DE102021211384A1 - Method and device for determining systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen systematischer Führungsfehler (40, 41) von beweglichen Elementen (7-1, 7-2, 7-3) eines Koordinatenmessgeräts (2), wobei ein Muster (5) mit mindestens drei Musterelementen (5-1, 5-2, 5-3) zumindest teilweise in einem Erfassungsbereich (6) einer Bilderfassungseinrichtung (3) des Koordinatenmessgeräts (2) angeordnet wird, wobei das Muster (5) und/oder die Bilderfassungseinrichtung (3) mit vorbestimmten Soll-Bewegungsparametern (21) derart bewegt werden, dass sich verschiedene Relativlagen (9, 10) zwischen den mindestens drei Musterelementen (5-1, 5-2, 5-3) und der Bilderfassungseinrichtung (3) einstellen, wobei sich die mindestens drei Musterelemente (5-1, 5-2, 5-3) in einer ersten und in einer weiteren Relativlage (9, 10) im Erfassungsbereich (6) befinden, wobei die Musterelemente (5-1, 5-2, 5-3) identifiziert und ihre Lage in der ersten und der weiteren Relativlage (9, 10) bestimmt werden, wobei ein oder mehrere systematische Führungsfehler (40, 41) in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter (21) und der Lagen der Musterelemente in der ersten und weiteren Relativlage (9, 10) bestimmt werden.Method and device for determining systematic guidance errors (40, 41) of movable elements (7-1, 7-2, 7-3) of a coordinate measuring machine (2), wherein a pattern (5) with at least three pattern elements (5-1, 5 -2, 5-3) is arranged at least partially in a detection area (6) of an image detection device (3) of the coordinate measuring machine (2), the pattern (5) and / or the image detection device (3) having predetermined target movement parameters (21) are moved in such a way that different relative positions (9, 10) are set between the at least three pattern elements (5-1, 5-2, 5-3) and the image acquisition device (3), the at least three pattern elements (5-1, 5-2, 5-3) are in a first and in a further relative position (9, 10) in the detection area (6), the pattern elements (5-1, 5-2, 5-3) being identified and their position in the first and the further relative position (9, 10) are determined, with one or more systematic guidance errors (40, 4 1) as a function of the predetermined target movement parameters (21) and the positions of the pattern elements in the first and further relative positions (9, 10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen systematischer Führungsfehler von beweglichen Elementen eines Koordinatenmessgeräts.The invention relates to a method and a device for determining systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine.
Koordinatenmessgeräte werden zur Erfassung von Koordinaten von Punkten auf einer Oberfläche genutzt. Hierzu wird eine taktile und/oder berührungslose Antastung der Oberfläche mittels eines mechanischen und/oder optischen Messsystems durchgeführt. Auch Formen von Messsystemen, die elektrische Abstands- und/oder röntgentomographische Sensoren benutzen, sind denkbar. Typischerweise werden aus den so erfassten Koordinaten geometrische bzw. dimensionelle Größen eines zu vermessenden Werkstücks bestimmt, beispielsweise eine Länge einer Kante, ein Durchmesser eines Bohrlochs oder ein Winkel zwischen einer Bohrlochachse und einer weiteren Achse, die dann ein Messergebnis darstellen. Eine solche Bestimmung kann beispielsweise mittels einer Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung erfolgen, die Teil des Koordinatenmessgeräts sein kann. So erzeugte Messergebnisse dienen in der Regel zur Einstellung und Korrektur eines Fertigungsprozesses eines Werkstücks und/oder zur Überprüfung von Fertigungstoleranzen eines Werkstücks. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Werkstück Vorgaben eines Konstrukteurs entspricht.Coordinate measuring machines are used to record the coordinates of points on a surface. For this purpose, a tactile and / or contactless probing of the surface is carried out by means of a mechanical and / or optical measuring system. Forms of measuring systems that use electrical distance and / or X-ray tomographic sensors are also conceivable. Typically, geometric or dimensional variables of a workpiece to be measured are determined from the coordinates recorded in this way, for example a length of an edge, a diameter of a borehole or an angle between a borehole axis and another axis, which then represent a measurement result. Such a determination can be made, for example, by means of a device for electronic data processing, which can be part of the coordinate measuring machine. Measurement results generated in this way are generally used to set and correct a manufacturing process of a workpiece and / or to check manufacturing tolerances of a workpiece. This ensures that the workpiece corresponds to the specifications of a designer.
Um das Werkstück an verschiedenen Punkten und mit verschiedenen Orientierungen vermessen zu können, umfasst das Koordinatenmessgerät bewegliche Elemente, beispielsweise zum Verfahren des Messsystems relativ zu dem Werkstück entlang von und/oder um Bewegungsachsen. Häufig spannen die Bewegungsachsen ein kartesisches Koordinatensystem auf, also ein Bewegungskoordinatensystem, welches zur eindeutigen Zuordnung der gemessenen Punkte in einem Messbereich genutzt werden kann. Der Messbereich eines Koordinatenmessgeräts bezeichnet somit insbesondere den Bereich, in welchem das Messsystem bewegt wird.In order to be able to measure the workpiece at different points and with different orientations, the coordinate measuring machine comprises movable elements, for example for moving the measuring system relative to the workpiece along and / or around axes of movement. The movement axes often span a Cartesian coordinate system, that is to say a movement coordinate system which can be used for the unambiguous assignment of the measured points in a measurement area. The measuring range of a coordinate measuring machine thus particularly refers to the area in which the measuring system is moved.
Ein Bewegen der beweglichen Elemente entlang der Bewegungsachsen kann systematisch fehlerbehaftet sein, so dass ein vorbestimmter Soll-Bewegungsparameter, z.B. eine Soll-Position, nicht einem Ist-Bewegungsparameter, beispielsweise einer IstPosition, entspricht, beispielsweise weil ein Antrieb der beweglichen Elemente auf Grund einer Nichtlinearität ein verzerrtes Antriebsverhalten aufweist.Moving the movable elements along the movement axes can be systematically error-prone, so that a predetermined target movement parameter, e.g. a target position, does not correspond to an actual movement parameter, e.g. an actual position, e.g. because a drive of the movable elements is due to a non-linearity has a distorted drive behavior.
Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Arten von Messfehlern, die das Messergebnis nachteilig beeinflussen können, wobei die Messfehler zufälligen und/oder systematischen Ursprungs sein können. Die zuvor genannten Fehler beim Bewegen der beweglichen Elemente eines Koordinatenmessgeräts gehören zu den systematischen Messfehlern. Solche systematischen Führungsfehler sind hinsichtlich eines Messergebnisses erfass- und korrigierbar. Um den Messfehler im Messergebnis so gering wie möglich zu halten, ist es somit erwünscht, systematische Führungsfehler der beweglichen Elemente eines Koordinatenmessgeräts zu bestimmen und diese dann beispielsweise im Messergebnis zu korrigieren.There are a large number of different types of measurement errors which can adversely affect the measurement result, and the measurement errors can be of random and / or systematic origin. The aforementioned errors when moving the moving elements of a coordinate measuring machine are part of the systematic measurement errors. Such systematic management errors can be recorded and corrected with regard to a measurement result. In order to keep the measurement error in the measurement result as small as possible, it is therefore desirable to determine systematic guidance errors of the movable elements of a coordinate measuring machine and then to correct them, for example, in the measurement result.
