DE102020207756A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung sowie Koordinatenmesseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit (Cspec) einer Koordinatenmesseinrichtung (1), wobei eine messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) bestimmt wird, wobei messeinrichtungsspezifische Steifigkeiten (Cspec) an mindestens zwei Stützstellen erfasst und in Abhängigkeit dieser messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten (Cspec) mindestens eine messeinrichtungsspezifische Korrekturfunktion für die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) bestimmt wird, wobei die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) in Abhängigkeit eines Funktionswerts der messeinrichtungsspezifischen Korrekturfunktion korrigiert wird, um die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit (Cspec) zu bestimmen sowie eine Koordinatenmesseinrichtung (1).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung sowie eine Koordinatenmesseinrichtung.
• Für Koordinatenmesseinrichtungen (KMG) oder Werkzeugmaschinen werden Korrekturverfahren zur Reduzierung von Messfehlern bedingt durch Antastkräfte im Messbetrieb und/oder bedingt durch auf einen Sensor/ein Werkzeug im Betrieb einwirkenden Beschleunigungskräfte eingesetzt. Diese korrigieren eine Positionsverfälschung eines Sensors der Koordinatenmesseinrichtung oder eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine, die aufgrund von antastkraft- und/oder beschleunigungsbedingter Verformung der Struktur der Koordinatenmesseinrichtung entstehen.
• Es ist bekannt, so genannte Steifigkeitsmatrizen zu verwenden, deren Elemente beschleunigungsabhängig und/oder abhängig von einer Raumlage eines Sensors/Werkzeugs, bestimmt werden, insbesondere durch Auswertung von Polynomfunktionen. Parameter dieser Polynomfunktionen können messtechnisch oder simulativ bestimmt werden.
• Die messtechnische Bestimmung erfolgt z.B. über konkrete Messungen der Steifigkeit an verschiedenen Raumlagen innerhalb des Messvolumens (Stützstellen). Zwischen den einzelnen Stützstellen müssen später zur Korrektur Zwischenwerte berechnet werden, z.B. durch Einpassen von Polynomfunktionen. Aufgrund des messtechnischen Aufbaus ist es nicht möglich die Steifigkeiten an allen relevanten Positionen im Messvolumen zu ermitteln. Speziell im Randbereich ist es oft problematisch. Hier muss dann extrapoliert werden. Die entstehenden Extrapolationsfehler verursachen einen Restfehler. Außerdem können nicht alle Arten von Steifigkeiten messtechnisch bestimmt werden. Messungen sind zudem von systematischen/zufälligen Messfehlern behaftet, z.B. durch umweltbedingte Messfehler.
• Mit Hilfe einer FEM-Simulation können zwar theoretisch beliebig viele Stützstellen berechnet werden, vor allem aber auch im Randbereich des Messvolumens. Auch können deutlich mehr Arten (alle) von Steifigkeiten bzw. Steifigkeitspolynome berechnet werden, frei von Messfehlern. Für eine Simulation müssen jedoch alle Materialparameter, Steifigkeiten usw. exakt bekannt sein, was oft nur unter Annahmen oder fehlerbehafteten Messungen zur Bestimmung der Parameter möglich ist. Dies führt wiederum zur Abweichung der Parameter von den theoretisch idealen Werten.
• Zudem wird die Ermittlung der Parameter der Polynomfunktion in der Regel nur ein einziges Mal für eine Koordinatenmesseinrichtung eines Typs oder einer Serie durchgeführt. Individuelle Abweichungen bedingt durch Fertigungsschwankungen in der Justage oder durch Bauteiltoleranzen (Schwankungen von Einzelteile, Wandstärken, Werkstoffe) werden nicht berücksichtigt bzw. sind sehr aufwendig. In der Wahl der Werkstoffe gilt es zudem die Anforderungen einer gleichbleibenden Steifigkeit zu erfüllen. Werkstoffschwankungen werden durch die einheitliche Steifigkeitsmatrix eines Geräts nicht berücksichtigt, bzw. durch strenge Herstellangaben bei den Zulieferer spezifiziert, was sehr teuer ist. Der Einsatz der Werkstoffe wird dadurch beschränkt.
• Somit besteht bei beiden Ansätzen der Nachteil, dass die zur Korrektur verwendeten Steifigkeiten für eine spezifische Koordinatenmesseinrichtung ungenau sind und somit eine unerwünschte Verfälschung von Messwerten, die von dieser Koordinatenmesseinrichtung erzeugt werden, erfolgt.
• Die DE 10 214 489 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von Führungsfehlern bei einem Koordinatenmeßgerät mit einem beweglichen Meßkopf und mit Mitteln zur beweglichen Führung des Meßkopfes und mit Skalen zur Identifizierung der Koordinaten des Meßkopfes, wobei die Führungsfehler zu vorbestimmten Werten der Skalen bestimmt werden.
• Die EP 0 684 447 B1 offenbart ein Verfahren und ein Koordinatenmessgerät zur Koordinatenmessung an Werkstücken mit einem KMG (Koordinatenmeßgerät), bei dem die ermittelten Meßwerte mit gespeicherten Korrekturwerten verrechnet werden.
• Die DE 10 124 493 A1 offenbart ein Verfahren zur Korrektur der Meßergebnisse eines Koordinatenmeßgerätes, bei dem ein Werkstück kontinuierlich abgetastet wird und ein entsprechendes Koordinatenmeßgerät.
