DE102022113710A1 - Verfahren zum korrigieren einer messsondenvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Korrigieren einer linearen Ausdehnung einer Messsondenvorrichtung bereitgestellt, um einen genauen Messwert zu erhalten. Zunächst wird ein Messsondenabweichungswert als Modell berechnet. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Temperaturdatenerfassungsschritt, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung und einer Temperatur einer aktuellen Messumgebung erfasst wird, einen Referenzspitzenkoordinatenkorrekturschritt, bei dem als Referenzspitzenkorrekturkoordinatenwert ein Korrekturwert des Referenzspitzenkoordinatenwertes berechnet wird, zu dem die lineare Ausdehnung addiert wird, und einen Messsondenabweichungswertkorrekturschritt, bei dem als Messsondenabweichungskorrekturwert ein Korrekturwert des Messsondenabweichungswerts berechnet wird, zu dem die lineare Ausdehnung addiert wird.

Description

• INCORPORATION BY REFERENCE
• Diese Anmeldung basiert auf der am 4. Juni 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2021-094 809 A (DAS-Code: 6E57) und beansprucht deren Priorität, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung in vollem Umfang durch Bezugnahme einbezogen ist.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Formmessgerätes und insbesondere ein Verfahren zum Korrigieren einer linearen Ausdehnung einer Messsondenvorrichtung, um einen genauen Messwert zu erhalten, auch dann, wenn die Temperatur der Messumgebung schwankt.
• STAND DER TECHNIK
• Formmessgeräte mit Messsonden werden häufig verwendet, um die Oberfläche eines Messobjekts (z.B. eines Werkstücks) zu erfassen. Da die Formen von Werkstücken in den letzten Jahren immer komplizierter geworden sind, misst ein Formmessgerät die Oberfläche eines komplizierten Werkstücks, indem es mehrere Messsonden (Taster) austauscht oder die Haltung einer Messsonde mit einer rotierenden Antriebsachse ändert.
• Als bekannte Druckschriften können zum Beispiel
• JP 3 784 273 B2 ,
• JP 4 695 374 B2 ,
• JP 2007 183 184 A , und
• JP 6 173 628 B1 genannt werden.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die Verwendung mehrerer Messtaster (Taststifte) oder die Änderung der Haltung einer Messsonde durch die eigene Drehantriebsachse der Messsonde ermöglicht eine effiziente Messung komplizierter Werkstücke, aber das erfordert einen erhöhten Zeit- und Arbeitsaufwand, um mehrere Arten von Messtastern (Taststifte) und eine Messsonde in verschiedenen Modifikationen der Messsonde bedarfsgerecht zu kalibrieren. Wenn die Anzahl der Messsondentypen (Taststift) zunimmt oder wenn eine Messsonde verwendet wird, der seine Haltung mehrfach ändert, führt die häufige Kalibrierung aller Messsonden oder der Messsonde in allen Modifikationen zu einer ineffizienten Messung. Und wenn die Messumgebung unbeständig ist, treten Messfehler auf, die nicht ignoriert werden können, wenn die Kalibrierung nicht bedarfsgerecht durchgeführt wird.
• In Anbetracht der vorstehend genannten Punkte besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Steuern eines Formmessgerätes und insbesondere ein Verfahren zum Korrigieren einer linearen Ausdehnung einer Messsondenvorrichtung bereitzustellen, um einen genauen Messwert zu erhalten, auch dann, wenn die Temperatur der Messumgebung schwankt.
• Ein Verfahren zum Korrigieren einer Messsondenvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist Verfahren zum Korrigieren einer Messsondenvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Oberfläche eines Messobjekts mit einer Messspitze an einem Spitzenende zu erfassen, wobei die Messsondenvorrichtung eine erste Spitze, die einer standardisierten Messspitze entspricht, die als anfängliche Standardspezifikation festgelegt ist; und eine zweite Spitze umfasst, die einer modifizierten Messspitze entspricht, die sich von der standardisierten Form unterscheidet, wobei die erste Spitze und die zweite Spitze austauschbar sind, wobei die erste Spitze und die zweite Spitze kalibriert werden, wenn die Messsondenvorrichtung kalibriert wird, um einen Koordinatenwert der ersten Spitze als einen Referenzspitzenkoordinatenwert und einen Abweichungswert von der ersten Spitze zur zweiten Spitze als einen Messsondenabweichungswert zu erhalten, und wobei der Messsondenabweichungswert zu dem Referenzspitzenkoordinatenwert addiert wird, um einen Messwert zu erhalten, wenn die zweite Spitze verwendet wird. Weiterhin umfasst das Verfahren zum Korrigieren der Messsondenvorrichtung folgende Schritte: einen Temperaturdatenerfassungsschritt, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung und einer Temperatur einer aktuellen Messumgebung erfasst wird; einen Referenzspitzenkoordinatenkorrekturschritt, bei dem als Referenzspitzenkorrekturkoordinatenwert ein Korrekturwert des Referenzspitzenkoordinatenwertes berechnet wird, zu dem eine lineare Ausdehnung addiert wird; einen Messsondenabweichungswertkorrekturschritt, bei dem als Messsondenabweichungskorrekturwert ein Korrekturwert des Messsondenabweichungswerts berechnet wird, zu dem die lineare Ausdehnung addiert wird; und einen Messwertberechnungsschritt, bei dem ein korrigierter Messwert erhalten wird, wenn die zweite Spitze in der aktuellen Messumgebung verwendet wird, indem der Messsondenabweichungskorrekturwert zu dem Referenzspitzenkorrekturkoordinatenwert addiert wird.
• Figurenliste
• 1 veranschaulicht ein Schaubild, das eine Gesamtkonfiguration eines Formenmesssystems zeigt;
• 2 veranschaulicht ein Beispiel für die Beziehung zwischen Koordinatensystemen;
• 3 veranschaulicht eine Außenansicht einer Messsondenvorrichtung;
• 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Messsondenvorrichtung;
• 5 veranschaulicht ein funktionales Blockdiagramm einer Bewegungssteuerung und eines Zentralrechners;
• 6 veranschaulicht ein Schaubild, das ein Beispiel für Daten zeigt, die in einer Korrekturstabellenspeichervorrichtung gespeichert sind;
