DE112008000156B4 - Preparing a measuring operation of a coordinate measuring machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Identifizierung eines Halters (15) zum Halten zumindest eines Mess-Sensors (7) für ein Koordinatenmessgerät (1), insbesondere eines Tasters für ein tastendes Koordinatenmessgerät oder eines zumindest einen Signalgeber aufweisenden Mess-Sensors, wobei • das Koordinatenmessgerät (1) einen Teil (19) des Halters (15) abtastet und aufgrund der Abtastung Abtastsignale erzeugt, die a) einer Form, b) einer Orientierung in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters und/oder c) einer Position in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters entsprechen und • die Abtastsignale und/oder daraus gewonnene Informationen einerseits sowie vorgegebene Informationen andererseits dazu verwendet werden, den Halter (15) zu identifizieren.Method for identifying a holder (15) for holding at least one measuring sensor (7) for a coordinate measuring machine (1), in particular a probe for a tactile coordinate measuring machine or a measuring sensor having at least one signal generator, wherein • the coordinate measuring machine (1) has a Part (19) of the holder (15) and generates scanning signals due to the scanning, which a) one form, b) an orientation with respect to other parts of the identification body or the holder and / or c) a position with respect to other parts of the Identification body or the holder correspond and • the scanning signals and / or information obtained therefrom on the one hand and given information on the other hand are used to identify the holder (15).
Description
Die Erfindung betrifft die Vorbereitung eines Messbetriebes eines Koordinatenmessgeräts, wobei ein Halter zum Halten zumindest eines Mess-Sensors vorgesehen ist. Bei dem Mess-Sensor handelt es sich insbesondere um einen Taster zum mechanischen Abtasten eines Messobjekts. Der Mess-Sensor kann jedoch auch ein Messkopf sein. Es kann sich hierbei um einen mechanischen Messkopf handeln, an dem gegebenenfalls wiederum ein Taster auswechselbar befestigt werden kann. Der mechanische Messkopf kann entweder messend sein, das heißt, dass eine Messkopf-Mechanik den Taster in einer oder mehreren Koordinatenrichtungen beweglich lagert und eine Auslenkung in den Koordinatenrichtungen durch entsprechende Messsysteme erfasst wird, oder schaltend sein, das heißt, dass eine Berührung des Werkstückes mit dem Taster durch einen Signalgeber im Tastkopf oder im Taster selbst, beispielsweise durch einen Piezzokristall, festgestellt wird. Es kann sich bei dem Mess-Sensor aber auch um einen optischen Messkopf handeln, wie beispielsweise um einen Laser-Triangulationsmesskopf oder um eine Digitalkamera.The invention relates to the preparation of a measuring operation of a coordinate measuring machine, wherein a holder is provided for holding at least one measuring sensor. In particular, the measuring sensor is a probe for mechanical scanning of a test object. However, the measuring sensor can also be a measuring head. This may be a mechanical measuring head, on which, in turn, if necessary, a button can be replaceably fastened. The mechanical measuring head can either be measuring, that is to say that a measuring head mechanism movably supports the probe in one or more coordinate directions and a deflection in the coordinate directions is detected by corresponding measuring systems, or switching, that is, a contact of the workpiece with the button is detected by a signal generator in the probe or in the button itself, for example by a piezoelectric crystal. However, the measuring sensor can also be an optical measuring head, for example a laser triangulation measuring head or a digital camera.
Magazine und einzelne Halter für Mess-Sensoren werden häufig so angeordnet, dass der Messkopf eines Koordinatenmessgeräts den Halter während des Messbetriebes anfahren kann, um einen darin gehaltenen Mess-Sensor anzukoppeln oder einen Mess-Sensor an den Halter abzugeben. Damit ein solches Auswechseln von Mess-Sensoren schnell und präzise während des Messbetriebes ausgeführt werden kann, sollte die Steuerung des Koordinatenmessgeräts den Ort, die Orientierung (Ausrichtung) und den Typ des Halters kennen. Die zum Auswechseln eines Mess-Sensors abzuarbeitenden Bewegungsroutinen des Messkopfes können sich bei verschiedenen Haltertypen erheblich voneinander unterscheiden. In jedem Fall ist es hilfreich oder sogar erforderlich, dass der Messkopf den Mess-Sensor möglichst genau anfährt, wenn er ihn aufnehmen möchte. Außerdem muss es der Steuerung des Koordinatenmessgeräts aber auch bekannt sein, wo sich Teile des Halters befinden, um mit diesen Teilen nicht zu kollidieren und den für das Auswechseln des Mess-Sensors anzufahrenden Ort direkt anfahren zu können.Magazines and individual holders for measuring sensors are frequently arranged in such a way that the measuring head of a coordinate measuring machine can approach the holder during the measuring operation in order to couple a measuring sensor held therein or to deliver a measuring sensor to the holder. In order for such a replacement of measuring sensors to be carried out quickly and precisely during the measuring operation, the control of the coordinate measuring machine should know the location, the orientation and the type of the holder. The movement routines of the measuring head to be processed for replacing a measuring sensor can differ considerably from one another with different types of holders. In any case, it is helpful or even necessary for the measuring head to approach the measuring sensor as accurately as possible when it wants to record it. In addition, it must also be known to the control of the coordinate measuring machine, where parts of the holder are, in order not to collide with these parts and to be able to approach the approached to the replacement of the measuring sensor location directly.
Unter einem Halter für einen Mess-Sensor wird jede Art von Einrichtung verstanden, die zumindest einen Mess-Sensor halten kann. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich (wenn auch möglich), dass der Halter den Mess-Sensor festklemmt und/oder verriegelt.A holder for a measuring sensor is understood to be any type of device which can hold at least one measuring sensor. It is not absolutely necessary (if possible) for the holder to clamp and / or lock the measuring sensor.