• Die DE 102 37 501 A1 offenbart eine Koordinatenmeßmaschine mit einem Taster zum Abfühlen einer Oberfläche, der am einen Ende einer Pinole angebracht ist, und einer Steuervorrichtung, die die Position des Tasters bestimmt und daraus Meßwerte erzeugt, wobei die Steuervorrichtung eine Korrektur der Meßwerte durchführt und dazu die Steifigkeit der Pinole ermittelt, damit einen Fehlerwert für eine aktuelle Durchbiegung oder Verkippung der Pinole bestimmt und mit diesem Fehlerwert die Meßwerte korrigiert.
• Es stellt sich daher das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer messgerätespezifischen Steifigkeit sowie eine Koordinatenmesseinrichtung zu schaffen, die eine genauere Bestimmung der messgerätespezifischen Steifigkeit und somit im nachfolgenden Betrieb die Erzeugung genauerer Messergebnisse ermöglicht.
• Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung. Die Koordinatenmesseinrichtung dient zur Erfassung von Raumkoordinaten einer Oberfläche eines Messobjekts, die dann zur Bestimmung von dimensionellen Größen wie z.B. einer Breite, eines Durchmessers, einer Länge etc., des Messobjekts oder von Prüfelementen des Messobjekts genutzt werden. Diese wiederum können z.B. für eine Qualitätsprüfung des Messobjekts genutzt werden. Die Koordinatenmesseinrichtung kann einen taktilen Sensor oder einen optischen Sensor zur Erfassung der Raumkoordinaten umfassen.
  Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit bestimmt, insbesondere in einem ersten Bestimmungsschritt. Die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit gibt einen Zusammenhang zwischen einer Auslenkung des Sensors der Koordinatenmesseinrichtung und einer Antastkraft und/oder einer Beschleunigung des Sensors an. Im Sinne dieser Erfindung kann eine Antastkraft auch ein Antastmoment bezeichnen.
• Die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit kann insbesondere abhängig von einer Raumlage und/oder abhängig von einem Lastfall des Sensors der Koordinatenmesseinrichtung sein. Die Raumlage bezeichnet hierbei eine Position und Orientierung in einem Referenzkoordinatensystem, z.B. einem globalen Koordinatensystem oder in einem Koordinatensystem der Koordinatenmesseinrichtung.
• Die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit bezeichnet hierbei eine Steifigkeit, die modellbasiert und/oder für eine Mehrzahl von Koordinatenmesseinrichtungen, z.B. für alle Koordinatenmesseinrichtungen eines bestimmten Typs oder einer Bauserie, bestimmt wurde, z.B. für im Rahmen einer Kalibration. Aufgrund von z.B. Bauteiltoleranzen, Materialtoleranzen, Fertigungstoleranzen, Umgebungsbedingungen kann die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit von der tatsächlichen Steifigkeit einer spezifischen, einzelnen Koordinatenmesseinrichtung abweichen. Somit kann die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit eine Steifigkeit bezeichnen, die unabhängig von der Materialzusammensetzung und/oder den Fertigungstoleranzen und/oder den Umgebungsbedingungen der spezifischen Koordinatenmesseinrichtung bestimmt wird.
• Diese messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit kann - wie nachfolgend noch näher erläutert - zum Beispiel durch Auswertung einer Polynomfunktion bestimmt werden, deren Eingangswert mindestens eine Raumkoordinate der Raumlage eines Sensors und/oder ein Beschleunigungswert für eine Bewegung entlang/um mindestens einer Raumachse des Referenzkoordinatensystems ist und deren Ausgangswert die Steifigkeit ist.
• Die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit, insbesondere eine Vielzahl von messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeiten für verschiedenen Raumlagen und/oder verschiedene Lastfälle, können hierbei vorbestimmt sein. Z.B. können die Parameter der erläuterten Polynomfunktion vorbestimmt sein. Diese können z.B. durch eine Kalibration bestimmt werden.
• Erfindungsgemäß werden messeinrichtungsspezifische Steifigkeiten an mindestens zwei Stützstellen erfasst, insbesondere in einem Stützstellenerfassungsschritt. Diese können auch als messeinrichtungsspezifische Stützstellen-Steifigkeiten bezeichnet werden. Eine Stützstelle bezeichnet hierbei eine bestimmte Raumlage und/oder einen bestimmten Lastfall, wobei ein Lastfall eine bestimmte Beschleunigung des Sensors und/oder das Antasten eines Messobjekts mit einer bestimmten Antastkraft bezeichnet.
• Weiter wird in einem Bestimmungsschritt in Abhängigkeit dieser mindestens zwei messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten mindestens eine messeinrichtungsspezifische Korrekturfunktion für die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit bestimmt. Insbesondere können in Abhängigkeit der erfassten messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten die Parameter einer Korrekturfunktion bestimmt werden. Die Korrekturfunktion kann derart bestimmt werden, dass in Abhängigkeit eines Eingangswerts, der mindestens eine Raumkoordinate der Raumlage eines Sensors und/oder ein Beschleunigungswert für eine Bewegung entlang/um mindestens einer Raumachse des Referenzkoordinatensystems sein kann, ein Ausgangswert bestimmt wird, der ein Korrekturwert für die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit ist.