• 7 veranschaulicht ein Schaubild, das eine Modifikation der Messsondenvorrichtung darstellt;
• 8 veranschaulicht ein Schaubild, das zeigt, dass ein Referenztaststift durch einen biegsamen Taststift ersetzbar ist;
• 9 veranschaulicht ein Schaubild, das ein Hilfskoordinatensystem zeigt;
• 10 veranschaulicht ein Schaubild, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Ausrichtung einer Schenkelwelle und einem Winkelparameter zeigt;
• 11 veranschaulicht ein Schaubild, das ein Beispiel für eine Messsondenabweichung zeigt;
• 12 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Temperaturkorrekturschrittes zeigt;
• 13 veranschaulicht ein Schaubild, das ein Beispiel für die Verschiebung einer Messspitze (zweite Spitze) bei einem Anstieg der Umgebungstemperatur zeigt; und
• 14 veranschaulicht ein Schaubild, das ein Beispiel für die Messsondenabweichung bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur zeigt.
• DETAILIERTE BESCHREIBUNG
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die den Merkmalen in den Zeichnungen zugeordneten Bezugszeichen veranschaulicht und beschrieben.
• (Erste beispielhafte Ausführungsform)
• 1 veranschaulicht eine Gesamtkonfiguration eines Formenmesssystems 100. Die Konfiguration des Formenmesssystems 100 selbst ist bekannt, wird aber kurz beschrieben. Das Formenmesssystem 100 enthält eine Koordinatenmessvorrichtung 200, eine Bewegungssteuerung 300, die den Antrieb der Koordinatenmessvorrichtung 200 steuert, und einen Zentralrechner 600, der die Bewegungssteuerung 300 steuert und die notwendige Datenverarbeitung durchführt.
• Die Koordinatenmessvorrichtung 200 enthält eine Oberflächenplatte 210, einen Bewegungsmechanismus 220 und eine Messsondenvorrichtung 500.
• Der Bewegungsmechanismus 220 enthält einen gateartigen Y-Schieber 221, einen X-Schieber 222, eine Z-Achsensäule 223 und eine Z-Spindel 224. Der Y-Schieber 221 ist in Y-Richtung verschiebbar auf der Oberflächenplatte 210 angebracht. Der X-Schieber 222 gleitet entlang eines Trägers des Y-Schiebers 221 in X-Richtung. Die Z-Achsensäule 223 ist an dem X-Schieber 222 befestigt. Die Z-Spindel 224 bewegt sich innerhalb der Z-Achsensäule 223 in einer Z-Richtung auf und ab.
• Der Y-Schieber 221, der X-Schieber 222 und die Z-Spindel 224 sind jeweils mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) und einem Codierer (nicht gezeigt) ausgestattet. Jeder Antriebsmotor wird durch Antriebssteuersignale von der Bewegungssteuerung 300 angetrieben und gesteuert. Jeder Codierer erfasst einen Bewegungsbetrag des entsprechenden Y-Schiebers 221, X-Schiebers 222 oder der Z-Spindel 224 und gibt den erfassten Wert an die Bewegungssteuerung 300 aus.
• Für die Koordinatenmessvorrichtung 200 wird ein Maßstabskoordinatensystem (Xs, Ys, Zs) festgelegt. 2 veranschaulicht ein Schaubild, das die Beziehung zwischen Koordinatensystemen zeigt. Das Skalen-Koordinatensystem enthält eine Xs-Achse, eine Ys-Achse und eine Zs-Achse, die orthogonal zueinanderstehen. Die Zs-Achse ist eine vertikale Richtung nach oben. Ein Ursprungspunkt Os des Maßstabskoordinatensystems wird durch den Ursprungspunkt des Maßstabs des Codierers, der entlang der Xs-Achse vorgesehen ist, den Ursprungspunkt des Maßstabs des Codierers, der entlang der Ys-Achse vorgesehen ist, und den Ursprungspunkt des Maßstabs des Codierers, der entlang der Zs-Achse vorgesehen ist, bestimmt.
• Darüber hinaus ist eine Prüflehre 211 (Masterlehre) an einer vorher festgelegten Position auf der Oberflächenplatte 210 installiert. Die Prüflehre 211 dient der Kalibrierung und der Einstellung eines Maschinenkoordinatensystems (XM, YM, ZM). Die Prüflehre 211 ist eine Stahlkugel, eine Keramikkugel oder ähnliches. Der Durchmesser (Radius) der Prüflehre 211 ist bekannt. Das heißt, durch die Messung der Koordinaten einiger Punkte auf der Oberfläche der Prüflehre 211 mit der Messsonde kann die Mittelposition der Prüflehre 211 eindeutig bestimmt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden der Radius der Messspitze und die Länge (Form) des Taststifts gleichzeitig kalibriert.
• Die Prüflehre 211 wird an der Spitze eines Säulenteils mit einer bekannten Höhe von der oberen Oberfläche der Oberflächenplatte 210 in Richtung der Z-Achse gehalten. Das Skalen-Koordinatensystem (Xs, Ys, Zs) wird so verschoben, dass sich die Mittelposition der Prüflehre 211 an einem Ursprung O_M befindet, wodurch man ein Maschinenkoordinatensystem (X_M, Y_M, Z_M) erhält.
• Andere Koordinatensysteme, die ebenfalls verwendet werden können, sind ein Messsonden-Koordinatensystem, das das Koordinatensystem eines in der Messsondenvorrichtung 500 eingebauten Messsondensensors ist, und ein Werkstück-Koordinatensystem (Xw, Yw, Zw), in dem ein vorher festgelegter Punkt (z.B. ein Scheitelpunkt) auf der Oberfläche eines Werkstücks der Ursprung ist und eine vorher festgelegte Oberfläche des Werkstücks eine XwYw-Ebene ist. Sie sind jedoch nicht für die vorliegende Erfindung direkt relevant und werden daher weggelassen.
• Die Messsondenvorrichtung 500 ist am tiefer gelegenen Endbereich der Z-Spindel 224 angebracht. 3 veranschaulicht eine Außenansicht der Messsondenvorrichtung 500. 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Messsondenvorrichtung 500.
• Die Messsondenvorrichtung 500 enthält einen Messsondenkopfgrundkörper 501 und einen Taststift (530), der an seinem vorderen Ende eine Messspitze (530A) aufweist.
• Der Messsondenkopfgrundkörper 501 enthält ein Messsondenbefestigungselement 502, einen ersten Drehmechanismus 510 und einen zweiten Drehmechanismus 520.
• Das Messsondenbefestigungselement 502 ist am tiefer gelegenen Endbereich der Z-Spindel 224 angebracht. Der erste Drehmechanismus 510 ist am tiefer gelegenen Endbereich des Messsondenbefestigungelements 502 vorgesehen. Der erste Drehmechanismus 510 enthält ein erstes Gehäuse 511, einen ersten Motor 512 und eine erste Welle 513. Das erste Gehäuse 511 ist am tiefer gelegenen Endbereich des Messsondenbefestigungelements 502 angebracht. Der erste Motor 512 ist im Inneren des ersten Gehäuses 511 installiert und die erste Welle 513 ist an der Armatur des ersten Motors 512 befestigt. Die Drehachse der ersten Welle 513 wird hier als erste Drehachse A1 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die axiale Richtung der ersten Drehachse A1 parallel zur Richtung der Z-Achse.