Unter einem Koordinatenmessgerät wird jegliche Art von Messeinrichtung verstanden, die Abmessungen und/oder Formen von Messobjekten durch Messung bestimmen kann, insbesondere durch optisches und/oder mechanisches Abtasten des Messobjekts. Da insbesondere Mess-Sensoren zum mechanischen Abtasten von Messobjekten häufig während des Messbetriebes ausgewechselt werden, bilden solche Mess-Sensoren einen bevorzugten Anwendungsfall.A coordinate measuring machine is understood to be any type of measuring device which can determine the dimensions and / or shapes of measuring objects by measurement, in particular by optical and / or mechanical scanning of the measuring object. Since, in particular, measuring sensors for mechanical scanning of measuring objects are frequently replaced during measuring operation, such measuring sensors form a preferred application.
Ferner liegt das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung insbesondere bei Koordinatenmessgeräten mit zumindest einem beweglichen Messkopf, der wiederum zumindest einen Mess-Sensor tragen kann, wobei der Mess-Sensor auswechselbar ist. Bei dem Koordinatenmessgerät handelt es sich z. B. um ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise.Furthermore, the field of application of the present invention is in particular coordinate measuring machines with at least one movable measuring head, which in turn can carry at least one measuring sensor, wherein the measuring sensor is interchangeable. The coordinate measuring machine is z. B. a coordinate measuring machine in gantry design.
Ein Magazin ist z. B. in
Beispiele dafür, wie Mess-Sensoren am Messkopf eines Koordinatenmessgeräts ausgewechselt werden können, sind in den beiden genannten Druckschriften beschrieben. Es sind jedoch auch andere Konstruktionen von Haltern und entsprechende Verfahren zum Auswechseln der Mess-Sensoren möglich.Examples of how measuring sensors can be replaced on the measuring head of a coordinate measuring machine are described in the two cited publications. However, other constructions of holders and corresponding methods for replacing the measuring sensors are also possible.
Wenn ein oder mehrere Halter im Messbereich oder in der Nähe des Messbereichs eines Koordinatenmessgeräts angeordnet werden, wird vor Aufnahme des Messbetriebes z. B. zunächst ermittelt, welche Abmessungen und Form der Halter hat. Ferner wird ermittelt, an welcher Position sich der Halter befindet und wie er orientiert ist. Da es sich bei Haltern um verhältnismäßig komplex geformte Objekte handeln kann, ist das Vermessen des Halters unter Umständen ein zeitaufwendiger Vorgang, der durch geeignete Messstrategien optimiert werden kann. Es ist daher möglich, für neue Typen von Haltern jeweils eine Messstrategie zu entwickeln und in die Software der Steuerung des Koordinatenmessgeräts zu integrieren. Allerdings ist die optimale Strategie zum Vermessen eines Halters nicht allein von dem Halter selbst abhängig, sondern auch von dem Ort im Messbereich oder außerhalb des Messbereichs, an dem er angeordnet wird, und außerdem von seiner Orientierung. Z. B. kann eine an sich optimale Messstrategie nicht angewandt werden, wenn der Halter unmittelbar neben einem anderen Gegenstand angeordnet wird und daher ein Anfahren des Halters mit dem Messkopf des Koordinatenmessgeräts nicht von allen Seiten möglich ist. Eine vorhandene Messstrategie muss daher unter Umständen angepasst oder ersetzt werden.If one or more holders are arranged in the measuring range or in the vicinity of the measuring range of a coordinate measuring machine, z. B. first determines what dimensions and shape of the holder has. It is also determined at which position the holder is located and how it is oriented. Since holders can be relatively complex shaped objects, the measurement of the holder may be a time-consuming process that can be optimized by appropriate measurement strategies. It is therefore possible to develop a measurement strategy for new types of holders and to integrate them into the software of the coordinate measuring machine controller. However, the optimum strategy for measuring a holder is not dependent solely on the holder itself, but also on the location in the measuring range or outside the measuring range at which it is placed, and also on its orientation. For example, an optimal measurement strategy can be are not applied when the holder is placed directly next to another object and therefore a start of the holder with the measuring head of the coordinate measuring machine is not possible from all sides. An existing measurement strategy may therefore need to be adjusted or replaced.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorbereitung eines Betriebes eines Koordinatenmessgeräts anzugeben, so dass es mit geringem Aufwand möglich ist, einen Messbetrieb zu beginnen oder fortzusetzen, wenn ein Halter erstmals für den Messbetrieb bereitgestellt wird und/oder neu angeordnet wird. Insbesondere sollte der Zeitaufwand für den eigentlichen Messvorgang zur Bestimmung der Position, Orientierung und des Typs des Halters gering gehalten werden. Vorzugsweise soll aber auch der Aufwand für die Auswertung des Einmessvorgangs gering gehalten werden.It is an object of the present invention to provide a method for preparing an operation of a coordinate measuring machine, so that it is possible with little effort to start or continue a measuring operation when a holder is first provided for the measuring operation and / or rearranged. In particular, the time required for the actual measuring process to determine the position, orientation and type of holder should be kept low. Preferably, however, the effort for the evaluation of the Einmessvorgangs should be kept low.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Halter so auszugestalten, dass seine Form, Position und/oder Orientierung ihn von anderen Haltern unterscheidet, und durch Abtasten eines Teils des Halters den Halter zu identifizieren. Vorhandene, vorgegebene Informationen über den Halter erlauben eine solche Identifizierung und können optional darüber hinaus genutzt werden, um den Einmessvorgang (d. h. die messtechnische Erfassung des Halters zur Vorbereitung des eigentlichen Messbetriebes) möglichst kurz zu halten.A basic idea of the present invention is to design the holder so that its shape, position and / or orientation distinguishes it from other holders and to identify the holder by scanning a part of the holder. Existing, predetermined information about the holder allow such an identification and can optionally also be used in order to keep the calibration process (ie the metrological detection of the holder in preparation for the actual measuring operation) as short as possible.