• Weiter wird die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit in Abhängigkeit eines Funktionswerts der messeinrichtungsspezifischen Korrekturfunktion korrigiert, um die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit zu bestimmen. Mit anderen Worten wird also die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit bestimmt, indem die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit in Abhängigkeit des Korrekturwerts korrigiert wird.
  Dies erfolgt in einem Korrekturschritt. In diesem Korrekturschritt kann eine Auswertung der Korrekturfunktion erfolgen, wobei durch Auswertung der Korrekturfunktion, insbesondere für eine aktuelle Raumlage und/oder für einen aktuellen Lastfall, ein Korrekturwert für die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit bestimmt wird. Weiter kann die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit bestimmt werden, indem der Korrekturwert zur messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeit hinzuaddiert oder von dieser abgezogen wird.
• Die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit kann insbesondere ein Eintrag in einer Steifigkeitsmatrix sein. Die Korrekturfunktion kann dann zur Korrektur dieses Eintrags dienen. Somit ermöglicht also das Verfahren auch die Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeitsmatrix, indem die Korrekturfunktion oder mehrere Korrekturfunktionen zur Korrektur der Elemente in der messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeitsmatrix genutzt werden.
• Es ist also möglich, für eine aktuelle Raumlage und/oder einen aktuellen Lastfall eine messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit und einen Korrekturwert für diese Steifigkeit zu bestimmen, wobei der Korrekturwert mit der, wie vorhergehend beschriebenen, Korrekturfunktion bestimmt wird. Dann kann die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit wie erläutert bestimmt werden.
• In einer weiteren Ausführungsform werden die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit und der Funktionswert der Korrekturfunktion abhängig von einer Raumlage und/oder einem Lastfall eines Sensors bestimmt. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders genaue Bestimmung der messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit, da diese Steifigkeit aufgrund des Aufbaus der Koordinatenmesseinrichtung raumlagen- und/oder lastfallabhängig sein kann.
• In einer weiteren Ausführungsform werden Parameter der Korrekturfunktion in Abhängigkeit der an mindestens zwei Stützstellen bestimmten messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten bestimmt. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache, schnelle und zuverlässige Bestimmung eines Korrekturwerts.
• In einer weiteren Ausführungsform wird die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit als Funktionswert einer Polynomfunktion bestimmt, wobei Parameter der Polynomfunktion in Abhängigkeit von messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeiten, die an verschiedenen Stützstellen bestimmt werden, oder modellbasiert bestimmt werden. Die Stützstellenmessung zur Bestimmung der Parameter der Polynomfunktion kann hierbei an einer von der spezifischen Koordinatenmesseinrichtung verschiedenen Koordinatenmesseinrichtung durchgeführt werden. Zur modellbasierten Bestimmung kann insbesondere ein CAD-Modell der Koordinatenmesseinrichtung ausgewertet werden. Weiter kann eine Soll-Materialzusammensetzung der Koordinatenmesseinrichtung bei der modellbasierten Bestimmung berücksichtigt werden. Bei der modellbasierten Bestimmung können die Parameter unter Nutzung eines FEM-Modells, insbesondere durch eine FEM-Systemsimulation, oder unter Nutzung einer MKS-Simulation bestimmt werden. Hierbei können insbesondere folgende Eigenschaften der Koordinatenmesseinrichtung berücksichtigt werden:
• -Lagersteifigkeiten von Fest- und/oder Loslagern, insbesondere im Arbeitspunkt,
• -Antriebssteifigkeiten,
• -Struktursteifigkeiten,
• -Werkstoffe und Geometrietoleranzen, z.B. Materialstärken und/oder Werkstoffeigenschaften,
• -Schwerpunktslage bzw. Massenträgheitsmoment des Sensors,
• -Raumposition des Sensors oder einer Sensorträgereinrichtung, z.B. eines Portals.
Einige der Eigenschaften können hierbei durch eine Messung oder eine Modalanalyse ermittelt werden.