• Der zweite Drehmechanismus 520 enthält ein zweites Gehäuse 521, einen zweiten Motor 522, eine zweite Welle 523 und einen u-förmigen Verbindungsrahmen 524. Das zweite Gehäuse 521 ist mit der ersten Welle 513 verbunden. Der zweite Motor 522 ist in das zweite Gehäuse 521 eingebaut, und die zweite Welle 523 ist mit dem Rotor des zweiten Motors 522 verbunden.
• Die Drehachse der zweiten Welle 523 wird vorliegend als zweite Drehachse A2 bezeichnet. Die erste Drehachse A1 (bzw. eine Verlängerungslinie durch die Drehachse A1) und die zweite Drehachse A2 sind orthogonal zueinander vorgesehen. Der u-förmige Verbindungsrahmen 524 ist an der zweiten Welle 523 angebracht, wobei der u-förmige Verbindungsrahmen 524 um die zweite Drehachse A2 rotiert.
• Der Taststift 530 ist am tiefer gelegenen Endbereich des u-förmigen Verbindungsrahmens 524 befestigt. Der Taststift 530, der in den 3 und 4 an der Messsondenvorrichtung 500 befestigt ist, ist ein gerader und länglicher Taststift 530. Dieser gerade Taststift 530 wird in der Standardspezifikation als Referenztaststift 530 bezeichnet. Die Achse A3 des Referenztaststifts 530 (bzw. eine Verlängerungslinie durch die Achse A3 des Referenztaststifts 530) steht orthogonal zur zweiten Drehachse A2.
• (Standardisierte Ausführung der Messsondenvorrichtung 500)
• Die ursprüngliche Standardspezifikation der Messsondenvorrichtung 500 geht davon aus, dass der Referenztaststift 530 an der Messsondenvorrichtung 500 befestigt ist und dass die Achse A3 des Referenztaststifts 530 parallel zur ersten Drehachse A1 verläuft (oder dass die Achse A3 des Referenztaststifts 530 mit der ersten Drehachse A1 fluchtet). Dies entspricht einer standardisierten Ausführung der Messsondenvorrichtung 500. Mit anderen Worten: In der Standardform ist die Drehung der zweiten Drehachse A2 gleich Null, und die Achse A3 des Referenztaststifts 530 und die erste Drehachse A1 sind parallel zur Z-Achse des Maschinenkoordinatensystems. Der Referenztaststift 530 hat an seinem tiefer gelegenen Endbereich eine Messspitze 530A. Die Messspitze ist kugelförmig und steht in Kontakt mit einem zu messenden Objekt. Hier wird die Messspitze 530A in der standardisierten Ausführung als erste Spitze 530A bezeichnet.
• Die erste Drehachse A1 (bzw. eine Verlängerungslinie durch die Drehachse A1), die zweite Drehachse A2 und die Achse A3 (bzw. eine Verlängerungslinie durch die Achse A3) des Taststifts 530 schneiden sich in einem einzigen Schnittpunkt. Für die folgende Erklärung wird dieser Schnittpunkt als Rotationsmittelpunkt Q bezeichnet.
• Der Drehwinkel der ersten Drehachse A1 wird durch α₁ dargestellt, wobei gilt: -180° ≤ α₁ ≤ 180°. (Es besteht keine Notwendigkeit, den Bereich der Bewegung zu begrenzen, solange die elektrische Verbindung hergestellt ist, und die Drehbewegung selbst kann eine beliebige Anzahl von Umdrehungen aufweisen). In 3 oder 4 wird davon ausgegangen, dass die Vorderseite 0° beträgt und dass die Richtung gegen den Uhrzeigersinn, von oben gesehen, der Drehung in die positive Richtung und die Richtung im Uhrzeigersinn der Drehung in die negative Richtung entspricht.
• Der Drehwinkel der zweiten Drehachse A2 wird durch α₂ dargestellt, wobei gilt: 0° ≤ α₂ ≤ 90°. Es wird angenommen, dass der Winkel 0° beträgt, wenn der Taststift 530 senkrecht nach unten zeigt. Der Bezugspunkt von 0° ist arbiträr.
• Der erste Motor 512 und der zweite Motor 522 sind z.B. Schrittmotoren und werden synchron zu den angelegten Antriebsimpulsen angetrieben. Die Bewegungsgröße (Drehwinkel) des ersten Drehmechanismus 510 und des zweiten Drehmechanismus 520 ist jeweils proportional zur Anzahl der Antriebsimpulse.
• Die Messsondenvorrichtung 500 führt den Taststift 530 so, dass der Taststift 530 innerhalb eines bestimmten Bereichs in den axialen Richtungen der Achsen Xp, Yp und Zp, die die Koordinatenachsen des Messsondenkoordinatensystems sind, beweglich ist, um den Kontakt zwischen der Messspitze (530A) und der Oberfläche eines Werkstücks zu erkennen. Die Messsondenvorrichtung 500 enthält außerdem einen Messsondensensor (nicht abgebildet), der die Verschiebung des Taststifts 530 erfasst. Der Messsondensensor gibt den ermittelten Wert an die Bewegungssteuerung 300 aus.
• (Modifikation der Messsondenvorrichtung)
• Die Messsondenvorrichtung 500 kann je nach Messobjekt in einer von der standardisierten Ausführung modifizierten Ausführung verwendet werden. In der Modifikation der Messsondenvorrichtung 500 bleibt der Taststift beispielsweise der Referenztaststift 530 und wird durch den Rotationsantrieb des ersten Drehmechanismus 510 (A1) und des zweiten Drehmechanismus 520 (A2) je nach Bedarf angehoben oder rotationsmäßig geschwenkt. Da die Position der Messspitze zu diesem Zeitpunkt gegenüber der Position der Messspitze (erste Spitze 530A) in der Standardform verschoben ist, wird die modifizierte Messspitze, die sich von der Standardform unterscheidet, als zweite Spitze 550A bezeichnet.
• Die zweite Spitze 550A trifft auch zu, wenn der Taststift vom Referenztaststift 530 durch einen Taststift mit ungleichförmiger Form ersetzt wird. Der Taststift mit ungleichförmiger Form kann zum Beispiel ein gebogener L-förmiger oder quergestalteter (cross-shaped) Taststift oder ein gerader Taststift sein, der länger oder kürzer als der Referenztaststift 530 ist. Es ist zu beachten, dass ein einzelner Taststift (Multi-Taststift) sowohl die Referenztaststifte (erste Spitze 530A) als auch die zweite Spitze 550A aufweisen kann.
• (Konfiguration der Bewegungssteuerung 300)