Die Abtastung des Teils wird insbesondere von demjenigen Koordinatenmessgerät vorgenommen, dessen Messbetrieb vorbereitet wird, d. h. das einen Mess-Sensor aus dem Halter aufnehmen und/oder an diesen abgeben können soll.The scanning of the part is carried out in particular by that coordinate measuring machine whose measuring operation is prepared, d. H. to pick up a measuring sensor from the holder and / or to be able to deliver to this.
Bei dem Teil des Halters, der abgetastet wird, muss es sich nicht um ein kompaktes Bauelement des Halters handeln, z. B. einen Fuß oder eine Wange, auf der ein Mess-Sensor aufliegt. Vielmehr ist „Teil des Halters” so zu verstehen, dass nicht der vollständige Halter mit all seinen Bauelementen, Oberflächen und Abmessungen durch eine Abtastung erfasst wird, sondern lediglich eine teilweise Abtastung vorgenommen wird. Vorzugsweise jedoch ist bei allen Haltern ein individuelles Formmerkmal vorhanden, das von gleicher Art ist. Z. B. weist jeder Halter ein quaderförmiges oder scheibenförmiges Bauelement auf, dessen Länge, Breite und/oder Dicke jedoch individuell für jeden Halter verschieden ist. Durch Ermitteln der Länge, Breite und/oder Dicke kann dann der Halter ermittelt werden.The portion of the holder that is scanned does not need to be a compact component of the holder, e.g. B. a foot or a cheek on which rests a measuring sensor. Rather, "part of the holder" is to be understood that not the complete holder with all its components, surfaces and dimensions is detected by a scan, but only a partial scan is made. Preferably, however, an individual shape feature is present in all holders, which is of the same kind. For example, each holder has a cuboidal or disc-shaped component whose length, width and / or thickness, however, is different for each holder individually. By determining the length, width and / or thickness of the holder can then be determined.
Wenn in dieser Beschreibung von einem Halter mit einem individuellen Formmerkmal die Rede ist, so ist darunter auch ein bestimmter Typ von Haltern zu verstehen, die grundsätzlich baugleich sind, jedoch aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügige Unterschiede ihrer Form aufweisen können. Nach Identifizierung eines Halter-Typs kann daher beim Einmessen noch eine genauere Vermessung des Halters vorgenommen werden. Aufgrund der Information über den Typ kann jedoch z. B. eine vorgegebene Messroutine ausgeführt werden, die für den Typ optimiert wurde. Die Messroutine kann beispielsweise durch Informationen definiert sein, die in einer computerlesbaren (insbesondere von einer Steuerung des Koordinatenmessgeräts lesbaren) Datei gespeichert sind. Außerdem kann eine Messroutine gegenüber einer vollständigen Vermessung des Halters deutlich vereinfacht und damit in ihrer Ausführung verkürzt werden, da z. B. nur ein Abstand oder einige wenige Abstände oder andere Maße bestimmt werden müssen.If in this description of a holder with an individual shape feature is mentioned, it is to be understood as a certain type of holders, which are basically identical, but may have slight differences in shape due to manufacturing tolerances. After identification of a holder type can therefore be made during calibration still a more accurate measurement of the holder. Due to the information about the type, however, z. B. a predetermined measuring routine can be performed, which has been optimized for the type. The measuring routine can be defined, for example, by information stored in a computer-readable file (in particular readable by a coordinate measuring machine controller). In addition, a measuring routine over a complete measurement of the holder can be significantly simplified and thus shortened in their execution, since z. B. only a distance or a few distances or other dimensions must be determined.
Vorzugsweise sind die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung eines Typs von Haltern jedoch so gering, dass beim Einmessen auf eine Vermessung des Halters verzichtet werden kann. Z. B. wird dann nach der Identifizierung des Halters lediglich noch die Position eines bestimmten (vordefinierten) Punktes des Halters im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts ermittelt und optional außerdem eine Orientierung des Halters in diesem Koordinatensystem ermittelt. Die Orientierung kann sich jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform auch schon aus den Abtastinformationen ergeben, die für die Identifizierung des Halters aufgenommen wurden.Preferably, however, the production tolerances in the production of one type of holder are so small that it is possible to dispense with a measurement of the holder during calibration. For example, after identification of the holder, only the position of a specific (predefined) point of the holder in the coordinate system of the coordinate measuring machine is then determined, and optionally also an orientation of the holder in this coordinate system is determined. However, in a preferred embodiment, the orientation can already be obtained from the scan information taken for the identification of the holder.