• Dies ermöglicht eine zuverlässige und hinreichend genaue Bestimmung einer messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeit und somit dann auch eine genaue Bestimmung der messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl der Stützstellen für die Bestimmung der Polynomfunktion zur Bestimmung der messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeit größer als die Anzahl der Stützstellen für die Bestimmung der Korrekturfunktion. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle Bestimmung der messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Korrekturfunktion ein Polynom erster Ordnung oder ein Polynom höherer Ordnung. Für die Bestimmung der zwei Parameter einer Korrekturfunktion erster Ordnung ist die Erfassung der Steifigkeit an genau zwei Stützstellen nötig. Selbstverständlich kann die Erfassung jedoch auch an mehr als zwei Stützstellen durchgeführt werden. Für die Bestimmung der drei Parameter einer Korrekturfunktion zweiter Ordnung ist die Erfassung der Steifigkeit an genau drei Stützstellen nötig. Selbstverständlich kann die Erfassung jedoch auch an mehr als drei Stützstellen durchgeführt werden. Entsprechendes gilt für die Bestimmung der Parameter von Korrekturfunktionen höherer Ordnung. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle und genaue Bestimmung der Korrekturfunktion, wodurch wiederum genaue messeinrichtungsspezifische Steifigkeiten bestimmt werden können.
• In einer weiteren Ausführungsform werden messeinrichtungsspezifische Steifigkeiten zur Bestimmung der Korrekturfunktion durch ein direktes Messverfahren oder durch ein indirektes Messverfahren bestimmt. Ein direktes Messverfahren kann z.B. ein Verfahren basierend auf einer Multilateration in sechs Freiheitsgraden sein, welches bevorzugt für einen dynamischen Lastfall verwendet wird. Ein alternatives Verfahren kann ein Verfahren basierend auf einer Trippelmessung sein, welches bevorzugt für einen statischen Lastfall verwendet wird. Weiter kann ein direktes Messverfahren eine Laserinteferometriemessung umfassen, welches sowohl für den dynamischen Lastfall als auch für den statischen Lastfall verwendet werden kann. Ein weiteres direktes Messverfahren kann eine Tensorkalibrierung umfassen, welches ebenfalls sowohl für den dynamischen Lastfall als auch für den statischen Lastfall verwendet werden kann. Ein weiteres direktes Messverfahren kann eine Auswertung von Messergebnissen, die durch eine Messuhr erfasst wurden, insbesondere bei einer Krafteinleitung durch den Sensor in das Messobjekt, umfassen, welches bevorzugt für den statischen Lastfall verwendet werden kann. Ein weiteres direktes Messverfahren kann die Vermessung eines Lehrrings umfassen. Ein weiteres direktes Messverfahren ist in der eingangs erläuterten DE 102 37 501 A1 offenbart, insbesondere durch die in 4 dieser Druckschrift dargestellte Ausführungsform eines Aufbaus zur Bestimmung einer Torsionssteifigkeit.
• Bei einem indirekten Messverfahren kann die Steifigkeit in Abhängigkeit von Ausgangssignalen von Sensoren, z.B. Sensoren zur Erfassung einer Position entlang eines Maßstabs, eines Sensors der Koordinatenmesseinrichtung, eines Beschleunigungssensors, eines Dehnmessstreifens oder eines weiteren, an der Koordinatenmesseinrichtung angebrachten, Sensors zur Bestimmung, insbesondere zur Parametrisierung, eines Modells der Koordinatenmesseinrichtung genutzt werden, wobei dann die Steifigkeit modellbasiert bestimmt wird. Derart bestimmte Eigenschaften des Modells, die bei der modellbasierten Bestimmung der Steifigkeit zu berücksichtigen sind, können Eigenfrequenz der Antriebe, Eigenfrequenz der relevanten Eigenmoden in Abhängigkeit der Portalposition oder der Verschiebung/Rotationen.
• Abschließend erfolgt die Berechnung der linearen Abweichungen z.B. mit Hilfe von Polynomeinpassungen. War die zu korrigierende Korrektur bereits aktiv, müssen die linearen Abweichungen nur noch entsprechend addiert werden, ansonsten muss vorher noch die Differenz gebildet werden.
• In einer weiteren Ausführungsform werden Parameter der Korrekturfunktion derart bestimmt, dass eine Änderung eines Lastfalls und/oder einer Raumlage, die eine Veränderung eines Parameters einer Polynomfunktion zur Bestimmung der messgeräteunspezifischen Steifigkeit bedingen, keine Änderung der Parameter der Korrekturfunktion bedingen. Z.B. kann die Korrekturfunktion derart bestimmt werden, dass der Ausgangswert der Korrekturfunktion unabhängig von einer Raumkoordinate ist, wobei jedoch der Ausgangswert der Polynomfunktion abhängig von dieser Raumkoordinate ist. Alternativ oder kumulativ kann die Korrekturfunktion derart bestimmt werden, dass der Ausgangswert der Korrekturfunktion unabhängig von einem Lastfall entlang oder um eine Raumachse ist, wobei jedoch der Ausgangswert der Polynomfunktion abhängig von diesem Lastfall ist. Dies ermöglicht eine einfache und zeitlich schnelle Bestimmung der Korrekturfunktion sowie eine einfache und zeitlich schnelle Auswertung der Korrekturfunktion.
• Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung, wobei die Vorrichtung mindestens eine Recheneinrichtung und mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit umfasst. Diese Einrichtung kann insbesondere durch die Recheneinrichtung ausgebildet sein. Die Recheneinrichtung kann einen Mikrocontroller oder eine integrierte Schaltung umfassen oder als solche(r) ausgebildet sein. Die Vorrichtung ist hierbei derart konfiguriert, dass ein Verfahren zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit gemäß einer der in dieser Offenbarung offenbarten Ausführungsformen durch die Vorrichtung ausführbar ist.