• 5 veranschaulicht ein funktionales Blockdiagramm der Bewegungssteuerung 300 und des Zentralrechners 600. Die Bewegungssteuerung 300 enthält eine Messbefehlerfassungsvorrichtung 310, einen Zähler 330, eine Antriebsbefehlserzeugungsvorrichtung 340 und eine Antriebssteuervorrichtung 350.
• Die Messbefehlerfassungsvorrichtung 310 erfasst Messbefehlsdaten von dem Zentralrechner 600.
• Der Zähler 330 zählt Detektionssignale, die vom Codierer ausgegeben werden, um den Verschiebungsbetrag jedes Schiebers zu messen, und zählt Detektionssignale, die vom Messsondensensor ausgegeben werden, um den Verschiebungsbetrag der Messsondenvorrichtung 500 (Taststift) zu messen. Aus den gemessenen Verschiebungsbeträgen der Schieber 221, 222 und 224 und der Messsondenvorrichtung 500 werden Positionsinformationen über die Messsondenvorrichtung 500 oder die Messspitze (550A) ermittelt. Außerdem erhält man aus der von dem Zähler 330 gemessenen Verschiebung des Taststifts (550) (dem erfassten Wert (Px, Py, Pz) des Messsondensensors) den Betrag der Eindrückung (oder die Richtung der Eindrückung) der Messspitze (550A). Die Antriebsbefehlserzeugungsvorrichtung 340 erzeugt auf der Grundlage der Messbefehlsdaten des Zentralrechners 600 einen Antriebsbefehl, der an den Bewegungsmechanismus 220 übermittelt wird. Geschwindigkeitsvektor-Befehle für den Antrieb und die Steuerung des Bewegungsmechanismus 220 sind beispielsweise in JP 5 274 782 B2 , JP 6 030 339 B2 , JP 6 063 161 B2 und dergleichen offengelegt.
• (Konfiguration des Zentralrechners)
• Der Zentralrechner 600 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 611, einen Speicher und dergleichen und steuert die Koordinatenmessvorrichtung 200 über die Bewegungssteuerung 300. Die CPU 611 führt ein Steuerprogramm aus, um das Verfahren in der vorliegenden Ausführungsform (Temperaturkorrektur der Messsonde) auszuführen. Der Zentralrechner 600 ist je nach Bedarf mit Ausgabevorrichtungen, beispielsweise einem Bildschirm und einem Drucker, und Eingabevorrichtungen, beispielsweise einer Tastatur und einer Maus, verbunden.
• Der Zentralrechner 600 enthält ferner eine Speichereinheit 620, eine Formanalysevorrichtung 630 und eine Temperaturkorrekturvorrichtung 640.
• Die Speichereinheit 620 speichert Entwurfsdaten (CAD-Daten, NURBS-Daten und dergleichen), die sich auf die Form eines Messobjekts (Werkstücks) W beziehen, Messdaten, die bei der Messung ermittelt wurden, und ein Steuerprogramm zur Steuerung des gesamten Vorgangs. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Speichereinheit 620 eine Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621, die Kalibrierdaten (Korrekturtabelle) für die Messsondenvorrichtung 500 speichert. Die in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 gespeicherten Daten sind in 6 dargestellt. Die in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 gespeicherten Kalibrierungsdaten (Korrekturtabelle) werden später beschrieben.
• Die Formanalysevorrichtung 630 berechnet auf der Grundlage der von der Bewegungssteuerung 300 ausgegebenen Messdaten (Abtastdaten) Oberflächenformdaten über das Messobjekt und analysiert die Form, um den Fehler, die Verzerrung und dergleichen der berechneten Oberflächenformdaten über das Messobjekt zu erhalten. Die Formanalysevorrichtung 630 erzeugt außerdem Messbefehlsdaten, indem sie die Entwurfsdaten (CAD-Daten, NURBS-Daten und dergleichen), die Informationen zur Abtaststrecke enthalten, in PCC-Kurven und dergleichen umwandelt.
• Die Formanalysevorrichtung 630 erzeugt Kalibrierungsdaten auf der Grundlage der Messdaten, wenn die Prüflehre 211 mit der Messspitze in der Standardform und in der Modifikation gemessen wird. Dieser Punkt wird im Folgenden noch beschrieben.
• Die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 berechnet einen Korrekturwert für die Kalibrierungsdaten (Korrekturtabelle) gemäß einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Zeitpunkt der Kalibrierung und dem Zeitpunkt der Werkstückmessung. Dieser Punkt wird im Folgenden noch beschrieben.
• (Erzeugung der Korrekturtabelle)
• Um das Formenmesssystem 100 verwenden zu können, muss zunächst eine Kalibrierung mit der Prüflehre 211 vorgenommen werden. Die arithmetische Verarbeitung der Kalibrierungsdaten aus den Messdaten der Prüflehre 211 für die Kalibrierung wird zum Beispiel von der Formanalysevorrichtung 630 durchgeführt.
• (Kalibrierung in der standardisierten Ausführung (der ersten Spitze 530A))
• Zunächst wird die erste Spitze 530A in der standardisierten Ausführung der Messsondenvorrichtung 500 kalibriert. Dabei werden auch die Koordinatenmessvorrichtung 200 und die elektrischen Systeme (zum Beispiel die Codierer) der Messsondenvorrichtung 500 (zum Beispiel die Einstellung des Ursprungs) sowie die Form des Referenztaststifts 530 kalibriert. Die Kalibrierungswerte (Korrekturtabelle) für die Form des Referenztaststifts 530 entsprechen einem Abstand L₁ (siehe 4) vom Rotationszentrum Q der Messsondenvorrichtung 500 zum Mittelpunkt der ersten Spitze 530A und einem Radius r₁ der ersten Spitze 530A (Referenzspitze).
• Durch die Kalibrierung der ersten Spitze 530A erhält man eine Korrekturtabelle S₁(S_1x, S_1Y, S_1Z) zur Berechnung des Mittelpunkts der ersten Spitze 530A. Dabei wird angenommen, dass ein Koordinatenwert des Mittelpunkts der ersten Spitze 530A unter Berücksichtigung der Kalibrierung durch P_1c(P_1cx, P_1cY, P_1cZ) dargestellt wird. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Messwert der Maschinenskala durch M(M_X, M_Y, M_Z) dargestellt wird. Der Messwert der Maschinenskala enthält einen Messwert des Codierers der Koordinatenmessvorrichtung 200 und einen Messwert des Sensors der Messsondenvorrichtung 500, wobei angenommen wird, dass der Messwert der Maschinenskala die Koordinaten des Rotationszentrums Q der Messsondenvorrichtung 500 angibt. Der Koordinatenwert P_1c des Mittelpunkts der ersten Spitze 530A unter Berücksichtigung der Kalibrierung wird durch die Korrekturtabelle S₁ wie folgt ausgedrückt.
• $$P_{1c}\left(P_{1cX},P_{1cY},P_{1cZ}\right)=M\left(M_X,M_Y,M_Z\right)+S_1\left(S_{1X},S_{1Y},S_{1Z}\right)$$