Ein Bestimmen der systematischen Führungsfehler wird in regelmäßigen zeitlichen Intervallen wiederholt, da sich das Führverhalten mit der Zeit nachteilig verändern kann, beispielsweise wenn eine Änderung des Führverhaltens durch Umgebungseinflüsse, wie Schwankungen in der Umgebungstemperatur oder Luftfeuchtigkeit, ausgelöst wird.A determination of the systematic guidance errors is repeated at regular time intervals, since the guidance behavior can change disadvantageously over time, for example if a change in the guidance behavior is triggered by environmental influences such as fluctuations in the ambient temperature or air humidity.
Üblicherweise werden zum Bestimmen systematischer Führungsfehler spezielle Referenzgeräte, z.B. Laser-Interferometer, eingesetzt. Das Bestimmen systematischer Führungsfehler mittels eines Referenzgeräts ist sehr kosten- und zeitaufwändig, da das Referenzgerät ein hohes Maß an Messgenauigkeit aufweisen muss und für jede Messung neu auf das Koordinatenmessgerät auszurichten ist. Zudem kann ein Ausrichten und/oder Einstellen des Referenzgeräts ebenfalls fehlerbehaftet sein. Dies erschwert die Durchführbarkeit und Effizienz beim Bestimmen systematischer Führungsfehler.Special reference devices, e.g. laser interferometers, are usually used to determine systematic guidance errors. The determination of systematic guidance errors by means of a reference device is very costly and time-consuming, since the reference device must have a high degree of measurement accuracy and has to be re-aligned with the coordinate measuring device for each measurement. In addition, alignment and / or setting of the reference device can also be prone to errors. This complicates the feasibility and efficiency in determining systematic leadership errors.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen systematischer Führungsfehler von beweglichen Elementen eines Koordinatenmessgeräts zu schaffen, wobei das Verfahren hinsichtlich der Durchführbarkeit und Effizienz verbessert ist.The technical problem arises of creating a method and a device for determining systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine, the method being improved in terms of feasibility and efficiency.
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.The solution to the technical problem results from the subjects with the features of the independent claims. Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.
Eine grundlegende Idee der Erfindung ist es, systematische Führungsfehler von beweglichen Elementen eines Koordinatenmessgeräts unter Verwendung eines Musters mit mindestens drei Musterelementen als Referenz zu bestimmen. Die Musterelemente werden zumindest teilweise in einem Erfassungsbereich einer Bilderfassungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts angeordnet, insbesondere durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen dem Muster und dem Koordinatenmessgerät.A basic idea of the invention is to determine systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine using a pattern with at least three pattern elements as a reference. The pattern elements are at least partially arranged in a detection area of an image detection device of the coordinate measuring machine, in particular through a corresponding relative movement between the pattern and the coordinate measuring machine.
Vorzugsweise wird die Bilderfassungseinrichtung mit mindestens einem vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter derart bewegt, dass sich verschiedene, insbesondere mindestens zwei verschiedene, Relativlagen zwischen den Musterelementen und der Bilderfassungseinrichtung einstellen. Die entsprechende Bewegung kann durch eine Steuereinrichtung gesteuert werden. Ein Soll-Bewegungsparameter kann beispielsweise eine Soll-Position, ein Soll-Winkel, eine Soll-Verschiebung oder eine Soll-Verdrehung sein, insbesondere bezogen auf Bewegungsachsen der beweglichen Elemente oder bezogen auf ein (Bewegungs)Koordinatensystem. Auch kann ein Soll-Bewegungsparameter eine Soll-Lageabweichung, also eine Soll-Positionsveränderung und/oder eine Soll-Orientierungsveränderung, von einer aktuellen Lage beschreiben oder deren Bestimmung ermöglichen.The image capturing device is preferably moved with at least one predetermined target movement parameter in such a way that different, in particular at least two different, relative positions are set between the pattern elements and the image capturing device. The corresponding movement can be controlled by a control device. A target movement parameter can be, for example, a target position, a target angle, a target displacement or a target rotation, in particular in relation to the axes of movement of the movable elements or in relation to a (movement) coordinate system. A target movement parameter can also describe a target position deviation, that is to say a target position change and / or a target orientation change, from a current position or enable it to be determined.
Die Musterelemente werden dann jeweils in einer ersten und einer weiteren Relativlage optisch durch die Bilderfassungseinrichtung abgebildet und identifiziert. Weiter wird ihre Lage, also ihre Position und/oder Orientierung, in einem Bildkoordinatensystem des Erfassungsbereichs bestimmt, welches ortsfest relativ zum Erfassungsbereich angeordnet ist. Dies kann durch eine Auswerteeinrichtung erfolgen.The pattern elements are then each optically imaged and identified in a first and a further relative position by the image acquisition device. Furthermore, their location, that is to say their position and / or orientation, is determined in an image coordinate system of the detection area, which is arranged in a stationary manner relative to the detection area. This can be done by an evaluation device.
Der oder die systematischen Führungsfehler werden dann in Abhängigkeit dieser Lagen der Musterelemente in den verschiedenen Relativlagen und der vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter bestimmt, beispielsweise ebenfalls durch die Auswerteeinrichtung. Hierdurch ergibt sich ein Bestimmen der systematischen Führungsfehler, bei der die vorhergehend aufgezeigten Nachteile nicht auftreten oder verringert sind.The systematic guidance error or errors are then determined as a function of these positions of the pattern elements in the various relative positions and the predetermined target movement parameters, for example also by the evaluation device. This results in a determination of the systematic guidance errors in which the disadvantages indicated above do not occur or are reduced.
Der systematische Führungsfehler kann hierbei translatorische und/oder rotatorische Fehlerkomponenten in einem dreidimensionalen Raum aufweisen. Bei linearen Bewegungsachsen können lineare oder nicht-lineare Führungsfehler auftreten. Weiterhin sind Geradheitsfehler, also Abweichungen von einer vorgegebenen Führrichtung, möglich. Auch ein Nicken, ebenso wie ein Rollen und/oder Gieren kann als systematischer Führungsfehler auftreten. Zusätzlich können weitere Fehler in der Ausrichtung von Komponenten des Koordinatenmessgeräts zueinander auftreten, wie beispielsweise Rechtwinkligkeitsfehler, wobei die Bewegungsachsen insbesondere nicht wie gewünscht orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Auch bei Rotationsachsen des Koordinatenmessgeräts, zum Beispiel beim Verdrehen eines Drehschwenkkopfs, können systematische Führungsfehler auftreten.The systematic guidance error can have translational and / or rotational error components in a three-dimensional space. Linear or non-linear guidance errors can occur with linear motion axes. Furthermore, straightness errors, that is to say deviations from a predetermined guiding direction, are possible. A nod, as well as a roll and / or yaw, can also occur as systematic management errors. In addition, further errors can occur in the alignment of components of the coordinate measuring machine with respect to one another, such as, for example, squareness errors, with the movement axes in particular not being aligned orthogonally to one another as desired. Systematic guidance errors can also occur with the axes of rotation of the coordinate measuring machine, for example when rotating a swivel head.