Die Identifizierung erfolgt insbesondere automatisch, wobei es einem Benutzer des Koordinatenmessgeräts überlassen sein kann, einen momentan an dem Koordinatenmessgerät montierten Mess-Sensor in einen vorgegebenen örtlichen Bereich relativ zu dem Halter zu bringen, d. h. insbesondere das Koordinatenmessgerät so zu steuern, dass dieser örtliche Bereich erreicht wird. z. B. steuert der Benutzer den Mess-Sensor in einen örtlichen Bereich, der über einem Teil des Halters liegt, welcher eine individuelle, nur bei dem Halter vorhandene Form, Relativposition zu einem Bezugspunkt des Halters und/oder Orientierung in Bezug auf einen anderen Teil des Halters oder in Bezug auf das Koordinatenmessgerät hat. Nun kann ein vollautomatisch durchgeführtes Verfahren der Identifizierung des Halters begingen, z. B. indem der Mess-Sensor automatisch von oben auf den abzutastenden Teil des Halters herunterbewegt wird, bis er in Kontakt zu dem Teil des Halters gelangt und ein erster Oberflächenpunkt des Halters als Messpunkt aufgenommen wird. Gemäß einem vordefinierten Einmessverfahren kann nun ein oder können mehrere weitere Oberflächenpunkte des Halters automatisch von dem Koordinatenmessgerät erfasst werden. Z. B. liegen danach die Koordinaten der erfassten Oberflächenpunkte im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts vor. Aus den während der automatischen Abtastung erzeugten Abtastsignalen kann nun wiederum automatisch der Halter identifiziert werden, wobei außerdem vorgegebene Informationen berücksichtigt werden. Die vorgegebenen Informationen können z. B. sämtliche möglichen Halter betreffen, die in Kombination mit dem Koordinatenmessgerät verwendet werden können. Insbesondere kann z. B. für jeden möglichen Halter ein Formmerkmal des Halters oder eine Kombination von Formmerkmalen des Halters als vorgegebene Information vorhanden sein, insbesondere in einem Datenspeicher der Steuerung oder der Auswertungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts abgespeichert sein. Das Formmerkmal kann z. B. eine Länge, Breite oder Höhe eines Teils des Halters sein. Auch ein Abstand zwischen verschiedenen Teilen des Halters und/oder eindeutig identifizierbaren Punkten des Halters kann als Formmerkmal dienen. In der bevorzugten Ausgestaltung ist das Formmerkmal die Neigung einer ebenen Oberfläche eines Teils des Halters. Hierauf wird noch näher eingegangen.The identification takes place in particular automatically, wherein it can be left to a user of the coordinate measuring machine to bring a measuring sensor currently mounted on the coordinate measuring machine into a predetermined local area relative to the holder, ie in particular to control the coordinate measuring machine so that it reaches the local area becomes. z. B. the user controls the measuring sensor in a local area, which is located over a part of the holder, which is an individual, existing only in the holder form, relative position to a reference point of the holder and / or Orientation with respect to another part of the holder or with respect to the coordinate measuring machine has. Now, a fully automatic procedure performed the identification of the holder, z. B. by the measuring sensor is automatically moved down from the top of the part to be scanned of the holder until it comes into contact with the part of the holder and a first surface point of the holder is recorded as a measuring point. According to a predefined calibration method, one or more further surface points of the holder can now be automatically detected by the coordinate measuring machine. For example, after that, the coordinates of the detected surface points are present in the coordinate system of the coordinate measuring machine. From the scanning signals generated during the automatic scanning, the holder can now be automatically identified again, with predetermined information also being taken into account. The given information can z. B. all possible holders relate, which can be used in combination with the coordinate measuring machine. In particular, z. B. for each possible holder a shape feature of the holder or a combination of shape characteristics of the holder be present as predetermined information, in particular be stored in a data memory of the controller or the evaluation device of the coordinate measuring machine. The shape feature can, for. B. be a length, width or height of a part of the holder. Also, a distance between different parts of the holder and / or clearly identifiable points of the holder can serve as a shape feature. In the preferred embodiment, the shape feature is the slope of a planar surface of a portion of the holder. This will be discussed in more detail.
Allgemein formuliert kann die Bestimmung des Formmerkmals das Messen von dreidimensionalen Messpunkten (d. h. die Bestimmung der Position von Messpunkten im dreidimensionalen Raum) aufweisen. Aus den Messpunkten können dann z. B. geometrische Elemente berechnet werden, die das Messobjekt oder den Halter kennzeichnen und/oder die Bestimmung von dessen Orientierung und Position erlauben. Geometrische Elemente sind z. B. Punkte, gerade Linien, Flächen, Zylinder, Kegel, Kugeln, Ellipsoide, Hyperboloide, Paraboloide.In general terms, the determination of the shape feature may include measuring three-dimensional measurement points (i.e., determining the position of measurement points in three-dimensional space). From the measuring points can then z. B. geometric elements are calculated, which identify the measurement object or the holder and / or allow the determination of its orientation and position. Geometric elements are z. Points, straight lines, surfaces, cylinders, cones, spheres, ellipsoids, hyperboloids, paraboloids.
Z. B. kann das eine Formmerkmal aus den gewonnenen Abtastsignalen (z. B. von einer Auswertungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts) ermittelt werden und anschließend durch Vergleich mit den abgespeicherten Formmerkmalen ermittelt werden, welcher Halter diesem Formmerkmal entspricht. Dieser Halter ist dann identifiziert worden.For example, the one shape feature can be determined from the acquired scanning signals (eg, from an evaluation device of the coordinate measuring machine) and then determined by comparison with the stored shape features, which holder corresponds to this shape feature. This holder has then been identified.