  
• Da die Form des Referenztaststifts 530 einer geraden Linie entspricht, parallel zur Z-Achse verläuft, gilt: $$\begin{array}{l}{S}_{1X}=S_{1Y}=\mathrm{0,}\text{und }{S}_{1z}=L_1\\ P_{1c}\left(P_{1cX},P_{1cY},P_{1cZ}\right)=M\left(M_X,M_Y,M_Z\right)+S_1\left(\mathrm{0,0,}{L}_1\right)\end{array}$$

  
• Es ist zu beachten, dass die Oberfläche des Werkstücks (Messobjekts) gegenüber dem Koordinatenwert P_1c des Mittelpunkts der ersten Spitze 530A um einen Radius r in Annäherungsrichtung verschoben ist, was allgemein bekannt ist.
• Der Radius r₁ der ersten Spitze 530A und die Korrekturtabelle S₁ werden in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 als Korrekturtabelle für die erste Spitze 530A gespeichert (vgl. 6). Außerdem wird eine Umgebungstemperatur Tr zum Zeitpunkt der Kalibrierungsarbeiten in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 als Referenztemperatur für die Kalibrierungszeit gespeichert.
• (Modellierung der Messsondenabweichung)
• Wenn das Werkstück auch in einer Modifikation der Messsondenvorrichtung 500 gemessen wird, muss die Kalibrierung auch in der Modifikation durchgeführt werden. Das heißt, die Kalibrierung wird für die Messsondenvorrichtung 500 mit dem um einen vorher festgelegten Winkel angehobenen (geschwenkten) Taststift (530 oder 550) durch den Antrieb des ersten Drehmechanismus 510 und des zweiten Drehmechanismus 520 der Messsondenvorrichtung 500 oder für die Messsondenvorrichtung 500 mit dem austauschbaren Taststift (550) mit ungleichförmiger Form durchgeführt. Zur Erläuterung der beispielhaften Ausführungsform wird die modifizierte Messspitze als zweite Spitze 550A bezeichnet. Wie in 7 beispielhaft dargestellt, ist die zweite Spitze 550A die Messspitze zu dem Zeitpunkt, an dem der Referenztaststift 530 durch den biegsamen Taststift 550 ersetzt wird und der erste Drehmechanismus 510 und der zweite Drehmechanismus 520 angetrieben werden, um den Taststift 550 anzuheben und um einen bestimmten Winkel rotationsmäßig zu schwenken.
• In der vorliegenden Ausführungsform wird als Kalibrierungsdaten (Korrekturtabelle) für die zweite Spitze 550A ein Versatzwert von der Mitte der ersten Spitze 530A zur Mitte der zweiten Spitze 550A ermittelt (11). Der Abweichungswert von der Mitte der ersten Spitze 530A zur Mitte der zweiten Spitze 550A wird als Messsondenabweichungswert S₁₂ bezeichnet.
• Durch die Modellierung der Komponenten der Messsondenvorrichtung 500 kann der Messsondenabweichungswert wie folgt ausgedrückt werden. Zunächst wird angenommen, dass der Referenztaststift 530 durch den biegsamen Taststift 550 ersetzt wird (vgl. 8). Als Beispiel für den biegsamen Taststift 550 wird hier ein L-förmiger Taststift gezeigt, der sich um 90° biegt, wobei der Biegewinkel nicht auf 90° begrenzt ist.
• Zu den Formparametern des biegsamen Taststifts 550 gehört eine Körperwelle 552, der sich vom Rotationszentrum Q bis zu einem Biegepunkt 551 erstreckt, wobei die Länge der Körperwelle 552 durch L₂ dargestellt wird. Außerdem erstreckt sich eine Schenkelwelle 553 vom Biegepunkt 551 bis zur Mitte der Spitze, und die Länge der Schenkelwelle 553 wird durch L₃ dargestellt.
• Außerdem werden die Ausrichtung der Schenkelwelle 553 und die Größe der Biegung als Winkelparameter ausgedrückt. Um die Biegung der Schenkelwelle 553 des biegsamen Taststifts 550 auszudrücken, wird ein Hilfskoordinatensystem eingeführt. 9 veranschaulicht das Hilfskoordinatensystem. Das Hilfskoordinatensystem, das eine I-Achse, eine J-Achse und eine K-Achse enthält, wird als rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem vorgesehen. Wenn die Drehung des ersten und zweiten Drehmechanismus 510 und 520 des Messsondenkopfgrundkörpers 501 auf Null gesetzt wird, liegt der Ursprung des Hilfskoordinatensystems am Biegepunkt 551 des biegsamen Taststifts 550, wobei die K-Achse parallel zur Körperwelle 552 des biegsamen Taststifts 550 und die I-Achse ist parallel zur zweiten Drehachse A2 ist.
• In diesem Zustand wird der von der Schenkelwelle 553 und der K-Achse (in der negativen Richtung der K-Achse) ausgebildete Winkel durch β₁ dargestellt. Dann wird der Winkel, den die Schenkelwelle 553 mit der KJ-Ebene ausbildet, durch β₂ dargestellt. Es wird angenommen, dass die negative Richtung der J-Achse 0° ist, dass die positive Richtung der J-Achse 180° ist und dass die Drehung nach rechts um die K-Achse positiv ist.
• Die vorstehenden Ausführungen können wie folgt umformuliert werden. Zunächst wird die Messspitze des geraden Taststifts parallel zur K-Achse um β₁ um die I-Achse gedreht. Danach wird die Messspitze um β₂ um die K-Achse gedreht. Dann überlappt die Messspitze (530A) des Referenztaststifts 530 die Messspitze (550A) des biegsamen Taststifts 550 (oder liegt in der gleichen Richtung wie diese).
• Es ist zu beachten, dass angenommen wird, dass ein Einspannteil, das den Taststift (530, 550) am Messsondenkopfgrundkörper 501 anbringt, eine Passung aufweist, beispielsweise eine Passfeder und eine Passfedernut, einen Vorsprung und eine Kerbe oder eine teilweise ebene Fläche, die die Einbaurichtung des Taststifts (530, 550) eindeutig bestimmt, und dass die Ausrichtung und die Größe der Biegung der Schenkelwelle 553 des biegsamen Taststifts 550 im Maschinenkoordinatensystem eindeutig sind.
• Wenn es sich bei dem biegsamen Taststift 550 beispielsweise um einen L-förmigen Taststift handelt, der um 90° gebogen wird, und die Länge der Schenkelwelle 553 1 beträgt, wird die Beziehung zwischen der Biegerichtung des L-förmigen Taststifts und den Winkeln β₁ und β₂ wie in der Tabelle gemäß 10 ausgedrückt.
• Als nächstes werden, wie in 7 beispielhaft dargestellt, der erste und der zweite Drehmechanismus 510 und 520 um die erforderlichen Winkel gedreht, um die Messspitze (530A) anzuheben und in die Position zu rotieren, in der die Kalibrierung durchgeführt wird. Die Drehwinkel der ersten und zweiten Drehmechanismen 510 und 520 in der Modifikation, in der die Kalibrierung ausgeführt wird, entsprechen den Referenzwinkeln α_1r bzw. α_2r. Die Messspitze der Messsondenvorrichtung 500 ist in diesem Zustand die zweite Spitze 550A.
• Unter Verwendung der bisher eingeführten Parameter lässt sich der Abweichungswert (Messsondenabweichungswert) S₁₂ von der Mitte der ersten Spitze 530A zur Mitte der zweiten Spitze 550A wie folgt ausdrücken.
  $$S_{12}=\left(S_{12X},S_{12Y},S_{12Z}\right)$$