Das Koordinatenmessgerät umfasst vorzugsweise einen Messtisch, eine Antriebeinrichtung zur Bewegung der beweglichen Elemente entlang/um Bewegungsachsen, einen inkrementellen Maßstab oder mehrere inkrementelle Maßstäbe, die einer Bewegungsachse zugeordnet sind und eine Positionsbestimmung ermöglichen, Mittel zur Bewegungslagerung der beweglichen Elemente, ein Messsystem, welches vorzugsweise als ein optisches Bilderfassungssystem ausgebildet ist oder ein solches umfasst, und/oder eine Steuer- und Auswerteeinrichtung. Die beweglichen Elemente des Koordinatenmessgeräts können hierbei insbesondere der Messtisch und/oder solche Elemente sein, die zur Bewegung des Messsystems bzw. des Bilderfassungssystems bewegt werden.The coordinate measuring machine preferably comprises a measuring table, a drive device for moving the movable elements along / around axes of movement, an incremental scale or several incremental scales that are assigned to a movement axis and enable a position to be determined, means for moving the movable elements, a measuring system, which is preferably used as a an optical image acquisition system is formed or comprises one, and / or a control and evaluation device. The movable elements of the coordinate measuring machine can in particular be the measuring table and / or elements that are moved to move the measuring system or the image acquisition system.
Das Muster weist mehrere Musterelemente auf, die vorzugsweise gleichmäßig im gesamten 2D-Messbereich angeordnet sind, der von zwei Achsen gebildet wird. Insbesondere bleiben die Abstände der Musterelemente zueinander unverändert. Beispielsweise kann das Muster eine Struktur sein, die die mindestens drei Musterelemente, vorzugweise mehr als drei Musterelemente, ausbildet oder umfasst. Eine Lage kann vorzugsweise den Wert einer Koordinate in einem Bild- und/oder Bewegungskoordinatensystem umfassen.The pattern has several pattern elements, which are preferably arranged uniformly in the entire 2D measurement area, which is formed by two axes. In particular, the distances between the pattern elements remain unchanged. For example, the pattern can be a structure which forms or comprises the at least three pattern elements, preferably more than three pattern elements. A position can preferably include the value of a coordinate in an image and / or movement coordinate system.
Ein Musterelement ist insbesondere ein optisch erfassbares Element des Musters, beispielsweise eine geometrische Figur, also eine Figur mit einer vorbestimmten Geometrie, die auf eine Oberfläche gedruckt sein kann, wobei das Musterelement Licht streut, absorbiert und/oder reflektiert, so dass eine Bilderfassungseinrichtung das Musterelement erfassen kann und eine bildbasierte Identifikation des Musterelements erfolgen kann. Auch kann bildbasiert, also durch Auswertung des Abbilds, eine Lage des Musterelements in dem Bildkoordinatensystem des Erfassungsbereichs bestimmt werden, beispielsweise als Lage des Flächenmittelpunkts des Musterelements. Insbesondere kann die Lage des Musterelements in dem Bildkoordinatensystem auch über einen Wert einer Schärfentiefe der Bilderfassungseinrichtung oder mittels chromatischem Weißlichtsensor oder vergleichbaren Messprinzipien bestimmt werden.A pattern element is in particular an optically detectable element of the pattern, for example a geometrical figure, i.e. a figure with a predetermined geometry that can be printed on a surface, the pattern element scattering, absorbing and / or reflecting light, so that an image capturing device the pattern element can detect and an image-based identification of the pattern element can take place. A position of the pattern element in the image coordinate system of the detection area can also be determined image-based, that is to say by evaluating the image, for example as the position of the center point of the area of the pattern element. In particular, the position of the pattern element in the image coordinate system can also be determined via a value of a depth of field of the image acquisition device or by means of a chromatic white light sensor or comparable measuring principles.
Das Bildkoordinatensystem des Erfassungsbereichs bezeichnet ein relativ zum Erfassungsbereich, also auch relativ zum Bildsensor, ortsfest angeordnetes Koordinatensystem. Die Lage dieses Bildkoordinatensystems in einem Bewegungskoordinatensystem kann sich bei einer Relativbewegung zwischen Bilderfassungseinrichtung und Muster verändern.The image coordinate system of the detection area denotes a coordinate system which is arranged in a stationary manner relative to the detection area, that is to say also relative to the image sensor. The position of this image coordinate system in a movement coordinate system can change in the event of a relative movement between the image acquisition device and the pattern.
Die Bilderfassungseinrichtung kann Teil des Messsystems des Koordinatenmessgeräts sein oder am Messsystem des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein, wobei die Bilderfassungseinrichtung einen Bildsensor, z.B. einen CMOS- oder CCD-Sensor, aufweisen kann. Die Bilderfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um fortlaufend Bildinformationen oder Bilder eines Erfassungsbereichs zu erzeugen und/oder bereitzustellen. Insbesondere ist die Bilderfassungseinrichtung beweglich und kann in verschiedene Positionen und/oder Orientierungen im Messbereich mittels des Koordinatenmessgeräts verfahren werden. Als Ergänzung können zur Erfassung der Schärfentiefe bzw. der Topografie des Musters noch weitere Sensoren, wie z.B. chromatische Weißlichtsensoren zum Einsatz kommen.The image acquisition device can be part of the measuring system of the coordinate measuring machine or be arranged on the measuring system of the coordinate measuring machine, wherein the image acquisition device can have an image sensor, for example a CMOS or CCD sensor. The image capture device can be designed to continuously generate and / or provide image information or images of a capture area. In particular, the image acquisition device is movable and can be moved into different positions and / or orientations in the measuring area by means of the coordinate measuring device. In addition, additional sensors, such as chromatic white light sensors, can be used to record the depth of field or the topography of the pattern.
Der Erfassungsbereich bezeichnet den von der Bilderfassungseinrichtung abgebildeten Bereich, insbesondere einen mindestens zweidimensionalen Bereich. Die verschiedenen, einstellbaren Lagen des Erfassungsbereichs im Bewegungskoordinatensystem oder ein Teil dieser Lagen legen den Messbereich fest. Dem Erfassungsbereich kann das erläuterte Bildkoordinatensystem zugeordnet sein, wobei dieses als kartesisches Koordinatensystem ausgebildet sein kann. Der Erfassungsbereich kann sich durch ein Verfahren der beweglichen Elemente des Koordinatenmessgeräts in seiner Größe und/oder Position und/oder Orientierung ändern. Durch relatives Verfahren der Bilderfassungseinrichtung zum Muster werden insbesondere verschiedene Relativlagen zwischen den mindestens drei Musterelementen und der Bilderfassungseinrichtung eingestellt. Insbesondere wird die Relativbewegung derart durchgeführt, dass sich die mindestens drei Musterelemente des Musters zeitweise, mindestens jedoch in zwei verschiedenen Relativlagen, im Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung befinden.The detection area denotes the area imaged by the image detection device, in particular an at least two-dimensional area. The various, adjustable positions of the detection area in the movement coordinate system or a part of these positions define the measurement area. The explained image coordinate system can be assigned to the detection area, it being possible for this to be designed as a Cartesian coordinate system. The detection area can change in its size and / or position and / or orientation by moving the movable elements of the coordinate measuring machine. By moving the image acquisition device relative to the pattern, in particular different relative positions between the at least three pattern elements and the image acquisition device are set. In particular, the relative movement is carried out in such a way that the at least three pattern elements of the pattern are temporarily, but at least in two different relative positions, in the detection area of the image detection device.
Ein Bewegungsparameter beschreibt eine Eigenschaft einer Bewegung eines beweglichen Elements, z.B. eine durch die Bewegung zu erreichende (Winkel-)Position oder einen durch die Bewegung zurückgelegten Weg/Winkel. In Abhängigkeit des Bewegungsparameters kann z.B. eine Soll-Lage im Bewegungskoordinatensystem bestimmt werden.A movement parameter describes a property of a movement of a movable element, e.g. an (angular) position to be reached by the movement or a distance / angle covered by the movement. Depending on the movement parameter, e.g. a target position can be determined in the movement coordinate system.