Optional kann für jeden möglichen Halter ein Datensatz gespeichert sein und/oder von einem entfernt angeordneten Datenspeicher oder Speichersystem angefordert werden. Dieser Datensatz enthält z. B. sämtliche für die Steuerung des Koordinatenmessgeräts erforderlichen Informationen, um den eigentlichen Messbetrieb des Koordinatenmessgeräts (d. h. die Vermessung von Messobjekten) in Anwesenheit des Halters durchführen zu können. Wichtige Umstände für die Steuerung sind dabei z. B. die Abmessungen des Halters, seine Position und Orientierung im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts und der Ort sowie die Orientierung des oder der von dem Halter gehaltenen Mess-Sensoren und/oder der oder die Plätze, an denen Mess-Sensoren vom Halter aufgenommen werden können. Dabei muss der Datensatz nicht die vollständigen Informationen enthalten. Vielmehr können zusätzliche Berechnungen auf Basis des Datensatzes von der Steuerung erforderlich sein, um die vollständigen Informationen zu berechnen. So reicht es beispielsweise aus, wenn der Datensatz einzelne Randpunkte eines örtlichen Bereichs enthält, in den ein an dem Koordinatenmessgerät angekoppelter Mess-Sensor während des eigentlichen Messbetriebes nicht hineinbewegt werden darf, und zusätzlich einen Punkt und eine Bewegungsrichtung enthält, die für das Ankoppeln eines von dem Halter gehaltenen Mess-Sensors und/oder für das Ablegen eines Mess-Sensors in oder an den Halter erforderlich sind. Mit diesen Informationen, die in Bezug auf ein Koordinatensystem des Halters definiert sein können, können vordefinierte Steuerungsroutinen (z. B. in Software implementiert) des Koordinatenmessgeräts alle erforderlichen Steuerungsaufgaben erfüllen. Durch das Einmessen des Halters wird der Bezug zu dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts hergestellt. Insbesondere kann nach dem Einmessen eine Registrierung des Halters in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts vorgenommen werden, d. h. die Transformationsmatrix und ein Transformationsvektor ermittelt werden, mit der das Koordinatensystem des Halters in das Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts transformiert werden kann.Optionally, a record may be stored for each possible holder and / or requested from a remote data store or storage system. This record contains z. For example, all the information necessary for the control of the coordinate measuring machine in order to be able to carry out the actual measuring operation of the coordinate measuring machine (that is to say the measurement of measuring objects) in the presence of the holder. Important circumstances for the control are z. Example, the dimensions of the holder, its position and orientation in the coordinate system of the coordinate measuring machine and the location and orientation of the holder or held by the holder measuring sensors and / or the one or more places where measuring sensors can be picked up by the holder. The record does not have to contain the complete information. Rather, additional calculations based on the data set from the controller may be required to calculate the complete information. For example, it is sufficient if the data set contains individual boundary points of a local area into which a measuring sensor coupled to the coordinate measuring machine may not be moved during the actual measuring operation, and additionally contains a point and a direction of movement which is suitable for coupling one of the measuring sensor held by the holder and / or for depositing a measuring sensor in or on the holder are required. With this information, which may be defined in relation to a holder's coordinate system, predefined control routines (eg, implemented in software) of the CMM may perform all necessary control tasks. By measuring the holder of the reference to the coordinate system of the coordinate measuring machine is made. In particular, after the calibration, a registration of the holder in the coordinate system of the coordinate measuring machine can be made, d. H. the transformation matrix and a transformation vector can be determined with which the coordinate system of the holder can be transformed into the coordinate system of the coordinate measuring machine.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass für einen bestimmten Halter oder Halter-Typ lediglich ein einziges Mal ein Formmerkmal oder eine Kombination von Formmerkmalen definiert sowie der Halter entsprechend ausgestaltet werden muss. Wenn außerdem Informationen vorgegeben werden, die es einer Steuerung eines Koordinatenmessgeräts ermöglichen, einen anhand des Formmerkmals identifizierten Halter beim Betrieb zu berücksichtigen (d. h. die durch den Halter definierten Randbedingungen für den Messbetrieb in Bezug auf das Koordinatensystem des Halters definieren), bestehen ferner die Vorteile, dass:
- – die Identifizierung des Halters lediglich aufgrund des Formmerkmals oder der Kombination von Formmerkmalen möglich ist und daher der Messaufwand für das Einmessen wesentlich verkürzt werden kann,
- – das Einmessen automatisch erfolgen kann, zumindest nicht erst spezielle Einmessstrategien für den Halter entwickelt werden müssen, wobei die Einmessstrategie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auch noch von der Position und Orientierung des Halters im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts abhängen kann, und
- – aufgrund der vorgegebenen Informationen über den Halter auch die Registrierung im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts auf Basis von Abtastsignalen vorgenommen werden kann, die in wesentlich kürzerer Zeit gewonnen werden können, als es bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Fall ist.
- - The identification of the holder is possible only because of the shape feature or the combination of shape features and therefore the measurement effort for the measurement can be significantly shortened,
- - The calibration can be done automatically, at least not only special Einmessstrategien for the holder must be developed, the Einmessstrategie may also depend on the position and orientation of the holder in the coordinate system of the coordinate measuring machine in known from the prior art method, and
- - Due to the predetermined information about the holder and the registration in the coordinate system of the coordinate measuring machine based on scanning signals can be made, which can be obtained in a much shorter time than is the case with known from the prior art method.
Es ist auch möglich, bereits vor der Erfindung bekannte Halter nachträglich mit einem Formmerkmal oder einer Kombination von Formmerkmalen auszustatten, die eine Identifizierung gemäß der Erfindung ermöglichen. Z. B. kann das Formmerkmal an einem zusätzlichen, kleinen Anbauteil vorhanden sein, welches an einen existierenden Halter angebaut (z. B. angeschraubt oder angeklebt) wird. Das Anbauteil ist z. B. ein annähernd quaderförmiger Körper, dessen nach oben weisende ebene Oberfläche abgeschrägt ist, so dass eine gegen die X-Y-Ebene (horizontale Ebene) des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts geneigte ebene Fläche entsteht, wenn der Halter auf einen Messtisch des Koordinatenmessgeräts gestellt wird, dessen Oberfläche in der X-Y-Ebene verläuft. Bei anderen Ausgestaltungen kann der Halter jedoch auch auf andere Weise als durch Stellen auf den Messtisch im Bereich der Messanordnung aufgestellt werden oder angeordnet werden, so dass die geneigte ebene Oberfläche ebenfalls durch ihre Neigung relativ zu dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts eine eindeutige Identifizierung des Halters ermöglicht. Ein weiteres Formmerkmal, das in Kombination mit dem Formmerkmal der Neigung zur Identifizierung eines Halters herangezogen werden kann, ist z. B. die Orientierung der geneigten ebenen Oberfläche relativ zu einem anderen Teil des Halters. Z. B. können zwei geneigte ebene Oberflächen an voneinander beabstandeten Teilen des Halters vorgesehen sein. Dies ermöglicht es, sehr viel mehr verschiedene Halter durch die Formmerkmale zu kennzeichnen, so dass sie in der erfindungsgemäßen Weise identifiziert werden können.It is also possible to subsequently equip known holders with a shape feature or a combination of shape features that enable identification according to the invention. For example, the shape feature may be present on an additional, small attachment that is attached (eg, bolted or glued) to an existing holder. The attachment is z. B. an approximately parallelepiped-shaped body whose upwardly facing planar surface is chamfered, so that an inclined against the XY plane (horizontal plane) of the coordinate system of the coordinate measuring machine flat surface is formed when the holder is placed on a measuring table of the CMM, the surface in the XY plane. However, in other embodiments, the holder may also be placed or arranged in other ways than by placing on the measuring table in the region of the measuring arrangement, so that the inclined planar surface also allows a clear identification of the holder by their inclination relative to the coordinate system of the coordinate measuring machine. Another feature that can be used in combination with the shape feature of the tendency to identify a holder, z. B. the orientation of the inclined planar surface relative to another part of the holder. For example, two inclined planar surfaces may be provided on spaced apart portions of the holder. This makes it possible to identify many more different holders by the shape features, so that they can be identified in the manner according to the invention.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Halter nicht nur von einem bestimmten Koordinatenmessgerät identifiziert werden können, sondern von allen Koordinatenmessgeräten, die z. B. mit den genannten vorgegebenen Informationen und entsprechenden Steuerungsroutinen zur Steuerung des Einmessvorgangs sowie Routinen zur Auswertung der beim Einmessen gewonnenen Abtastsignale ausgestattet sind.Another advantage of the invention is that the holder can be identified not only by a specific coordinate measuring machine, but by all coordinate measuring machines, the z. B. are equipped with said predetermined information and corresponding control routines for controlling the Einmessvorgangs and routines for the evaluation of the sampling signals obtained during calibration.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für die Identifikation das bereits vorhandene Koordinatenmessgerät ausreichend ist und keine weiteren Identifikationseinrichtungen, welche elektronisch ausgewertet werden müssten, wie z. B. ein Identifikations-Chip oder ähnliches erforderlich sind.Another advantage is that the already existing coordinate measuring machine is sufficient for identification and no further identification devices, which would have to be evaluated electronically, such. B. an identification chip or the like are required.
Die Einführung des erfindungsgemäßen Identifizierungssystems bei allen Haltern, die wahlweise für den Betrieb von Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden können, schafft für den Anwender, der sich möglichst nicht mit den Details der Bestimmung von Koordinaten und der Vorbereitung von Messungen beschäftigen möchte, eine akzeptable Lösung.The introduction of the identification system according to the invention in all holders, which can optionally be used for the operation of coordinate measuring machines, creates an acceptable solution for the user, who does not want to deal with the details of the determination of coordinates and the preparation of measurements.
An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass das Abtasten beim Einmessvorgang auch ein optisches Abtasten der Oberfläche des Halters sein kann, wobei sich optisch auf die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung bezieht, die nicht zwingend auf den für Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich begrenzt ist. Bevorzugt wird allerdings eine mechanische Abtastung, die insbesondere mit einem Mess-Sensor erfolgen kann, der auch von dem zu identifizierenden Halter gehalten werden kann.At this point, it should be mentioned that the scanning during the calibration process can also be an optical scanning of the surface of the holder, which refers optically to the use of electromagnetic radiation, which is not necessarily limited to the wavelength range visible to humans. However, preference is given to a mechanical scanning, which can be carried out in particular with a measuring sensor, which can also be held by the holder to be identified.
Es ist auch möglich, jedoch nicht im Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche enthalten, andere Gegenstände in derselben Weise wie hier für Halter beschrieben mit einem oder mehreren Formmerkmalen auszustatten, die dann von einem Koordinatenmessgerät erfasst werden können. Es wird in diesem Fall nicht der Halter identifiziert sondern der andere Gegenstand, für den dann ebenfalls zusätzliche vorgegebene Informationen vorhanden sein können, die über den Informationsgehalt hinausgehen, der zur Identifizierung des Gegenstandes nötig ist. Beispiele für solche Informationen wurden oben gegeben, jedoch in Bezug auf Ausgestaltungen, die unter den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.It is also possible, but not included within the scope of the appended claims, to provide other items in the same manner as described herein for holders with one or more shape features that may then be captured by a coordinate measuring machine. In this case, it is not the holder that is identified but the other object for which additional predetermined information can then also be present that goes beyond the information content necessary for identifying the object. Examples of such information have been given above, but with respect to embodiments falling within the scope of the appended claims.
Z. B. handelt es sich bei den anderen Gegenständen um Messobjekte, die von einem Koordinatenmessgerät vermessen werden sollen. Eine Möglichkeit, die Formmerkmale vorzusehen ist, das oder die Formmerkmale, die den Gegenstand identifizieren, an einer Transportpalette vorzusehen, auf der der zu identifizierende Gegenstand transportiert wird oder worden ist. Das Formmerkmal ist daher in diesem Fall lediglich über die Palette mit dem Messobjekt verbunden. Insbesondere ist es möglich, den oben beschriebenen Quader mit abgeschrägter oberer, ebener Oberfläche an der Palette anzubringen. Ein Vorteil einer derartigen Identifizierung von Messobjekten besteht darin, dass kein zusätzliches Erkennungssystem zur Identifizierung des Messobjekts benötigt wird. Das Koordinatenmessgerät, welches die Vermessung durchführt, kann die Identifizierung selbständig vornehmen. Die Identifizierung erfolgt insbesondere so, wie in dieser Beschreibung für die Identifizierung von Haltern beschrieben ist.For example, the other objects are measured objects which are to be measured by a coordinate measuring machine. One way of providing the mold features is to provide the mold feature (s) identifying the article on a pallet on which the article to be identified is or has been transported. The shape feature is therefore connected in this case only on the pallet with the measurement object. In particular, it is possible to attach the above-described cuboid with bevelled upper, planar surface on the pallet. An advantage of such identification of measurement objects is that no additional recognition system is needed to identify the measurement object. The coordinate measuring machine, which performs the survey, can the Identify independently. The identification is in particular as described in this description for the identification of holders.
Z. B. kann nach Identifizierung des Messobjekts (d. h. insbesondere des Typs von Messobjekten) automatisch eine bestimmte Messroutine zum Vermessen des Messobjekts ausgeführt werden. Wenn dagegen ein anderes Messobjekt identifiziert wird, wird eine andere vorgegebene Messroutine automatisch ausgeführt.For example, after identifying the measurement object (i.e., in particular the type of measurement objects), a specific measurement routine for measuring the measurement object can be automatically executed. If, on the other hand, another measurement object is identified, another predetermined measurement routine is automatically executed.
Ein anderer, nicht unter die Patentansprüche fallender Gedanke betrifft ein Verfahren zur Identifizierung eines Messobjekts für eine Vermessung durch ein Koordinatenmessgerät oder zur Identifizierung eines Halters zum Halten zumindest eines Mess-Sensors für ein Koordinatenmessgerät, insbesondere eines Tasters für ein tastendes Koordinatenmessgerät oder eines zumindest einen Signalgeber aufweisenden Mess-Sensors, wobei
- • das Koordinatenmessgerät einen Identifizierungskörper, der zusätzlich zu dem Messobjekt vorhanden ist, oder einen Teil des Halters abtastet und aufgrund der Abtastung Abtastsignale erzeugt, die
- a) einer Form,
- b) einer Orientierung in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters und/oder
- c) einer Position in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters entsprechen, und
- • die Abtastsignale und/oder daraus gewonnene Informationen einerseits sowie vorgegebene Informationen andererseits dazu verwendet werden, das Messobjekt oder den Halter zu identifizieren.
- The coordinate measuring device scans an identification body which is present in addition to the measuring object or a part of the holder and generates scanning signals on the basis of the scanning, the
- a) a mold
- b) an orientation relative to other parts of the identification body or the holder and / or
- c) correspond to a position with respect to other parts of the identification body or the holder, and
- • The scanning signals and / or information derived therefrom on the one hand and given information on the other hand are used to identify the measuring object or the holder.
Ferner wird ein System vorgeschlagen, mit einer Mehrzahl von Haltern zum Halten jeweils zumindest eines Mess-Sensors für ein Koordinatenmessgerät, insbesondere eines Tasters für ein tastendes Koordinatenmessgerät oder eines zumindest einen Signalgeber aufweisenden Mess-Sensors, wobei jeder der Halter einen Teil aufweist, der durch Folgendes als Identifizierungsmerkmal ausgestaltet ist, oder jeder der Identifizierungskörper durch Folgendes als Identifizierungsmerkmal ausgestaltet ist:
- a) eine Form,
- b) eine Orientierung in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters und/oder
- c) eine Position in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters, die den Identifizierungskörper oder den Halter von anderen Identifizierungskörpern oder Haltern des Systems unterscheidet.
- a) a mold
- b) an orientation with respect to other parts of the identification body or the holder and / or
- c) a position relative to other parts of the identification body or holder that distinguishes the identification body or holder from other identification bodies or holders of the system.
Das System weist außerdem einen Datenspeicher auf, auf den eine Steuerungs- und/oder Auswertungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts zugreifen kann, wobei in dem Datenspeicher für jeden der Identifizierungskörper oder jeden der Halter Informationen über das Identifizierungsmerkmal gespeichert sind. Bei dem Datenspeicher kann es sich auch um einen verteilten, aus mehreren Speicherelementen bestehenden Speicher handeln, einschließlich der Möglichkeit, dass die Speicherelemente Teile von Speichereinrichtungen sind, die an verschiedenen Orten angeordnet sind und z. B. über ein Datenübertragungsnetz miteinander gekoppelt sind.The system also has a data memory which can be accessed by a control and / or evaluation device of the coordinate measuring machine, wherein information about the identification feature is stored in the data memory for each of the identification bodies or each of the holders. The data store may also be a distributed memory consisting of a plurality of storage elements, including the possibility that the storage elements are parts of storage devices which are arranged at different locations and may be stored in different locations. B. are coupled together via a data transmission network.