• Insbesondere ist eine messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit bestimmbar, insbesondere durch die erläuterte Einrichtung zur Bestimmung. Diese kann hierzu z.B. auf gespeicherte Informationen zugreifen, z.B. auf vorbestimmten Parameter einer Polynomfunktion. Diese können in einer Speichereinrichtung der Vorrichtung gespeichert sein.
• Erfindungsgemäß ist eine messeinrichtungsspezifische Steifigkeit an mindestens zwei Stützstellen bestimmbar. Hierzu kann die Vorrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Koordinatenmesseinrichtung umfassen. Diese kann ebenfalls einen Mikrocontroller oder eine integrierte Schaltung umfassen oder als solche(r) ausgebildet sein. Weiter kann die Steifigkeit über eines der vorhergehend erläuterten Verfahren bestimmt werden.
• Weiter ist, insbesondere durch die Recheneinrichtung, in Abhängigkeit dieser messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten mindestens eine messeinrichtungsspezifische Korrekturfunktion für die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit bestimmbar ist. Weiter ist, insbesondere ebenfalls durch die Recheneinrichtung, die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit zur Bestimmung der messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit in Abhängigkeit eines Funktionswerts der messeinrichtungsspezifischen Korrekturfunktion korrigierbar.
• Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Ausführung eines der vorhergehend erläuterten Verfahren mit den ebenfalls vorhergehend angeführten Vorteilen.
• Die ermittelnden Parameter der Korrekturfunktion können in einer Speichereinrichtung, z.B. auf einem Datenträger oder in einer Datenbank, gespeichert werden. Zur Korrektur können diese von der Recheneinrichtung abgerufen werden. Somit kann die Vorrichtung auch eine entsprechende Speichereinrichtung umfassen.
• Es ist weiter möglich, dass Parameter, die einen Restfehler und/oder eine Messunsicherheit nach der Korrektur repräsentieren, gespeichert werden. Auch diese können dann zur Laufzeit von der Recheneinrichtung abgerufen werden, wodurch sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit ergibt, dass zur Laufzeit parallel zur Korrektur der Messunsicherheitsbeitrag mitbetrachtet werden kann.
• Weiter vorgeschlagen wird eine Koordinatenmesseinrichtung umfassend eine Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen.
• Weiter beschrieben wird ein Programm, welches, wenn es auf oder durch einen Computer oder eine Auswerteeinrichtung ausgeführt wird, den Computer veranlasst, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung. Alternativ oder kumulativ wird ein Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt beschrieben, auf oder in dem das Programm gespeichert ist, insbesondere in einer nicht vorübergehenden, z.B. in einer dauerhaften, Form. Alternativ oder kumulativ wird ein Computer beschrieben, der dieses Programmspeichermedium umfasst. Weiter alternativ oder kumulativ wird ein Signal beschrieben, beispielsweise ein digitales Signal, welches Informationen codiert, die das Programm repräsentieren und welches Code-Mittel umfasst, die adaptiert sind, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung dargestellten Verfahrens zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung durchzuführen. Das Signal kann ein physikalisches Signal, zum Beispiel ein elektrisches Signal, sein, welches insbesondere technisch oder maschinell erzeugt wird.
• Weiter kann das Verfahren zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit einer Koordinatenmesseinrichtung ein computerimplementiertes Verfahren sein. So können zum Beispiel ein, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durch einen Computer ausgeführt werden. Eine Ausführungsform für das computerimplementierte Verfahren ist die Benutzung des Computers zur Durchführung einer Datenverarbeitungsmethode. Der Computer kann zum Beispiel zumindest eine Recheneinrichtung, insbesondere ein Prozessor, und zum Beispiel zumindest eine Speichereinrichtung umfassen, um die Daten, insbesondere technisch, zu verarbeiten, zum Beispiel elektronisch und oder optisch. Ein Computer kann hierbei jede Art von Datenverarbeitungsgerät sein. Ein Prozessor kann ein halbleiterbasierter Prozessor sein.
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
• 1 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2 eine schematische Ansicht einer Stützstellenmessung zur Bestimmung der Korrekturfunktion.
• Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
• 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer messgerätespezifischen Steifigkeit Cspec einer Koordinatenmesseinrichtung 1 (siehe 2).