Durch das Bewegen werden die beweglichen Elemente derart bewegt, dass sich insbesondere verschiedene Relativlagen zwischen den mindestens drei Musterelementen und der Bilderfassungseinrichtung einstellen lassen. Dabei kann der Soll-Bewegungsparameter durch einen Nutzer oder ein übergeordnetes System vorgegeben werden. Typischerweise werden die vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter von der Steuereinrichtung des Koordinatenmessgeräts genutzt, um den Antrieb der beweglichen Elemente des Koordinatenmessgeräts so zu steuern, dass das Messsystem entlang einer vorbestimmten Trajektorie relativ zu einem zu vermessenden Objekt, beispielsweise relativ zu dem Muster, bewegt wird. Der vorbestimmte Soll-Bewegungsparameter kann in Bezug auf das Bewegungskoordinatensystem und/oder Bildkoordinatensystem definiert sein, vorzugsweise beschreibt der Bewegungsparameter eine Soll-(Dreh)Lage des Bildkoordinatensystems im Bewegungskoordinatensystem, beispielsweise definiert als ein Vektor oder eine Matrix im Bewegungskoordinatensystem.As a result of the movement, the movable elements are moved in such a way that, in particular, different relative positions can be set between the at least three pattern elements and the image capturing device. The target movement parameter can be specified by a user or a higher-level system. Typically, the predetermined target movement parameters are used by the control device of the coordinate measuring machine to control the drive of the movable elements of the coordinate measuring machine so that the measuring system is moved along a predetermined trajectory relative to an object to be measured, for example relative to the pattern. The predetermined target movement parameter can be defined in relation to the movement coordinate system and / or image coordinate system; the movement parameter preferably describes a target (rotational) position of the image coordinate system in the movement coordinate system, for example defined as a vector or a matrix in the movement coordinate system.
Liegt ein Führungsfehler vor, so kann ein Ist-Bewegungsparameter oder eine vom Ist-Bewegungsparameter abhängige Ist-(Dreh)Lage von dem vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter bzw. der Soll-(Dreh)Lage abweichen, nämlich um den Wert des Führungsfehlers. Entsprechend zum Soll-Bewegungsparameter kann der Ist-Bewegungsparameter beispielsweise eine tatsächliche Positions- und oder Winkeländerung bezeichnen, die die Änderung einer Position und/oder einer Orientierung des Bildkoordinatensystem im Bewegungskoordinatensystem bei einer Relativbewegung von einer ersten Relativlage in eine weitere Relativlage beschreibt, beispielsweise angegeben als ein Vektor in dem Bewegungskoordinatensystem. Auch kann ein Ist-Bewegungsparameter eine Ist-Lageabweichung, also eine Ist-Positionsveränderung und/oder eine Ist-Orientierungsveränderung, von einer vor der Durchführung der Bewegung eingestellten Lage beschreiben oder deren Bestimmung ermöglichen.If there is a guidance error, an actual movement parameter or an actual (rotational) position dependent on the actual movement parameter can deviate from the predetermined target movement parameter or the target (rotational) position, namely by the value of the guidance error. Corresponding to the target movement parameter, the actual movement parameter can, for example, denote an actual change in position and / or angle that describes the change in a position and / or an orientation of the image coordinate system in the movement coordinate system during a relative movement from a first relative position to a further relative position, for example indicated as a vector in the motion coordinate system. An actual movement parameter can also describe an actual position deviation, that is to say an actual position change and / or an actual orientation change, from a position set before the movement was carried out or enable it to be determined.
Zum Beispiel kann eine Lageabweichung zwischen den Lagen der Musterelemente im Bildkoordinatensystem bestimmt werden, die sich bei der Bewegung in die verschiedenen Relativlagen ergibt. Diese kann mittels einer vorbestimmten Transformation in das Bewegungskoordinatensystem transformiert werden. Dann kann eine Differenz zwischen der transformierten Lageabweichung, die eine Ist-Lageabweichung ist, und der durch den Soll-Bewegungsparameter vorgegeben Soll-Lageabweichung bestimmt werden, wobei die Differenz den/die Führungsfehler darstellt oder repräsentiert.For example, a positional deviation between the positions of the pattern elements in the image coordinate system can be determined, which arises when moving into the various relative positions. This can be transformed into the movement coordinate system by means of a predetermined transformation. Then a difference between the transformed positional deviation, which is an actual positional deviation, and the target positional deviation predetermined by the target movement parameter can be determined, the difference representing or representing the guidance error (s).
Eine Koordinatentransformation vom Bewegungs- ins Bildkoordinatensystem - oder umgekehrt - ist hierbei vorbekannt und kann beispielsweise durch dem Fachmann bekannte Kalibrier- und/oder Registrierungsverfahren bestimmt werden.A coordinate transformation from the movement coordinate system to the image coordinate system - or vice versa - is known in advance and can be determined, for example, by calibration and / or registration methods known to the person skilled in the art.
Die weitere Relativlage unterscheidet sich zur ersten Relativlage durch eine Relativbewegung, zumindest teilweise oder vollständig beschrieben durch mindestens einen Ist-Bewegungsparameter. Die mindestens drei Musterelemente sind sowohl in der ersten, als auch in der weiteren Relativlage von der Bilderfassungseinrichtung erfassbar und es ist in jeder Relativlage eine Lage jedes erfassten Musterelements im Bildkoordinatensystem bestimmbar.The further relative position differs from the first relative position by a relative movement, at least partially or completely described by at least one actual movement parameter. The at least three pattern elements can be detected by the image acquisition device both in the first and in the further relative position and a position of each detected pattern element in the image coordinate system can be determined in each relative position.
Die in den verschiedenen Relativlagen bestimmten Lagen der mindestens drei Musterelemente werden mittels trigonometrischer oder anderer geometrischer und/oder mathematischer Beziehungen so mit den vorbestimmten Soll-Bewegungsparametern in Relation gesetzt, dass der oder die mehreren Führungsfehler der beweglichen Elemente des Koordinatenmessgeräts bestimmt werden können.The positions of the at least three pattern elements determined in the various relative positions are related to the predetermined target movement parameters by means of trigonometric or other geometric and / or mathematical relationships so that the guide error or errors of the movable elements of the coordinate measuring machine can be determined.
Das Verfahren kann ebenfalls zur Bestimmung von systematischen Führungsfehlern von beweglichen Elementen eines Geräts oder einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, angewendet werden, wobei das Gerät/die Maschine nicht als Koordinatenmessgerät ausgebildet ist, aber dennoch bewegliche Elemente umfasst. Ist keine Bilderfassungseinrichtung an einer solchen Maschine angeordnet, so kann zur Durchführung des Verfahrens eine Bilderfassungseinrichtung an der Maschine, vorzugsweise an einer beweglichen Komponente der Maschine, angeordnet werden. Beispielsweise können mittels des Verfahrens Führungsfehler einer Fräsmaschine bestimmt werden. Zur Durchführung des Verfahrens kann dann eine Bilderfassungseinrichtung an der Fräsmaschine, vorzugsweise an einer Fräspindel, angeordnet, werden.The method can also be used to determine systematic guidance errors of moving elements of a device or a machine, in particular a machine tool, the device / machine not being designed as a coordinate measuring device, but nevertheless comprising moving elements. If no image acquisition device is arranged on such a machine, an image acquisition device can be arranged on the machine, preferably on a movable component of the machine, in order to carry out the method. For example, the method can be used to determine guidance errors in a milling machine. To carry out the method, an image acquisition device can then be arranged on the milling machine, preferably on a milling spindle.
