to the invention in one of its configurations.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and / or a computer-readable storage medium.
Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.The terms “computer-readable data carrier” and “computer-readable storage medium”, as used here, can in particular refer to non-transitory data storage media, for example a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored. The computer-readable data carrier or the computer-readable storage medium can in particular be or comprise a storage medium such as a random access memory (RAM) and / or a read-only memory (ROM).
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.In addition, within the scope of the present invention, a data carrier is proposed on which a data structure is stored which, after being loaded into a working and / or main memory of a computer or computer network, can execute the method according to the invention in one of its configurations.
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.In the context of the present invention, a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier is also proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Daten-übertragungsnetz verteilt werden.A computer program product is understood to mean the program as a tradable product. It can basically be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed via a data transmission network.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.Finally, within the scope of the present invention, a modulated data signal is proposed which contains instructions that can be executed by a computer system or computer network for executing a method according to one of the described embodiments.
Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Messobjekten und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.With regard to the computer-implemented aspects of the invention, one, several or even all method steps of the method according to one or more of the embodiments proposed here can be carried out by means of a computer or computer network. Thus, in general, any of the method steps, including the provision and / or manipulation of data, can be carried out by means of a computer or computer network. In general, these steps can comprise any of the method steps, with the exception of the steps which require manual work, for example the provision of measurement objects and / or certain aspects of performing actual measurements.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Koordinatenmessgerät zum Vermessen mindestens eines Werkstücks vorgeschlagen.In a further aspect, a coordinate measuring machine for measuring at least one workpiece is proposed within the scope of the present invention.
Der Begriff „Werkstück“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf ein beliebiges Objekt beziehen. Das Werkstück, insbesondere eine Oberfläche des Werkstücks, kann starke Krümmungen, d.h. kleine Radien bis hin zu scharfen Kanten, aufweisen. Das Werkstück kann eine Freiformfläche sein. Beispielsweise kann das Werkstück eine Turbinenschaufel an einem Schaufelrad sein. Auch andere Werkstücke sind jedoch denkbar.The term “workpiece” as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can in particular refer to any object without restriction. The workpiece, in particular a surface of the workpiece, can have strong curvatures, i.e. small radii up to sharp edges. The workpiece can be a freeform surface. For example, the workpiece can be a turbine blade on a blade wheel. However, other workpieces are also conceivable.
Der Begriff „Koordinatenmessgerät“ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann sich, ohne Beschränkung, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Koordinate des Werkstücks beziehen. Das Koordinatenmessgerät kann ein Portalmessgerät oder ein Brückenmessgerät sein. Das Koordinatenmessgerät kann einen Messtisch zur Auflage mindestens eines zu vermessenden Werkstücks aufweisen. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens ein Portal aufweisen, welches mindestens eine erste vertikale Säule, mindestens eine zweite vertikale Säule und eine die erste vertikale Säule und die zweite vertikale Säule verbindende Traverse aufweist. Mindestens eine vertikale Säule ausgewählt aus der ersten und zweiten vertikalen Säule kann auf dem Messtisch beweglich gelagert sein. Die horizontale Richtung kann eine Richtung entlang einer y-Achse sein. Das Koordinatenmessgerät kann ein Koordinatensystem, beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem, aufweisen. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann beispielsweise durch einen Sensor des Koordinatenmessgeräts, insbesondere dem erfindungsgemäßen taktilen Sensor, gegeben sein. Eine x-Achse kann senkrecht zur y-Achse, in einer Ebene der Auflagefläche des Messtischs verlaufen. Senkrecht zu der Ebene der Auflagefläche, in eine vertikale Richtung, kann sich eine z-Achse, auch longitudinale Achse genannt, erstrecken. Die vertikalen Säulen können sich entlang der z-Achse erstrecken. Die Traverse kann sich entlang der x-Achse erstrecken. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens einen Messschlitten aufweisen, welcher entlang der Traverse beweglich gelagert ist. Unter einem „Messschlitten“ kann allgemein ein Schlitten verstanden werden, welcher eingerichtet ist, direkt oder mittels weiterer Bauteile mindestens einer Sensorvorrichtung aufzunehmen. In dem Messschlitten kann eine in eine vertikale Richtung, beispielsweise entlang der z-Achse, bewegliche Pinole gelagert sein. An einem unteren Ende, insbesondere einem in Richtung Auflagefläche zeigenden Ende, der Pinole kann beispielsweise der taktile Sensor angeordnet sein. Das Koordinatenmessgerät weist den mindestens einen taktilen Sensor mit dem mindestens einen Antastkörper auf. Der taktile Sensor kann austauschbar mit dem Koordinatenmessgerät verbunden sein. Das Koordinatenmessgerät weist mindestens einen Kalibrierkörper auf.The term “coordinate measuring machine” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can relate, without limitation, in particular to a device for determining at least one coordinate of the workpiece. The coordinate measuring machine can be a portal measuring machine or a bridge measuring machine. The coordinate measuring machine can have a measuring table for supporting at least one workpiece to be measured. The coordinate measuring machine can have at least one portal which has at least one first vertical column, at least one second vertical column and a cross member connecting the first vertical column and the second vertical column. At least one vertical column selected from the first and second vertical columns can be movably supported on the measuring table. The horizontal direction can be a direction along a y-axis. The coordinate measuring machine can have a coordinate system, for example a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can be given, for example, by a sensor of the coordinate measuring device, in particular the tactile sensor according to the invention. An x-axis can run perpendicular to the y-axis, in a plane of the support surface of the measuring table. A z-axis, also called a longitudinal axis, can extend perpendicular to the plane of the support surface, in a vertical direction. The vertical columns can extend along the z-axis. The traverse can extend along the x-axis. The coordinate measuring machine can have at least one measuring slide which is movably mounted along the cross member. A “measuring slide” can generally be understood to mean a slide which is set up to receive at least one sensor device directly or by means of further components. A quill movable in a vertical direction, for example along the z-axis, can be mounted in the measuring slide. The tactile sensor, for example, can be arranged at a lower end of the quill, in particular an end pointing in the direction of the support surface. The coordinate measuring machine has the at least one tactile sensor with the at least one probe body. The tactile sensor can be interchangeably connected to the coordinate measuring machine. The coordinate measuring machine has at least one calibration body.
Hinsichtlich Definitionen und Ausgestaltung der Komponenten des Koordinatenmessgeräts wie taktiler Sensor und Kalibrierkörpers kann auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen werden.With regard to the definitions and configuration of the components of the coordinate measuring machine such as the tactile sensor and calibration body, reference can be made to the description of the method according to the invention.
Das Koordinatenmessgerät weist mindestens eine Steuerung auf. Die Steuerung ist eingerichtet den Antastkörper entlang mindestens einer Trajektorie entlang einer Oberfläche des Kalibrierkörpers zu bewegen und eine Mehrzahl von Messwerten aufzunehmen. Die Steuerung ist eingerichtet beim Abtasten Geschwindigkeit und Antastkraft des taktilen Sensors zu variieren.The coordinate measuring machine has at least one controller. The controller is set up to move the probe body along at least one trajectory along a surface of the calibration body and to record a plurality of measured values. The control is set up to vary the speed and contact force of the tactile sensor when scanning.
Die Steuerung kann mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nichtflüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den taktilen Sensor anzusteuern. Die Steuerung kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Beispielsweise können eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem taktilen Sensor und der Steuerung vorgesehen sein. Die Steuerung kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar.The controller can comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, wherein the data processing device can be set up in terms of programming, for example, to control the tactile sensor. The controller can furthermore comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. For example, one or more electronic connections can be provided between the tactile sensor and the controller. The control can, for example, be set up centrally or also decentrally. Other configurations are also conceivable.
Das Koordinatenmessgerät weist mindestens eine Auswerteeinheit auf, welche eingerichtet ist die aufgenommenen Messwerte auszuwerten. Das Auswerten umfasst ein Bestimmen eines Tastvektors, mindestens einer charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, einer statischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors und einer dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den eine Auswertung durchzuführen. Die Auswerteeinheit kann Teil der Steuerung sein.The coordinate measuring machine has at least one evaluation unit which is set up to evaluate the recorded measured values. The evaluation includes determining a tactile vector, at least one characteristic, geometric variable of the probing body, a static compliance of the tactile sensor and a dynamic compliance of the tactile sensor. The evaluation unit can for example comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, wherein the data processing device can be set up, for example, in terms of programming, in order to carry out the one evaluation. The evaluation unit can be part of the control system.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:
- Ausführungsform 1: Verfahren zum Kalibrieren eines taktilen Sensors mit mindestens einem Antastkörper, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Erzeugen mindestens eines Datensatzes, wobei das Erzeugen ein Abtasten eines Kalibrierkörpers umfasst, wobei der Antastkörper entlang mindestens einer Trajektorie entlang einer Oberfläche des Kalibrierkörpers bewegt wird und eine Mehrzahl von Messwerten aufgenommen wird, wobei beim Abtasten Geschwindigkeit und Antastkraft des taktilen Sensors variiert werden,
- b) Auswerten des Datensatzes, wobei das Auswerten des Datensatzes ein Bestimmen eines Tastvektors, mindestens einer charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, einer statischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors und einer dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors umfasst.
- Ausführungsform 2: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Bestimmen des Tastvektors, der charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, der statischen Nachgiebigkeit und der dynamischen Nachgiebigkeit gleichzeitig erfolgt.
- Ausführungsform 3: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Kalibrierkörper eine Kalibrierkugel mit bekanntem Radius ist.
- Ausführungsform 4: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Antastkörper eine Tastkugel ist.
- Ausführungsform 5: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die charakteristische, geometrische Größe des Antastkörpers ein Tastkugelradius ist.
- Ausführungsform 6: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Auswerten ein Bestimmen von korrigierten Messwerten
- Ausführungsform 7: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Auswerten ein Lösen des folgenden Minimierungsproblems umfasst:
- Ausführungsform 8: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren ein Kalibrieren auf mindestens eine weitere Einflussgröße umfasst, wobei in Schritt a) die weitere Einflussgröße variiert wird, wobei in Schritt b) die weitere Einflussgröße berücksichtigt wird, wobei die weitere Einflussgröße eine Temperatur oder eine Änderung der Beschleunigung ist.
- Ausführungsform 9: Computerprogramm, welches bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen ausführt.
- Ausführungsform 10: Koordinatenmessgerät zum Vermessen mindestens eines Werkstücks, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens einen taktilen Sensor mit mindestens einem Antastkörper aufweist, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens einen Kalibrierkörper aufweist, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Steuerung aufweist, wobei die Steuerung eingerichtet ist den Antastkörper entlang mindestens einer Trajektorie entlang einer Oberfläche des Kalibrierkörpers zu bewegen und eine Mehrzahl von Messwerten aufzunehmen, wobei die Steuerung eingerichtet ist beim Abtasten Geschwindigkeit und Antastkraft des taktilen Sensors zu variieren, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, welche eingerichtet ist die aufgenommenen Messwerte auszuwerten, wobei das Auswerten ein Bestimmen eines Tastvektors, mindestens einer charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, einer statischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors und einer dynamischen Nachgiebigkeit des taktilen Sensors umfasst.
- Embodiment 1: A method for calibrating a tactile sensor with at least one probe body, the method comprising the following steps:
- a) generating at least one data set, the generating comprising scanning a calibration body, the probe body being moved along at least one trajectory along a surface of the calibration body and a plurality of measured values being recorded, the speed and probing force of the tactile sensor being varied during scanning,
- b) evaluating the data record, wherein the evaluation of the data record includes determining a tactile vector, at least one characteristic, geometric variable of the probe body, a static compliance of the tactile sensor and a dynamic compliance of the tactile sensor.
- Embodiment 2: Method according to the preceding embodiment, the determination of the sensing vector, the characteristic, geometric size of the sensing body, the static flexibility and the dynamic flexibility taking place at the same time.
- Embodiment 3: Method according to one of the preceding embodiments, wherein the calibration body is a calibration ball with a known radius.
- Embodiment 4: Method according to one of the preceding embodiments, wherein the probe body is a probe ball.
- Embodiment 5: Method according to the preceding embodiment, the characteristic, geometric size of the probe body being a probe ball radius.
- Embodiment 6: The method according to one of the preceding embodiments, wherein the evaluation includes determining corrected measured values
- Embodiment 7: The method according to one of the preceding embodiments, wherein the evaluation comprises solving the following minimization problem:
- Embodiment 8: Method according to one of the preceding embodiments, wherein the method comprises a calibration for at least one further influencing variable, the further influencing variable being varied in step a), the further influencing variable being taken into account in step b), the further influencing variable being a temperature or a change in acceleration.
- Embodiment 9: Computer program which, when run on a computer or computer network, executes the method according to one of the preceding embodiments.
- Embodiment 10: Coordinate measuring device for measuring at least one workpiece, the coordinate measuring device having at least one tactile sensor with at least one probe body, the coordinate measuring device having at least one calibration body, the coordinate measuring device having at least one controller, the controller being set up the probe body along at least one trajectory to move along a surface of the calibration body and to record a plurality of measured values, the controller being set up to vary the speed and contact force of the tactile sensor during scanning, the coordinate measuring device having at least one evaluation unit which is set up to evaluate the recorded measured values, the evaluation being a Determination of a tactile vector, at least one characteristic, geometric variable of the probing body, a static compliance of the tactile sensor and a dynamic compliance t of the tactile sensor includes.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features emerge from the following description of exemplary embodiments, in particular in conjunction with the subclaims. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The invention is not restricted to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numbers in the individual figures designate elements that are the same or functionally the same or correspond to one another with regard to their functions.
Im Einzelnen zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts.
-
1 an embodiment of a method according to the invention; and -
2 a schematic representation of an embodiment of a coordinate measuring machine according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Der Antastkörper
Der taktile Sensor
Das Signal kann beispielsweise ein elektrisches Signal, ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein. Das Signal kann insbesondere von einer zusätzlichen Sensorik, welche beispielsweise mit dem Antastkörper
Das Kalibrieren kann ein Einmessen des taktilen Sensors und/oder ein Bestimmen von Kennzahlen des taktilen Sensors
Der Tastvektor kann ein Vektor von dem Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems
Das Verfahren
- a) Erzeugen mindestens eines Datensatzes (Bezugsziffer
122 ), wobei das Erzeugen einAbtasten des Kalibrierkörpers 120 umfasst, wobei der Antastkörper114 entlang mindestens einer Trajektorie entlang einer Oberfläche desKalibrierkörpers 120 bewegt wird und eine Mehrzahl von Messwerten aufgenommen wird, wobei beim Abtasten Geschwindigkeit und Antastkraft des taktilenSensors 114 variiert werden, - b) Auswerten des Datensatzes (Bezugsziffer
124 ), wobei das Auswerten des Datensatzes ein Bestimmen des Tastvektors, der mindestens einen charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, der statischen Nachgiebigkeit des taktilenSensors 112 und der dynamischen Nachgiebigkeit des taktilenSensors 112 umfasst.
- a) Generating at least one data record (reference number
122 ), the generating being a scanning of thecalibration body 120 comprises, wherein theprobe body 114 along at least one trajectory along a surface of thecalibration body 120 is moved and a plurality of measured values is recorded, the speed and contact force of the tactile sensor duringscanning 114 be varied, - b) Evaluation of the data record (reference number
124 ), wherein the evaluation of the data record is a determination of the tactile vector, the at least one characteristic, geometric variable of the probe body, the static flexibility of thetactile sensor 112 and the dynamic compliance of thetactile sensor 112 includes.
Der Datensatz kann eine Mehrzahl von aufgenommenen Messwerten umfassen. Schritt a) kann insbesondere ein Scannen, auch Abscannen genannt, der Oberfläche des Kalibrierkörpers
Das Variieren der Geschwindigkeit und der Antastkraft kann ein Ändern der Geschwindigkeit und der Antastkraft umfassen. Beispielsweise kann der Kalibrierkörper120 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgescannt werden, welches in einer Variation der wirkenden Beschleunigung resultiert. Das Variieren kann zu vorbestimmten Zeiten erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Prüf- oder Messprotokolls. Die Antastkraft kann dabei von Aktoren, beispielsweise Kraftspulen, eingeregelt werden. Taktile messende Tastköpfe ohne derartige Aktoren enthalten üblicherweise eine Federkinematik. Die Federkennlinien sind bekannt oder können im Arbeitsbereich einfach als linear angesehen werden. Somit kann bei diesen Tastköpfen die Messkraft indirekt über die Auslenkung eingeregelt werden. Das ist hier und im Folgenden als äquivalent zu betrachten. Die Geschwindigkeit kann dabei so variiert werden, dass sich Beschleunigungsvektoren ergeben, welche bei Betrag und Richtung den zulässigen Bereich möglichst gleichmäßig abdecken. Auch die Kraft kann ebenso variiert werden. Ist zum Beispiel eine maximale Messkraft von 1 N und eine minimale von 0,2 N zulässig so kann zum Beispiel die Kalibriermessung mit 0,2 N, 0,6 N und 1 N durchgeführt werden. Damit ergeben sich bei zum Beispiel Halbkugel-förmigem Scanning Bereich Kraftvektoren in allen relevanten Richtungen mit kleiner, mittlerer und großer Messkraft. Auch andere Messkräfte und Variationen sind möglich. Kraft und Geschwindigkeit kann auch während der Scanning Messung einer Linie variiert werden.Varying the speed and the contact force can include changing the speed and the contact force. For example, the
Das Bestimmen des Tastvektors, der charakteristischen, geometrischen Größe des Antastkörpers, der statischen Nachgiebigkeit und der dynamischen Nachgiebigkeit kann insbesondere gleichzeitig erfolgen. Im Vergleich zu bekannten zweistufige Verfahren, bei welchen zunächst Tastkugelradius, Tastvektor und statische Nachgiebigkeit des taktilen Sensors
Das Auswerten
Das Auswerten kann ein Lösen des folgenden Minimierungsproblems umfassen:
Das so entstandene Lineare Gleichungssystem mit 4+9+9=22 Unbekannten kann bei entsprechender Permutation der Geschwindigkeit und Antastkraft und entsprechend hoher Anzahl von aufgenommenen Messwerten gelöst werden. Die Optimierungsrechnung basiert auf der oben dargestellten „Korrekturfunktion“
Das Verfahren kann ein Kalibrieren auf mindestens eine weitere Einflussgröße umfassen. Die weitere Einflussgröße kann beispielsweise eine Temperatur oder eine Änderung der Beschleunigung, auch als Ruck bezeichnet, sein. Auch andere Einflussgrößen sind jedoch denkbar. In Schritt a)
Das Koordinatenmessgerät
Die Steuerung
Das Koordinatenmessgerät
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 110110
- VerfahrenProcedure
- 112112
- taktiler Sensortactile sensor
- 114114
- AntastkörperProbe body
- 116116
- KoordinatenmessgerätCoordinate measuring machine
- 118118
- KoordinatensystemCoordinate system
- 120120
- KalibrierkörperCalibration body
- 122122
- Schritt a)Step a)
- 124124
- Schritt b)Step b)
- 126126
- MesstischMeasuring table
- 128128
- Portalportal
- 130130
- erste vertikale Säulefirst vertical column
- 132132
- zweite vertikale Säulesecond vertical column
- 134134
- Traversetraverse
- 136136
- MessschlittenMeasuring slide
- 138138
- Steuerungcontrol
- 140140
- AuswerteeinheitEvaluation unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 19861469 [0004]DE 19861469 [0004]
- CN 103822603 [0005]CN 103822603 [0005]
- EP 2447665 [0005]EP 2447665 [0005]
- WO 030308375 [0005]WO 030308375 [0005]
- WO 2005/090900 [0005]WO 2005/090900 [0005]
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DE102019220060.5A DE102019220060A1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method for calibrating a tactile sensor |
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- 2019-12-18 DE DE102019220060.5A patent/DE102019220060A1/en active Pending
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