• Hierbei wird in einem ersten Schritt S1 eine messgeräteunspezifische Steifigkeit C bestimmt. Dies erfolgt insbesondere durch Auswertung einer Polynomfunktion für die aktuelle Raumlage und/oder den aktuellen Lastfall eines Sensors 2 der Koordinatenmesseinrichtung 1, wobei diese Polynomfunktion die Bestimmung einer raumlagen- und/oder lastfallspezifischen Steifigkeit ermöglicht. Parameter der Polynomfunktion wurden hierbei vorab bestimmt, z.B. modellbasiert oder durch die Erfassung von Steifigkeiten für eine erste Anzahl von Raumlagen und/oder Lastfälle einer von der Koordinatenmesseinrichtung 1 verschiedenen Koordinatenmesseinrichtung, die aber insbesondere aus der gleichen Serie wie die Koordinatenmesseinrichtung 1 oder vom gleichen Typ wie diese sein kann. Auch können diese Steifigkeiten unabhängig von Fertigungstoleranzen und/oder unabhängig von Umgebungsbedingungen und/oder unabhängig von Materialeigenschaften bestimmt werden.
• In einem zweiten Schritt S2 wird eine Korrekturfunktion für die aktuelle Raumlage und/oder den aktuellen Lastfall eines Sensors 2 der Koordinatenmesseinrichtung 1 ausgewertet, wobei sich ein Korrekturwert KW für die messgeräteunspezifische Steifigkeit C ergibt.
• In einem dritten Schritt S3 wird die messgerätespezifische Steifigkeit Cspec bestimmt, indem der Korrekturwert KW zur messgeräteunspezifischen Steifigkeit C addiert wird.
• Die Korrekturfunktion wird hierbei vor der Durchführung des zweiten Schritts S2 und insbesondere aber nicht zwingend vor der Durchführung des ersten Schritts S1 bestimmt. Hierzu wird für mindestens zwei voneinander verschiedene Raumlagen und/oder für mindestens zwei verschiedene Lastfälle des Sensors 2 eine messgerätespezifische Steifigkeit Cspec bestimmt. Ferner wird dann eine Abweichung zwischen diesen messgerätespezifischen Steifigkeiten Cspec und den für diese Raumlagen und/oder Lastfälle bestimmten messgeräteunspezifischen Steifigkeiten C bestimmt. Hiernach werden Parameter der Korrekturfunktion derart bestimmt, dass eine Abweichung/Differenz zwischen den Ausgangswerten der Korrekturfunktion und den Abweichungen für die betrachteten Raumlagen und/oder Lastfälle minimal ist. Mit derart bestimmten Parametern der Korrekturfunktion kann dann auch durch Auswertung der Funktion für weitere Raumlagen und/oder weitere Lastfälle ein Ausgangswert bestimmt werden, der eine Abweichung zwischen der messgeräteunspezifischen Steifigkeit C und der messgerätespezifischen Steifigkeit Cspec für diese Raumlage und/oder diesen Lastfall annähert. Diese Abweichung kann dann - wie vorhergehend erläutert - als Korrekturwert verwendet werden.
• 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Stützstellenmessung zur Bestimmung der Korrekturfunktion. Hierbei ist dargestellt, dass eine Koordinatenmesseinrichtung 1 einen Sensor 2 umfasst, der an einem freien Ende einer Pinole 3 befestigt ist. Die Pinole 3 wiederum ist beweglich entlang einer Vertikalachse z. Weiter ist die Pinole 3 an einem Schlitten befestigt, der beweglich entlang einer Längsachse x an einer Traverse 4 gelagert ist. Freie Enden der Traverse 4 sind wiederum an einer rechten Säule 5a und einer linken Säule 5b befestigt, die entlang einer Querachse y (nicht dargestellt und in die Zeichenebene hinein orientiert) beweglich sind und ein so genanntes Portal bilden. Richtungen der Achsen sind durch Pfeile gekennzeichnet. Die Achsen x, y, z bilden Achsen eines Referenzkoordi natensystems.
• In 2 ist dargestellt, dass mit einem Sensor 2 für eine konstante Position entlang der Längsachse x und eine konstante Position entlang der Querachse y für zwei verschiedene Positionen Pz1, Pz2 entlang der Vertikalachse z jeweils eine messgerätespezifische Steifigkeit Cspec (siehe 1) bestimmt wird. Auch ist dargestellt, dass für eine konstante Position entlang der Vertikalachse z und eine konstante Position entlang der Querachse y für zwei verschiedene Positionen Px1, Px2 entlang der Längsachse x jeweils eine messgerätespezifische Steifigkeit Cspec (siehe 1) bestimmt wird.
• Für diese Positionen Px1, Px2, Pz1, Pz2 kann ebenfalls eine messgeräteunspezifische Steifigkeit C bestimmt werden. Dann können die entsprechenden Abweichungen sowie Parameter einer ersten Korrekturfunktion, mit der ein vertikalpositionsspezifischer Korrekturwert KW bestimmt werden kann, und Parameter einer weiteren Korrekturfunktion, mit der ein längspositionsspezifischer Korrekturwert KW bestimmt werden kann, bestimmt werden.
• Für eine beliebige Position des Sensors 2 kann dann in einem nachfolgenden Betrieb jeweils die messgeräteunspezifische Steifigkeit C sowie die Korrekturwerte KW durch Auswertung der Korrekturfunktionen bestimmt werden, wobei die messgeräteunspezifische Steifigkeit Cspec dann in Abhängigkeit der Korrekturwerte KW korrigiert werden, insbesondere in dem diese zur messgeräteunspezifischen Steifigkeit hinzuaddiert oder von dieser abgezogen werden.
• Es ist z.B. möglich, dass die messgeräteunspezifische Steifigkeit C mit einem Polynom zweiter Ordnung bestimmt wird: $$\text{C}\left(\text{x}\right)=\text{a2*x2}+\text{a1*x}+\text{a0}$$