In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eines der mindestens drei Musterelemente zumindest teilweise als ein zwei- oder dreidimensionales geometrisches Element ausgebildet und/oder wird zumindest teilweise durch eine optische Projektion bereitgestellt. Ein geometrisches Element bezeichnet ein Element mit einer vorbestimmten Geometrie bzw. mit vorbestimmten geometrischen Eigenschaften.In a further embodiment, at least one of the at least three pattern elements is at least partially designed as a two- or three-dimensional geometric element and / or is at least partially provided by an optical projection. A geometric element denotes an element with a predetermined geometry or with predetermined geometric properties.
Durch Ausbilden mindestens eines Musterelements als zwei- oder dreidimensionales geometrisches Element wird das Erfassen des Musterelements durch die Bilderfassungseinrichtung in vorteilhafter Weise vereinfacht. Beispielsweise kann die Lichtreflektion bzw. -streuung gegenüber einer Grundstruktur des Musters, z.B. einer Gitterstruktur oder einer Marmorierung, verschieden sein, so dass das Erfassen durch die Bilderfassungseinrichtung und ein bildbasiertes Identifizieren vereinfacht ist. Vorzugweise ist das mindestens eine geometrische Element symmetrisch ausgebildet und weist einen Flächen- oder Volumenmittelpunkt auf, der im Musterelement liegt und einfach bildbasiert bestimmt werden kann. Insbesondere ist mittels eines Flächen- oder Volumenmittelpunkts ein Bestimmen der Lage des Musterelements in vorteilhafter Weise vereinfacht. Ein dreidimensionales geometrisches Element vereinfacht weiterhin ein Erfassen des Musterelements aus vielen möglichen Betrachtungswinkeln.By forming at least one pattern element as a two- or three-dimensional geometric element, the detection of the pattern element by the image detection device is advantageously simplified. For example, the light reflection or scattering can be different from a basic structure of the pattern, for example a lattice structure or a marbling, so that the detection by the image detection device and an image-based identification is simplified. The at least one geometric element is preferably designed symmetrically and has a surface or volume center point that lies in the pattern element and can be easily determined on the basis of images. In particular, determining the position of the pattern element is advantageously simplified by means of an area or volume center point. A three-dimensional geometric element further simplifies capturing the pattern element from many possible viewing angles.
Die optische Projektion des Musters ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Erscheinungsform des Musters an das Koordinatenmessgerät oder eine andere Randbedingung anzupassen sowie eine einfache Bereitstellung des Musters. Weiterhin kann durch eine optische Projektion eine vorteilhafte Lichtreflektion des Musters zur Bilderfassungseinrichtung eingestellt werden.The optical projection of the pattern makes it possible in an advantageous manner to adapt the appearance of the pattern to the coordinate measuring machine or to another boundary condition, as well as a simple provision of the pattern. Furthermore, an advantageous light reflection of the pattern to the image capturing device can be set by means of an optical projection.
In einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eines der mindestens drei Musterelemente auf einem ebenen Messtisch, insbesondere auf einer ungekrümmten Oberfläche des Messtischs, angeordnet. Das Anordnen zumindest eines Musterelements auf dem ebenen Messtisch erleichtert in vorteilhafter Weise ein Anordnen des Musters im Messbereich des Koordinatenmessgeräts, da der ebene Messtisch genutzt werden kann, um das Musterelement gegen ein Verrutschen oder ein Kippen zu sichern. Insbesondere kann das Musterelement am Messtisch mit einem Befestigungsmittel fixiert werden.In a further embodiment, at least one of the at least three pattern elements is arranged on a flat measuring table, in particular on a non-curved surface of the measuring table. Arranging at least one pattern element on the flat measuring table advantageously facilitates arranging the pattern in the measuring area of the coordinate measuring machine, since the flat measuring table can be used to secure the pattern element against slipping or tilting. In particular, the pattern element can be fixed on the measuring table with a fastening means.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Muster durch einen plattenförmigen Körper ausgebildet, wobei der plattenförmige Körper die mindestens drei Musterelemente aufweist oder ausbildet. Das Ausbilden des Musters als einen plattenförmigen Körper hat den Vorteil, dass ein Ausrichten des Musters im Messbereich in vorteilhafter Weise vereinfacht ist. Beispielsweise kann der plattenförmige Körper auf einer Messtischoberflächenebene angeordnet werden. Vorzugsweise sind die im Muster angeordneten Musterelemente durch den plattenförmigen Körper so zueinander beabstandet, dass ein Erfassen der Musterelemente durch die Bilderfassungseinrichtung in vorteilhafter Weise in verschiedenen Relativpositionen zueinander vereinfacht ist.In a further embodiment, the pattern is formed by a plate-shaped body, the plate-shaped body having or forming the at least three pattern elements. The formation of the pattern as a plate-shaped body has the advantage that alignment of the pattern in the measuring area is advantageously simplified. For example, the plate-shaped body can be arranged on a measuring table surface plane. The pattern elements arranged in the pattern are preferably spaced from one another by the plate-shaped body in such a way that detection of the pattern elements by the image detection device is advantageously simplified in different relative positions to one another.
Es ist möglich, dass verschiedenen Musterelemente des Musters entlang einer Geraden angeordnet sind. In diesem Fall ist es möglich, dass das Muster derart im Messbereich angeordnet wird, dass die Orientierung der Geraden parallel oder annähernd parallel zu einer Achse des Bildkoordinatensystems oder einer Linearbewegungsachse eines beweglichen Elements ist. Annähernd parallel bedeutet hierbei, dass ein Winkel zwischen der Geraden und der Linearbewegungsachse kleiner als ein vorbestimmter Winkel, beispielsweise kleiner als 10°, ist.It is possible for various pattern elements of the pattern to be arranged along a straight line. In this case, it is possible for the pattern to be arranged in the measurement area in such a way that the orientation of the straight line is parallel or approximately parallel to an axis of the image coordinate system or an axis of linear movement of a movable element. In this context, approximately parallel means that an angle between the straight line and the linear movement axis is smaller than a predetermined angle, for example smaller than 10 °.
Der plattenförmige Körper ist vorzugweise eine Platte, wobei die Platte aus einer Glaskeramik hergestellt sein kann. Ein solches Material wird beispielsweise unter der Bezeichnung Zerodur von der Schott AG mit Sitz in Jena, Deutschland vertrieben. Zerodur weist eine ausreichende Langzeitbeständigkeit sowie konstante mechanische, thermische und chemische Eigenschaften auf, die sich in vorteilhafter Weise auf eine Durchführbarkeit des beschriebenen Verfahrens auswirken.The plate-shaped body is preferably a plate, it being possible for the plate to be made from a glass ceramic. Such a material is sold, for example, under the name Zerodur by Schott AG, based in Jena, Germany. Zerodur has sufficient long-term stability and constant mechanical, thermal and chemical properties, which have an advantageous effect on the feasibility of the process described.