  
• Jedes Element der Messsondenabweichung wird durch die folgenden Ausdrücke ausgedrückt.
  $$\begin{array}{l}{S}_{12X}=-L_3\cdot \text{cos}\left({\alpha }_{1r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_2\right)-\text{sin}\left({\alpha }_{1r}\right)\{L_3\cdot \text{cos}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)\cdot \\ \text{ cos}\left({\beta }_2\right)+\text{sin}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\left(L_3\cdot \text{cos}\left({\beta }_1\right)+L_2\right)\}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}{S}_{12Y}=-L_3\cdot \text{sin}\left({\alpha }_{1r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)-\text{sin}\left({\beta }_2\right)+\text{cos}\left({\alpha }_{1\text{r}}\right)\{L_3\cdot \text{cos}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)\cdot \\ \text{ cos}\left({\beta }_2\right)+\text{sin}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\left(L_3\cdot \text{cos}\left({\beta }_1\right)+L_2\right)\}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}{S}_{12Z}=-L_3\cdot \text{sin}\left({\alpha }_{1r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)\cdot \text{cos}\left({\beta }_2\right)-\text{cos}\left({\alpha }_{2r}\right)\left(L_3\cdot \text{cos}\left({\beta }_1\right)+L_2\right)+L_1\\ \end{array}$$

  
• In diesen Ausdrücken sind die Winkelwerte α_1r, α_2r, β₁ und β₂ bekannte Werte. Das heißt, α_1r und α_2r sind die Drehwinkel des ersten und zweiten Drehmechanismus 510 und 520 des Messsondenkopfgrundkörpers 501 unter Einbeziehung der von einem Sensor (zum Beispiel einem Codierer) erhaltenen Werte. Alternativ wird davon ausgegangen, dass der erste und der zweite Drehmechanismus 510 und 520 des Messsondenkopfgrundkörpers 501 separat kalibriert wurden. Die Werte β₁ und β₂ sind Spezifikationen des (biegsamen) Taststifts. Der Grund für die Einbeziehung der Winkel ist, dass man davon ausgeht, dass die Winkel von der Temperatur unbeeinflusst sind.
• In der Zwischenzeit werden L₁, L₂ und L₃ aus den Kalibrierungsdaten ermittelt. Der Wert L₁ ergibt sich aus dem Kalibrierungswert der ersten Spitze 530A. Die Werte L₂ und L₃ werden im Folgenden beschrieben.
• Der Modellausdruck für den Messsondenabweichungswert S₁₂ ist in der Temperaturkorrekturvorrichtung 640 gespeichert.
• (Kalibrierung der Modifikation (bzw. der zweiten Spitze 550A))
• Anschließend werden die Kalibrierungsdaten (Korrekturtabelle) für die zweite Spitze durch Messung der Prüflehre 211 mit der zweiten Spitze 550A ermittelt.
• Durch die Kalibrierung der zweiten Spitze 550A erhält man eine Korrekturtabelle S₂ (S_2X, S_2Y, S_2Z) für den Mittelpunkt der zweiten Spitze 550A. Dabei wird angenommen, dass ein Koordinatenwert des Mittelpunkts der zweiten Spitze 550A unter Berücksichtigung der Kalibrierung durch P_2c(P_2cX, P_2cY, P_2cZ) dargestellt wird. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Messwert der Maschinenskala durch M(M_X, M_Y, M_Z) dargestellt wird. Der Messwert der Maschinenskala enthält einen Messwert des Codierers der Koordinatenmessvorrichtung 200 und einen Messwert des Sensors der Messsondenvorrichtung 500, wobei angenommen wird, dass der Messwert der Maschinenskala die Koordinaten des Rotationszentrums Q der Messsondenvorrichtung 500 angibt. Der Koordinatenwert P_2c des Mittelpunkts der zweiten Spitze 550A unter Berücksichtigung der Kalibrierung wird durch die Korrekturtabelle S₂ wie folgt ausgedrückt. Diese Beziehung wird in 11 veranschaulicht.
  $$P_{2c}\left(P_{2cX},P_{2cY},P_{2cZ}\right)=M\left(M_X,M_Y,M_Z\right)+S_2\left(S_{2X},S_{2Y},S_{2Z}\right)$$

  
• Der Abweichungswert (Messsondenabweichungswert) S₁₂ von der Mitte der ersten Spitze 530A zur Mitte der zweiten Spitze 550A ergibt sich also aus der Differenz zwischen der Korrekturtabelle S₂(S_2X, S_2Y, S_2Z) zur Berechnung des Mittelpunkts der zweiten Spitze 550A und der Korrekturtabelle S₁(S_1x, S_1Y, S_1Z) zur Berechnung des Mittelpunkts der ersten Spitze 530A. Mit anderen Worten, der Messsondenabweichungswert S₁₂ kann wie folgt ausgedrückt werden.
  $$S_{12}\left(S_{12X},S_{12Y},S_{12Z}\right)=S_2\left(S_{2X},S_{2Y},S_{2Z}\right)-S_1\left(S_{1X},S_{1Y},S_{1Z}\right)$$

  
• Der Messsondenabweichungswert S₁₂ wurde als Modell berechnet. Durch Einsetzen in S₁₂(S_12X, S_12Y, S_12Z) im obigen Modellausdruck und Lösen der simultanen Gleichungen erhält man die Kalibrierungswerte von L₂ und L₃. Die Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 speichert L₂, L₃ und den Messsondenabweichungswert S₁₂ zum Zeitpunkt der Kalibrierung als Korrekturtabelle für die zweite Spitze 550A. Die Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung wird ebenfalls in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 wie bereits erwähnt gespeichert.
• Wenn es keine später beschriebene Temperaturkorrektur gibt, addiert die Formanalysevorrichtung 630 den Messsondenabweichungswert S₁₂ zum Mittelpunkt der ersten Spitze 530A, um den Mittelpunkt der zweiten Spitze 550A zu erhalten, wenn das Messobjekt (Werkstück) mit der zweiten Spitze 550A gemessen wird.
  $$P_{2c}\left(P_{2cX},P_{2cY},P_{2cZ}\right)=P_{1c}\left(P_{1cX},P_{1cY},P_{1cZ}\right)+S_{12}\left(S_{12X},S_{12Y},S_{12Z}\right)$$

  
• Es ist zu beachten, dass der Wert der Mittelpunktskoordinate P_1c der ersten Spitze 530A, wie bereits erwähnt, durch den Messwert der Maschinenskala M und die Korrekturtabelle S₁ bestimmt wird.
• Außerdem wird die Position der Oberfläche des Messobjekts unter Berücksichtigung der Annäherungsrichtung und des Spitzendurchmessers ermittelt. Dies ist bekannt und wird daher nicht weiter beschrieben.
• (Temperaturkorrektur)
• Wenn die Temperatur der Messumgebung während der Kalibrierungsarbeiten und der eigentlichen Werkstückmessung konstant ist und sich nicht ändert, gibt es keine Abweichung der gemessenen Werte aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur. Wenn jedoch die Temperatur der Messumgebung unbeständig ist, kommt es zu einer Temperaturabweichung. Die vorliegende Ausführungsform zielt darauf ab, die lineare Ausdehnung einer Messsonde (Taststift), die in der Vergangenheit nicht berücksichtigt wurde, mit der Temperaturkorrekturvorrichtung 640 zu korrigieren. Wenn zum Beispiel, wie in 13 beispielhaft dargestellt, die Körperwelle 552 und die Schenkelwelle 553 des biegsamen Taststifts 550 bei steigender Umgebungstemperatur eine Verlängerung erfahren, verschiebt sich die Position der Messspitze (zweite Spitze 550A) um diesen Betrag. Wenn in diesem Fall die Position der zweiten Spitze 550A durch Addition des Messsondenabweichungswerts S₁₂ von der ersten Spitze 530A ermittelt werden soll, kann die korrekte Position der zweiten Spitze 550A nicht ermittelt werden, da sich der Messsondenabweichungswert geändert hat. 14 veranschaulicht die Veränderung der Messsondenabweichung, indem die Positionen der ersten Spitze 530A vor und nach der linearen Ausdehnung zum besseren Verständnis hypothetisch übereinandergelegt werden.
• 12 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Temperaturkorrekturschritts zeigt. Zunächst erfasst die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 die Temperatur der Messumgebung (ST110). Die Koordinatenmessvorrichtung 200 kann mit einem Temperatursensor ausgestattet sein, oder es kann ein Temperatursensor im Messraum verwendet werden, um die Temperatur zu ermitteln. Die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 erfasst die Differenz ΔT zwischen der Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung und der Temperatur der aktuellen Messumgebung als Temperaturdaten.
• Im Anschluss daran korrigiert die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 die Temperatur in der Korrekturtabelle S1 für die erste Spitze (ST120). Da die erste Spitze 530A am Spitzenende des geraden Referenztaststifts 530 angebracht ist, soll die Temperaturkorrektur in der Korrekturtabelle S₁ für die erste Spitze 530A die durch die lineare Ausdehnung verursachte Ausdehnung und Kontraktion der Länge L₁ des Referenztaststifts 530 addieren. Es wird angenommen, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient k₁ ist und dass die Länge des Referenztaststifts 530 bei der aktuellen Temperatur T L_1T ist.
  $$\begin{array}{l}{L}_{1r}=L_1+\Delta L_1=L_1\left(1+k_1\Delta T\right)\\ S_{1T}\left(S_{1TX},S_{1TY},S_{1TZ}\right)=S_{1T}\left(\mathrm{0,0,}{L}_{1T}\right)\end{array}$$

  
• Die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 speichert die Korrekturtabelle S_1T für die erste Spitze nach der Temperaturkorrektur in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 zusammen mit den Temperaturdaten zum Zeitpunkt der Korrektur.
• Die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 korrigiert ferner die Temperatur des Messsondenabweichungswerts S₁₂ (ST130). Der Messsondenabweichungswert S₁₂ wurde modelliert, und ein temperaturkorrigierter Messsondenabweichungswert S_12T wird durch Addition der linearen Ausdehnung zu L₁, L₂ und L₃ erhalten.
• Es wird angenommen, dass ein linearer Ausdehnungskoeffizient des biegsamen Taststifts 550 k2 ist und dass die Längen der Körperwelle 552 und der Schenkelwelle 553 bei der aktuellen Temperatur T L_2T bzw. L_3T sind. $$\begin{array}{l}{L}_{2T}=L_2+\Delta L_2=L_2\left(1+k_2\Delta T\right)\\ L_{3T}=L_3+\Delta L_3=L_3\left(1+k_2\Delta T\right)\end{array}$$

  
• Die temperaturkorrigierte Abweichungstabelle S_12T erhält man, indem man L_1T, L_2T und L_3T nach der Temperaturkorrektur in das Modell einsetzt.
  $${\text{Temperaturkorrigierte Absweichungstabelle S}}_{12\text{T}}=\left(S_{12TX},S_{12TY},S_{12TZ}\right)$$

  

  $$\begin{array}{l}{S}_{12TY}=-L_{3T}\cdot \text{cos}\left({\alpha }_{1r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)-\text{sin}\left({\alpha }_{1r}\right)\{L_{3T}\cdot \text{cos}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)\cdot \\ \text{ cos}\left({\beta }_2\right)+\text{sin}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\left(L_{3T}\cdot \text{cos}\left({\beta }_1\right)+L_2\right)\}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}{S}_{12Y}=-L_{3T}\cdot \text{sin}\left({\alpha }_{1r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)-\text{sin}\left({\beta }_2\right)+\text{cos}\left({\alpha }_{1\text{r}}\right)\{L_{3T}\cdot \text{cos}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)\cdot \\ \text{ cos}\left({\beta }_2\right)+\text{sin}\left(-{\alpha }_{2r}\right)\left(L_{3T}\cdot \text{cos}\left({\beta }_1\right)+L_2\right)\}\end{array}$$

  

  $$S_{12TZ}=-L_{3T}\cdot \text{sin}\left({\alpha }_{1r}\right)\cdot \text{sin}\left({\beta }_1\right)\cdot \text{cos}\left({\beta }_2\right)-\text{cos}\left({\alpha }_{2r}\right)\left(L_{3T}\cdot \text{cos}\left({\beta }_1\right)+L_{2T}\right)+L_{1T}$$

  
• Die Temperaturkorrekturvorrichtung 640 speichert die temperaturkorrigierte Abweichungstabelle S_12T in der Korrekturtabellenspeichervorrichtung 621 zusammen mit den Temperaturdaten zum Zeitpunkt der Korrektur (ST140).
• (Berechnung des korrigierten Messwerts)
• Es wird angenommen, dass sich die Temperatur der Messumgebung von der Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung um ΔT auf die Temperatur T geändert hat. Wenn die Form eines Messobjekts (Werkstücks) mit dem biegsamen Taststift 550 in dieser Temperaturumgebung gemessen wird, verwendet die Formanalysevorrichtung 630 eine temperaturkorrigierte Korrekturtabelle, um einen temperaturkorrigierten Messwert zu erhalten. Die Formanalysevorrichtung 630 führt den Vorgang zur Ermittlung des Messwerts wie folgt durch. Durch Addieren der Korrekturtabelle S_1T für die erste Spitze zum Messwert der Maschinenskala M(M_X, M_Y, M_Z) erhält man (virtuell) die temperaturkorrigierten Mittelkoordinaten der ersten Spitze 530A. Durch Hinzufügen der temperaturkorrigierten Abweichungstabelle S_12T zu den Mittelpunktskoordinaten der ersten Spitze 530A erhält man dann (virtuell) die temperaturkorrigierten Mittelpunktskoordinaten der zweiten Spitze 550A in der für die Kalibrierung vorgesehenen Modifikation (vgl. 13). Da außerdem die Drehwinkel α₁ und α₂ des ersten und zweiten Drehmechanismus 510 und 520 als Werte für die Stichprobenmessung zur Verfügung stehen, befindet sich der Mittelpunkt der Messspitze aktuell an einer um (α₁ - α_1r), (α₂ - α_2r) gedrehten Position gegenüber den Referenzwinkeln α_1r und α_2r. Außerdem befindet sich die Oberfläche des Werkstücks (Messobjekts) an einer Position, zu der die Annäherungsrichtung und der Spitzendurchmesser addiert werden.
• Obwohl sich die obige Beschreibung auf die Korrektur der linearen Ausdehnung der Messsondenvorrichtung 500 bezieht, kann die lineare Ausdehnung der Codiererskala weiter addiert (subtrahiert) werden, um einen Messwert zu erhalten, der auf die Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung oder auf eine bestimmte vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 20 °C oder 25 °C) korrigiert ist.
• Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die lineare Ausdehnung einer Messsonde (Taststift) zu korrigieren, die in der Vergangenheit nicht beachtet wurde, wobei ein genauerer Messwert enthalten werden kann. Darüber hinaus kann durch die Temperaturkorrektur der Messsondenvorrichtung 500 in der vorliegenden Ausführungsform ein genauer Wert ermittelt werden, selbst wenn sich die Temperatur der Messumgebung ändert, wobei keine Notwendigkeit besteht, alle Messsonden (Taster) oder Modifikationen häufig zu kalibrieren. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der Kalibrierungen erheblich reduzieren. Selbst wenn eine Kalibrierung durchgeführt wird, werden nicht alle Messsonden und alle Modifikationen kalibriert, sondern nur der Referenztaststift 530 wird regelmäßig kalibriert, und andere (zum Beispiel die zweite Spitze) können bedarfsgerecht kalibriert werden.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige beispielhafte Ausführungsform begrenzt, sondern kann nach Bedarf modifiziert werden, ohne vom Kern der Anmeldung abzuweichen. In der obigen beispielhaften Ausführungsform ist die zweiachsige Messsondenvorrichtung 500 beispielhaft dargestellt, aber die Messsondenvorrichtung 500 selbst muss nicht unbedingt eine rotierende Antriebsachse haben. Die Erfindung ist weitgehend auf Fälle anwendbar, in denen die Messung mit einer Messspitze durchgeführt wird, die einen Versatz zur ersten Spitze 530A des Referenztaststifts 530 aufweist. Ein (Steuer-)Programm, das eine Temperaturkorrektur einer Messsonde bewirkt, kann in einem Computer installiert werden, indem ein Aufzeichnungsmedium (z.B. ein nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium), das das Programm enthält, direkt in den Computer eingelegt wird, oder indem die Informationen auf dem Aufzeichnungsmedium von einer extern an den Computer angeschlossenen Vorrichtung gelesen werden. Das Programm kann dem Computer über Kommunikationsleitungen, beispielsweise ein LAN-Kabel oder eine Telefonleitung, oder drahtlos zur Verfügung gestellt werden.

100

Formenmesssystem

200

Koordinatenmessvorrichtung

210

Oberflächenplatte

211

Prüflehre

220

Bewegungsmechanismus

221

Y-Schieber

222

X-Schieber

223

Z-Achsensäule

224

Z-Spindel

300

Bewegungssteuerung

310

Messbefehlerfassungsvorrichtung

330

Zähler

340

Antriebsbefehlserzeugungsvorrichtung

350

Antriebssteuervorrichtung

500

Messsondenvorrichtung

501

Messsondenkopfgrundkörper

502

Messsondenbefestigungelement

510

erster Drehmechanismus

511

erstes Gehäuse

512

erster Motor

513

erste Welle

520

zweiter Drehmechanismus

521

zweites Gehäuse

522

zweiter Motor

523

zweite Welle

524

u-förmiger Verbindungsrahmen

530

Referenztaststift

530A

Messspitze (erste Spitze)

550

biegsamer Taststift

550

Taststift

550A

Messspitze (zweite Spitze)

551

Biegepunkt

552

Körperwelle

553

Schenkelwelle

600

Zentralrechner

611

CPU

620

Speichereinheit

621

Korrekturtabellenspeichervorrichtung

630

Formanalysevorrichtung

640

Temperaturkorrekturvorrichtung

• 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
• JP 2021094809 A [0001]
• JP 3784273 B2 [0004]
• JP 4695374 B2 [0004]
• JP 2007183184 A [0004]
• JP 6173628 B1 [0004]
• JP 5274782 B2 [0034]
• JP 6030339 B2 [0034]
• JP 6063161 B2 [0034]

Claims (2)

1. Verfahren zum Korrigieren einer Messsondenvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Oberfläche eines Messobjekts mit einer Messspitze an einem Spitzenende zu erfassen, wobei die Messsondenvorrichtung folgendes umfasst: eine erste Spitze, die einer standardisierten Messspitze entspricht, die als anfängliche Standardspezifikation festgelegt ist; und eine zweite Spitze, die einer modifizierten Messspitze entspricht, die sich von der standardisierten Form unterscheidet, wobei die erste Spitze und die zweite Spitze austauschbar sind, wobei die erste Spitze und die zweite Spitze kalibriert werden, wenn die Messsondenvorrichtung kalibriert wird, um einen Koordinatenwert der ersten Spitze als einen Referenzspitzenkoordinatenwert und einen Abweichungswert von der ersten Spitze zur zweiten Spitze als einen Messsondenabweichungswert zu erhalten, und wobei der Messsondenabweichungswert zu dem Referenzspitzenkoordinatenwert addiert wird, um einen Messwert zu erhalten, wenn die zweite Spitze verwendet wird, wobei das Verfahren zum Korrigieren der Messsondenvorrichtung weiterhin folgendes umfasst: einen Temperaturdatenerfassungsschritt, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur zum Zeitpunkt der Kalibrierung und einer Temperatur einer aktuellen Messumgebung erfasst wird; einen Referenzspitzenkoordinatenkorrekturschritt, bei dem als Referenzspitzenkorrekturkoordinatenwert ein Korrekturwert des Referenzspitzenkoordinatenwertes berechnet wird, zu dem eine lineare Ausdehnung addiert wird; einen Messsondenabweichungswertkorrekturschritt, bei dem als Messsondenabweichungskorrekturwert ein Korrekturwert des Messsondenabweichungswerts berechnet wird, zu dem die lineare Ausdehnung addiert wird; und einen Messwertberechnungsschritt, bei dem ein korrigierter Messwert erhalten wird, wenn die zweite Spitze in der aktuellen Messumgebung verwendet wird, indem der Messsondenabweichungskorrekturwert zu dem Referenzspitzenkorrekturkoordinatenwert addiert wird.
2. Aufzeichnungsmedium, das ein Programm speichert, das einen Computer dazu veranlasst, das Verfahren zum Korrigieren einer Messsondenvorrichtung gemäß Anspruch 1 auszuführen.

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