  

  wobei a2, a1, a0 die Parameter einer Polynomfunktion zweiter Ordnung und x eine Raumlage und/oder einen Lastfall bezeichnet.
• Weiter ist es möglich, für die Positionen Px1, Px2, an denen die Stützstellenmessung der messgerätespezifischen Steifigkeit Cspec erfolgte, die Differenzen delta1, delta2 zwischen den jeweiligen messgeräteunspezifischen Steifigkeiten C(Px1), C(Px2) und den messgerätespezifischen Steifigkeiten Cspec(Px1), Cspec(Px2) zu bestimmen. $$\text{delta}\left(\text{Px1}\right)=\text{Cspec}\left(\text{Px1}\right)-\text{C}\left(\text{Px1}\right)$$

  

  $$\text{delta}\left(\text{Px2}\right)=\text{Cspec}\left(\text{Px2}\right)-\text{C}\left(\text{Px2}\right)$$

  
• In Abhängigkeit dieser Differenzen delta(Px1), delta(Px2) können dann Parameter b0, b1 einer längspositionsspezifischen Korrekturfunktion $$\text{KW}\left(\text{x}\right)=\text{b1*x}+\text{b0}$$

  

  bestimmt werden, wobei diese derart bestimmt werden, dass der Korrekturwert KW für die beiden Positionen Px1, Px2 der jeweiligen Differenz delta(Px1), delta(Px2) entspricht oder minimal davon abweicht. Dann kann die in Formel 4 angegeben Korrekturfunktion auch zur Bestimmung von Korrekturwerten KW für weitere Positionen genutzt werden.
• Alternativ ist es auch möglich, dass in Abhängigkeit der messgerätespezifischen Steifigkeiten Cspec(Px1), Cspec(Px2) Parameter c0, c1 einer messgerätespezifischen Steifigkeitsfunktion $$\text{Cspec}\left(\text{x}\right)=\text{c1*x}+\text{c0}$$

  

  bestimmt werden, wobei diese derart bestimmt werden, dass die Steifigkeit Cspec für die beiden Positionen Px1, Px2 der jeweiligen messgerätespezifischen Steifigkeit Cspec entspricht. Dann kann der Korrekturwert KW für eine beliebige Raumposition als $$\text{KW}\left(\text{x}\right)=\text{C}\left(\text{x}\right)-\text{Cspec}\left(\text{x}\right)=\text{a2*x2}+\left(\text{a}1-\text{c1}\right)*\text{x}+\text{a0}-\text{c0}$$

  

  bestimmt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Koordinatenmesseinrichtung

2

Sensor

3

Pinole

4

Traverse

5

Säule

z

Vertikalachse

x

Längsachse

Pz1, Pz2

Positionen entlang der Vertikalachse

Px1, Px2

Positionen entlang der Längsachse

C

messgeräteunspezifische Steifigkeit

Cspec

messgerätespezifische Steifigkeit

KW

Korrekturwert

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 10214489 A1 [0008]
• EP 0684447 B1 [0009]
• DE 10124493 A1 [0010]
• DE 10237501 A1 [0011, 0030]

Claims (10)

1. Verfahren zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit (Cspec) einer Koordinatenmesseinrichtung (1), wobei eine messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass messeinrichtungsspezifische Steifigkeiten (Cspec) an mindestens zwei Stützstellen erfasst werden und in Abhängigkeit dieser messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten (Cspec) mindestens eine messeinrichtungsspezifische Korrekturfunktion für die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) bestimmt wird, wobei die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) in Abhängigkeit eines Funktionswerts der messeinrichtungsspezifischen Korrekturfunktion korrigiert wird, um die messeinrichtungsspezifische Steifigkeit (Cspec) zu bestimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) und der Funktionswert der Korrekturfunktion abhängig von einer Raumlage und/oder einem Lastfall eines Sensors (2) der Koordinatenmesseinrichtung (1) bestimmt wird/werden.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der Korrekturfunktion in Abhängigkeit der an mindestens zwei Stützstellen bestimmten messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten (Cspec) bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) als Funktionswert einer Polynomfunktion bestimmt wird, wobei Parameter der Polynomfunktion in Abhängigkeit von messeinrichtungsunspezifischen Steifigkeiten (C), die an verschiedenen Stützstellen bestimmt werden, oder modellbasiert bestimmt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Stützstellen für die Bestimmung der Polynomfunktion größer als die Anzahl der Stützstellen für die Bestimmung der Korrekturfunktion ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion ein Polynom erster Ordnung oder ein Polynom höherer Ordnung ist.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten (Cspec) zur Bestimmung der Korrekturfunktion durch ein direktes Messverfahren oder durch ein indirektes Messverfahren bestimmt werden.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der Korrekturfunktion derart bestimmt werden, dass eine Änderung eines Lastfalls und/oder einer Raumlage, die eine Veränderung eines Parameters einer Polynomfunktion zur Bestimmung der messgeräteunspezifischen Steifigkeit (C) bedingen, keine Änderung der Parameter der Korrekturfunktion bedingen.
9. Vorrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit (Cspec) einer Koordinatenmesseinrichtung (1), umfassend mindestens eine Recheneinrichtung und mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung einer messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit (Cspec), wobei eine messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass messeinrichtungsspezifische Steifigkeiten (Cspec) an mindestens zwei Stützstellen bestimmbar und in Abhängigkeit dieser messeinrichtungsspezifischen Steifigkeiten (Cspec) mindestens eine messeinrichtungsspezifische Korrekturfunktion für die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) bestimmbar ist, wobei die messeinrichtungsunspezifische Steifigkeit (C) zur Bestimmung der messeinrichtungsspezifischen Steifigkeit (Cspec) in Abhängigkeit eines Funktionswerts der messeinrichtungsspezifischen Korrekturfunktion korrigierbar ist.
10. Koordinatenmesseinrichtung (1) umfassend eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9.

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