In einer weiteren Ausführungsform weist mindestens ein Soll-Bewegungsparameter translatorische und/oder rotatorische Komponenten auf. Üblicherweise sind die Bewegungsachsen orthogonal zueinander ausgerichtet, so dass diese ein kartesisches Koordinatensystem aufspannen können. Weist der Soll-Bewegungsparameter translatorische und/oder rotatorische Komponenten auf, so ist in vorteilhafter Weise die Durchführbarkeit und Effizienz des Verfahrens erhöht, da eine Positions- und/oder Orientierungsänderung der beweglichen Elemente im Messbereich eindeutig den Bewegungsachsen zuordenbar sind, beispielsweise in Form einer auf die entsprechende Achse bezogenen Längen- und/oder Winkelangabe. Vorzugweise kann dann eine fehleranfällige Koordinatentransformation entfallen. Weiter können ein oder mehrere systematische Führungsfehler mit einer Minimalanzahl von Soll-Bewegungsparametern in einem Messbereich eindeutig bestimmt werden. Weiter kann ein Prüfplan mit den Soll-Bewegungsparametern, effizient abgearbeitet werden, insbesondere indem verschiedene Relativlagen nicht mehrfach eingestellt werden.In a further embodiment, at least one target movement parameter has translational and / or rotational components. The axes of movement are usually aligned orthogonally to one another so that they can span a Cartesian coordinate system. If the target movement parameter has translational and / or rotary components, the feasibility and efficiency of the method are advantageously increased, since a change in position and / or orientation of the movable elements in the measurement area can be clearly assigned to the movement axes, for example in the form of a the corresponding axis-related length and / or angle information. An error-prone coordinate transformation can then preferably be dispensed with. Furthermore, one or more systematic guidance errors can be clearly determined with a minimum number of target movement parameters in a measurement area. Furthermore, a test plan with the target movement parameters can be processed efficiently, in particular in that different relative positions are not set multiple times.
In einer weiteren Ausführungsform werden der oder die systematischen Führungsfehler als Translations- und/oder Rotationsfehler entlang und/oder um eine Bewegungsachse bestimmt. Die Bewegungsachse bezeichnet eine Achse, entlang derer ein bewegliches Element des Koordinatenmessgeräts bewegt werden kann und legt somit auch eine mögliche Trajektorie für das Messsystem fest. Das Bestimmen eines systematischen Führungsfehlers entlang und/oder um eine Bewegungsachse erhöht in vorteilhafter Weise die Durchführbarkeit und Effizienz des Verfahrens, da eine fehleranfällige Koordinatentransformation entfällt und da die aufgetretenen systematischen Führungsfehler dieser Bewegungsachse zugeordnet werden können. Die systematischen Führungsfehler werden somit bei einem translatorischen Bewegen an verschiedenen Positionen entlang einer Bewegungsachse der beweglichen Elemente des Koordinatenmessgeräts bestimmt: An diesen Positionen können Abweichungen der Istposition und -orientierung von der Sollposition und -orientierung bezüglich aller sechs Freiheitsgrade ermittelt werden. Das beinhaltet die translatorischen Abweichungen bzgl. aller drei orthogonal zueinander stehenden Achsen von der Sollposition sowie die rotatorischen Abweichungen um alle drei orthogonal zueinander stehenden rotatorischen Achsen von der vorgegebenen Sollorientierung.In a further embodiment, the systematic guide error or errors are determined as translation and / or rotation errors along and / or about an axis of movement. The movement axis denotes an axis along which a movable element of the coordinate measuring machine can be moved and thus also defines a possible trajectory for the measuring system. The determination of a systematic guidance error along and / or around a movement axis advantageously increases the feasibility and efficiency of the method, since there is no need for an error-prone coordinate transformation and since the systematic guidance errors that have occurred can be assigned to this movement axis. The systematic guidance errors are thus determined during a translational movement at different positions along a movement axis of the movable elements of the coordinate measuring machine: At these positions, deviations of the actual position and orientation from the target position and orientation with respect to all six degrees of freedom can be determined. This includes the translational deviations with regard to all three axes orthogonally to one another from the setpoint position as well as the rotational deviations about all three orthogonally mutually orthogonal rotatory axes from the specified target orientation.
In einer weiteren Ausführungsform werden der oder die systematischen Führungsfehler als ein oder mehrere Rechtwinkligkeitsfehler bestimmt. Idealisiert, also in einem Soll-Zustand, können Bewegungsachsen orthogonal zueinander ausgerichtet sein. In der Realität weist die Rechtwinkligkeit zwischen Bewegungsachsen jedoch häufig einen Fehler auf. Somit bezeichnet ein Rechtwinkligkeitsfehler eine Abweichung der Winkeldifferenz zwischen zwei Bewegungsachsen von 90°. Ein weiterer Rechtwinkligkeitsfehler kann die Abweichung der Winkeldifferenz zwischen zwei weiteren Bewegungsachsen von 90° bezeichnen. Ein Rechtwinkligkeitsfehler kann die Messgenauigkeit beeinflussen. Das Bestimmen der systematischen Führungsfehler als Rechtwinkligkeitsfehler ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Effekt von nicht exakt rechtwinklig zueinander orientierten Bewegungsachsen in einem Messergebnis zu korrigieren.In a further embodiment, the systematic guidance error or errors are determined as one or more perpendicularity errors. Idealized, i.e. in a target state, axes of movement can be aligned orthogonally to one another. However, in reality, the perpendicularity between axes of motion often has an error. Thus, a perpendicularity error denotes a deviation in the angle difference between two axes of movement of 90 °. Another squareness error can denote the deviation of the angle difference between two further axes of movement from 90 °. A squareness error can affect the measurement accuracy. Determining the systematic guidance errors as squareness errors advantageously makes it possible to correct the effect of movement axes that are not exactly at right angles to one another in a measurement result.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren durch eine Steuereinrichtung gesteuert, wobei der mindestens eine vorbestimmte Soll-Bewegungsparameter durch die Steuereinrichtung vorgegeben wird, wobei die Musterelemente in der ersten und der weiteren Relativlage durch eine Auswerteeinrichtung identifiziert und deren Lage bestimmt wird, wobei die Auswerteeinrichtung den oder die systematischen Führungsfehler bestimmt. Die Steuer- und die Auswerteeinrichtung kann als Mikrocontroller oder integrierte Schaltung ausgebildet sein oder eine(n) solche(n) umfassen.In a further embodiment, the method is controlled by a control device, the at least one predetermined target movement parameter being specified by the control device, the pattern elements in the first and the further relative position being identified by an evaluation device and their position being determined or the systematic management errors determined. The control and evaluation device can be designed as a microcontroller or integrated circuit or comprise one (s).
Die Steuereinrichtung kann also als eine rechnergestützte Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung ausgebildet sein und vom Koordinatenmessgerät umfasst sein. Auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise eine analoge Steuereinrichtung, sind denkbar. Weiter kann die Steuereinrichtung eine oder mehrere Antriebseinrichtung(en) zur Bewegung der beweglichen Elemente steuern. Die Steuereinrichtung steuert vorzugweise die Einstellung der verschiedenen Relativlagen während des Ablaufs des Verfahrens. Die vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter werden von der Steuereinrichtung auf Grundlage des Bewegungskoordinatensystems so eingestellt, dass systematische Führungsfehler im gesamten Messbereich des Koordinatenmessgeräts bestimmt werden können.The control device can thus be designed as a computer-aided device for electronic data processing and be included in the coordinate measuring machine. Other configurations, for example an analog control device, are also conceivable. Furthermore, the control device can control one or more drive devices for moving the movable elements. The control device preferably controls the setting of the various relative positions during the course of the method. The predetermined target movement parameters are set by the control device on the basis of the movement coordinate system in such a way that systematic guidance errors can be determined in the entire measuring range of the coordinate measuring machine.