Das System kann außerdem Steuerinformationen aufweisen, die ausgestaltet sind, die Steuerungseinrichtung zu veranlassen, einen vorher anhand des Identifizierungsmerkmals identifizierten Halter durch das Koordinatenmessgerät zu vermessen. Insbesondere kann die Identifizierung des Halters unmittelbar die Vermessung gesteuert durch die Steuerungseinrichtung auslösen.The system may also include control information configured to cause the controller to measure a holder previously identified by the identifier by the coordinate measuring machine. In particular, the identification of the holder can immediately trigger the measurement under the control of the control device.
Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmessgerät mit:
- • einer Messeinrichtung zur Abtastung von Messobjekten, wobei die Messeinrichtung ausgestaltet ist, wahlweise mit verschiedenen Mess-Sensoren betrieben werden zu können, die von zumindest einem Halter gehalten werden, wenn sie nicht für den Messbetrieb benötigt werden,
- • einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Betriebes der Messeinrichtung und einer
- • Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Abtastsignalen der Messeinrichtung,
- A measuring device for scanning measuring objects, wherein the measuring device is designed to be operated optionally with different measuring sensors which are held by at least one holder when they are not needed for the measuring operation,
- A control device for controlling an operation of the measuring device and a
- Processing device for processing scanning signals of the measuring device,
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The individual figures of the drawing show:
Wie in
Ferner zeigt
Dagegen können die Halter, auf die anhand von
Das Koordinatenmessgerät
Das geometrische Merkmal des im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Neigung einer ebenen Oberfläche, wobei die Neigung auf eine Ebene bezogen ist, die im Koordinatensystem des Halters definiert ist. Im Beispiel der Halter gemäß
Um die Neigung der Oberfläche
Nachdem der Benutzer die Tastkugel
In einem zweiten Abtastschritt wird nun ein zweiter Abtastpunkt an der Oberfläche
In einem dritten Abtastschritt wird ein weiterer Abtastpunkt angetastet und werden seine Koordinaten ermittelt. In
Wenn der erste Abtastpunkt bereits zu weit am Rand der Oberfläche
Aus den Koordinaten der zumindest drei Abtastpunkte kann nun in an sich bekannter Weise die Neigung der durch die Abtastpunkte verlaufenden Ebene in Bezug auf eine Bezugsebene des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts berechnet werden. Diese Berechnung erfolgt insbesondere in der Einrichtung
Vorzugsweise wird aus den Koordinaten der Abtastpunkte außerdem die Orientierung des Halters, dessen Bestandteil der monolithische Körper
Außerdem wird vorzugsweise zumindest einer der Eckpunkte, z. B. der Eckpunkt
Mit den so erhaltenen Informationen und den vorgegebenen, z. B. in einem Datenspeicher der Einrichtung
Zur Identifizierung des Halters, unabhängig davon, ob die zuvor erwähnten bevorzugten Verfahrensweisen ausgeführt werden oder nicht, wird die ermittelte Neigung der Oberfläche
Die in
Durch Ermittlung der Neigung kann daher jeweils der Halter
Bei dem Halter
Dagegen weist der Halter
Bei den in
Wenn das Gestell
Um den Mess-Sensor, der zum Abtasten der Identifizierungskörper verwendet wird, automatisch in die Startposition zum Abtasten zu bringen, kann die abzutastende ebene, geneigte Oberfläche beispielsweise eine Farbe haben, die sich von den Farben der anderen Teile des Halters und vorzugsweise auch sämtlicher anderer Gegenstände im Messbereich des Koordinatenmessgeräts unterscheidet. Mit einer verhältnismäßig einfachen und unpräzisen optischen Erfassung lässt sich daher ermitteln, an welcher Position im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts sich die abzutastende Oberfläche befindet. Der Mess-Sensor kann dann automatisch an eine Position als Startposition verfahren werden, die senkrecht über der Oberfläche liegt. Die optische Erfassung wird beispielsweise über eine Kamera durchgeführt, die von oben auf den örtlichen Bereich gerichtet ist, in dem der Halter angeordnet wird, wobei der Ort und Blickwinkel der Kamera im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts bekannt ist. Durch eine automatische Auswertung der von der Kamera aufgenommenen Bilder kann die ungefähre Position der abzutastenden Oberfläche ermittelt werden.For example, to automatically scan the sensing sensor used to scan the identification bodies to the starting position, the planar, sloped surface to be scanned may have a color different from the colors of the other portions of the holder, and preferably all others Objects in the measuring range of the coordinate measuring machine differs. With a relatively simple and imprecise optical detection, it can therefore be determined at which position in the coordinate system of the coordinate measuring machine the surface to be scanned is located. The measuring sensor can then be automatically moved to a position as the starting position, which is perpendicular to the surface. The optical detection is carried out, for example, via a camera which is directed from above onto the local area in which the holder is arranged, the location and viewing angle of the camera in the coordinate system of the coordinate measuring machine being known. By an automatic evaluation of the images taken by the camera, the approximate position of the surface to be scanned can be determined.
Alternativ kann vorgegeben sein, dass ein Halter nur in einem oder einem von mehreren vorgegebenen örtlichen Bereichen angeordnet werden darf, wobei insbesondere der örtliche Bereich vorgegeben ist, in dem die abzutastende Oberfläche oder allgemeiner das durch Abtastung zu ermittelnde geometrische Merkmal anzuordnen ist. Auch in diesem Fall kann die Abtastung des geometrischen Merkmals automatisch, ohne Aktionen eines Benutzers begonnen werden.Alternatively, it may be specified that a holder may be arranged only in one or one of a plurality of predetermined local areas, wherein in particular the local area is predetermined, in which the surface to be scanned or, more generally, the geometric feature to be determined by scanning is to be arranged. Also in this case, the sampling of the geometric feature can be started automatically without actions of a user.
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