Die Auswerteeinrichtung kann vorzugweise ebenfalls als eine rechnergestützte Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung ausgebildet sein und vom Koordinatenmessgerät umfasst werden. Die Auswerteeinrichtung kann die erste und jede weitere Relativlage, beispielsweise zwischen der Bilderfassungseinrichtung und den mindestens drei Musterelementen, identifizieren und protokollieren, zum Beispiel in einer Speichereinrichtung speichern. Weiterhin bestimmt die Auswerteeinrichtung die Lage der Musterelemente und kann aus einer Lageänderung eines oder mehrerer Musterelements/e mindestens einen Ist-Bewegungsparameter bestimmen. Weiter kann/können dann in Abhängigkeit von den durch die Steuereinrichtung vorgegebenen Soll-Bewegungsparametern ein oder mehrere systematische Führungsfehler bestimmt werden, vorzugweise mittels trigonometrischer und anderer geometrischer und/oder mathematischer Beziehungen. Der oder die systematischen Führungsfehler können von der Auswerteeinrichtung, vorzugweise auf einem elektronischen Datenträger, beispielsweise in Form einer CSV Datei mit Werten der bestimmten systematischen Führungsfehler in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter, protokolliert werden. So ist in vorteilhafter Weise eine Durchführbarkeit des Verfahrens vereinfacht und eine Effizienz des Verfahrens erhöht. Die Steuereinrichtung und die Auswerteeinrichtung können als gemeinsame Einrichtung oder als separat voneinander ausgebildete Einrichtungen ausgebildet sein.The evaluation device can preferably also be designed as a computer-aided device for electronic data processing and be encompassed by the coordinate measuring device. The evaluation device can identify and record the first and each further relative position, for example between the image acquisition device and the at least three pattern elements, for example store them in a memory device. Furthermore, the evaluation device determines the position of the pattern elements and can determine at least one actual movement parameter from a change in the position of one or more pattern elements. Furthermore, one or more systematic guidance errors can then be determined as a function of the setpoint movement parameters specified by the control device, preferably by means of trigonometric and other geometric and / or mathematical relationships. The systematic guidance error (s) can be logged by the evaluation device, preferably on an electronic data carrier, for example in the form of a CSV file with values of the determined systematic guidance errors as a function of the predetermined target movement parameters. This advantageously simplifies the implementation of the method and increases the efficiency of the method. The control device and the evaluation device can be designed as a common device or as devices designed separately from one another.
In einer weiteren Ausführungsform werden der oder die bestimmten systematischen Führungsfehler für die vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter protokolliert. Weiter wird eine Bewegungssteuerung in Abhängigkeit der systematischen Führungsfehler derart durchgeführt, dass bei einem Bewegen der beweglichen Elemente eines Koordinatenmessgeräts kein systematischer Führungsfehler auftritt oder dieser reduziert ist. Alternativ oder kumulativ wird mindestens ein Messergebnis in Abhängigkeit des oder der bestimmten systematischen Führungsfehler korrigiert.In a further embodiment, the specific systematic guidance error or errors are logged for the predetermined target movement parameters. Movement control is also carried out as a function of the systematic guidance errors in such a way that no systematic guidance error occurs or this is reduced when the movable elements of a coordinate measuring machine are moved. Alternatively or cumulatively, at least one measurement result is corrected as a function of the systematic control error or errors that are determined.
Die mittels des Verfahrens bestimmten systematischen Führungsfehler werden in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter so protokolliert, dass die vorhergehend erläuterte Steuereinrichtung auf diese systematischen Führungsfehler kalibriert werden kann. Ein Kalibrieren bezeichnet ein Korrigieren eines idealen Soll-Bewegungsparameters in Abhängigkeit der bestimmten systematischen Führungsfehler, so dass sich beim Bewegen der Ist-Bewegungsparameter auf den idealen Soll-Bewegungsparameter einstellt und kein systematischer Führungsfehler beim Bewegen der beweglichen Elemente auftritt. So kann in vorteilhafter Weise überprüft werden, ob ein systematischer Führungsfehler korrekt bestimmt worden ist. Dies erhöht die Durchführbarkeit und Effizienz des Verfahrens.The systematic guidance errors determined by means of the method are logged as a function of the predetermined target movement parameters in such a way that the control device explained above can be calibrated for these systematic guidance errors. Calibration refers to correcting an ideal target movement parameter as a function of the specific systematic guidance errors, so that when the actual movement parameters are moved, the ideal target movement parameters are set and no systematic guidance errors occur when moving the movable elements. In this way it can be checked in an advantageous manner whether a systematic guidance error has been correctly determined. This increases the practicability and efficiency of the process.
Weiter kann mindestens ein Messergebnis in Abhängigkeit des oder der bestimmten systematischen Führungsfehler korrigiert werden. Beispielsweise wird bei einem Vermessen eines Werkstücks mittels des Koordinatenmessgeräts eine dimensionelle Größe auf Basis eines Ist-Bewegungsparameter bzw. einer Ist-(Dreh)Lage der beweglichen Elemente bestimmt. Eine solche dimensionelle Größe kann dann in Abhängigkeit des oder der bestimmten systematischen Führungsfehler korrigiert werden, so dass die dimensionelle Größe bzw. das resultierende Messergebnis frei von dem oder den bestimmten systematischen Führungsfehlern ist.Furthermore, at least one measurement result can be corrected as a function of the systematic guidance error or errors that are determined. For example, when a workpiece is measured by means of the coordinate measuring device, a dimensional variable is determined on the basis of an actual movement parameter or an actual (rotational) position of the movable elements. Such a dimensional variable can then be corrected as a function of the determined systematic guidance error or errors, so that the dimensional variable or the resulting measurement result is free from the determined systematic guidance error or errors.
Das Verfahren kann mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden. Die Vorrichtung dient zum Bestimmen systematischer Führungsfehler von beweglichen Elementen eines Koordinatenmessgeräts und umfasst mindestens ein Koordinatenmessgerät, mindestens eine Bilderfassungseinrichtung, mindestens eine Steuereinrichtung und mindestens eine Auswerteeinrichtung. Weiter ist ein Muster mit mindestens drei Musterelementen in einem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung anordenbar.The method can be carried out by means of a device. The device is used to determine systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine and comprises at least one coordinate measuring machine, at least one image acquisition device, at least one control device and at least one evaluation device. Furthermore, a pattern with at least three pattern elements can be arranged in a detection area of the image detection device.
Das Muster und/oder die Bilderfassungseinrichtung sind mit vorbestimmten Soll-Bewegungsparametern mittels der Vorrichtung, vorzugweise mittels der beweglichen Elemente der Vorrichtung, derart bewegbar, dass verschiedene Relativlagen zwischen den mindestens drei Musterelementen und der Bilderfassungseinrichtung einstellbar sind. Diese Bewegung kann durch die Steuereinrichtung gesteuert werden.The pattern and / or the image capturing device can be moved with predetermined target movement parameters by means of the device, preferably by means of the movable elements of the device, in such a way that different relative positions between the at least three pattern elements and the image capturing device can be set. This movement can be controlled by the control device.
Die Relativlagen sind insbesondere derart einstellbar, dass die mindestens drei Musterelemente in einer ersten und in mindestens einer weiteren Relativlage im Erfassungsbereich angeordnet sind, wobei die Musterelemente durch die Bilderfassungseinrichtung abbildbar und ihre Lage in einem Bildkoordinatensystem des Erfassungsbereichs in einer ersten und jeder weiteren Relativlage bestimmbar ist, insbesondere mittels der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung.The relative positions can be set in such a way that the at least three pattern elements are arranged in a first and in at least one further relative position in the detection area, the pattern elements being mappable by the image detection device and their position being determinable in an image coordinate system of the detection area in a first and any further relative position , in particular by means of the evaluation device of the device.
Ein oder mehrere systematische Führungsfehler sind mittels der Vorrichtung in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Bewegungsparameter und der Lagen der Musterelemente in der ersten und weiteren Relativlage bestimmbar.One or more systematic guidance errors can be determined by means of the device as a function of the predetermined target movement parameters and the positions of the pattern elements in the first and further relative positions.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen systematischer Führungsfehler von beweglichen Elementen eines Koordinatenmessgeräts, -
2 eine schematische Darstellung von drei Musterelementen im Erfassungsbereich einer Bilderfassungseinrichtung, -
3-1 eine schematische Darstellung von drei Musterelementen im Erfassungsbereich einer Bilderfassungseinrichtung in einer ersten und weiteren Relativlage bei einer Bewegung ohne Führungsfehler, -
3-2 eine schematische Darstellung von drei Musterelementen im Erfassungsbereich einer Bilderfassungseinrichtung in einer ersten und weiteren Relativlage bei einer Bewegung mit translatorischen Führungsfehlern, -
3-3 eine schematische Darstellung von drei Musterelementen im Erfassungsbereich einer Bilderfassungseinrichtung in einer ersten und weiteren Relativlage bei einer Bewegung mit translatorischen und rotatorischen Führungsfehlern, und -
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen systematischer Führungsfehler.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a device for determining systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine, -
2 a schematic representation of three pattern elements in the detection area of an image detection device, -
3-1 a schematic representation of three pattern elements in the detection area of an image detection device in a first and further relative position during a movement without guidance errors, -
3-2 a schematic representation of three pattern elements in the detection area of an image detection device in a first and further relative position during a movement with translational guidance errors, -
3-3 a schematic representation of three pattern elements in the acquisition area of an image acquisition device in a first and further relative position during a movement with translational and rotational guidance errors, and -
4th a flow diagram of a method for determining systematic guidance errors.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical features.
Das Muster
Eine nicht dargestellte Steuereinrichtung der Vorrichtung
In jeder der derart eingestellten Relativlagen kann durch die Bilderfassungseinrichtung
Die Soll-Bewegungsparameter können derart vorgegeben werden, dass die Bilderfassungseinrichtung
Nach
Nach
In
Nach
In
Wie in
Nach
Ein translatorischer Führungsfehler entlang der ersten Bewegungsachse
Mit einer geeigneten Schärfentiefenmesseirichtung lässt sich auch der translatorische Führungsfehler in der dritten Achse FTk berechnen:
Selbstverständlich kann der Führungsfehler
Die nach
Ein rotatorischer Führungsfehler um die erste bzw. zweite Bewegungsachse
Die vorangegangenen Ausführungen beziehen sich beispielhaft darauf, dass der Soll-Bewegungsparameter
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
In einem sechsten Schritt
Ein Prüfplan (nicht dargestellt) kann in einer geeigneten Mess-Software generiert werden, wobei das Muster
Der Prüfplan kann automatisiert sein und vorzugsweise unbeaufsichtigt, z.B. über Nacht, ausgeführt werden. Die mittels des Prüfplans generierten Ergebnisse können in eine Software wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Lasercal von der Carl Zeiss AG mit Sitz in Oberkochen, Deutschland vertrieben wird, importiert werden. Alle importierten Ergebnisse können in das Software-Koordinatensystem transformiert werden. Die Software kann dann aus den importierten Ergebnissen simulierte Messlinien berechnen, die z.B. denjenigen entsprechen, welche mittels eines Laserinterferometers gewonnen werden. Für die simulierten Messlinien werden durch geeignete Mittelwertberechnung die systematischen Führungsfehler
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- KoordinatenmessgerätCoordinate measuring machine
- 33
- BilderfassungseinrichtungImage capture device
- 44th
- MesstischMeasuring table
- 4-14-1
- MesstischoberflächenebeneMeasuring table surface plane
- 55
- Mustertemplate
- 5-15-1
- erstes Musterelementfirst pattern element
- 5-25-2
- zweites Musterelementsecond pattern element
- 5-35-3
- drittes Musterelementthird pattern element
- 66th
- ErfassungsbereichDetection area
- 7-17-1
- erstes bewegliches Elementfirst movable element
- 7-27-2
- zweites bewegliches Elementsecond movable element
- 7-37-3
- drittes bewegliches Elementthird movable element
- 88th
- Lagerungstorage
- 99
- erste Relativlagefirst relative position
- 1010
- weitere Relativlagefurther relative situation
- 2121
- Soll-BewegungsparameterTarget movement parameters
- 2222nd
- Ist-BewegungsparameterActual motion parameters
- 3030th
- BildkoordinatensystemImage coordinate system
- 3535
- BewegungskoordinatensystemMotion coordinate system
- 4040
- systematischer Führungsfehlersystematic leadership error
- 4141
- weiterer Führungsfehlerfurther leadership error
- A1A1
- Lage des ersten Musterelements in der ersten RelativlagePosition of the first pattern element in the first relative position
- A2A2
- Lage des ersten Musterelements in der weiteren RelativlagePosition of the first pattern element in the further relative position
- A3A3
- Lage des ersten Musterelements in der weiteren Relativlage mit VerdrehungPosition of the first pattern element in the further relative position with rotation
- B1B1
- Lage des zweiten Musterelements in der ersten RelativlagePosition of the second pattern element in the first relative position
- B3B3
- Lage des zweiten Musterelements in der weiteren Relativlage mit VerdrehungPosition of the second pattern element in the further relative position with rotation
- C1C1
- Lage des dritten Musterelements in der ersten RelativlagePosition of the third pattern element in the first relative position
- xx
- x-Achse des Bildkoordinatensystemsx-axis of the image coordinate system
- yy
- y-Achse des Bildkoordinatensystemsy-axis of the image coordinate system
- ii
- erste Bewegungsachsefirst axis of movement
- jj
- zweite Bewegungsachsesecond axis of motion
- kk
- dritte Bewegungsachsethird axis of motion
- S1S1
- erster Verfahrensschrittfirst procedural step
- S2S2
- zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
- S3S3
- dritter Verfahrensschrittthird process step
- S4S4
- vierter Verfahrensschrittfourth procedural step
- S5S5
- fünfter Verfahrensschrittfifth procedural step
- S6S6
- sechster Verfahrensschrittsixth procedural step
- αα
- Verdrehung oder VerdrehwinkelTwist or twist angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102009016858 A1 [0008]DE 102009016858 A1 [0008]
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DE102021211384.2A DE102021211384A1 (en) | 2021-10-08 | 2021-10-08 | Method and device for determining systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine |
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DE102021211384.2A Ceased DE102021211384A1 (en) | 2021-10-08 | 2021-10-08 | Method and device for determining systematic guidance errors of movable elements of a coordinate measuring machine |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
DE102009016858A1 (en) | 2009-03-18 | 2010-09-23 | Carl Zeiss Sms Gmbh | Method for calibrating a sample table of a metrology system and a metrology system with a sample table |
-
2021
- 2021-10-08 DE DE102021211384.2A patent/DE102021211384A1/en not_active Ceased
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DE102009016858A1 (en) | 2009-03-18 | 2010-09-23 | Carl Zeiss Sms Gmbh | Method for calibrating a sample table of a metrology system and a metrology system with a sample table |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R230 | Request for early publication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |