EP2729763A1 - Korrektur und/oder vermeidung von fehlern bei der messung von koordinaten eines werkstücks - Google Patents

Korrektur und/oder vermeidung von fehlern bei der messung von koordinaten eines werkstücks

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Publication number
EP2729763A1
EP2729763A1 EP11743041.3A EP11743041A EP2729763A1 EP 2729763 A1 EP2729763 A1 EP 2729763A1 EP 11743041 A EP11743041 A EP 11743041A EP 2729763 A1 EP2729763 A1 EP 2729763A1
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EP
European Patent Office
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measuring
sensor
relative
sensors
workpiece
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11743041.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Held
Dominik Seitz
Rainer Sagemüller
Tobias Woletz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Publication of EP2729763A1 publication Critical patent/EP2729763A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012—Contact-making feeler heads therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00

Definitions

  • the invention relates to the correction and / or avoidance of errors in the measurement of coordinates of a workpiece.
  • the invention relates to an arrangement for measuring coordinates of a workpiece, a method for producing such an arrangement and a method for operating such an arrangement.
  • Coordinates of a workpiece can be specified and measured in different ways.
  • the coordinates are related, for example, to a reference system, for example the so-called laboratory system or the coordinate system related to the workpiece or a workpiece holder.
  • dimensions of the workpiece can be detected and indicated, which are based on at least two reference points of the workpiece, for example a length, a width or a diameter.
  • coordinate measuring devices in the following also briefly: CMM
  • the users of the coordinate measuring machines rely on knowing the position and often also the orientation of a probe for scanning the workpiece and also the position and orientation of the workpiece itself or at least one to know any change in position and orientation.
  • a change in the position and orientation can occur, in particular, when the workpiece and the probe are moved relative to one another in order to be able to carry out further measurements of the coordinates. Therefore, when various parts of an assembly for measuring coordinates of a workpiece are movable relative to one another, corresponding movements can lead to errors in the measurement of the coordinates of the workpiece.
  • Examples of such relative movements are rotations of a rotating device (this is the subject of a first aspect of the present invention), movements in adjusting the position and / or orientation of a stylus (having a sensor) for scanning the workpiece for the purpose of coordinate determination (this is the subject of a second aspect of the present invention) and the mechanical deflection due to mechanical forces and / or the thermal expansion or contraction of the material of a coordinate measuring assembly or a machine tool (this is the subject of a third aspect of the present invention). All of these mobilities are in addition to the movement of an optional existing probe that the probe performs while measuring the coordinates of a workpiece by mechanical scanning (ie, while the probe is contacting the workpiece).
  • such probes are known, which are deflected from a neutral position during mechanical scanning of the workpiece due to the mechanical forces acting between the workpiece and the probe, wherein the deflection is determined and evaluated for the purpose of determining the coordinates of the point of contact.
  • the additional mobilities therefore lead to errors in the coordinate measurement.
  • An arrangement is proposed for measuring coordinates of a workpiece and / or for machining the workpiece, wherein the arrangement has a first part and a second part movable relative to the first part, wherein the relative mobility of the parts in addition to a possible mobility of an optional additionally attached to the arrangement button is given, the at a
  • the mechanical scanning of the workpiece for the purpose of measuring the coordinates by a displacement of the probe from a neutral position, wherein on the first or second part of a measuring body is arranged and on the other part, i. is arranged on the second or first part, at least one sensor, wherein the sensor is configured to generate a measurement signal corresponding to a position of the measuring body and thus according to the relative position of the first and second part.
  • a first part of the arrangement and a second part of the arrangement are provided and the first and second part are designed to be movable relative to one another.
  • the relative movement of the parts is in addition to a possible mobility of an optionally additionally attached to the assembly button allows, which is given in a mechanical scanning of the workpiece for the purpose of measuring the coordinates by a deflection of the probe from a neutral position.
  • a measuring body is arranged and at the other part, i. at the second or first part.
  • at least one sensor is arranged. The sensor is designed to generate a measuring signal corresponding to a position of the measuring body and thus corresponding to the relative position of the first and second part during operation of the arrangement.
  • a first part of the arrangement and a second part of the arrangement are moved relative to each other, wherein the relative movement of the parts is made possible in addition to a possible mobility of an optionally additionally attached to the arrangement of the probe mechanical scanning of the workpiece for the purpose of measuring the coordinates is given by a deflection of the probe from a neutral position.
  • a measuring body is arranged and at the other part, i.
  • At the second or first part at least one sensor is arranged, wherein the sensor is designed to generate a measuring signal corresponding to a position of the measuring body and thus according to the relative position of the first and second part during operation of the arrangement.
  • the probe can be arranged on a measuring head or probe, which allows the mobility of the probe and in particular also detects the deflection by at least one sensor.
  • the sensor may be, for example, a magnetoresistive sensor, a Hall sensor operating in accordance with the electro-magnetic Hall effect, an optical sensor, a sensor operating in accordance with the piezoelectric effect, a capacitive sensor, a distance sensor, and / or. or relative position measurement designed
  • magnetoresistive sensors and Hall sensors may also be arranged to several on a common carrier, for. B. a microcarrier, similar to a microchip.
  • a common carrier for. B. a microcarrier, similar to a microchip.
  • Each of the sensors on the common carrier then detects in particular another degree of freedom of movement. For example, with two such carriers, each three sensors to capture three linearly from each other
  • Optical sensors detect e.g. one of a plurality of markings formed on the gauge body as the marker passes from the viewpoint of the sensor. In another kind of optical
  • Sensors are e.g. performed a laser triangulation and / or like a
  • Interferometer performed a comparison with a comparison light beam that is not affected by the measuring body.
  • projected patterns are detected on the measuring body.
  • the measuring body is designed in particular according to the measuring principle of the sensor.
  • the measuring body can have a permanent magnetic material in order to be able to measure according to the Hall effect or the magnetoresistive measuring principle.
  • the measuring body eg a cylinder or a spherical measuring body
  • the measuring body may have an electrically conductive surface for a capacitive or inductive sensor and / or a reflecting surface for reflection of measuring radiation for an optical sensor.
  • a specular or partially reflective surface may, for. B. be formed on a cylindrical, conical or toroidal measuring body.
  • the sensor generates a measuring signal which contains information about the position of the measuring body and thus about the relative position of the first and second part.
  • the plurality of line-shaped markings in the manner of a Stroke grating carries a single measurement signal of the sensor may not be sufficient to evaluate the information about the position or relative position can. For example, in addition a count may be required that corresponds to the number of previously detected markers, and / or a starting position of the first and second part.
  • the measuring signals supplied by the rotational position sensors can be used to perform a translatory movement (ie a movement of the two relatively rotatable parts in a direction transverse to the axis of rotation) to determine and / or taken into account. This will be discussed in more detail. In the same case or even with measuring systems with other sensors, a translatory movement (ie a movement of the two relatively rotatable parts in a direction transverse to the axis of rotation) to determine and / or taken into account.
  • a translatory movement ie a movement of the two relatively rotatable parts in a direction transverse to the axis of rotation
  • Calibration of the sensor assembly formed by the measuring body and the sensor may be required in order to determine the position of the measuring body and / or the relative position of the first and second part during operation of the arrangement for measuring coordinates of a workpiece. It is therefore preferred to calibrate the arrangement for measuring coordinates of a workpiece with respect to the determination of the position of the measuring body and / or the relative position of the first and second part, i.
  • Assign measuring signals of the sensor corresponding values of the position or relative position.
  • Shape error i. a deviation of a measuring body from an ideal
  • predetermined shape e.g., spherical or cylindrical shape
  • the sensors can be calibrated, e.g. due to nonlinearities of the relationship between the measuring signals of the sensor and the measured quantity detected by the sensor.
  • the first or second part is provided to determine the position of the first or second part, and in particular to determine the relative position of the first and second part, in particular the same applies to the characteristics of the sensors and / or the measuring body as already mentioned.
  • sensors may be disposed on either the first part or the second part. Alternatively or additionally, both at the first part as also at the second part, which is movable relative to the first part, in each case at least one sensor are arranged / be. The same applies to several measuring bodies.
  • sensors can use at least one measuring body on the other part together for signal generation.
  • each of a plurality of sensors is assigned a separate measuring body.
  • a sensor component it is possible for a sensor component to have more than one sensor. For example, Therefore, such a sensor component can provide information of the relative position of the first and second parts with respect to more than one degree of freedom of movement.
  • Carrying parts of the arrangement which carry at least one sensor and / or a measuring body, are preferably made of a material which has a low coefficient of thermal expansion or contraction coefficient. Furthermore, it is preferred that such supporting parts are made rigid against deformation. This also applies to an arrangement of several load-bearing parts. Therefore, external forces and temperature differences lead to no or a negligible error. Does the arrangement on a base on which directly or indirectly all other parts or most parts of the arrangement are supported, for. Legs
  • Base plate preferably at least a part of the sensors and / or measuring body is connected either directly or via such a supporting part to the base.
  • a supporting part is rod-shaped.
  • one end of the rod is preferably fixed to the base.
  • a rotating device is a part of the sensor (that is, the at least one sensor / measuring body pair), z.
  • B. a sensor disposed on the fixed part of the rotating device.
  • the corresponding, associated part of the sensor system for example an associated measuring body, is preferably fastened directly to the rotatable part of the rotating device.
  • the invention makes it possible, for example in rotary devices (first aspect of the present invention), which allow only discrete rotational positions of the first part relative to the second part or vice versa, to determine the actual rotational position or to determine a corresponding correction value, the deviation of the actual Turning position corresponds to the expected discrete rotational position.
  • rotary devices first aspect of the present invention
  • the invention even makes it possible to replace a rotary device with mechanical means for setting discrete rotational positions (for example with a so-called Hirth toothing) by a rotating device, in which such mechanical means are no longer available. Nevertheless, by an appropriate control of the rotating device can one or more predetermined
  • Rotational positions are repeatedly set. With appropriate design of the control can even be achieved that the rotational position can be reproduced exactly.
  • the controller can resort to the measurement signals of the at least one sensor, i. Measurement signals or information or signals obtained therefrom are fed to the controller which controls the rotational movement and in particular controls at least one drive device (eg motor) of the rotary device.
  • the controller controls the rotational movement and in particular controls at least one drive device (eg motor) of the rotary device.
  • the invention allows to determine the actual rotational position or to determine the above-mentioned corresponding correction value.
  • An adjustment of arbitrary rotational positions within a continuous range is e.g. when using a stepper motor that drives the rotation, not possible.
  • the exact reproduction of certain rotational positions is not possible with such a stepper motor, since the adjustable rotational positions can depend on external circumstances.
  • the drive mechanism used for the drive e.g., with gears for the transmission of torques
  • At least one relative position is predetermined for the first part and the second part, which is to be set during operation of the arrangement, wherein an evaluation device is provided, which is configured to determine using measurement signals of the sensor or the sensors of the arrangement which relative position the first part and the second part actually are when the predetermined relative position has been set.
  • an evaluation device is provided, which is configured to determine using measurement signals of the sensor or the sensors of the arrangement which relative position the first part and the second part actually are when the predetermined relative position has been set.
  • a range of relative positions may exist within which the predetermined relative position may vary, ie the relative position is not set exactly according to the default.
  • these ranges of variation of relative positions for the given relative positions can be so far apart in particular that they are uniquely associated with one of the predetermined relative positions.
  • the variation ranges can be separated by regions with respect to a degree of freedom of movement through which the parts, although z. B. through but in which they do not come to a halt.
  • At least one sensor (individual, relative position) associated sensor, i. z. B. at three predetermined relative positions are two additional sensors, so three sensors available.
  • the measuring body which is assigned to the additional sensor, is also used for the measurement of the relative position in other relative positions.
  • the measuring body is therefore arranged on one of the two parts so that it passes in the relative movement of the two parts in a position in which it allows the measurement of the relative position together with the at least one associated sensor.
  • measuring body (s) is assigned, but is also used for the measurement of
  • the sensor is therefore arranged on one of the two parts so that it passes in the relative movement of the two parts in a position in which it allows the measurement of the relative position together with the at least one associated measuring body.
  • a plurality of associated sensors may be present, which in each case permit, together with the measuring body (or sensor)
  • Invention is that inadvertent movements of the first and second parts relative to each other, in particular due to mechanical forces and / or due to thermal expansion or contraction, the unintentional, unwanted movement with respect to their effect on the relative position of the first and second part and thus - in the case of a CMM - on the error or the result of the
  • Coordinate measurement can be determined.
  • a correction is possible and / or on the other hand the measurement signal of the at least one sensor must be taken into account directly in the determination of the coordinates of the workpiece.
  • the accuracy in the measurement signal of the at least one sensor In the case of a machine tool, the accuracy in the measurement signal of the at least one sensor must be taken into account directly in the determination of the coordinates of the workpiece.
  • the bending device can be adjusted. It is preferred that such a change in bending be taken into account.
  • the bending can be adjusted. It is preferred that such a change in bending be taken into account.
  • the finite element responds to the force vector and moment vector with a strain correction vector consisting of a translation vector and a moment vector
  • the first part and the second part are parts of a rotating device having a rotational mobility about at least one axis of rotation, wherein the first part and the second part are rotatable relative to each other due to the rotational movement of the rotating device and wherein the first or the second part is configured, either the workpiece or a
  • Coordinate measuring device As the probe or probe to hold to allow rotation of the workpiece or the coordinate measuring device.
  • the first aspect therefore also relates to rotary devices which have rotational rotations around two axes of rotation (eg so-called rotary / pivot joint with two mutually perpendicular axes of rotation) or by more than two axes of rotation.
  • the first or second part is configured to hold the workpiece.
  • the other part is in particular configured to be attached to a base of the assembly and / or positioned on a base so that this part is immovable relative to the base and the workpiece with the other part can be rotated relative to the base.
  • the first and second parts may be parts of a so-called rotary table, on or on which the workpiece is arranged, in order to be able to be brought into different rotational positions and to measure its coordinates in the different rotational positions.
  • the first or the second part is configured to hold a coordinate measuring device.
  • the first and second parts allow a rotation of the coordinate measuring device by a relative movement.
  • so-called rotary joints and swiveling joints are known, which have a rotational mobility allow with respect to two transverse and in particular perpendicular to each other extending axes of rotation.
  • rotary devices which only one
  • the measuring body is configured as an additional material region of the first or second part that is not required for the rotational function of the rotating device and / or the sensor is arranged on an additional material region of the second or first part that is not required for the rotational function of the rotating device.
  • Required material areas for the rotational function of the rotating device are in particular pivot bearings, material areas which hold or support the pivot bearings and the material areas required for the stable rotary motion, such as e.g. a shaft or other rotor whose rotary motion is supported by the pivot bearings.
  • the material areas required for the turning function is in many cases existing material area which is designed to carry and / or hold the workpiece or the probe, so that the workpiece or the probe at a
  • Rotary movement of the rotatable part is rotated.
  • This area of material carries the workpiece or the push-button during the rotary movement of the rotatable part. Furthermore, one of the necessary for the rotational function of the rotary device
  • Material areas a possible material area which is configured to connect the rotating device with other parts of the arrangement.
  • a swivel joint typically is connected to an arm (e.g., a quill) of a CMM to pivot and rotate the button, which in turn is mounted on the swivel joint, relative to the arm.
  • a turntable is configured with a range of materials for placing and / or attaching the turntable to a base of the assembly.
  • required material area e.g. a spherical surface or the part of a
  • the additional material area at least over one predetermined angular range of angles of rotation of the rotary motion about the axis of rotation is rotationally symmetrical to the axis of rotation shaped and arranged, as z. B. in a semicircular disc with respect to the center of the circle is the case. at
  • the senor can therefore each detect a portion of the surface of the measuring body or of the measuring body according to the relative position of said portion of the
  • the rotationally symmetrical design of the measuring body surface causes the sensor in the ideal case, when the measuring body is formed and arranged without errors rotationally symmetrical to the axis of rotation and when the rotational movement with respect to the axis of rotation without errors (eg wobble error, runout error, concentricity error) is performed always the same measuring signal or always the same sequence of measuring signals (eg in the case of measuring bodies with line gratings (see above)) deviations from the ideal case of the rotationally symmetrical design of the additional material area, which can not be attributed to an error of the axis of rotation, can
  • Calibration be taken into account, so that a corresponding correction in the evaluation of the measurement signals of the sensor is possible, and / or can be kept so small that the deviations of the rotational movement of the ideal rotational movement cause much greater changes in the measurement signal than the deviations of the measuring body of the ideal rotationally symmetrical design.
  • a sphere or a cylinder as a measuring body can be manufactured so precisely and rotationally symmetrically with respect to the axis of rotation and / or calibrated that the error is small for the purposes of determining the rotational movement errors.
  • the additional material region may be an elongated material region that extends in the direction of the axis of rotation and in particular is rotationally symmetrical (ie, cylindrical, for example) shaped and arranged relative to the axis of rotation.
  • Rotary device based, in which a rod-shaped shaft of the rotary device is required for the rotary function.
  • the measuring body may have a greater distance from the axis of rotation of the rotating device than an adjacent, for the
  • Rotational function of the rotating device required material portion of the first or second part and / or the additional material region on which the sensor is arranged can have a greater distance from the axis of rotation of the rotating device than an adjacent, required for the rotational function of the rotating device portion of the second or first part.
  • an additional material region which forms the measuring body or on which the sensor is arranged, arranged at a greater distance from the axis of rotation than the adjacent, required for the rotational function of the rotating device area.
  • the additional material area is due to a rotational movement of the
  • At least one of the two mutually rotatable parts of the rotating device has a hollow cylindrical shape - or has an area with this Shape.
  • a rotary bearing can be located at an end, axial end of the hohizylinderformigen area over which the other part of the rotating device is rotatably mounted.
  • the other part may be arbitrary, e.g. a circular disk.
  • the already mentioned measuring body may be a first measuring body which is arranged at a first axial position, wherein a second measuring body is arranged on the first or second part at a second axial position spaced from the first axial position.
  • the sensor or at least a second sensor is configured in this case to generate a measurement signal corresponding to a position of the second measuring body and thus the relative position of the first and second parts.
  • the axial Position may be an axial position with respect to the axis of rotation or with respect to another axis or direction which extends transversely or skewed to the axis of rotation.
  • the measurement at different axial positions allows, for example, wobble errors due to a deviation of the orientation of rotatable and / or
  • Rotational motion can be superimposed on this tumbling motion further movements.
  • more errors may occur, so that the axis of symmetry in practice can also perform other movements.
  • At least one sensor / measuring body pair (in this case, for example, the same measuring body can interact with another sensor) is provided, which is designed to measure changes in the axial position between the measuring body and the sensor. If two such additional sensor / measuring body pairs are arranged at different axial positions, consequently, the corresponding two
  • Degrees of freedom of movement are detected and z. B. be determined from the total information available the tumbling error or other errors. There does not have to be a separate measuring body for each of the pairs. Rather, the same Measuring body z. B. be used by two sensors, multiple sensors or all sensors.
  • an additional sensor / measuring body pair is sufficient for determining the degree of freedom in the axial direction, e.g. if due to an air bearing axial relative movement of the parts is excluded in total with high accuracy, but z. B. tilting movements relative to the axis of rotation or axial runout should be detected.
  • gauges and / or sensors located at the different axial positions are interconnected via an axially extending member.
  • the element can perform mechanical vibrations due to its axial length. It is therefore preferred that in addition a damping device for damping mechanical vibrations of the element is provided. This damping device is preferably arranged in at least one region approximately in the middle of the axial extent of the element.
  • Damping devices are in particular devices in question, in which the damping is effected due to the viscosity of a fluid. But particularly preferred is a damping device, generate in the movements of the element eddy currents, so that due to the eddy currents, the relative movement is slowed down and thus enters the desired damping effect of the vibrations.
  • a first part of the eddy current damping device is attached to the element. This first part can be z. B. starting from the element in the radial direction, d. H. transverse to the axial direction, extend.
  • a second part of the damping device is attached to the element. This first part can be z. B. starting from the element in the radial direction, d. H. transverse to the axial direction, extend.
  • a second part of the damping device is attached to the element. This first part can be z. B. starting from the element in the radial direction, d. H. transverse to the axial direction, extend.
  • Eddy current damping device arranged so relative to each other that
  • Movements of the element transverse to the axial direction lead to a relative movement of the first and the second part of the eddy current damping device. In this relative movement, the eddy currents are generated and, as mentioned above, the
  • the above-mentioned sensor may be a first sensor which is arranged at a first position in the circumferential direction with respect to the axis of rotation, wherein arranged on the first or second part at a second position spaced from the first position in the circumferential direction with respect to the axis of rotation, a second sensor is, wherein the second sensor is configured to generate a measurement signal corresponding to a position of the measuring body or a second measuring body and thus the relative position of the first and second part.
  • the circumferentially distributed sensors need not serve to determine the axial errors, i. do not have to measure changes in the relative position in the axial direction. Rather, with appropriate configuration of the sensors (eg as rotation angle sensors) and also of the at least one measuring body (eg with a plurality of markings distributed around the axis of rotation), they can be configured to rotate the rotational position of a rotating device and / or or to determine and / or to take into account the translational relative position of two parts which are rotatable relative to one another.
  • a suitable measuring body is e.g.
  • the above-mentioned grating disc are distributed in the markings on the disc, which are detected by the sensors in a passing movement in the circumferential direction with respect to the axis of rotation on the disc.
  • a disc can therefore also be used a ring that carries the markings.
  • the markings are in the radial direction extending bar-shaped markings, so that it can be spoken by a running in the circumferential direction grating.
  • Rotational position (s) are evaluated such that effects of a translational Movement of the first and second parts are corrected relative to each other, wherein the translational movement is transverse to the extension of the axis of rotation.
  • the redundant information is redundant with respect to the detection of the rotational position. But they also contain information about the translational movement transverse to the axis of rotation of the rotating device.
  • a plurality of sensors which are arranged distributed around the axis of rotation and are configured to respectively detect the rotational position of the first and second part relative to each other and to generate a corresponding measurement signal, in particular the sensors- in the axial direction of the axis of rotation - at the same Side of the measuring body or are arranged at the axial position of the measuring body,
  • Measuring signals of the sensors is connected and which is configured to evaluate detected by the sensors rotational positions of the first and second parts relative to each other such that effects of a translational movement of the first and second parts are corrected relative to each other, wherein the translational movement transverse to the extension of the axis of rotation runs.
  • the arrangement not only to consider the translational movement of the first and second part relative to each other and in particular to correct, but also by evaluating the measurement signals of at least one of the sensors to determine the rotational position of the first and second parts relative to each other. Therefore, only a small amount of space is required for the measuring system of the arrangement.
  • At least one sensor can be provided, which is designed to detect a distance of the measuring body from the other part in the axial direction of the axis of rotation or by observation of the measuring body, an axial relative position of the first part and the second part.
  • the information about the axial distance or the axial relative position allows to consider further degrees of freedom of movement of the rotary device and the corresponding errors (i.e., deviations of the movement from an ideal one)
  • Rotational movement are determined and / or corrected.
  • two of the Distance sensors or sensors for determining the axial relative position are present, which are aligned to different areas of the measuring body, with further consideration of the measurement signals of the rotational position sensors (ie with the information about the rotational position and the translational position transverse to the axis of rotation), in particular the wobble error of the rotating device , be determined.
  • the same measuring body serves to be observed by the rotational angle sensors for detecting the rotational position and serves to be observed by the at least one distance sensor or sensor for determining the axial position, the configuration of the measuring system of the arrangement is particularly space-saving.
  • the measuring body may be a disk-shaped measuring body, for example a circular disk-shaped measuring body
  • Measuring body or annular measuring body which is preferably designed and arranged rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation.
  • This at least one rotation angle sensor thus replaces the aforementioned additional sensor.
  • all of the additional sensors that detect the axial distance or the axial relative position are replaced by at least two of the rotation angle sensors. This saves costs for additional sensors and additional space.
  • the rotation angle sensors are designed to generate a periodic signal in the course of a rotational movement of the rotary device, the period duration corresponding to the chronological sequence of markings which are in the
  • the period duration of the measurement signal corresponds to the time sequence of the markers entering the detection range or emerging from the detection range on the measurement body.
  • a periodic measurement signal is sinusoidal.
  • the periodic measurement signal can also be interpreted such that the period corresponds to a distance of the successive markings distributed in the circumferential direction about the rotation axis.
  • the period or period is used to determine the rotational position or speed.
  • the sensors detect as a primary measured variable a radiation intensity of electromagnetic radiation (eg visible light or infrared radiation) which is reflected by the measuring body or passes through the measuring body.
  • the detected radiation intensity depends on the rotational position.
  • the markings on the measuring body reduce the measured radiation intensity to almost zero and in other rotational positions make the measured radiation intensity maximum and in this way generate the periodic measuring signal.
  • Corresponding effects can also be achieved with magnetic markers and magnetic sensors.
  • the amplitude of the periodic measuring signal generated during a rotational movement depends on the distance of the sensor to the measuring body in the axial direction. Therefore, from the amplitude of the periodic measurement signal or from the intensity of the measurement signal z. B. detect at rotational positions with maximum intensity of the distance between the sensor and the measuring body, i. the distance can be determined from the amplitude or intensity of the measurement signal.
  • the determination of the axial relative position or of the axial distance is not effected by the sensor itself, but by a corresponding evaluation device. It can be an individual
  • Evaluation device of the sensors act.
  • the redundant information can also be obtained by at least three different positions in the circumferential direction with respect to the axis of rotation a sensor is arranged, which detects the passing past markings.
  • the redundant information can be used to reduce or even eliminate as far as possible the systematic errors in the measurement and evaluation of the sensor signals.
  • the first or the second part is configured to hold a coordinate measuring device configured as a probe for mechanically scanning the workpiece and / or as a probe for the probe, in order to allow mobility of the probe and / or the probe the sensor and / or the measuring body is also designed, except for determining the relative mobility of the first and second part, to measure a displacement of the probe from a neutral position during mechanical scanning of the workpiece for the purpose of measuring the coordinates of the workpiece.
  • the configuration for holding a button is in particular that the part has an interface for attaching the button. As is known per se in the field of the present invention, this may be a so-called
  • the second aspect of the invention is based on the problem that probes for the mechanical scanning of a workpiece for certain measurement tasks are designed to be movable in order to orient and / or position the probe in different ways relative to the coordinate measuring apparatus.
  • the movement and thus alignment and / or positioning should be performed before the actual probing of the workpiece.
  • a rotation of the probe should be possible around at least one axis of rotation.
  • the rotary device In order to be able to determine errors such as wobble error, concentricity error and axial misalignment of the rotary device, it is possible, as described above, to use one or more sensors on the rotary device which measures the relative position of mutually movable parts of the rotary device at least with respect to one degree of freedom of movement.
  • the sensor at least one sensor / measuring body pair
  • the sensor for measuring the deflection of the probe when contacting the workpiece from the perspective of the rotating device can be arranged on the switch side, ie the button is connected via the sensor with the rotating device.
  • the sensors are, for example, a standard probe head, to which buttons can be attached interchangeably (see above).
  • compact rotary devices and sensors which should also have a total of the lowest possible mass and should be inexpensive to produce.
  • Measuring body of the sensor which is designed to measure the movement of the probe during mechanical probing of the workpiece, also for measuring the
  • the procedure in the operation of the arrangement is for example as follows: First, a desired rotational position of the probe is adjusted by means of the rotating device. At least one sensor is used to determine the actual rotational position of the probe and / or a fault of the rotating device (eg wobble error, concentricity error or runout error). As a result, it can be precisely determined in which rotational position, the button relative to another part of the rotating device.
  • Coordinate measuring machine is located.
  • the information about the previously set rotational position and / or the error of the rotary device can be taken into account in the evaluation of the measurement signals, which are obtained in the following measurement of the workpiece by the mechanical scanning by means of the probe.
  • a device which allows a linear movement of the probe so that with respect to at least one linear degree of freedom of movement of the probe, a position of the probe can be set.
  • at least one sensor or at least one measuring body is used both for the determination of the set linear position and for the measurement of the movement of the probe during the mechanical scanning of the workpiece.
  • the rotational position or linear position of the probe is fixed before scanning the workpiece, so that the rotational position and / or linear position no longer changes.
  • a separate locking device may be used, e.g. causes a mechanical locking of the button in the set position.
  • the drive device e.g an electric motor
  • the electric motor inhibits the movement when no current flows, or a brake is provided or a control of the motor controls the position by appropriate control of the motor.
  • the rotational position and / or the linear position may change. Therefore, it is preferred, after the scanning of the workpiece, when between the button and the
  • the position of the probe may be running, i. continuously or quasi-continuously (e.g., cyclically recurring).
  • the additional sources of error for the exact reproduction of a rotational position or linear position of the probe decrease before scanning the workpiece.
  • the additional sources of error for the exact reproduction of a rotational position or linear position of the probe decrease before scanning the workpiece.
  • the number of signals to be transmitted can be reduced. Electrical interfaces are eliminated or their number is lower.
  • the sensor / measuring body combinations preferably be measured in which position the probe is located before scanning the workpiece. It is therefore even possible to measure whether a desired position of the probe is actually set or how far the actually set position deviates from the desired position.
  • the known arrangements have, for example, as described above, a rotating device and an additional sensor coupled to the rotating device button.
  • the first part and the second part are portions of the same arm of a coordinate measuring machine or a machine tool located at different axial positions in the direction of the longitudinal axis of the arm, the relative mobility of the parts due to mobility
  • the measuring body or the sensor is attached to a first axial end of an elongate, extending in the direction of the longitudinal axis element.
  • the elongate member is connected to the first part at its second axial end, which is opposite to the first end.
  • the at least one sensor if the measuring body is attached to the elongated element or the measuring body (if the sensor is attached to the elongate element) is attached to the second part. If there are multiple sensors, the sensors are preferably located on the same part.
  • the arrangement according to the third aspect of the invention may have the following further features or any combination of these further features:
  • the elongated element may extend inside the arm.
  • the arm can therefore be referred to as a hollow arm.
  • the arm may be the quill of a coordinate measuring machine, for example a gantry coordinate measuring machine or gantry type.
  • the arm may be an arm of a machine tool, e.g. B. a robot.
  • the first axial end of the elongate member is in an axial position of the arm, on which also the second part is located.
  • the first axial end of the element may be at an axial position of the arm which is only a small distance from an axial position of the second part.
  • a small distance is, for example, a distance which corresponds to the distance of a sensor from an associated measuring body, the sensor e.g. attached to the first axial end of the element and the measuring body to the second part (or vice versa).
  • the second part may have an interface for attaching and connecting a probe, a rotating device, a sensor with integrated rotating device according to the second aspect of the invention or a button.
  • the second axial end of the elongated member may be connected at an axial position of the arm to the first part, which also has a reference point of scale for measuring the position of the arm. For example, in a quill of a coordinate measuring machine, this position of the arm is movable relative to a base of the coordinate measuring machine, for example in the vertical direction.
  • the elongated member may extend in the axial direction over the entire length of the arm or even beyond.
  • the at least one sensor / measuring body pair is therefore located in the region of a first axial end of the arm and in the region of the first axial end of the elongated element.
  • the second axial end of the elongate member is in this case attached to the opposite, second axial end of the arm forming the first part.
  • the elongated element extends over the entire length of the arm or in the general case that the elongate element due to its axial length can perform mechanical vibrations, it is preferred that in addition a damping device for damping mechanical
  • Vibrations of the elongated element is provided.
  • Damping device is preferably in at least one area approximately in the Center of the axial extent of the elongated element arranged.
  • damping devices are in particular devices in question, in which the damping is effected due to the viscosity of a fluid.
  • a damping device generate in the movements of the elongated member relative to the arm eddy currents, so that due to the eddy currents, the relative movement is slowed down and thus enters the desired damping effect of the vibrations.
  • a first part of the eddy current damping device is fastened to the elongated element, which extends in the interior of the arm. This first part can be z. B.
  • a second part of the eddy current damping device On the arm, in particular on the inside of the wall of the arm, located approximately at the same axial position, a second part of the eddy current damping device.
  • the first and the second part of the eddy current damping device are arranged relative to one another such that movements of the elongate element transversely to the axial direction to a relative movement of the first and the second part of
  • Effects of oscillations of the elongate element may alternatively or additionally be reduced or eliminated by applying a low-pass filter to the time sequence of repeatedly acquired measured values of the sensors.
  • the elongate element is preferably made of a material which has a much lower (in particular at least a factor of 100 lower) thermal expansion or thermal
  • the elongated element can be considered to be temperature stable. For this reason, it is possible to use the sensor or the sensors and the measuring body or the measuring body, the effects of thermal
  • a thermally stable elongated element also has the advantage that at different temperatures the effects of mechanical bending due to
  • the temperature of the elongated element or in the immediate vicinity of the elongate element can be measured and the effect of thermal expansion or contraction of the elongated element can be calculated to account for the effect of evaluating the measurement signals of the at least one sensor.
  • more than one sensor be provided for determining the relative position of the first axial end of the elongated member and thus indirectly the first part of the arm relative to the second part of the arm and used to determine the relative position with respect to a plurality of To determine degrees of freedom of movement. At least the determination of three degrees of freedom of the movement, namely two linear degrees of freedom in different, preferably mutually perpendicular directions, each perpendicular to the longitudinal axis of the arm, and the linear degree of freedom of movement in the direction of the longitudinal axis of the arm is preferred. If these degrees of freedom are determined, can
  • arms of coordinate measuring machines are torsionally stiff, so that further degrees of freedom of movement, namely rotational degrees of freedom of movement, can be neglected.
  • Movement of the second part can be taken into account in another way, e.g. by calibrating a probe directly or indirectly attached to the second part for mechanical scanning of a workpiece.
  • the second axial end of the elongated member when the second axial end of the elongated member is connected to the first part at the reference point of a scale, or at least at the axial position of the reference point, the
  • Measurement results of the at least one sensor are directly and easily related to the reference point. For example, succeeds in this way, a correction in the calculation of coordinates of a measured by a probe workpiece with little effort, since the coordinate system of the scale and the
  • Coordinate system of the second part in a unique manner via the elongated element are coupled together.
  • the elongate element alternatively or additionally extends inside the arm, the construction volume of the arm is not increased.
  • the measuring body and the sensor are preferably disposed within the arm and thus protected from external influences, without the need for an additional housing.
  • the third aspect of the present invention has the advantage that the arm, e.g. As the sleeve or the robot arm, not with great effort stiff against shape changes must be executed and therefore costs and weight can be reduced.
  • Occurring relative movements of the first and second parts can rather be measured and taken into account.
  • the arm itself need not be made of a material that has a low thermal expansion or contraction coefficient.
  • FIG. 1 shows schematically a longitudinal section through the end region of a quill of a
  • FIG. 3 shows schematically a partial view of the arm of FIG. 2, wherein in
  • Fig. 4 shows an arrangement of two relatively movable parts, wherein the
  • Arrangement comprises a measuring system for measuring the relative position and / or relative orientation of the two parts
  • Fig. 4a shows an arrangement as in Fig. 4, but in addition a
  • Fig. 5 shows an arrangement as in Fig. 4, but with respect to the measuring system
  • Fig. 6 schematically shows an axial longitudinal section through a first example of a
  • FIG. 7 is a plan view in the axial direction of a variant of the arrangement in FIG.
  • Fig. 8 is a plan view in the axial direction of a further arrangement for
  • Fig. 9 shows schematically the integration of an arrangement according to Fig. 4 in a
  • FIG. 10 shows schematically an axial longitudinal section through a second example of a
  • FIG. 1 1 schematically shows an axial longitudinal section through a third example of a
  • Fig. 12 shows schematically an axial longitudinal section through a fourth example of a
  • Fig. 13 schematically shows an axial longitudinal section through a fifth example of a
  • the measuring system comprises a plurality of
  • Fig. 15 schematically shows an axial longitudinal section through a sixth example of a
  • Arrangement having a first part and a second part movable relative thereto, the device having a measuring system for determining the axial relative position of the parts
  • Arrangement having a first part and a second part movable relative thereto, the device having, in addition to the arrangement in FIG. 15, a measuring system for determining the radial position or radial positions of the parts,
  • Fig. 17 schematically shows an axial longitudinal section through an eighth example of a
  • Arrangement having a first part and a second part movable relative thereto, the arrangement having a combination of a measuring system of the arrangement according to FIG. 13 with a measuring system of the arrangement according to FIG. 12,
  • Fig. 18 schematically shows an axial longitudinal section through a ninth example of a
  • buttons 20 shows a button with a movement device for setting the position and / or orientation of the button
  • 21 schematically shows a perspective view of a probe disposed on a probe, which can be deflected when touching a workpiece from a rest position, the probe is rotatable about a rotation axis with the probe relative to an arm of a Koordinatenmessgerats and wherein both the deflection and the rotation of the probe together with the probe can be measured with the same sensors
  • FIG. 22 is a plan view of a mounting plate shown in FIG. 21.
  • FIG. 22 is a plan view of a mounting plate shown in FIG. 21.
  • the mounting plate has a plurality of pairs of magnets to allow the sensors to determine the respective position with respect to a certain degree of freedom of movement
  • FIG. 23 shows a side view of the arrangement according to FIG. 21 in the mounted state
  • Fig. 24 is a plan view of a part of the mounting plate of the arrangement
  • FIGS. 21 to 23 wherein two magnet pairs can be seen, which are each assigned to a sensor of the probe,
  • Fig. 25 is a side view of an arrangement similar to that in Fig. 23, wherein for a single or a selected degree of freedom of movement, the measurement of the relative position of the movable part of the probe and the mounting plate is shown, said degree of freedom of movement in particular during a tumbling motion the axis of rotation is relevant,
  • FIG. 26 shows an illustration of the arrangement according to FIG. 25, likewise in side view, wherein a deflection of the probe is shown on the basis of a probing of a workpiece.
  • Fig. 1 shows a quill 200 of a coordinate measuring machine. As indicated by two approximately parallel curved lines, the sleeve 200 may extend over an unspecified section in its longitudinal direction. The Longitudinal direction runs in Fig. 1 from top to bottom. At the bottom in Fig. 1 lying free end of the sleeve, which is formed by an end portion 202 is a
  • the interface may be a so-called changeover interface which facilitates the coupling of various modules, e.g. alternatively, another rotating device or a probe allowed.
  • corresponding electronics 205 may be arranged, e.g. for identifying and / or operating the module connected via the interface.
  • a scale 204 In a central area 201 of the quill 200, a scale 204, e.g. in the form of a grating, which extends in the longitudinal direction of the quill 200 arranged.
  • a reference point 203 of the scale 204 is defined at the end of the scale 204 which is closest to the end portion 202.
  • an angled rod 206 of temperature-stable material is attached as an elongated element. Starting from the reference point 203, the rod 206 initially extends into the interior of the sleeve 200 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the quill 200.
  • the rod 206 extends in the direction of the longitudinal axis of the quill 200 to the end portion 202.
  • a plurality of sensors 207a, 207b arranged, for example capacitive sensors, i. Sensors whose capacity is dependent on the relative position of a measuring body measured electrically. For example, has the measuring body
  • dielectric material located near or between electrodes of the capacitive sensor.
  • the end portion 208 at the free end of the rod 206 serves as the measuring body
  • the free end 208 made of a permanent magnetic material or carries a permanent magnetic material.
  • Fig. 1 shows schematically a holder 209, which is attached to the end of the end portion 202 and the sensors 207 carries and holds.
  • a first sensor 207a is positioned radially outward of the end portion 208 of the rod 206.
  • This sensor 207a is therefore designed to provide the relative Position of the end portion 208 and the sensor 207a in the radial direction to measure.
  • a further sensor (not shown) positioned radially outside the end region 208 is preferably provided, for example, with respect to the plane of the figure of FIG. 1 below or above the end region 208. With this sensor, therefore, the radial distance between the sensor and the end region 208 in another direction be measured.
  • further sensors may be disposed at other positions in the circumferential direction about the longitudinal axis and thus around the rod 206.
  • redundant information about the position of the end region 208 of the rod 206 in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the quill 200 or of the rod 206 can be obtained.
  • a second sensor 207b is arranged in the axial direction (relative to the longitudinal axis of the quill 200) at a distance from the end region 208. This sensor 207b therefore provides measurement signals that contain information about the relative position of the sensor 207b in the axial direction to the end portion 208 of the rod 206.
  • the arm shown in Fig. 1 may also be another arm of a coordinate measuring machine, e.g. around a so-called horizontal arm of a horizontal arm coordinate measuring machine.
  • the longitudinal axis of the arm extends approximately in the horizontal direction.
  • the deflection of the free end of the arm is dependent on the weight of the devices located at the free end. With the proposed arrangement, this bending can be measured during the operation of the CMM.
  • a rotating device 210 is coupled to the end portion 202 of the sleeve 200 and the arm.
  • Turning device 210 is attached to end portion 202 of arm 200.
  • the rotor 212 of the rotating device 210 shown schematically below in FIG. 1, is rotatably mounted.
  • a temperature-stable rod 216 is non-rotatably connected to the rotor 212 and extends in the longitudinal direction of the stator 21 1 in its interior to a region at the interface between the arm 200 and the rotating device 210
  • a plurality of sensors 217 a, 217 b is on the stator 21st 1, wherein the corresponding attachment or holder in Fig. 1 is not shown.
  • the end portion of the temperature stable rod 216 at the interface to the arm 200 is as Measuring body designed or carries at least one measuring body 218a, 218b. In the exemplary embodiment, these measuring bodies 218 are balls or cylinders which
  • the two sensors 217a, 217b which are shown in Fig. 1, are located at different axial positions with respect to the axis of rotation and are configured, the relative position of the respective
  • Measuring body and the sensor to measure in the radial direction Preferably, at least one further sensor is arranged at each axial position, but at a different position in the circumferential direction about the rotation axis, so that the radial distance between the sensor and the measuring body is in another, preferably perpendicular to the radial direction of the sensor 217a or 217b Direction, is measured.
  • additional, redundant sensors can be provided.
  • the measuring body is used at the respective axial position of the plurality of sensors at this axial position as an associated measuring body.
  • the senor is in each case arranged radially outside the measuring body, insofar as it is the measurement of a radial distance.
  • the sensor is also arranged, as in the sensors for measuring the radial distance at the end portion 202 of the arm and thus on the movable part of the arm 200.
  • the sensor and the measuring body can be interchanged at least in one of the pairs of sensor / measuring body.
  • at least one sensor can be arranged on the end region 208 of the rod 206 or on the interface-near end region of the rod 216 and a corresponding measuring body can be arranged approximately where the sensor is located in the exemplary embodiment of FIG.
  • further modifications may be made.
  • the temperature-stable rod 216 of the rotating device 210 can be replaced at least in its end region near the interface to the arm 200 by a hollow cylinder which forms the measuring body.
  • the sensors may be located in the interior of the hollow cylinder.
  • the axial position of the rotor by measuring the axial position of the end portion of the temperature-stable rod 216 are measured. For this purpose, for example, at a distance from the measuring body 218b in the axial direction, there is another sensor within the rotating device 210.
  • Fig. 2 shows an arm 220 of a CMM, in particular a quill.
  • This quill may be the quill 200 shown in FIG. 1, if at the lower end of the quill, not a rotary device as shown in FIG. 1, but the one shown in FIG.
  • the probe 221 is arranged.
  • the probe 221 carries at its lower end a stylus 222 with a spherical probe element 223.
  • the arm 220 is
  • Fig. 3 which is preferably disposed within the arm 220, but can also be arranged outside the arm, it is a variant of the already described with reference to FIG. 1 measuring system.
  • the temperature-stable, in the longitudinal direction of the arm 220 extending rod 226 is attached at its lower end to the lower end of the arm 220.
  • the rod 226 In its upper end region, the rod 226 carries two spherical measuring bodies 224, 225, which are arranged in the axial direction at a distance from one another.
  • the rod 226 extends with its upper end portion to the upper end of the arm 220, or even beyond. Thereby, a possible deformation of the arm 220 can be measured over its entire longitudinal extent.
  • the upper ball 224 is located in particular at the upper end of the rod 226.
  • an arrangement of sensors 227, 228, 229 is attached to the arm 220.
  • a first sensor 227 is directed toward the upper ball 224 in the axial direction to measure the relative position in the axial direction.
  • Second and third sensors 228a, 228b are radially aligned with upper ball 224, with sensors 228 oriented in different (eg, mutually perpendicular) directions to measure radial relative position in two different directions.
  • Fourth and fifth sensors 229a, 229b are also aligned in two mutually perpendicular radial directions, but on the lower ball 225, about two independent radial relative positions on another axial one To measure position. All sensors are shown in Fig. 3 only schematically by arrows representing the orientation of the respective sensor. Not to scale and thus schematically in Fig. 3, the representation of the length of the rod 226 and the arm 220. This length may be in relation to the width of the arm much larger than shown.
  • Fig. 4 shows similar to Fig. 3, but schematically for a general case, a measuring system with a plurality of sensors, namely in the embodiment five sensors, which in turn are shown schematically by arrows.
  • the direction of the arrow indicates the orientation of the sensor, d. H.
  • a relative position in particular a distance between the sensor and the measuring body, can be measured.
  • the sensors are designated by the reference symbols s1, s2, s3, s4, s5, and in the following equations the same reference symbols s1 ... s5 are also used for the respective measured values of the sensors.
  • Connection (not shown in Fig. 4, this may, for example, a rotatable connection or a fixed but due to forces and / or temperature changes
  • the information of a single sensor s1 for determining the axial relative position of the parts 1, 3 is sufficient to work together with
  • there is another sensor aligned in the axial direction wherein the two sensors aligned in the axial direction and spaced apart from one another in the axial direction are in this case preferably not arranged coaxially to any axis of rotation around which the two parts 1 , 3 can be rotated relative to each other.
  • a rotation axis is not available in all cases.
  • a rotation axis is not present in one arm of a coordinate measuring machine, in which the relative movement of two different axial regions of the arm to be measured with the measuring system.
  • Rotary axis can be rotated relative to each other.
  • sensors can directly measure the so-called axial runout error of an axis of rotation or torsion axis.
  • the sensors can be configured and operate in different ways.
  • three of the sensors s1... S3 are preferably aligned with a first measuring body K1, which is fastened to the second part 3 of the arrangement and is spherical in the exemplary embodiment.
  • the second part 3 carries an elongate element 4 (eg a cylindrical or other shaped rod) to which in turn the first measuring body K1 is attached at its free end.
  • an elongate element 4 eg a cylindrical or other shaped rod
  • a second measuring body K2 is arranged in the
  • Embodiment is in turn spherical. Alternatively to a single
  • the measuring body can be attached to the second part 3 via a plurality of different elements or be attached directly to the second part.
  • the fourth sensor s4 and the fifth sensor s5 are aligned.
  • the second sensor s2 and the third sensor s3 and the fourth sensor s4 and the fifth sensor s5 are aligned in the radial direction, perpendicular to the longitudinal axis of the elongated element 4.
  • the longitudinal axis A1 of the elongated element 4 (or alternatively a rotation axis about which the parts 1, 3 can be rotated relative to each other) coincides with the longitudinal axis A2 of the first part 1 or at least parallel to you go. In the embodiment shown in Fig. 4, this is not the case.
  • the two longitudinal axes A1, A2 are skewed or intersect.
  • the sensors s2 ... s5 are preferably aligned perpendicular to the longitudinal axis A2 of the first part 1.
  • All sensors are z. B. attached to a common carrier 2, which in turn is attached to the first part 1.
  • the sensors can also be arranged on different supports and / or regions of the first part 1.
  • more than the two measuring bodies K1, K2 shown in FIG. 4 may be present.
  • the first sensor s1 can be aligned with a different measuring body than the two sensors aligned in the radial direction s2, s3.
  • the two in the radial direction aligned sensors s2, s3 and / or s4, s5 may be aligned with different associated measuring body.
  • FIG. 4 a shows a variant of the arrangement shown in FIG. 4. It is provided in addition to the measuring system in Fig. 4, which allows the determination of the relative position of the rotatable parts in the radial position at different axial positions with respect to the axis of rotation, an additional measuring system which measures the rotational position of the two relatively rotatable parts 1, 3. For example, On the second part 3, a multiplicity of markings are arranged distributed around the longitudinal axis A1, so that a measuring body 9 is formed. Another sensor s6 detects the markings of the measuring body 9 when they enter a detection range of the sensor s6 or through this
  • the sensor detects s6 all markings of the measuring body 9.
  • the sensor s6 z. B. each generate a pulse signal when a mark enters the detection area or reaches or passes a certain point in the detection area.
  • the sensor s6 z. B. as also known per se increase a counter reading of an incremental counter by the value 1 when it detects a marker in its detection range.
  • Rotary position sensor for measuring the relative rotational position of the two parts 1, 3 are also possible.
  • a measuring system other than the measuring system implemented by the sensors s1 to s5 may also be present, which also allows the radial position of the two relatively movable parts 1, 3 to be detected and preferably at the axial position of the measuring system for measuring the To detect rotational position, at least to allow the determination of the radial relative position at the axial position of the rotational position measuring system.
  • the radial relative position can be determined at the axial position of the rotational position measuring system, since the measuring system measures the radial position at two different axial positions. In particular, not only the radial position in one direction, but the relative position of the parts 1, 3 in a plane transverse to the axis of rotation is determined.
  • the sensor detects this movement in a manner which leads to a measurement signal which apparently indicates a rotational movement in a direction about the axis of rotation.
  • the sensor can generate a measurement signal which apparently indicates a faster rotational movement about the axis of rotation.
  • rotational movement and translational motion can be fully or partially compensated so that the sensor apparently detects no or a changed (slowed or reversed) rotational movement.
  • the first measuring system which detects the translational position and / or translatory movement of the first and second parts relative to one another
  • a second measuring system which detects the rotational position of the first and second parts relative to one another. From measuring signals and / or measured values of the first measuring system derived therefrom, at least one measuring signal or measured value derived therefrom of the second measuring system is corrected. The correction is performed in such a way that portions of the translational motion to the
  • Measuring signals and / or measured values of the rotational position measuring system are reduced or eliminated.
  • FIG. 5 A variant of the arrangement according to FIG. 4 or FIG. 4 a is shown in FIG. 5.
  • the elongate element 4 with the measuring bodies K1, K2 disposed thereon is replaced by a cylindrical rod 14, which is arranged concentrically to the longitudinal axis A1 of the second part 3.
  • the end face at the free end of the cylindrical rod 14 forms a measuring surface for the first sensor s1.
  • the cylindrical outer surface of the rod 14 forms a measuring surface for the further sensors s2 ... s5.
  • the cylindrical rod 14 according to FIG. 5 does not have to be continuous in the axial direction Cylinder surface having a constant diameter. Rather, can be formed at the axial positions where, according to FIG. 4, the measuring body K1, K2, cylindrical portions of the rod, wherein the rod is otherwise shaped differently, for. B. has a smaller outer diameter.
  • the measuring signals of the sensors s1... S5 can be taken into account as follows in order to determine the relative position and / or orientation of the parts 1, 3 and / or to determine a change in the relative position and / or orientation of the parts 1, 3 and / or correct.
  • the sensors s2, s4 are aligned to measure the relative position with respect to the X-axis of the coordinate system, the sensors s3, s5 are oriented to be the relative position with respect to the perpendicular to the Y-axis
  • X axis of the coordinate system and the sensor s1 is aligned so that it is the relative position parallel or coaxial with the Z-axis of the
  • Coordinate system measures, with the Z-axis perpendicular to the Y-axis and to the X-axis. This coordinate system is thus a coordinate system which rests with respect to the second part 3. Conversely, this means that the first part 1 is movable relative to the coordinate system and this relative movement or the position and / or orientation relative to the coordinate system can be determined.
  • tan r x is the tangent of the angle of rotation about the x-axis.
  • d K iK2 is the distance of the sensors s2, s4 in the axial direction (Z direction), which is approximately equal to the distance of the first measuring body K1 from the second measuring body K2 in the case of
  • Embodiment of Figure 4 is, as long as the inclination of the two longitudinal axes A1, A2 relative to each other is small, z. B. is less than three degrees. Accordingly, the rotation angle around the Y axis can be calculated from Equation 2 as follows: s3 - s5
  • tan r y is the tangent of the angle of rotation about the y-axis.
  • d K iK2 is the distance of the sensors s3, s5, which in turn is approximately equal to the distance between the two measuring bodies K1, K2 and corresponding axial positions of the rod 14 according to FIG. 5, to which the sensors are directed.
  • V A , B, C is the position vector, which can also be used as a correction vector when the position of the part 3 relative to the part 1 changes.
  • the expression is for computing the X component of the vector.
  • the second line on the right side of Equation 3 is the
  • relatively movable parts 1, 3 are parts of a rotary device in which the parts can be rotated relative to each other about an axis of rotation, an example of a corresponding correction of the errors of the rotary device is described.
  • the error is, as mentioned above, in particular the wobble error, the
  • Runout error and / or concentricity error With the correction, the corrected position of a predefined location, eg. Example, the location of the ball center of a probe ball of a coordinate measuring machine, with which the CMM mechanically probes a workpiece for determining its coordinates, or the location of a touch point on the surface of a workpiece on which a CMM probes the workpiece to determine the coordinates.
  • the predefined location is described by a corresponding location vector, which is from the origin of a laboratory coordinate system to the predefined one Place runs.
  • the laboratory coordinate system is a coordinate system in which a base of the rotary device rests, that is, the rotary part of the rotary device is rotated relative to the base when rotational movement takes place about the rotation axis of the rotary device.
  • the non-rotatable part of the rotating device rests in the laboratory coordinate system, but in principle an elastic bending of the non-rotatable part is possible and can optionally be taken into account.
  • a mathematical model may be used which has at least one finite element (see above).
  • the result of the model is a corresponding vector that describes the bending in a coordinate system.
  • T P "1 denote the inverse matrix of the matrix T P , which denotes the inclination of the
  • Turning device in particular the inclination of the rotation axis of the rotating device, describes in the laboratory coordinate system.
  • T A "1 describes the inverse matrix of the matrix T A , which describes the position of the rotary device, in particular a reference point on the axis of rotation of the rotary device in the laboratory coordinate system D A stands for the matrix containing the correction values due to the errors of the rotary device.
  • D A stands for the matrix containing the correction values due to the errors of the rotary device.
  • This vector t is on a
  • This vector b A is z.
  • Equation 6 differs from Equation 5 by an additional term S u, i. the product of a matrix S and a vector u. This term S is added to the vector t from Equation 5.
  • the vector u is a displacement vector containing the
  • the matrix S is the
  • Transmission matrix of the probe which takes into account in particular the elastic and geometric properties of the probe and can be obtained by calibration of the probe. If, as in the second aspect of the present invention, at least one sensor / measuring body pair is used both for determining the position and / or orientation of a probe prior to probing a workpiece and for determining the displacement of the probe when touching the workpiece the weight of the button its position and / or orientation.
  • the influence of the weight is dependent on the rotational position of a rotary device for adjusting the orientation of the probe and / or dependent on a linear position of a linearly movable device for adjusting the position of the probe.
  • the influence of the weight by the already mentioned finite element model can be taken into account.
  • sensors for determining at least five degrees of freedom of movement of the stylus and the rotatable part of the rotating device relative to the non-rotatable part of the rotating device are therefore sensors for determining at least five degrees of freedom of movement of the stylus and the rotatable part of the rotating device relative to the non-rotatable part of the rotating device.
  • Fig. 6 shows schematically an axial longitudinal section through an arrangement with a first part 13 and a second part 1 1, which is movable relative to the first part 13.
  • the arrangement may be a rotary device in which the second part 11 is rotatably mounted relative to the first part 13 about a rotational axis R extending in the vertical direction in FIG.
  • Fig. 6 shows the measuring principle of a sensor comprising a magnet 15 which is fixed to the second part 1 1 and is preferably arranged rotationally symmetrical to the axis of rotation R.
  • This is z. B. the north pole at a higher axial position with respect to the axis R than the south pole.
  • the longitudinal axis of the magnet defined by the two opposite poles of the magnet is aligned parallel or preferably coaxially to the axis of rotation R.
  • the second part 1 1 also comprises an element 12
  • the element 12 is preferably shaped and arranged rotationally symmetrical to the axis of rotation R. It has at the one pole of the magnet 15 (here the north pole) on a disc-shaped region which extends in the radial direction to the axis of rotation R. On its outer circumference, a cylindrical portion extends coaxially with the axis of rotation R in the axial direction parallel to the longitudinal axis of the magnet 15 and thus in the direction of the axial position of the other magnetic pole (here South pole) of the magnet 15.
  • the one pole of the magnet 15 here the north pole
  • a cylindrical portion extends coaxially with the axis of rotation R in the axial direction parallel to the longitudinal axis of the magnet 15 and thus in the direction of the axial position of the other magnetic pole (here South pole) of the magnet 15.
  • At the end of the cylindrical region may optionally be present a further radially inner region of the element 12 (as shown in Fig. 6), so that the remaining annular gap between the radially inner region 16 and the magnet 15 is smaller,
  • this annular gap is at least one sensor 14, in the exemplary embodiment, two sensors 14a, 14b for measuring the radial position or relative position of the first part 13 and the second part 1 1.
  • the at least one sensor 14th is attached to the first part 13, z. B. over a parallel to the axis of rotation R extending carrier 17.
  • the two sensors 14a, 14b with respect to the rotation axis R opposite radial positions
  • sensors that provide redundant information about the relative position of the first part 13 and the second part 1 1, in a direction that runs in Fig. 6 in the plane of the figure in the horizontal direction.
  • Flux guide part eg made of ferrite, for example, the sensor may be a Hall sensor or a magneto-resistive sensor.
  • Fig. 7 shows a variant of the arrangement of Fig. 6, wherein the view is directed in the axial direction of the axis of rotation R of Fig. 6, and is directed to the underside of the magnet 15 and the element 12.
  • the annular gap between the radially inner region 16 and the magnet 15 there are, in addition to the two sensors 14a, 14b shown in FIG. 6, two further magnetic sensors 14c, 14d.
  • these other sensors 14c, 14d are viewed circumferentially around the rotation axis R at a different position so as to have the relative position of the first part 13 (not shown in FIG. 7) and the second part 11 in a different direction than the sensors 14a , 14b measure.
  • the direction in which the sensors 14a, 14b measure the relative position, designated by X, since it is z. B. may be the direction of the X-axis of a Cartesian coordinate system.
  • the perpendicular Y direction is the direction in which the sensors 14c, 14d measure. In Fig. 6, the X direction is from right to left.
  • FIG. 8 shows a variant of an arrangement for measuring the position of a first part 23 relative to a second part 21.
  • the figure shows a section through the arrangement transverse to a rotation axis R, around which the parts 21, 23 are rotatable relative to each other.
  • At the first part 21 are arranged from the perspective of the axis of rotation R in different, preferably mutually perpendicular radial directions magnets 25a, 25b.
  • the magnets 25 may alternatively be arranged at a greater distance from the rotation axis R, namely at a distance which is approximately equal to the distance of sensors 14 attached to the second part 21.
  • the sensors 14 are arranged on the first part 23, which are associated with the magnets 25a, 25b, ie the sensors 14 can in any case, when the magnets 25a, 25b are in their vicinity, their position in the radial direction, ie perpendicular to the Measure the rotation axis R.
  • the magnets 25a, 25b therefore perform the function of measuring bodies which are assigned to the sensors 14a to 14h.
  • These sensors 14 are distributed over the circumference of the first part 23 at equal angular intervals with respect to the axis of rotation R. With eight sensors 14, therefore, there is a sensor every 45 ° in the circumferential direction.
  • the sensors 14 and the magnets 25 are equidistant from the axis of rotation R, the sensors and magnets in the axial direction, that is offset from each other parallel to the axis R against each other, so that the rotational movement about the rotation axis R is possible.
  • FIG. 8 are an alternative realization of a sensor system to the measuring system, which is shown in FIGS. 4 and 5.
  • the sensors s2, s3 or the sensors s4, s5 can be replaced by their, s5 with the respective associated measuring body by the arrangement of FIG. 8.
  • Arrangements according to Fig. 8 are in this case at different axial positions with respect to the axis of rotation R.
  • z. B at least one sensor s1 be present, which measures the axial relative position of the mutually movable parts.
  • the arrangement shown in FIG. 8 can be modified, in particular in which the two magnets 25a, 25b are replaced by a respective sensor and accordingly the eight sensors are replaced by a respective magnet.
  • other sensors can be used as magnetic sensors, for. B. capacitive or inductive sensors with corresponding associated measuring bodies.
  • the number of sensors 14 can be varied. For example, only four sensors can be distributed over the circumference, or sixteen sensors.
  • the embodiment according to FIG. 8 makes it possible, in particular for certain rotational positions of the first part 23 relative to the second part 21, to measure the two radial positions. In these specific rotational positions, the magnets 25 are each located in the vicinity of one of the sensors 14, so that the measurement of the radial relative position succeeds with high accuracy.
  • the principle of the arrangement according to FIG. 8 can also be applied to an arrangement similar to that according to FIG. H. the sensors in a gap between a permanent magnet and another permanent magnet or in a gap between a permanent magnet and a magnetic flux guide element or in a gap between two magnetic flux guide elements
  • the signals of the plurality of sensors 14 according to FIG. 8 (or another number of several sensors) to be interrogated and thus detected cyclically or otherwise via a multiplexer.
  • the signals of the plurality of sensors 14 according to FIG. 8 or another number of several sensors
  • the signals of the plurality of sensors 14 according to FIG. 8 to be interrogated and thus detected cyclically or otherwise via a multiplexer.
  • the measurement signals of the sensors 14a, 14g would assume values that provide information about the radial relative position.
  • analog electrical signals of a sensor can be digitized by an analog / digital converter and then digitally, in particular by using a computer, can be processed.
  • Angle positions can be determined by means of the same sensors, which are also used to determine the error of the rotating device.
  • the sensors 14a, 14g deliver measurement signals that indicate the proximity of a magnet 25.
  • the left position is clearly determined from the signals of the sensors.
  • the exact position and orientation may then be determined by means of the sensors 14a, 14g (or at other angular positions or rotational positions by other sensors 14) and optionally by further sensors for determining the radial relative position at another axial position and optionally by at least one additional sensor for determination the axial position can be determined.
  • a further measuring system is preferably additionally used which is designed to determine the angular position or rotational position. Such systems are known in the art and will not be further described here.
  • Fig. 9 shows schematically the integration of an arrangement according to Fig. 4 in a turntable.
  • the rotatable part 33 of the turntable serves in particular to arrange a workpiece on the turntable 33.
  • the base of the turntable is connected to or formed by the non-rotatable part 31.
  • the part of the measuring system which carries the measuring body K1, K2, z. B. as in Fig. 4 on a rod 34, is fixed to the underside of the rotatable member 33 and is moved in a rotational movement of the rotatable member 33 with.
  • the rod 34 with the measuring bodies K1, K2 extends from top to bottom in the interior of the non-rotatable member 31st
  • the sensors s2, s3, s4, s5 are schematically indicated by arrows as in FIG. 4 and are fastened to the non-rotatable part 31.
  • another measuring system can also be integrated in the turntable with the parts 31, 33 which can be rotated relative to one another.
  • the sensors can rotate with the rotatable part 33 and the measuring bodies can be arranged on the non-rotatable part 31.
  • other measuring bodies than the spherical measuring bodies K1, K2 can be used.
  • the measuring system according to FIG. 8 can also be integrated in the turntable according to FIG. 9.
  • a measuring system is similarly integrated not in a turntable but in a turning device for rotating a probe of a CMM or for turning a tool of a machine tool. In this case is located also, as shown in Fig. 9, the measuring system within the one of the two mutually rotatable parts.
  • Fig. 10 shows a measuring system as in Fig. 6 and / or Fig. 7.
  • the same reference numerals as in Fig. 6 and Fig. 7 are used.
  • another measuring system e.g. as shown schematically in Fig. 4 and Fig. 5 are used. This also applies to the embodiments shown in the following figures.
  • the embodiment according to FIG. 10 has a rotatable part 41 which is firmly connected to the part 11 of the measuring system.
  • the sensors 14a, 14b of the measuring system are connected to a non-rotatable part 43, i. the rotatable part 41 can be rotated relative to the non-rotatable part 43 about the axis of rotation R, wherein the rotation also results in a different rotational position of the element 12 of the measuring system relative to the sensors 14.
  • these sensors 14 are not configured to detect the rotational position. But this would be e.g. when using a measuring system according to Fig. 8 of the case (see above).
  • the arrangement according to FIG. 10 permits the calibration of the measuring system, since the position of the rotatable part 41 and thus the parts of the measuring system connected to the part 41 can be changed in the radial direction relative to the axis of rotation R.
  • the rotatable part 41 via fastening means, in the exemplary embodiment screws 46a, 46b, attached to an intermediate part 45.
  • This intermediate part 45 is rotatable about the rotation axis R and mounted for this purpose via a pivot bearing 44 on the non-rotatable part 43.
  • the non-rotatable member 43 is rotatably coupled via a pivot bearing 44 to a first rotatable member 45 so that the first rotatable member and the fixed member 43 can rotate about an axis of rotation R relative to each other.
  • a second rotatable member 41 is fixedly but releasably connected so that the relative position of the first rotatable member 45 and the second rotatable member 41 is adjustable.
  • the second rotatable part 41 is fixed relative to the first rotatable part 45 in different relative positions in the radial direction (in particular by loosening and fixing again of Fixing agent, changing the relative position and fixing the fixative again).
  • measured values of the corresponding sensors or the sensor associated with this degree of freedom of movement are determined and information for calibration is obtained therefrom.
  • the relative position of the non-movable member 43 relative to the second movable member 41 changes due to errors (in particular, tumble errors)
  • Turning device can be determined using the obtained calibration information, in which relative position, the parts 41, 43 are located.
  • nonlinearities between the relative position and the sensor signal of the respective sensor are determined by the calibration.
  • Movement between a first and a second rotatable part be present, so that these two rotatable parts can be fixed in different relative positions with respect to the degree of freedom of movement.
  • the sensors can be calibrated in a special measuring arrangement, i. the sensors are then not in the turning device but in a reference turning device or other special setup for calibration. After the calibration values have been obtained, the sensors are inserted into the turning device and deliver during operation of the rotating device
  • Readings The same applies, e.g. even if the sensors are not in one
  • a non-parallel alignment of the two measuring systems or partial measuring systems is preferably also determined and / or corrected by calibration.
  • Rotational movement about the axis of rotation is preferably determined and / or corrected by calibration. Again, it is possible to determine the error of the entire measuring system or both measuring systems in a separate calibration arrangement.
  • the two measuring systems or partial measuring systems are firmly connected and in a reference turning device, which has a negligibly small or exactly known error of the rotational movement, operated, ie corresponding measured values of the sensors are recorded in different rotational positions of the reference rotary device.
  • the arrangement of the measuring systems or partial measuring systems is used in the rotating device in which the sensors are to deliver signals permanently during operation. This is the firm connection of the two
  • FIG. 11 shows two of the measuring systems according to FIG. 6 and FIG. 7, wherein the measuring systems can in turn be replaced by other measuring systems.
  • the special measuring systems can in turn be replaced by other measuring systems.
  • Embodiment is only a sensor for determining the radial
  • the fixed part 53 (the stator) is in the embodiment shown in the longitudinal section U-shaped and contains in its interior the lower measuring system and a connection 59 between the lower and the upper measuring system.
  • both measuring systems are rotated during a rotational movement of the rotatable part 51.
  • the stator 53 and the movable part 51 are in turn rotatably supported by a pivot bearing 44 to each other.
  • a motor 54 drives a rotational movement of a drive shaft 58 through which a drive wheel (e.g., a friction wheel or gear 57) is rotated, which is a corresponding one
  • Torque on the rotatable part 51 transmits.
  • a second sensor which is additionally present, for measuring a radial relative position of the rotatable part 51 and the stator 53 in a direction perpendicular to the first radial direction, in which the direction shown in FIG. 1 1 sensors 14a and 14b measure the radial relative position.
  • Fig. 12 shows an arrangement as in Fig. 1 1, but wherein the two measuring systems have been replaced by another measuring system, which corresponds to the embodiment described with reference to FIG.
  • a rod-shaped support 4 is fixed, which runs rotationally symmetrical to the rotation axis R from top to bottom in the interior of the stator 53.
  • the rod-shaped carrier 4 carries as a measuring body two spherical regions K1, K2 at an axial distance with respect to the axis of rotation R.
  • the sensors 64a, 64b, 69 are directed and two additional sensors for determining the radial distance in a different direction than the sensors 64a, 64b.
  • the sensor 69 for determining the axial distance of the stator 53 to the spherical measuring body K1 is supported by the lower base of the stator 53.
  • Connecting cable 63a of the sensor 69 is guided through the base of the stator 53 from top to bottom. Via the cable 63, the sensor signal of the sensor is fed to an evaluation device, not shown.
  • the two sensors 64a, 64b which are directed onto the first spherical measuring body K1 and the second spherical measuring body K2, respectively, are attached to a side wall (i.e.
  • a connecting cable 63b, 63c is guided through the side wall of the stator 53, wherein the cables 63 are likewise connected to the evaluation device.
  • the sensors 64, 69 are e.g. around optical sensors. Alternatively, it may be e.g. to act on capacitive sensors.
  • the measuring bodies K1, K2 are e.g. of electrically conductive material, e.g. Made of steel.
  • FIG. 13 shows a stator 53 and a rotor (rotatable part) 51 as in FIG. 11 and FIG. 12, which are likewise rotatably mounted via a rotary bearing 44.
  • the measuring systems from FIG. 11 or the measuring system from FIG. 12 is replaced by another measuring system.
  • From the rotor 51 projects a rod-shaped carrier 73 down into the cavity of the stator 53, wherein the rod-shaped carrier 73 is rotatably attached to the rotor 51 and is arranged coaxially to the rotation axis R.
  • the rod 73 carries in each case a disk 75a, 75b which, for example as shown in FIG.
  • the markings have a structure with a multiplicity of markings which are arranged at a distance from one another on the disk or on the disk , These spaced-apart markers can thus be referred to as a grid, in the case of line-shaped markings as a grating.
  • the markings of which some are designated by reference numeral 82 in FIG. 14, preferably run along a circular line, ie their distance from each other corresponds to the corresponding one Section of the circle between the marks.
  • the circular line extends around the rotation axis R. Similar to FIG. 7, the transverse and respectively perpendicular X and Y axes are also shown in FIG. 14, in the direction of which relative positions of the stator and of the rotor are to be determined.
  • the sensors 74a, 74b and 74c, 74d for measuring the radial relative position in the radial direction or diameter direction with respect to the rotation axis R are arranged opposite to each other, the arrangement of the sensors 74a, 74b, 74c, 74d, 74e, which in FIG. 14, designed differently.
  • the plan view of Fig. 14 shows that a total of five sensors 74 are distributed approximately uniformly over the circumference. Therefore, none of the sensors 74 in Fig. 14 is exactly opposite to another sensor with respect to the rotation axis R.
  • the sensors 74 of FIG. 13 and FIG. 14 are configured to detect not only the rotational position or change in the rotational position of the disc 75 with respect to the axis of rotation R, but also the radial position of the disc 75 relative to the sensors and thus Radial position of the rotor 51 relative to the stator 53. It is not absolutely necessary that the signals of the individual sensors are evaluated and from each a radial position with respect to the connecting line of the sensor to the rotation axis R is determined. Rather, from the totality of the signals from more than one of the sensors 74, the position of the disk 75 and thus of the rotor 51 can be determined within the plane defined by the disk, which is perpendicular to the axis of rotation R.
  • the effect is utilized that the distance between linear markings 82, which run in the radial direction and thus perpendicular to said circular line, increases with increasing distance to the rotation axis R or becomes smaller in the opposite direction. This also changes the measurement signal of the sensors 74, which simultaneously detect several markings.
  • the sensors 74 are again attached to the inside of the side wall of the stator 53. Suitable sensors are e.g. in EP 1 923 670 A1
  • Fig. 15 shows a variant of a partial measuring system for determining the axial
  • a magnetic sensor 89 is fixedly connected via a carrier 87 to a side wall of the stator 53. It is located in the region of the axis of rotation R, ie it is pierced by the imaginary axis of rotation R. Located at an axial distance above the sensor 89 is a first magnet 85b, which is fixedly arranged on the underside of the rotor 51 via a rod-shaped carrier 84.
  • a second magnet 85a is disposed below the sensor 89 at an axial distance and also attached to the stator 53 like the sensor 89. Due to the two magnets 85, a particularly strong magnetic field is generated at the location of the sensor 89, so that the local resolution in the measurement of the axial position is particularly high.
  • the lower magnet 85a is not mandatory.
  • the sensor may be directly attached to the lower part of the stator 53 and the lower magnet 85a of Fig. 15 omitted.
  • Measuring system for determining the radial position or radial positions of the rotor 51 is provided relative to the stator 53.
  • the additional measuring system is implemented, for example, as already described with reference to FIGS. 13 and 14.
  • a disc 75 with a plurality of spaced apart markers is rotatably mounted on a rod-shaped carrier 84 with respect to the rotor 51.
  • At least two sensors 74a, 74b for detecting the spaced apart marks on or on the disc 75 are fixedly connected to the side walls of the stator 53.
  • Sensors of the embodiment of FIG. 16 serve to determine three degrees of freedom of movement, wherein drum errors can not be detected.
  • the arrangement is therefore suitable for rotary devices in which wobble errors e.g. structurally limited are negligible.
  • the advantage of the arrangement according to Fig. 14 lies in the low height, i. in the slight extension along the axis of rotation R.
  • Fig. 17 shows a combination of the upper measuring system of the arrangement according to Fig. 13 with the lower measuring system of the arrangement according to Fig. 12.
  • the same reference numerals as in Fig. 12 and Fig. 13 have the same meaning in Fig. 17.
  • With the two sensors 74a , 74b and the disc 75 can be linearly independent radial
  • Relative positions of the rotor 51 and the stator 53 at a first axial position determine with respect to the axis of rotation R.
  • the sensor 64a and another sensor, not shown, which are aligned on the measuring body K1 which is arranged on the rod-shaped carrier 73 in the lower end region, two radial, mutually independent radial relative positions of the stator 53 and the rotor 51 at a determine the second axial position of the axis of rotation R.
  • Relative position of the ball K1 and the sensor 69, which is fixed to the stator 53 below, can be additionally determined.
  • FIG. 18 shows a further combination of two different measuring systems or partial measuring systems.
  • the stator 53, the pivot bearing 44, the rotor 51 together with the downwardly projecting rod-shaped support 73 and the upper part measuring system with the disk 75 are configured as in FIG. 17 or FIG. 13 and FIG. 14.
  • the lower, arranged at a different axial position of the axis of rotation R second part measuring system is designed differently than in Fig. 13 and Fig. 17. It has a cylindrical disc 95, on whose circumferentially extending outer edge, a first sensor 64a for determining the radial relative position between the cylinder plate 95 and the stator 53 is aligned. Furthermore, two in the axial direction, i.
  • extending level requires the information of at least two sensors 74, which are not opposite to each other with respect to the axis of rotation R.
  • FIG. 19 A particularly low-build embodiment, ie the extension along the axis of rotation R is particularly small, is shown in Fig. 19.
  • a measuring system is provided with a disk 75 arranged on the rod-shaped carrier 73 of the rotor 51 and carrying a multiplicity of markings.
  • the associated sensors 74 which measure the relative position of the disk 75 with respect to two independent radial relative positions, are disposed on one axial side (namely, at the top of FIG. 19) of the disk 75.
  • two sensors 94a, 94b are similar as in FIG. 18 arranged in the lower part measuring system. These sensors 94 are aligned parallel to the axis of rotation R. Again, these two sensors 94 allow the
  • the sensors 74 can also be used to determine the translatory movement or the translational position transversely to the direction of the
  • Rotary axis R can be used. In this case, the determination of the wobble error is also possible with the arrangement.
  • the sensors 94 can be dispensed with, and the rotation angle sensors 74 are also configured, the axial ones
  • FIG. 20 Shown is a stylus 122 for
  • the stylus 122 has at its free end on a Tastkugel 123 or another probe element. As indicated by two concentric circles, the stylus 122 is movably mounted (bearing 120) to be deflected from its rest position during scanning of the workpiece can. This deflection is measured as usual and the coordinates of the respective touched point on the surface of the workpiece are determined therefrom.
  • the stylus is combined with a sensor, which is shown schematically in Fig. 20 by two sensors s1, s2.
  • the sensors s1, s2 are rigidly connected (i.e., without the possibility of relevant relative movement) to the stylus 122, while the
  • a plurality of measuring bodies M1 to M5 on the support 1 15 and on the non-movable part is shown. This will be discussed in more detail.
  • This plurality of measuring bodies M1 to M5 is assigned to only one of the sensors, namely the sensor s1.
  • the other sensor s2 or optional other sensors associated measuring body are not shown in Fig. 20, since it is a
  • the stylus 122 In addition to the mobility due to the bearing 120, the stylus 122 together with the sensors (or measuring bodies) fixedly connected to it can be rotated about an axis of rotation R. This is done in particular for the purpose that before touching a point on a surface of the workpiece, the stylus 122 is to be aligned differently. Dashed lines show a different rotational position of the stylus and the sensors into which the stylus 122 has been brought by rotation about the axis of rotation R. It can be seen that thus also the bearing 120 has rotated. Subsequently, in this changed orientation of the stylus 122, a workpiece can be touched.
  • the rotation about the rotation axis R does not change the position or orientation of the non-movable part 15 of the assembly with the measuring bodies M1 to M5 attached thereto.
  • the rotation axis R preferably crosses a fixed point of the bearing 120.
  • the sensors and the associated measuring bodies of the arrangement are arranged according to the second aspect of the invention such that, on the one hand, the change in the orientation of the stylus 122 due to the rotation about the axis of rotation R (or the rotational position about the axis of rotation R) can be determined from the sensor signals, as well as the
  • the measuring bodies associated sensor may also occur in other cases in which only the relative position of first and second part of the arrangement to be measured, but no additional mobility of a stylus or another button.
  • the measuring bodies M1 to M5 may be magnets and the sensor S1 may be a magnetic sensor, e.g. a magnetoresistive sensor or a Hall sensor.
  • the measurement signal of the sensor s1 can be recorded continuously and / or repeatedly. From this it is possible to determine the angle of rotation covered with respect to the axis of rotation R or at least one component of the angle of rotation, since the measuring signal changes in a characteristic manner when moving the sensor s1 along the different measuring bodies M1 to M5, in particular the magnetic field at the location of the sensor s1 cyclically stronger and becomes weaker.
  • the sensor s1 When deflecting the stylus 122, the sensor s1 again moves relative to at least one associated measuring body, wherein the relative movement of the sensor s1 relative to the measuring body is generally different than during a rotational movement of the stylus 122 about the rotation axis R.
  • Fig. 20 is merely illustrative of the principle. Variants are therefore possible. For example, it need not be a stylus, but may be another button for mechanical probing a workpiece provided. Also, other possibilities of movement of the button may be given, for. B. only a linear
  • Movement capability or the button may have two or more rotational degrees of freedom of movement. An additional linear movement possibility can be given. These multiple degrees of freedom of movement may be partial or all be measurable with the measuring system, at least in partial areas of the total possible relative positions.
  • Fig. 21 shows an exploded view of an embodiment for the use of sensors for both the measurement of the deflection of a probe when probing a workpiece and for the determination of the position and / or
  • the probe also called measuring head
  • the probe and thus the probe may have different and / or additional degrees of freedom of movement, i. the probe can be moved in particular before touching a workpiece by the button according to the degrees of freedom of movement.
  • Coordinate measuring device or relative to another part of a coordinate measuring machine on which the probe is arranged This arm or part of the CMM may in turn be movable relative to a base of the CMM.
  • the probe may be attached to a quill of the CMM and be movable relative to the quill.
  • a probe 130 is e.g. via a support plate 141 (or via another fastening and support member) rotatably connected to a quill 142 (or with another turn movable part) of a CMM.
  • the support plate 141 by means of through holes 148a, 148b in the support plate 141 and by means of bores 149a, 149b in the sleeve 142 and fastening means not shown in detail (e.g.
  • Fixing screws may be fixed to the sleeve 142.
  • Carrier plate 141 and other fastening means not described in detail e.g.
  • the axis of rotation R extends in the horizontal direction. This direction may in particular run parallel to the X-axis of a Cartesian coordinate system or with this coordinate axis
  • the drive motor 135 may be e.g. be a stepper motor, which is controllable such that the probe 130 can be brought into certain predetermined rotational positions with respect to the axis of rotation R and relative to the support plate 141. However, to bring the probe 130 in these predetermined rotational positions, another drive can be used. In particular, the rotational movement of the
  • Probe be carried out manually. In this case, however, it is preferred that the respective set rotational position be adjusted by corresponding means (e.g.
  • Clamping device can be secured so that it remains in the rotational position, even if external forces act, e.g. when probing a workpiece 140 are transmitted to the rotary mechanism via the attached to the probe 130 button 132.
  • Fig. 21 shows the attached below the probe 130 button 132, which is designed as a pin-shaped probe with a designed as Tastkugel 133 probe element.
  • the button 132 can be removably attached to the probe 130.
  • the stylus 132 or other stylus is attached to the probe 130, the stylus 132 may be deflected from the neutral position shown by solid bars in FIG. 21, particularly when the workpiece 140 is being touched. The deflection is indicated by a small arrow pointing to the left, which is designated by the reference symbol s. Due to the deflection from the neutral position, the button performs a movement relative to the probe 130.
  • the pushbutton is connected to at least one sensor and / or one measuring body of a measuring system.
  • Embodiment five sensors s1 to s5 are connected to a rod 134 of the probe 130, wherein the rod 134 is fixedly connected to the button 132, so that upon deflection of the button 132 and the rod with the sensors is deflected from a neutral position.
  • the deflection of the button 132 corresponding position is with shown dashed lines. Due to the fixed connection of bar 134 and button 132 and the deflected from the neutral position position of the rod 134 is shown. For better visibility, however, are attached to the rod 134
  • the sensors are moved together with the rod 134 and the probe 130 not only on deflection of the probe 132 relative to the support plate 141, but also in a driven by the drive motor 135 or otherwise rotational movement of the probe 130th
  • two sensors s2, s3; s4, s5 arranged at the same distance from the axis of rotation R or in other words at the same axial position in the longitudinal direction of the rod 134. Furthermore, the sensors s1, s2; s3, s4 located at the same axial position, each designed to determine the position of another linear degree of freedom of movement. As shown in particular in the plan view of FIG. 24 for the sensors s4, s5, the sensors are at 90 ° with respect to the longitudinal axis of the rod 134
  • the associated measuring body M of the sensors s4, s5 are aligned at 90 ° to each other angled.
  • the sensors s1 to s5 are in each of the predetermined rotational positions according to the embodiment between two magnets of a magnetic pair and are configured to measure the magnetic field strength.
  • the magnetic field strength varies along an imaginary connecting line of the magnets of the magnetic field pair and can therefore be determined based on the magnetic field strength measured by the sensor, the position on the imaginary connecting line of the two magnets of the magnetic pair.
  • the sensors and magnet pairs may be designed so that the sensor has a
  • FIGS. 21 to 24 The magnets which are assigned to the sensors as measuring bodies are shown in FIGS. 21 to 24 respectively by the capital letter M, followed by the digit of the sensor (1 to 5) and in turn followed by the digit of the predetermined rotational position (in FIGS. 21 to 24 respectively by the capital letter M, followed by the digit of the sensor (1 to 5) and in turn followed by the digit of the predetermined rotational position (in FIGS. 21 to 24).
  • Embodiment 1 to 3 At three rotational positions and five sensors are Therefore, as shown in FIG. 22, fifteen pairs of magnets are provided.
  • the position of the rod 134 shown in FIG. 22 is the first predetermined rotational position, which also corresponds to the positions shown in FIGS. 21, 23 and 24.
  • At the second predetermined rotational position At the second predetermined rotational position
  • the longitudinal axis of the rod 134 in the plan view of FIG. 22 would be rotated by 45 ° about the axis of rotation R in the clockwise direction.
  • the longitudinal axis of the rod 134 In the third predetermined rotational position, the longitudinal axis of the rod 134 would run in a clockwise direction by 90 ° relative to the position shown about the axis of rotation R. Of course they are
  • Rotary positions over a larger angular range than 90 ° may be present. It is also possible that measuring body and sensors for at least a part of
  • Measuring body / sensor combinations are reversed.
  • the sensors could be attached to the support plate 141 and the gauges (e.g., magnet pairs) to the support rod 134.
  • the s1 is designed to measure the exact position of the rod 134 and thus of the probe 132 in the direction of the longitudinal axis of the rod in the predetermined rotational positions.
  • the fourth sensor s4 is able to be in the given position
  • the sensor s5 is able to measure in the predetermined rotational positions, the exact position with respect to a direction of movement, which also extends in the plane which intersects the longitudinal axis of the rod 134.
  • the plane extends in particular perpendicular to the longitudinal axis of the rod, if small deviations from this ideal course of the plane due to manufacturing tolerances and inaccurate reproduction of the predetermined rotational position is disregarded. Such deviations can be taken into account by calibration, eg. B. be corrected. Due to the measuring system with the measuring bodies M and the sensors s1 to s5 but just these deviations can be determined.
  • the sensors s2, s3 are able to determine the exact position of the rod 134 with respect to two further directions which are parallel to the directions with respect to which the sensors s4, s5 determine the exact position of the rod.
  • the measuring directions of the sensors s2, s3 are in a common plane which intersects the longitudinal axis of the rod 134 at another axial position of the rod and runs parallel to the plane of the measuring directions of the sensors s4, s5.
  • the sensors s1 to s5 are therefore able to determine the exact position of the rod 134 and thus of the probe 132 with respect to five degrees of freedom of movement.
  • the remaining sixth degree of freedom of the movement (the button 132 with respect to the sleeve 142) can be neglected or does not change during operation of the coordinate measuring machine.
  • the exact position of the probe and thus in particular the center of the probe ball 133 of the probe relative to the quill or relative be determined to another reference point.
  • the sensors In the side view of FIG. 23, for the sake of simplicity of illustration, only one of the sensors, namely sensor s4, can be seen.
  • the probe 130 with the rod 134 is in the first predetermined rotational position, which is also shown in Fig. 22. Therefore, the sensor s4 is disposed between the magnets M4a and M4b.
  • FIG. 24 shows two dashed lines running in the plane of the figure from top to bottom, which mark the edges of the area in which a sensor lies between the two
  • Magnet pairs M41, M51 can be moved through. Further, the distance of the magnet pairs is chosen so large that the sensors s1 to s5 on deflection of the probe 132 (as shown in Fig. 21) do not abut on one of the magnets.
  • FIGS. 25 and 26 show a variant of that shown in FIGS. 21 to 24
  • Embodiment Like reference numerals designate the same or functionally identical elements. There are the following differences of the embodiments: In a through hole 147 of the support plate 141 is a bearing 145, which allows a rotational movement of the drive shaft 136 of the drive motor 135, ie the drive shaft 136 rotatably supports.
  • the bearing 145 is designed so that run-out errors and concentricity errors are negligibly small.
  • rolling bearings Eg ball bearings or cylindrical or conical bearing elements containing bearing
  • Probe 130 from the support plate 141 or from another with the quill 142 firmly connected part are measured.
  • this distance measurement should be performed in a direction which is approximately parallel to the axis of rotation at the greatest possible distance from the axis of rotation R.
  • Fig. 25 and Fig. 26 is schematically indicated by a circle with an inclined arrow and another arrow extending in the distance measuring direction that a corresponding distance sensor is provided.
  • the distance sensor may be a capacitive sensor.
  • other sensor types or measuring systems come into question.
  • Tumbling motion also changes the position of the stylus ball 133 of the stylus in a direction parallel to the axis of rotation R.
  • FIG. 26 shows that a movement of the stylus ball 133 in the same direction parallel to the axis of rotation R can also take place when a workpiece 150 is engaged.
  • a circular, enlarged area can be seen that the Tastkugel 133 is no longer in the neutral position due to the presence of the workpiece 150, but was deflected by the amount s.
  • Deflection can in turn be measured by the distance measurement between the rod 134 and the carrier plate 141.
  • FIGS. 25 and 26 also show that a reference point P can be selected, for example, at the lower end of quill 142. It is indicated that for this point P a Cartesian coordinate system X, Y, Z can be defined, the X-axis being parallel to the axis of rotation R and the longitudinal axis of the rod 134 being parallel to the Z-axis.
  • the probe and the associated rod 134 of the probe 130 are rotatably mounted at a point L, at which the longitudinal axis of the rod 134 intersects with the axis of rotation R, to the deflection of the probe when the workpiece 150 to enable.
  • An axis perpendicular to the plane of the figure through this point L runs parallel to the Y direction of the Cartesian coordinate system at point P.
  • Embodiments as shown in FIG. 25 and FIG. 26 are valid.
  • the correction is based on the following assumptions:
  • the axis of rotation has negligible axial and concentricity errors.
  • the axis of rotation can be fixed in its rotational position after a rotational movement, e.g. be clamped, or has a design due to a self-locking (for example, by the drive motor).
  • This storage at point L can e.g. can be achieved via a spring parallelogram, as is the case with conventional probes.
  • the measured value u changes starting with the touch of the workpiece by the probe element of the probe, and continuously with increasing deflection of the probe from its neutral position. It is known that By calibration for different deflections of the probe from its neutral position, a transfer function or a transfer matrix can be determined which, when a workpiece to be measured is touched, allows the measured value u to calculate the coordinates of the touched point on the workpiece surface.
  • the transfer function is referred to below as f K (u).
  • positions or measured values u in the X-direction can occur in a corresponding manner and can also in this case a transfer function or transmission matrix can be determined by calibration.
  • this function contains in particular a correction on account of the deformation of the probe head and its components occurring when the workpiece is being touched.
  • the probe is movable relative to the reference point P and, in particular in the embodiment of FIGS. 25 and 26, is rotatable about the axis of rotation R.
  • the calibration must therefore be appropriate
  • P is the location vector of the reference point which can be set to zero when the reference point is at the origin of the considered coordinate system
  • t is the vector leading from the reference point P to the probe element, in particular to the center of the probe ball 133
  • f K (FIG. u) the mentioned transfer function
  • a first measurement signal u T i results (as shown, for example, in FIG. 25).
  • This measurement signal or the corresponding measured value which is related to the X-axis, can be considered as the neutral position of the calibration.
  • the parameters for the correction function and at the same time the vector t can be determined without further rotation of the probe head.
  • a transfer function f K for other rotational positions of the probe can in each case the difference of the measured value u then measured to the corresponding measured value u T i in the other allowable rotational positions of the probe
  • Neutral position can be used.
  • Measured value u to the measured value u T i in the neutral position is another parameter of the calibration available, which under the assumptions made above the
  • the vector t can be related to the wobble point, ie to the point on the rotation axis R, which does not change due to a wobbling motion. In the case of FIGS. 25 and 26, this is the center of the pivot bearing 145.
  • Rotary movement to another rotational position of the probe is due to the wobbling movement in general results in another measured value u and thus another
  • the wobble error may be due to its own
  • u - u T is the difference of the measured value from the measured value for the neutral position.
  • the wobble angle r y can be used to determine a corresponding rotation matrix in equation (5) given above, where d denotes the distance of the wobble point from the bearing point L (see FIG. 25).
  • the rotation matrix has been referred to above as D A.
  • the correction function p: p P + c A + D A (t A + f K (u - u T i))
  • the rotation matrix D A for the correction of the wobble error acts on the sum of the vector t A and the calibration function f K with respect to a difference of the respective measurement signal or measured value to the measured value of the neutral position in the first rotational position.
  • the corresponding shift of the bearing point L can be additionally taken into account in the equation.
  • Embodiment of the rod 134) can determine. This concept can be transferred to other applications.
  • the sensors and / or measuring bodies need not be used both for the exact determination of the carrier or the parts connected thereto and for the determination of a displacement of a probe when a workpiece is being probed.
  • the sensors and / or measuring bodies need not be used both for the exact determination of the carrier or the parts connected thereto and for the determination of a displacement of a probe when a workpiece is being probed.
  • a rotatable holder or support of a workpiece may have discrete, predetermined rotational positions and may be the exact one
  • Rotational position e.g. may vary due to the load of the rotating device through the workpiece or which may vary due to other influences, with the aid of
  • Measuring system to be measured and corrected.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks und/oder zum Bearbeiten des Werkstücks, wobei die Anordnung einen ersten Teil (1) und einen relativ zu dem ersten Teil (1) beweglichen zweiten Teil (3) aufweist, wobei die relative Beweglichkeit der Teile (1, 3) zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters gegeben ist, die bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist, wobei an dem ersten oder zweiten (3) Teil ein Messkörper (K1, K2) angeordnet ist und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten oder ersten (1) Teil, zumindest ein Sensor (s1...s5) angeordnet ist, wobei der Sensor (s1...s5) ausgestaltet ist, ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers (K1, K2) und damit entsprechend der relativen Position des ersten (1) und zweiten (3) Teils zu erzeugen.

Description

Korrektur und/oder Vermeidung von Fehlern bei der Messung von Koordinaten eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft die Korrektur und/oder Vermeidung von Fehlern bei der Messung von Koordinaten eines Werkstücks. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung.
Koordinaten eines Werkstücks können in unterschiedlicher weise angegeben und gemessen werden. Die Koordinaten sind z.B. auf ein Bezugssystem bezogen, etwa das so genannte Laborsystem oder das auf das Werkstück oder eine Werkstückhalterung bezogene Koordinatensystem. Es ist z.B. aber auch möglich, dass Abmessungen des Werkstücks erfasst und angegeben werden, die auf zumindest zwei Bezugspunkte des Werkstücks bezogen sind, z.B. eine Länge, eine Breite oder ein Durchmesser. Zur Bestimmung der Koordinaten sind Koordinatenmessgerate (im Folgenden auch kurz: KMG) bzw. die Benutzer der Koordinatenmessgerate darauf angewiesen, die Position und vielfach auch die Ausrichtung eines Tasters zum Abtasten des Werkstücks und auch die Position und Ausrichtung des Werkstücks selbst zu kennen oder zumindest eine etwaige Veränderung der Position und Ausrichtung zu kennen. Eine Veränderung der Position und Ausrichtung kann insbesondere dann auftreten, wenn Werkstück und Taster relativ zueinander bewegt werden, um weitere Messungen der Koordinaten vornehmen zu können. Sind daher verschiedene Teile einer Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks relativ zueinander beweglich, können entsprechende Bewegungen zu Fehlern bei der Messung der Koordinaten des Werkstücks führen. Beispiele für solche relativen Bewegungen sind Drehbewegungen einer Drehvorrichtung (dies ist Gegenstand eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung), Bewegungen beim Einstellen der Position und/oder der Ausrichtung eines Tasters oder Tastkopfes (der eine Sensorik aufweist) zum Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Koordinatenbestimmung (dies ist Gegenstand eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung) und die mechanische Verbiegung aufgrund mechanischer Kräfte und/oder die thermische Ausdehnung oder thermische Kontraktion des Materials einer Anordnung zur Koordinatenmessung oder einer Werkzeugmaschine (dies ist Gegenstand eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung). All diese Beweglichkeiten sind zusätzlich zu der Bewegung eines optional vorhandenen Tasters gegeben, die der Taster während der Messung der Koordinaten eines Werkstücks durch mechanisches Abtasten (d.h. während der Taster das Werkstück kontaktiert) ausführt. Bekannt sind insbesondere derartige Taster, die beim mechanischen Abtasten des Werkstücks aufgrund der zwischen Werkstück und Taster wirkenden mechanischen Kräfte aus einer Neutralstellung ausgelenkt werden, wobei die Auslenkung zum Zweck der Bestimmung der Koordinaten des Berührungspunktes ermittelt und ausgewertet wird. Die zusätzlichen Beweglichkeiten führen daher zu Fehlern bei der Koordinatenmessung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung sowie Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen Fehler bei der Messung von Koordinaten eines Werkstücks korrigiert und/oder vermieden werden können.
Es wird eine Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks und/oder zum Bearbeiten des Werkstücks vorgeschlagen, wobei die Anordnung einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teil aufweist, wobei die relative Beweglichkeit der Teile zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters gegeben ist, die bei einem
mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist, wobei an dem ersten oder zweiten Teil ein Messkörper angeordnet ist und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten oder ersten Teil, zumindest ein Sensor angeordnet ist, wobei der Sensor ausgestaltet ist, ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers und damit entsprechend der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu erzeugen.
Bei dem zumindest einen Sensor und bei dem zumindest einen dem Sensor
zugeordneten Messkörper handelt es sich um permanent an der Anordnung vorhandene Elemente. Im Gegensatz zu Messsystemen, die zum Zweck der einmaligen oder wiederholten Kalibrierung an einer Anordnung angeordnet werden, können daher Messwerte während des laufenden Betriebes der Anordnung, insbesondere während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine, gewonnen werden und können Abweichungen von einer idealen und/oder vorgegebenen Bewegung der Teile und/oder eine unerwünschte Bewegung während des Betriebes der Anordnung ermittelt werden. Folglich ist es möglich, dass die Konstruktion der Anordnung vereinfacht wird und somit größere Abweichungen von der idealen oder vorgegebenen Bewegung vorkommen bzw. größere Bewegungen vorkommen als erwünscht. Die Messung dieser Bewegungen oder Abweichungen kann bei dem Betrieb, insbesondere der Messung der Koordinaten des Werkstücks berücksichtigt werden. Eine Möglichkeit der
Berücksichtigung ist die rechnerische Korrektur der Bewegung, insbesondere mittels eines mathematischen Modells. Vorzugsweise werden Messwerte des zumindest einen Sensors wiederholt erfasst und berücksichtigt.
Gemäß einem entsprechenden Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung werden ein erster Teil der Anordnung und ein zweiter Teil der Anordnung bereitgestellt und werden der erste und zweite Teil beweglich relativ zueinander ausgestaltet. Dabei ist/wird die relative Bewegung der Teile zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters ermöglicht, die bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist. An dem ersten oder zweiten Teil wird ein Messkörper angeordnet und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten oder ersten Teil, wird zumindest ein Sensor angeordnet. Der Sensor ist ausgestaltet, beim Betrieb der Anordnung ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers und damit entsprechend der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu erzeugen.
Gemäß einem entsprechenden Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung werden ein erster Teil der Anordnung und ein zweiter Teil der Anordnung relativ zueinander bewegt, wobei die relative Bewegung der Teile zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters ermöglicht wird, die bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist. An dem ersten oder zweiten Teil wird ein Messkörper angeordnet und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten oder ersten Teil, wird zumindest ein Sensor angeordnet, wobei der Sensor ausgestaltet ist, beim Betrieb der Anordnung ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers und damit entsprechend der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu erzeugen.
Insbesondere kann der Taster an einem Messkopf oder Tastkopf angeordnet sein, der die Beweglichkeit des Tasters ermöglicht und insbesondere auch die Auslenkung durch zumindest einen Sensor erfasst. Bei dem Sensor kann es sich z.B. um einen magnetoresistiven Sensor, einen Hallsensor, der gemäß dem elektro-magnetischen Halleffekt funktioniert, einen optischen Sensor, einen Sensor, der gemäß dem piezo-elektrischen Effekt funktioniert, einen kapazitiven Sensor, einen zur Abstands- und/oder Relativpositionsmessung ausgestalteten
Wirbelstromsensor oder um einen Sensor handeln, der gemäß zumindest einer der genannten Funktionsweisen und/oder zumindest einer nicht genannten Funktionsweise arbeitet. Insbesondere magnetoresistive Sensoren und Hallsensoren können auch zu mehreren auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein, z. B. einem Mikroträger, ähnlich einem Mikrochip. Jeder der Sensoren auf dem gemeinsamen Träger erfasst dann insbesondere einen anderen Freiheitsgrad der Bewegung. Zum Beispiel mit zwei solchen Trägern, die jeweils drei Sensoren zur Erfassung von drei linear voneinander
unabhängigen Freiheitsgraden tragen und die an verschiedenen axialen Positionen angeordnet sind, können sämtliche Freiheitsgrade der Bewegung erfasst werden. Durch die mehreren Sensoren an einem Träger kann auch die Richtung eines am Ort des Trägers herrschenden Magnetfeldes gemessen werden. Optische Sensoren erfassen z.B. eine von mehreren Markierungen, die an dem Messkörper ausgebildet ist, wenn sich die Markierung aus Sicht des Sensors vorbeibewegt. Bei einer anderen Art optischer
Sensoren wird z.B. eine Laser-Triangulation durchgeführt und/oder wie bei einem
Interferometer ein Vergleich mit einem Vergleichslichtstrahl durchgeführt, der nicht von dem Messkörper beeinflusst wird. Bei einer weiteren Art optischer Sensoren werden auf den Messkörper projizierte Muster erfasst.
Der Messkörper wird insbesondere entsprechend dem Messprinzip des Sensors ausgestaltet. Z.B. kann der Messkörper ein permanentmagnetisches Material aufweisen, um gemäß dem Halleffekt oder dem magnetoresistiven Messprinzip messen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann der Messkörper (z.B. ein Zylinder oder ein kugelförmiger Messkörper) eine elektrische leitende Oberfläche für einen kapazitiven oder induktiven Sensor und/oder eine spiegelnde Oberfläche zur Reflektion von Messstrahlung für einen optischen Sensor aufweisen. Eine spiegelnde oder teilweise reflektierende Oberfläche kann z. B. an einem zylinderförmigen, kegelförmigen oder torusförmigen Messkörper ausgebildet sein. In jedem Fall erzeugt der Sensor ein Messsignal, das eine Information über die Position des Messkörpers und damit über die relative Position des ersten und zweiten Teils enthält. Bei manchen Messprinzipien, wie z.B. bei einer Gitterscheibe als Messkörper, die eine Mehrzahl von strichförmigen Markierungen in der Art eines Strichgitters trägt, kann ein einzelnes Messsignal des Sensors noch nicht ausreichend sein, um die Information über die Position oder relative Position auswerten zu können. Z.B. kann zusätzlich ein Zählerstand erforderlich sein, der der Anzahl der bereits vorher erfassten Markierungen entspricht, und/oder eine Ausgangsposition des ersten und zweiten Teils. Wenn eine Mehrzahl von zumindest drei Drehpositionssensoren um die Drehachse einer Drehvorrichtung verteilt angeordnet ist und jeweils von den einzelnen Drehpositionssensoren eine Drehposition der beiden relativ zueinander drehbaren Teile der Drehvorrichtung erfasst wird, können die von den Drehpositionssensoren gelieferten Messsignale dazu genutzt werden, eine translatorische Bewegung (d.h. eine Bewegung der beiden relativ zueinander drehbaren Teile in einer Richtung quer zur Drehachse) zu ermitteln und/oder zu berücksichtigen. Hierauf wird noch näher eingegangen. In demselben Fall oder auch bei Messsystemen mit anderen Sensoren kann eine
Kalibrierung der durch den Messkörper und den Sensor gebildeten Sensoranordnung erforderlich sein, um beim Betrieb der Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks die Position des Messkörpers und/oder die relative Position des ersten und zweiten Teils ermitteln zu können. Bevorzugt wird daher, die Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks bezüglich der Bestimmung der Position des Messkörpers und/oder der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu kalibrieren, d.h.
Messsignale des Sensors entsprechenden Werten der Position oder relativen Position zuzuordnen. Dabei werden z.B. Vergleichsmessungen durchgeführt und/oder hinsichtlich ihrer Abmessungen und Form sowie Position relativ zu der Anordnung exakt bekannte Kalibriernormale verwendet.
Formfehler, d.h. eine Abweichung eines Messkörpers von einer idealen oder
vorgegebenen Form (z.B. Kugelform oder Zylinderform), können durch Kalibrierung bestimmt und berücksichtigt werden, insbesondere rechnerisch korrigiert werden. Ferner können die Sensoren kalibriert werden, z.B. aufgrund von Nichtlinearitäten der Beziehung zwischen den Messsignalen des Sensors und der von dem Sensor erfassten Messgröße.
Wenn mehr als ein Sensor und/oder mehr als ein Messkörper vorgesehen ist bzw.
vorgesehen wird, um die Position des ersten oder zweiten Teils zu ermitteln und insbesondere die relative Position des ersten und zweiten Teils zu ermitteln, gilt für die Merkmale der Sensoren und/oder der Messkörper insbesondere das gleiche wie bereits erwähnt. Mehrere Sensoren können entweder an dem ersten Teil oder dem zweiten Teil angeordnet sein/werden. Alternativ oder zusätzlich kann sowohl an dem ersten Teil als auch an dem zweiten Teil, das relativ zu dem ersten Teil beweglich ist, jeweils zumindest ein Sensor angeordnet werden/sein. Entsprechendes gilt für mehrere Messkörper.
Mehrere Sensoren können zumindest einen Messkörper an dem anderen Teil gemeinsam zur Signalerzeugung nutzen. Es ist jedoch auch möglich, dass jedem von mehreren Sensoren ein separater Messkörper zugeordnet ist. Ferner ist es möglich, dass ein Sensorbauteil mehr als einen Sensor aufweist. Z.B. kann ein solches Sensorbauteil daher Informationen der relativen Position des ersten und zweiten Teils bezüglich mehr als einem Freiheitsgrad der Bewegung liefern.
Tragende Teile der Anordnung, die zumindest einen Sensor und/oder einen Messkörper tragen, sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten beziehungsweise Kontraktionskoeffizienten aufweist. Ferner wird es bevorzugt, dass solche tragenden Teile gegen Formveränderung steif ausgeführt sind. Dies gilt auch für eine Anordnung von mehreren tragenden Teilen. Daher führen äußere Kräfte und Temperaturunterschiede zu keinem oder einem vernachlässigbar kleinen Fehler. Weist die Anordnung eine Basis auf, an der direkt oder indirekt alle anderen Teile oder die meisten Teile der Anordnung abgestützt sind, z. B. eine
Grundplatte, ist vorzugsweise zumindest ein Teil der Sensoren und/oder Messkörper entweder unmittelbar oder über ein derartiges tragendes Teil mit der Basis verbunden. Es werden noch Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen ein tragendes Teil stabförmig ist. In diesem Fall ist ein Ende des Stabes vorzugsweise an der Basis befestigt. Im Fall einer Drehvorrichtung ist ein Teil der Sensorik (das heißt des zumindest einen Sensor- /Messkörperpaars), z. B. ein Sensor an dem feststehenden Teil der Drehvorrichtung angeordnet. Der entsprechende, zugeordnete Teil der Sensorik, zum Beispiel ein zugeordneter Messkörper, ist vorzugsweise unmittelbar an dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung befestigt.
Die Erfindung erlaubt es, z.B. bei Drehvorrichtungen (erster Aspekts der vorliegenden Erfindung), die lediglich diskrete Drehstellungen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil oder umgekehrt ermöglichen, die tatsächliche Drehposition zu ermitteln bzw. einen entsprechenden Korrekturwert zu ermitteln, der einer Abweichung der tatsächlichen Drehposition von der erwarteten diskreten Drehposition entspricht. Wie noch näher ausgeführt werden wird, ermöglicht es die Erfindung aber sogar, eine Drehvorrichtung mit mechanischen Mitteln zur Einstellung diskreter Drehstellungen (z.B. mit einer so genannten Hirth-Verzahnung) durch eine Drehvorrichtung zu ersetzen, bei der solche mechanischen Mittel nicht mehr vorhanden sind. Dennoch kann/können durch eine entsprechende Steuerung der Drehvorrichtung ein oder mehrere vorgegebene
Drehpositionen wiederholt eingestellt werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der Steuerung kann sogar erreicht werden, dass die Drehposition exakt reproduziert werden kann. Hierzu kann die Steuerung auf die Messsignale des zumindest einen Sensors zurückgreifen, d.h. Messsignale oder daraus erhaltene Informationen oder Signale werden der Steuerung zugeführt, die die Drehbewegung steuert und insbesondere zumindest eine Antriebsvorrichtung (z. B. Motor) der Drehvorrichtung steuert. Wenn z.B. nicht lediglich diskrete Drehstellungen einstellbar sind, jedoch die Steuerung eine exakte Reproduktion der Drehposition nicht ermöglicht, erlaubt es die Erfindung, die tatsächliche Drehposition zu ermitteln bzw. den oben erwähnten entsprechenden Korrekturwert zu ermitteln. Eine Einstellung beliebiger Drehpositionen innerhalb eines kontinuierlichen Bereichs ist z.B. bei Verwendung eines Schrittmotors, der die Drehbewegung antreibt, nicht möglich. Auch die exakte Reproduktion von bestimmten Drehpositionen ist mit einem solchen Schrittmotor nicht möglich, da die einstellbaren Drehpositionen von äußeren Umständen abhängen können. Auch kann die für den Antrieb eingesetzte Antriebsmechanik (z.B. mit Zahnrädern für die Übertragung von Drehmomenten)
Veränderungen der einstellbaren Drehpositionen bewirken.
In einem allgemeineren Fall ist für den ersten Teil und den zweiten Teil zumindest eine Relativposition vorgegeben, die beim Betrieb der Anordnung einzustellen ist, wobei eine Auswertungseinrichtung vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, unter Verwendung von Messsignalen des Sensors oder der Sensoren der Anordnung festzustellen, in welcher Relativposition sich der erste Teil und der zweite Teil tatsächlich befinden, wenn die vorgegebene Relativposition eingestellt wurde. Diese Anordnung kann insbesondere auch bei einer Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt vorgesehen sein.
Für jede vorgegebene Relativposition kann ein Bereich von Relativpositionen existieren, innerhalb von dem die vorgegebene Relativposition variieren kann, d.h. die Relativposition ist nicht exakt gemäß der Vorgabe eingestellt. Dabei können diese Variationsbereiche von Relativpositionen für die vorgegebenen Relativpositionen insbesondere so weit auseinander liegen, dass sie eindeutig einer der vorgegebenen Relativpositionen zugeordnet sind. Z. B. können die Variationsbereiche bezüglich eines Freiheitsgrades der Bewegung durch Bereiche getrennt sein, durch die sich die Teile zwar z. B. hindurch bewegen können, aber in denen sie nicht zum Stillstand kommen. Insbesondere kann für jede von einer Mehrzahl vorgegebener Relativpositionen des ersten und zweiten Teils
• zumindest ein (individueller, der Relativposition) zugeordneter Sensor vorgesehen sein, d.h. z. B. bei drei vorgegebenen Relativpositionen sind zwei zusätzliche Sensoren, also drei Sensoren vorhanden. Der Messkörper, der dem zusätzlichen Sensor zugeordnet ist, wird jedoch auch für die Messung der Relativposition in anderen Relativpositionen genutzt. Der Messkörper ist daher derart an einem der beiden Teile angeordnet, dass er bei der Relativbewegung der beiden Teile in eine Position gelangt, in der er gemeinsam mit dem zumindest einen zugeordneten Sensor die Messung der Relativposition erlaubt.
• oder zumindest ein (individueller, der Relativposition) zugeordneter Messkörper (oder ein Paar oder Gruppe von Messkörpern) vorgesehen sein, d.h. z. B. bei drei vorgegebenen Relativpositionen sind zwei zusätzliche Messkörper (oder Paare oder Gruppen von Messkörpern), also drei Messkörper (oder Paare oder Gruppen von Messkörpern) vorhanden. Der Sensor, der dem/den zusätzlichen
Messkörper(n) zugeordnet ist, wird jedoch auch für die Messung der
Relativposition in anderen Relativpositionen genutzt. Der Sensor ist daher derart an einem der beiden Teile angeordnet, dass er bei der Relativbewegung der beiden Teile in eine Position gelangt, in der er gemeinsam mit dem zumindest einen zugeordneten Messkörper die Messung der Relativposition erlaubt.
Insbesondere kann für zumindest eine der vorgegebenen Relativpositionen eine Mehrzahl von zugeordneten Sensoren (oder Mehrzahl von zugeordneten Messkörpern) vorhanden sein, die es jeweils erlauben, gemeinsam mit dem Messkörper (oder Sensor) die
Relativposition bezüglich eines (von mehreren verschiedenen) Freiheitsgrades der Bewegung zu messen. Z. B. sind für eine der vorgegebenen Relativpositionen zwei zugeordnete Sensoren vorhanden, die verschiedene Freiheitsgrade der Bewegung messen.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung (zweiter Aspekts der vorliegenden
Erfindung) besteht darin, dass die tatsächlich eingestellte Position und/oder Ausrichtung eines Tasters zum mechanischen Abtasten eines Werkstücks vor dem eigentlichen Abtastvorgang ermittelt werden kann und/oder entsprechende Korrekturinformationen ermittelt werden können, um eine von einer Vorgabe abweichende Position und/oder Ausrichtung bezüglich ihrer Auswirkung auf den oder die ermittelten
Koordinatenmesswerte zu korrigieren oder zu berücksichtigen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung (dritter Aspekts der vorliegenden
Erfindung) besteht darin, dass bei unbeabsichtigten Bewegungen des ersten und zweiten Teils relativ zueinander, insbesondere aufgrund von mechanischen Kräften und/oder aufgrund thermischer Ausdehnung oder Kontraktion, die unbeabsichtigte, unerwünschte Bewegung bezüglich ihrer Auswirkung auf die relative Position des ersten und zweiten Teils und damit - im Fall eines KMG - auf den Fehler oder das Ergebnis der
Koordinatenmessung ermittelt werden kann. Wie auch bei den anderen Aspekten ist einerseits eine Korrektur möglich und/oder andererseits das Messsignal des zumindest einen Sensors unmittelbar bei der Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks zu berücksichtigen. Im Fall einer Werkzeugmaschine wird die Genauigkeit bei der
Bearbeitung eines Werkstücks bei geringem Aufwand für die Konstruktion des Armes erhöht.
Wenn gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine Drehvorrichtung vorhanden ist und/oder gemäß dem zweiten Aspekt eine Bewegungseinrichtung zum Einstellen der Position und/oder Ausrichtung des Tasters vorhanden ist, kann sich aufgrund der sich ändernden Gewichtskräfte durch eine Bewegung relativ zu dem Gravitationsfeld der Erde (oder auch aufgrund anderer äußerer Einflüsse, wie Bodenschwingungen) eine elastische Verbiegung der Drehvorrichtung bzw. der Bewegungseinrichtung ändern. Insbesondere kann sich die Verbiegung einstellen. Es wird bevorzugt, dass eine solche Änderung der Verbiegung berücksichtigt wird. Insbesondere kann somit zwischen dem
ausrichtungsunabhängigen und dem ausrichtungsabhängigen Fehler unterschieden werden. Zur Korrektur dieser elastischen Verformung kann insbesondere ein
mathematisches Modell verwendet werden, das wenigstens ein finites Element aufweist. Ein solches mathematisches Modell ist bereits in der DE 100 06 753 A1 zur Korrektur der elastischen Verbiegung von Dreh-Schwenkeinrichtungen beschrieben worden. Dieselbe Korrektur ist auch in der entsprechenden englischsprachigen Veröffentlichung in der US 2001/0025427 A1 beschrieben. Wie in Absatz 56 dieser englischsprachigen Druckschrift beschrieben und wie in Fig. 9 dieser Veröffentlichung dargestellt ist, lässt sich ein finites Element mathematisch so behandeln, als ob im Zentrum eines solchen finiten Elementes nur ein Kraftvektor und ein Momentenvektor angreifen würden, wobei der Kraftvektor und der Momentenvektor durch die äußere Belastung, also die Gewichtskräfte und ggf. weitere äußere Kräfte erzeugt werden. Dieses Modell setzt voraus, dass das elastische Zentrum des finiten Elements mit seiner Lage und seiner Orientierung im Raum, sowie mit seinen elastischen Parametern die elastischen Eigenschaften der verformten Bauteile (hier des langgestreckten Elements) enthält. Außerdem muss die Verformung linear abhängig von den Belastungen sein und proportional zu den im elastischen Zentrum wirkenden Kräften und Momenten. Es muss weiterhin das Superpositionsprinzip gelten. Das finite Element reagiert auf den Kraftvektor und den Momentenvektor mit einem Verformungskorrekturvektor, der sich aus einem Translationsvektor und einem
Rotationsvektor zusammensetzt. Der entsprechende Verformungskorrekturvektor ergibt sich aus Gleichung 7 der Druckschrift.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sind der erste Teil und der zweite Teil Teile einer Drehvorrichtung, die eine Drehbeweglichkeit um zumindest eine Drehachse aufweist, wobei der erste Teil und der zweite Teil aufgrund der Drehbeweglichkeit der Drehvorrichtung relativ zueinander drehbeweglich sind und wobei der erste oder der zweite Teil ausgestaltet ist, entweder das Werkstück oder eine
Koordinatenmesseinrichtung, z. B. den Taster oder Tastkopf, zu halten, um eine Drehung des Werkstücks oder der Koordinatenmesseinrichtung zu ermöglichen. Der erste Aspekt betrifft daher auch Drehvorrichtungen, die Drehbeweglichkeiten um zwei Drehachsen (z. B. so genanntes Dreh-/Schwenkgelenk mit zwei zueinander senkrecht verlaufenden Drehachsen) oder um mehr als zwei Drehachsen aufweisen.
Bei einer ersten Ausführungsform ist der erste oder der zweite Teil ausgestaltet, das Werkstück zu halten. Der andere Teil ist insbesondere ausgestaltet, an einer Basis der Anordnung befestigt zu werden und/oder auf einer Basis positioniert zu werden, so dass dieser Teil relativ zu der Basis unbeweglich ist und das Werkstück mit dem anderen Teil relativ zu der Basis gedreht werden kann. Z.B. kann es sich bei dem ersten und zweiten Teil um Teile eines so genannten Drehtischs handeln, auf oder an dem das Werkstück angeordnet wird, um in verschiedene Drehstellungen gebracht werden zu können und in den verschiedenen Drehstellungen seine Koordinaten zu messen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist der erste oder der zweite Teil ausgestaltet, eine Koordinatenmesseinrichtung zu halten. In diesem Fall ermöglichen der erste und zweite Teil durch eine Relativbewegung eine Drehung der Koordinatenmesseinrichtung. Bekannt sind z.B. so genannte Dreh-/Schwenkgelenke, die eine Drehbeweglichkeit bezüglich zweier quer und insbesondere senkrecht zueinander verlaufender Drehachsen ermöglichen. Es sind jedoch auch Drehvorrichtungen bekannt, die lediglich eine
Drehbeweglichkeit bezüglich einer einzigen Drehachse ermöglichen oder Drehungen um mehr als zwei Drehachsen ermöglichen.
Bei beiden Ausführungsformen sind folgende Ausgestaltungen möglich:
Der Messkörper ist als zusätzlicher, nicht für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlicher Materialbereich des ersten oder zweiten Teils ausgestaltet und/oder der Sensor ist an einem zusätzlichen, nicht für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlichen Materialbereich des zweiten oder ersten Teils angeordnet.
Erforderliche Materialbereiche für die Drehfunktion der Drehvorrichtung sind insbesondere Drehlager, Materialbereiche, die die Drehlager halten oder abstützen, sowie die für die stabile Drehbewegung erforderlichen Materialbereiche, wie z.B. eine Welle oder ein sonstiger Rotor, dessen Drehbewegung von den Drehlagern gelagert wird. Außerdem gehört zu den für die Drehfunktion erforderlichen Materialbereichen ein in vielen Fällen vorhandener Materialbereich, der ausgestaltet ist, das Werkstück oder den Taster zu tragen und/oder zu halten, so dass das Werkstück oder der Taster bei einer
Drehbewegung des drehbeweglichen Teils gedreht wird. Dieser Materialbereich nimmt das Werkstück oder den Taster bei der Drehbewegung des drehbeweglichen Teils mit. Ferner gehört zu den für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlichen
Materialbereichen ein etwaiger Materialbereich, der ausgestaltet ist, die Drehvorrichtung mit anderen Teilen der Anordnung zu verbinden. Z.B. wird ein Dreh-/Schwenkgelenk typischerweise mit einem Arm (z.B. einer Pinole) eines Koordinatenmessgeräts verbunden, um den wiederum an dem Dreh-/Schwenkgelenk angebrachten Taster relativ zu dem Arm verschwenken und drehen zu können. Bei einem Drehtisch ist typischerweise ein Materialbereich ausgestaltet, den Drehtisch auf eine Basis der Anordnung stellen und/oder daran befestigen zu können.
Dagegen kann ein zusätzlicher, nicht für die Drehfunktion der Drehvorrichtung
erforderlicher Materialbereich z.B. eine Kugeloberfläche oder den Teil einer
Kugeloberfläche, eine zylindrische Außenoberfläche und/oder eine Kreisfläche bilden, wobei die gebildete Fläche vom Sensor bezüglich ihrer Position relativ zu dem Sensor erfasst wird. Bevorzugt wird, dass der zusätzliche Materialbereich zumindest über einen vorgegebenen Winkelbereich von Drehwinkeln der Drehbewegung um die Drehachse rotationssymmetrisch zu der Drehachse geformt und angeordnet ist, wie es z. B. bei einer halbkreisförmigen Scheibe bezüglich des Kreismittelpunktes der Fall ist. Bei
Drehbewegungen in dem vorgegebenen Drehwinkelbereich kann der Sensor daher jeweils einen Teilbereich der Oberfläche des Messkörpers erfassen bzw. von dem Messkörper entsprechend der relativen Position des genannten Teilbereichs der
Oberfläche beeinflusst werden, so dass das von dem Sensor erzeugte Messsignal dem Abstand zwischen dem Sensor und dem Teilbereich der Oberfläche entspricht. Die rotationssymmetrische Ausgestaltung der Messkörper-Oberfläche führt dazu, dass dem Sensor im Idealfall, wenn der Messkörper ohne Fehler rotationssymmetrisch zu der Drehachse geformt und angeordnet ist und wenn die Drehbewegung bezüglich der Drehachse ohne Fehler (z.B. Taumelfehler, Planlauffehler, Rundlauffehler) ausgeführt wird, immer das gleiche Messsignal oder immer die gleiche Folge von Messsignalen (z.B. bei Messkörpern mit Strichgittern (siehe oben) erzeugt wird. Abweichungen von dem Idealfall der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des zusätzlichen Materialbereichs, die aber nicht auf einen Fehler der Drehachse zurückzuführen sind, können durch
Kalibrierung berücksichtigt werden, so dass eine entsprechende Korrektur bei der Auswertung der Messsignale des Sensors möglich ist, und/oder können so klein gehalten werden, dass die Abweichungen der Drehbewegung von der idealen Drehbewegung wesentlich größere Änderungen des Messsignals bewirken als die Abweichungen des Messkörpers von der ideal rotationssymmetrischen Ausgestaltung. Z.B. kann eine Kugel oder ein Zylinder als Messkörper so präzise rotationssymmetrisch hergestellt und bezüglich der Drehachse justiert und/oder kalibriert werden, dass der Fehler für die Zwecke der Bestimmung der Drehbewegungsfehler gering ist.
Z. B. kann der zusätzliche Materialbereich ein langgestreckter Materialbereich sein, der sich in Richtung der Drehachse erstreckt und insbesondere rotationssymmetrisch (das heißt, z. B. zylindrisch) zu der Drehachse geformt und angeordnet ist.
Der folgenden Ausgestaltung liegt insbesondere eine Ausführungsform der
Drehvorrichtung zugrunde, bei der eine stabförmige Welle der Drehvorrichtung für die Drehfunktion erforderlich ist. Insbesondere kann der Messkörper einen größeren Abstand von der Drehachse der Drehvorrichtung aufweisen als ein benachbarter, für die
Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlicher Materialbereich des ersten oder zweiten Teils und/oder der zusätzliche Materialbereich, an dem der Sensor angeordnet ist, kann einen größeren Abstand von der Drehachse der Drehvorrichtung aufweisen als ein benachbarter, für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlicher Bereich des zweiten oder ersten Teils.
Bei dieser Ausgestaltung ist also ein zusätzlicher Materialbereich, der den Messkörper bildet oder an dem der Sensor angeordnet ist, in größerem Abstand von der Drehachse angeordnet als der benachbarte, für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderliche Bereich. Der zusätzliche Materialbereich wird durch eine Drehbewegung der
Drehvorrichtung relativ zu dem anderen Teil der Drehvorrichtung gedreht. Aufgrund des größeren Abstandes von der Drehachse wirken sich Fehler der Drehbewegung (d.h. Abweichungen von einer idealen Drehbewegung um eine Drehachse) stärker auf das Messsignal des Sensors aus, weil in dem größeren Abstand von der Drehachse größere Schwankungen der Relativposition von Messkörper und Sensor erzeugt werden als bei kleineren Abständen. Es können daher kleinere Fehler der Drehbewegung erfasst werden und/oder kostengünstigere Sensoren mit relativ zum jeweiligen Signal größeren
Signalschwankungen verwendet werden.
Im Hinblick auf eine besonders stabile, fehlerunanfällige Gestaltung der Drehvorrichtung wird eine andere Bauweise der Drehvorrichtung bevorzugt als den Überlegungen in den beiden vorangegangenen Absätzen zugrunde lag: Zumindest eines der beiden gegeneinander drehbaren Teile der Drehvorrichtung weist eine hohlzylinderförmige Form auf - oder hat einen Bereich mit dieser Form. An einem stirnseitigen, axialen Ende des hohizylinderformigen Bereiches kann sich insbesondere ein Drehlager befinden, über das der andere Teil der Drehvorrichtung drehbar gelagert ist. Der andere Teil kann beliebig gestaltet sein, z.B. kreisscheibenförmig. Im Innern des Hohlzylinders, in dem sich keine für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlichen Teile befinden müssen, ist nun Platz für das Messsystem. Auf konkrete Ausführungsbeispiele wird noch in der
Beschreibung der Figuren eingegangen.
Insbesondere kann der bereits erwähnte Messkörper ein erster Messkörper sein, der an einer ersten axialen Position angeordnet ist, wobei an dem ersten oder zweiten Teil an einer zweiten, von der ersten axialen Position beabstandeten axialen Position ein zweiter Messkörper angeordnet ist. Der Sensor oder zumindest ein zweiter Sensor ist in diesem Fall ausgestaltet, ein Messsignal entsprechend einer Position des zweiten Messkörpers und damit der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu erzeugen. Die axiale Position kann eine axiale Position bezüglich der Drehachse sein oder bezüglich einer anderen Achse bzw. Richtung, die sich quer oder windschief zur der Drehachse erstreckt.
Die Messung an verschiedenen axialen Positionen erlaubt es zum Beispiel, Taumelfehler aufgrund einer Abweichung der Ausrichtung von drehbaren und/oder
rotationssymmetrischen Teilen der Drehvorrichtung von der erwarteten oder erwünschten Drehachse zu messen. Bei einer Taumelbewegung rotiert daher zumindest ein Teil oder Teilbereich der Drehvorrichtung um die ideale Drehachse, wobei der Teil oder Teilbereich nicht wie erwartet bzw. nicht wie im Idealfall während der Drehbewegung
rotationssymmetrisch zu der erwarteten bzw. idealen Drehachse rotiert. Z.B. bewegt sich die Symmetrieachse einer zylinderstabförmigen Welle bei einer Taumelbewegung auf einer gedachten Kegeloberfläche eines Kegels, der rotationssymmetrisch zu der idealen Drehachse ausgerichtet ist. Bei zusätzlichen Abweichungen von der idealen
Drehbewegung können dieser Taumelbewegung weitere Bewegungen überlagert sein. Selbstverständlich können außer einem Taumelfehler weitere Fehler auftreten, so dass die Symmetrieachse in der Praxis auch andere Bewegungen ausführen kann. Z.B. kann zu dem Taumelfehler ein Rundlauffehler hinzukommen, so dass der Taumelbewegung eine elliptische oder nicht zur Drehachse konzentrische kreisförmige Bewegung überlagert ist.
Bei der Messung an den zwei verschiedenen axialen Positionen ist z.B. an jeder der zwei axialen Positionen eine Anordnung mit zumindest zwei Sensoren vorhanden, die jeweils die Relativposition des Sensors und des Messkörpers in verschiedenen, vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden Richtungen messen, wobei die Richtungen z. B.
senkrecht zur Drehachse ausgerichtet sein können.
Vorzugsweise ist zusätzlich zumindest ein Sensor-/ Messkörperpaar (dabei kann z. B. derselbe Messkörper mit einem anderen Sensor zusammenwirken) vorgesehen, das ausgestaltet ist, Veränderungen der axialen Position zwischen Messkörper und Sensor zu messen. Wenn zwei solche zusätzlichen Sensor-/Messkörperpaare an verschiedenen axialen Positionen angeordnet sind, können folglich die entsprechenden zwei
Freiheitsgrade der Bewegung erfasst werden und z. B. aus den insgesamt vorliegenden Informationen der Taumelfehler oder andere Fehler bestimmt werden. Dabei muss nicht für jedes der Paare ein separater Messkörper vorhanden sein. Vielmehr kann derselbe Messkörper z. B. von zwei Sensoren, mehreren Sensoren oder allen Sensoren genutzt werden.
Für viele Anwendungen reicht ein zusätzliches Sensor-/Messkörperpaar zur Bestimmung des Freiheitsgrades in axialer Richtung aus, z.B. wenn aufgrund einer Luftlagerung eine axiale Relativbewegung der Teile insgesamt mit hoher Genauigkeit ausgeschlossen ist, aber z. B. Kippbewegungen relativ zur Drehachse oder Planlauffehler erfasst werden sollen.
Es wird bevorzugt, dass Messkörper und/oder Sensoren, die sich an den verschiedenen axialen Positionen befinden, über ein sich in der axialen Richtung erstreckendes Element miteinander verbunden sind. Das Element kann aufgrund seiner axialen Länge mechanische Schwingungen ausführen. Es wird daher bevorzugt, dass zusätzlich eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung mechanischer Schwingungen des Elements vorgesehen ist. Diese Dämpfungseinrichtung ist vorzugsweise in zumindest einem Bereich etwa in der Mitte der axialen Erstreckung des Elements angeordnet. Als
Dämpfungseinrichtungen kommen insbesondere Einrichtungen in Frage, bei denen die Dämpfung aufgrund der Viskosität eines Fluids bewirkt wird. Besonders bevorzugt wird aber eine Dämpfungseinrichtung, bei der Bewegungen des Elements Wirbelströme erzeugen, sodass aufgrund der Wirbelströme die Relativbewegung gebremst wird und damit die erwünschte Dämpfungswirkung der Schwingungen eintritt. Z. B. ist ein erstes Teil der Wirbelstromdämpfungseinrichtung an dem Element befestigt. Dieses erste Teil kann sich z. B. ausgehend von dem Element in radialer Richtung, d. h. quer zur axialen Richtung, erstrecken. An dem relativ zu dem Element beweglichen Teil der Anordnung befindet sich etwa an gleicher axialer Position ein zweiter Teil der
Wirbelstromdämpfungseinrichtung. Dabei sind der erste und der zweite Teil der
Wirbelstromdämpfungseinrichtung derart relativ zueinander angeordnet, dass
Bewegungen des Elements quer zur axialen Richtung zu einer Relativbewegung des ersten und des zweiten Teils der Wirbelstromdämpfungseinrichtung führen. Bei dieser Relativbewegung werden die Wirbelströme erzeugt und, wie oben erwähnt, die
Dämpfungswirkung erzielt. Auswirkungen von Schwingungen des Elements können alternativ oder zusätzlich durch Anwendung eines Tiefpassfilters auf die zeitliche Folge von wiederholt erfassten Messwerten der Sensoren reduziert oder eliminiert werden. Insbesondere kann der oben genannte Sensor ein erster Sensor sein, der an einer ersten Position in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse angeordnet ist, wobei an dem ersten oder zweiten Teil an einer zweiten, von der ersten Position beabstandeten Position in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse ein zweiter Sensor angeordnet ist, wobei auch der zweite Sensor ausgestaltet ist, ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers oder eines zweiten Messkörpers und damit der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu erzeugen.
Eine solche Anordnung mit zwei Sensoren, die an verschiedenen Positionen in
Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse angeordnet sind, wurde bereits zuvor in Kombination mit der Taumelfehlerbestimmung erwähnt. Die in Umfangsrichtung verteilten Sensoren müssen jedoch nicht der Bestimmung der axialen Fehler dienen, d.h. müssen nicht Änderungen der Relativposition in axialer Richtung messen. Vielmehr können sie bei entsprechender Ausgestaltung der Sensoren (z. B. als Drehwinkelsensoren) und auch des zumindest einen Messkörpers (z. B. mit einer Mehrzahl von Markierungen, die um die Drehachse verteilt sind) dazu ausgestaltet sein, die Drehposition einer Drehvorrichtung und/oder die translatorische Relativposition zweier relativ zueinander drehbeweglicher Teile zu bestimmen und/oder zu berücksichtigen. Ein geeigneter Messkörper ist z.B. die bereits erwähnte Gitterscheibe, bei der Markierungen auf der Scheibe, die von den Sensoren bei einer Vorbeibewegung erfasst werden, in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse auf der Scheibe verteilt sind. Statt einer Scheibe kann daher auch ein Ring verwendet werden, der die Markierungen trägt. Z.B. sind die Markierungen in radialer Richtung verlaufende strichförmige Markierungen, so dass von einem in Umfangsrichtung verlaufenden Strichgitter gesprochen werden kann. Auf ein konkretes Ausführungsbeispiel wird noch näher eingegangen.
Zu der oben bereits erwähnten Berücksichtigung der translatorischen Bewegung von Teilen einer Drehvorrichtung, die relativ zueinander drehbeweglich sind, wird ein
Verfahren vorgeschlagen, wobei Drehpositionen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil und/oder Drehpositionen des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil mit einer Mehrzahl von Sensoren erfasst werden, die um die Drehachse herum verteilt angeordnet sind, und jeweils ein der erfassten Drehposition entsprechendes Messsignal erzeugt wird, sodass redundante Informationen über die Drehpositionen des ersten Teils und zweiten Teils relativ zueinander vorliegen. Die redundanten Informationen über die
Drehposition(en) werden derart ausgewertet, dass Effekte einer translatorischen Bewegung des ersten und des zweiten Teils relativ zueinander korrigiert werden, wobei die translatorische Bewegung quer zur Erstreckung der Drehachse verläuft.
Die redundanten Informationen sind bezüglich der Erfassung der Drehposition redundant. Sie enthalten aber auch Informationen über die translatorische Bewegung quer zur Drehachse der Drehvorrichtung.
Eine Ausgestaltung einer entsprechenden Anordnung weist insbesondere auf:
• eine Mehrzahl der Sensoren, die um die Drehachse herum verteilt angeordnet sind und ausgestaltet sind, jeweils die Drehposition des ersten und zweiten Teils relativ zueinander zu erfassen und ein entsprechendes Messsignal zu erzeugen, wobei insbesondere die Sensoren- in axialer Richtung der Drehachse - an derselben Seite des Messkörpers oder an der axialen Position des Messkörpers angeordnet sind,
• eine Auswertungseinrichtung, die mit den Sensoren zum Empfang von
Messsignalen der Sensoren verbunden ist und die ausgestaltet ist, von den Sensoren erfasste Drehpositionen des ersten und zweiten Teils relativ zueinander derart auszuwerten, dass Effekte einer translatorischen Bewegung des ersten und des zweiten Teils relativ zueinander korrigiert werden, wobei die translatorische Bewegung quer zur Erstreckung der Drehachse verläuft.
Insbesondere ist es mit der Anordnung möglich, nicht nur die translatorische Bewegung des ersten und zweiten Teils relativ zueinander zu berücksichtigen und insbesondere zu korrigieren, sondern außerdem durch Auswertung der Messsignale zumindest eines der Sensoren auch die Drehposition des ersten und zweiten Teils relativ zueinander zu ermitteln. Für das Messsystem der Anordnung wird daher nur wenig Platz benötigt.
Außerdem kann zumindest ein Sensor vorgesehen sein, der ausgestaltet ist, einen Abstand des Messkörpers von dem anderen Teil in axialer Richtung der Drehachse oder durch Beobachtung des Messkörpers eine axiale Relativposition des ersten Teils und des zweiten Teils zu erfassen.
Durch die Information über den axialen Abstand oder die axiale Relativposition können weitere Freiheitsgrade der Bewegung der Drehvorrichtung berücksichtigt werden und die entsprechenden Fehler (d.h. Abweichungen der Bewegung von einer idealen
Drehbewegung) ermittelt und/oder korrigiert werden. Insbesondere wenn zwei der Abstandssensoren oder Sensoren zur Bestimmung der axialen Relativposition vorhanden sind, die auf unterschiedliche Bereiche des Messkörpers ausgerichtet sind, kann unter weiterer Berücksichtigung der Messsignale der Drehpositionssensoren (d.h. mit der Information über die Drehposition und die translatorische Position quer zur Drehachse), insbesondere der Taumelfehler der Drehvorrichtung, ermittelt werden. Da derselbe Messkörper dazu dient, von den Drehwinkelsensoren zur Erfassung der Drehposition beobachtet zu werden, und dazu dient, von dem zumindest einen Abstandssensor oder Sensor zur Bestimmung der axialen Position beobachtet zu werden, ist die Ausgestaltung des Messsystems der Anordnung besonders platzsparend. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich die Drehpositionssensoren und der zumindest eine Abstandssensor oder Sensor zur Bestimmung der axialen Position auf derselben Seite (betrachtet in axialer Richtung) des Messkörpers befinden. Bei dem Messkörper kann es sich insbesondere um einen scheibenförmigen Messkörper handeln, z.B. einen kreisscheibenförmigen
Messkörper oder ringförmigen Messkörper, der vorzugsweise bezüglich der Drehachse rotationssymmetrisch ausgestaltet und angeordnet ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist anstelle des oder zumindest eines der
Abstandssensoren oder Sensoren zur Bestimmung der axialen Relativposition zumindest einer der Drehwinkelsensoren in axialer Richtung von dem Messkörper beabstandet und ausgestaltet, mit seinen Messsignalen nicht nur die Information über die Drehposition zu liefern, sondern auch eine Information über den axialen Abstand zwischen dem Sensor und dem Messkörper. Dieser zumindest eine Drehwinkelsensor ersetzt somit den zuvor erwähnten zusätzlichen Sensor. Vorzugsweise sind alle der zusätzlichen Sensoren, die den axialen Abstand oder die axiale Relativposition erfassen, durch zumindest zwei der Drehwinkelsensoren ersetzt. Dadurch werden Kosten für zusätzliche Sensoren sowie weiterer Platz eingespart.
Z.B. sind die Drehwinkelsensoren wie an sich bekannt ausgestaltet, im Verlauf einer Drehbewegung der Drehvorrichtung ein periodisches Signal zu erzeugen, wobei die Periodendauer der zeitlichen Folge von Markierungen entspricht, die in den
Beobachtungsbereich bzw. Erfassungsbereich des Sensors gelangen oder durch ihn hindurchtreten. Insbesondere können sich auch mehrere Markierungen gleichzeitig in dem Erfassungsbereich befinden. In diesem Fall entspricht die Periodendauer des Messsignals der zeitlichen Abfolge der in den Erfassungsbereich hineintretenden oder aus dem Erfassungsbereich heraustretenden Markierungen an dem Messkörper. Typischerweise ist ein solches periodisches Messsignal sinusförmig. Anstelle der zeitlichen Periodendauer des Messsignals kann das periodische Messsignal auch so interpretiert werden, dass die Periode einem Abstand der aufeinander folgenden, in Umfangsrichtung um die Drehachse verteilten Markierungen entspricht.
Üblicherweise wird die Periode bzw. Periodendauer zur Bestimmung der Drehposition oder Drehgeschwindigkeit genutzt. Es ist jedoch auch möglich, nicht nur die Periode des Messsignals, sondern auch die Intensität des Messsignals auszuwerten. Bei optischen Sensoren erfassen die Sensoren als primäre Messgröße eine Strahlungsintensität von elektromagnetischer Strahlung (z. B. sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung), die von dem Messkörper reflektiert wird oder durch den Messkörper hindurchtritt. Dabei hängt die erfasste Strahlungsintensität von der Drehposition ab. Insbesondere ist es bekannt, dass in bestimmten Drehpositionen die Markierungen an dem Messkörper die gemessene Strahlungsintensität auf nahezu Null reduzieren und in anderen Drehpositionen die gemessene Strahlungsintensität maximal werden lassen und auf diese Weise das periodische Messsignal erzeugen. Entsprechende Effekte können aber auch mit magnetischen Markierungen und Magnetsensoren erzielt werden. In beiden Fällen kann beobachtet werden, dass die Amplitude des während einer Drehbewegung erzeugten periodischen Messsignals vom Abstand des Sensors zu dem Messkörper in axialer Richtung abhängt. Daher lässt sich aus der Amplitude des periodischen Messsignals oder auch aus der Intensität des Messsignals z. B. an Drehpositionen mit maximaler Intensität der Abstand zwischen Sensor und Messkörper erkennen, d.h. der Abstand kann aus der Amplitude oder Intensität des Messsignals bestimmt werden. Die Bestimmung der axialen Relativposition oder des axialen Abstandes erfolgt wie auch bei der Bestimmung der Drehposition selbstverständlich nicht durch den Sensor selbst, sondern durch eine entsprechende Auswertungseinrichtung. Dabei kann es sich um eine individuelle
Auswertungseinrichtung des Sensors und/oder um eine gemeinsame
Auswertungseinrichtung der Sensoren handeln.
Um Fehler des Messkörpers oder der Messkörper, Fehler der Anordnung, Positionierung und/oder Ausrichtung des Messkörpers oder des Sensors und/oder optionale weitere systematische Fehler des zumindest einen Sensor-/Messkörperpaars kompensieren und/oder korrigieren zu können, wird vorgeschlagen, zumindest einen zusätzlichen Sensor (und vorzugsweise zwei zusätzliche Sensoren) an einer anderen Position vorzusehen, der an dieser anderen Position ein Messsignal erzeugt, das bezüglich dem Messsignal des ersten Sensors redundant ist. Darunter wird verstanden, dass
grundsätzlich die gleiche Information bezüglich der relativen Position des ersten und zweiten Teils der Drehvorrichtung von den beiden Sensoren geliefert wird, d.h. in den entsprechenden Messsignalen enthalten ist. Z.B. messen beide Sensoren die
Relativposition in axialer Richtung parallel zur Drehachse und nutzen dabei denselben Messkörper, z.B. eine rotationssymmetrisch zur Drehachse angeordnete Scheibe.
Alternativ erzeugen z.B. beide Sensoren ein Messsignal, das der Relativposition in einer linearen Richtung senkrecht zur Drehachse entspricht. Hierzu sind die Sensoren z.B. bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegend angeordnet.
Im Fall der oben beschriebenen in Umfangsrichtung um die Drehachse verteilten
Markierungen an einem Messkörper, der sich um die Drehachse herum erstreckt, kann die redundante Information auch dadurch erhalten werden, dass an mindestens drei verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse jeweils ein Sensor angeordnet ist, der die sich vorbeibewegenden Markierungen detektiert.
In jedem Fall kann die redundante Information dazu herangezogen werden, die systematischen Fehler bei der Messung und Auswertung der Sensorsignale zu reduzieren oder sogar weitestgehend zu eliminieren.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist der erste oder der zweite Teil ausgestaltet, einen als Taster zum mechanischen Abtasten des Werkstücks und/oder als Tastkopf für den Taster ausgestaltete Koordinatenmesseinrichtung zu halten, um eine Beweglichkeit des Tasters und/oder des Tastkopfs zu ermöglichen, wobei der Sensor und/oder der Messkörper außer zur Bestimmung der relativen Beweglichkeit des ersten und zweiten Teils auch dazu ausgestaltet ist, bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten des Werkstücks eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition zu messen.
Die Ausgestaltung zum Halten eines Tasters besteht insbesondere darin, dass der Teil eine Schnittstelle zum Anbringen des Tasters aufweist. Wie an sich auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung bekannt, kann es sich dabei um eine so genannte
Wechselschnittstelle handeln, bei der der Taster wieder von dem Teil lösbar ist und ein anderer Taster angekoppelt werden kann. Dem zweiten Aspekt der Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass Taster zum mechanischen Abtasten eines Werkstücks für bestimmte Messaufgaben beweglich ausgestaltet werden sollen, um den Taster in unterschiedlicher weise relativ zu dem Koordinatenmessgerat auszurichten und/oder zu positionieren. Die Bewegung und damit Ausrichtung und/oder Positionierung soll vor dem eigentlichen Antasten des Werkstücks ausgeführt werden. Insbesondere soll eine Drehung des Tasters um zumindest eine Drehachse möglich sein. Hierzu ist es bekannt, den Taster über ein Dreh-/Schwenkgelenk an das Koordinatenmessgerat anzukoppeln. Um Fehler wie Taumelfehler, Rundlauffehler und Planlauffehler der Drehvorrichtung bestimmen zu können, ist es möglich, wie oben beschrieben einen oder mehrere Sensoren an der Drehvorrichtung einzusetzen, der die relative Position von gegeneinander beweglichen Teilen der Drehvorrichtung zumindest bezüglich eines Freiheitsgrades der Bewegung misst. Wie im Stand der Technik üblich, kann dabei die Sensorik (zumindest ein Sensor-/Messkörperpaar) zur Messung der Auslenkung des Tasters beim Kontaktieren des Werkstücks aus Sicht der Drehvorrichtung tasterseitig angeordnet sein, d.h. der Taster ist über die Sensorik mit der Drehvorrichtung verbunden. Bei der Sensorik handelt es sich z.B. um einen Standard-Tastkopf, an dem Taster auswechselbar (siehe oben) befestigt werden können.
Wünschenswert sind hinsichtlich ihrer Abmessungen kompakte Drehvorrichtungen und Sensorik, die außerdem insgesamt eine möglichst geringe Masse aufweisen sollen und kostengünstig herstellbar sein sollen.
Zur Lösung wird vorgeschlagen, zumindest einen Sensor oder zumindest einen
Messkörper der Sensorik, die dazu ausgestaltet ist, die Bewegung des Tasters beim mechanischen Antasten des Werkstücks zu messen, auch zum Messen der
Drehbewegung der Drehvorrichtung zu verwenden, die ausgestaltet ist, den Taster relativ zu einem anderen Teil des Koordinatenmessgerätes zu drehen.
Dies ermöglicht es, Sensorik und Drehvorrichtung in eine einzige, gemeinsame
Vorrichtung zu integrieren. Somit kann Bauraum und Gewicht gespart werden, insbesondere Gewicht für Gehäuseteile und tragende Teile, die den Sensor oder den Messkörper tragen. Ferner werden Kosten für Sensor und/oder Messkörper gespart, da Sensor und/oder Messkörper für verschiedene Messaufgaben eingesetzt werden. Auch die Anzahl von elektrischen Anschlussleitungen zum Übertragen von Messsignalen kann reduziert werden. Die Verfahrensweise beim Betrieb der Anordnung ist beispielsweise wie folgt: Zunächst wird eine gewünschte Drehstellung des Tasters mittels der Drehvorrichtung eingestellt. Zumindest ein Sensor wird dazu verwendet, die tatsächliche Drehstellung des Tasters und/oder einen Fehler der Drehvorrichtung (z.B. Taumelfehler, Rundlauffehler oder Planlauffehler) zu ermitteln. Im Ergebnis kann daher präzise festgestellt werden, in welcher Drehstellung sich der Taster relativ zu einem anderen Teil des
Koordinatenmessgeräts befindet. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Auswertung der Messsignale, die bei der folgenden Vermessung des Werkstücks durch das mechanische Abtasten mittels des Tasters gewonnen werden, die Information über die vorher eingestellte Drehposition und/oder den Fehler der Drehvorrichtung berücksichtigt werden.
Grundsätzlich ist es möglich, alternativ oder zusätzlich zu der Drehvorrichtung eine Vorrichtung einzusetzen, die eine Linearbewegung des Tasters ermöglicht, so dass bezüglich zumindest eines linearen Freiheitsgrades der Bewegung des Tasters eine Position des Tasters eingestellt werden kann. Wiederum gilt gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, dass zumindest ein Sensor oder zumindest ein Messkörper sowohl für die Bestimmung der eingestellten Linearposition als auch für die Messung der Bewegung des Tasters beim mechanischen Abtasten des Werkstücks eingesetzt wird.
Vorzugsweise wird die Drehstellung oder Linearposition des Tasters vor dem Abtasten des Werkstücks fest eingestellt, so dass sich die Drehposition und/oder Linearposition nicht mehr ändert. Hierzu kann eine separate Arretierungseinrichtung verwendet werden, die z.B. eine mechanische Arretierung des Tasters in der eingestellten Position bewirkt. Es kann aber auch lediglich die Antriebsvorrichtung (z. B. ein Elektromotor), welche die Drehbewegung oder Linearbewegung antreibt, zur Arretierung verwendet werden (z. B. hemmt der Elektromotor die Bewegung, wenn kein Strom fließt, oder es ist eine Bremse vorgesehen oder eine Regelung des Motors regelt die Position durch entsprechende Ansteuerung des Motors). In diesem Fall kann es beim Abtasten des Werkstücks dazu kommen, dass sich die Drehposition und/oder Linearposition verändert. Bevorzugt wird daher, nach dem Abtasten des Werkstücks, wenn zwischen dem Taster und dem
Werkstück keinerlei Kräfte übertragen werden, die eingestellte Position des Tasters zu überprüfen. Hierzu wird derselbe Sensor oder werden dieselben Sensoren verwendet, die auch vor dem Abtasten des Werkstücks zur Positionsbestimmung oder Fehlerbestimmung verwendet wurden. Hat sich die Position des Tasters während des Abtastens des Werkstücks verändert, kann entweder das Ergebnis der Abtastung des Werkstücks korrigiert werden oder das Ergebnis kann verworfen werden und es kann erneut, z. B. bei verbesserter Arretierung der Position, abgetastet werden. Alternativ kann eine
Veränderung der Drehposition und/oder der Linearposition während des Abtastens des Werkstücks gemessen werden und dabei derselbe Sensor oder dieselben Sensoren verwendet werden, die auch vor dem Abtasten des Werkstücks zur Positionsbestimmung oder Fehlerbestimmung verwendet wurden. Anders ausgedrückt kann bei einer ausreichenden Anzahl von Sensoren die Position des Tasters unabhängig davon bestimmt werden, ob eine Antriebsvorrichtung oder ob äußere Kräfte, die z.B. beim Antasten des Werkstücks auftreten, zu der momentanen Position geführt haben.
Insbesondere in diesem Fall ist es auch nicht zwingend erforderlich, die Position des Tasters vor dem Antasten des Werkstücks zu erfassen. Weiterhin alternativ kann die Position des Tasters laufend, d.h. kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich (z.B. zyklisch wiederkehrend) erfasst werden.
Es ist üblich, den Taster zu kalibrieren, während er an dem Koordinatenmessgerät angebracht ist. Hierzu wird üblicherweise zumindest ein Kalibrierkörper verwendet, dessen Abmessungen exakt bekannt sind. Die Ergebnisse der Kalibrierung werden bei der Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks aus den Messsignalen des zumindest einen Sensors verwendet, die während des Abtastens des Werkstücks erzeugt werden. Beim Betrieb von nicht in die Sensorik zur Messung der Auslenkung des Tasters integrierten Drehvorrichtungen ist es ferner bekannt, auch die Drehvorrichtung zu kalibrieren und insbesondere auch die Kombination aus Drehvorrichtung und Taster zu kalibrieren. Dadurch entsteht z.B. für eine Mehrzahl von Drehpositionen des Tasters jeweils ein Satz von Kalibrierdaten, der für die Bestimmung der Koordinaten des
Werkstücks genutzt wird, wenn sich der Taster in der entsprechenden Drehposition befindet.
Mit der Integration der Bewegungsvorrichtung und der Sensorik zur Messung der Auslenkung des Tasters in eine gemeinsame Einrichtung verringern sich die zusätzlichen Fehlerquellen für die exakte Reproduktion einer Drehposition oder Linearposition des Tasters vor dem Abtasten des Werkstücks. Z.B. kann auf eine Schnittstelle zwischen der Drehvorrichtung und der Sensorik verzichtet werden. Ferner kann die Anzahl der zu übertragenden Signale verringert werden. Elektrische Schnittstellen entfallen oder ihre Anzahl ist geringer. Außerdem kann mit Hilfe der Sensor-/Messkörperkombinationen vorzugsweise gemessen werden, in welcher Position sich der Taster vor dem Abtasten des Werkstücks befindet. Es ist daher sogar möglich zu messen, ob eine gewünschte Position des Tasters tatsächlich eingestellt ist oder wie weit die tatsächlich eingestellte Position von der Sollposition abweicht. Es ist daher möglich, den Datensatz aus der Kalibrierung unter Verwendung der Messsignale des zumindest einen Sensors, der die tatsächlich eingestellte Position des Tasters vor dem Abtasten des Werkstücks misst, zu korrigieren oder anzupassen. Sollte eine solche Korrektur oder Anpassung zu ungenauen Ergebnissen der festzustellenden Koordinaten führen, könnte durch Auswertung der Messsignale des zumindest einen Sensors vor dem Abtasten des Werkstücks entschieden werden, dass eine Kalibrierung in der eingestellten Position des Tasters erforderlich ist. In jedem Fall ist der Aufwand für die Änderung bei der Auswertung der Messsignale zum Zweck der Koordinatenbestimmung gegenüber bekannten
Anordnungen gering. Die bekannten Anordnungen weisen z.B., wie oben beschrieben, eine Drehvorrichtung und einen über eine zusätzliche Sensorik an die Drehvorrichtung angekoppelten Taster auf.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung sind der erste Teil und der zweite Teil Bereiche desselben Armes eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine, die sich an verschiedenen axialen Positionen in Richtung der Längsachse des Armes befinden, wobei die relative Beweglichkeit der Teile eine Beweglichkeit aufgrund einer
mechanischen Verbiegung und/oder thermischen Ausdehnung oder Kontraktion des Materials des Armes ist. Der Messkörper oder der Sensor ist an einem ersten axialen Ende eines langgestreckten, sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Elements befestigt. Das langgestreckte Element ist an seinem zweiten axialen Ende, das dem ersten Ende entgegengesetzt ist, mit dem ersten Teil verbunden. Der zumindest eine Sensor (falls der Messkörper an dem langgestreckten Element befestigt ist) oder der Messkörper (falls der Sensor an dem langgestreckten Element befestigt ist) ist an dem zweiten Teil befestigt. Wenn mehrere Sensoren vorhanden sind, sind die Sensoren bevorzugter Maßen an demselben Teil angeordnet.
Insbesondere kann die Anordnung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung folgende weitere Merkmale oder beliebige Kombinationen dieser folgenden weiteren Merkmale aufweisen:
Das langgestreckte Element kann sich im Inneren des Armes erstrecken. Der Arm kann daher als Hohlarm bezeichnet werden. Bei dem Arm kann es sich um die Pinole eines Koordinatenmessgeräts handeln, z.B. eines Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise oder Gantrybauweise.
Alternativ kann es sich bei dem Arm um einen Arm einer Werkzeugmaschine handeln, z. B. eines Roboters.
Das erste axiale Ende des langgestreckten Elements befindet sich in einer axialen Position des Armes, an der sich auch der zweite Teil befindet. Alternativ kann sich das erste axiale Ende des Elements an einer axialen Position des Armes befinden, die lediglich einen geringen Abstand zu einer axialen Position des zweiten Teils hat. Ein solcher geringer Abstand ist beispielsweise ein Abstand, der dem Abstand eines Sensors von einem zugeordneten Messkörper entspricht, wobei der Sensor z.B. an dem ersten axialen Ende des Elements und der Messkörper an dem zweiten Teil befestigt ist (oder umgekehrt).
Der zweite Teil kann eine Schnittstelle zum Befestigen und Anschließen eines Tastkopfes, einer Drehvorrichtung, einer Sensorik mit integrierter Drehvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung oder eines Tasters aufweisen.
Das zweite axiale Ende des langgestreckten Elements kann an einer axialen Position des Armes mit dem ersten Teil verbunden sein, an der sich auch ein Referenzpunkt eines Maßstabes zum Messen der Position des Armes befindet. Z.B. bei einer Pinole eines Koordinatenmessgerätes ist diese Position des Armes relativ zu einer Basis des Koordinatenmessgerätes verfahrbar, beispielsweise in vertikaler Richtung.
Alternativ kann sich das langgestreckte Element in axialer Richtung über die gesamte Länge des Armes oder sogar darüber hinaus erstrecken. Das zumindest eine Sensor-/Messkörperpaar befindet sich daher im Bereich eines ersten axialen Endes des Armes und im Bereich des ersten axialen Endes des langgestreckten Elements. Das zweite axiale Ende des langgestreckten Elements ist in diesem Fall an dem entgegengesetzten, zweiten axialen Ende des Armes befestigt, das den ersten Teil bildet.
Insbesondere, wenn sich wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung das langgestreckte Element über die gesamte Länge des Armes erstreckt oder auch in dem allgemeinen Fall, dass das langgestreckte Element aufgrund seiner axialen Länge mechanische Schwingungen ausführen kann, wird bevorzugt, dass zusätzlich eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung mechanischer
Schwingungen des langgestreckten Elements vorgesehen ist. Diese
Dämpfungseinrichtung ist vorzugsweise in zumindest einem Bereich etwa in der Mitte der axialen Erstreckung des langgestreckten Elements angeordnet. Als Dämpfungseinrichtungen kommen insbesondere Einrichtungen in Frage, bei denen die Dämpfung aufgrund der Viskosität eines Fluids bewirkt wird. Besonders bevorzugt wird aber eine Dämpfungseinrichtung, bei der Bewegungen des langgestreckten Elements relativ zu dem Arm Wirbelströme erzeugen, sodass aufgrund der Wirbelströme die Relativbewegung gebremst wird und damit die erwünschte Dämpfungswirkung der Schwingungen eintritt. Z. B. ist ein erstes Teil der Wirbelstromdämpfungseinrichtung an dem langgestreckten Element befestigt, welches sich im Inneren des Armes erstreckt. Dieses erste Teil kann sich z. B. ausgehend von dem langgestreckten Element in radialer Richtung, d. h. quer zur axialen Richtung, erstrecken. An dem Arm, insbesondere an der Innenseite der Wand des Armes, befindet sich etwa an gleicher axialer Position ein zweiter Teil der Wirbelstromdämpfungseinrichtung. Dabei sind der erste und der zweite Teil der Wirbelstromdämpfungseinrichtung derart relativ zueinander angeordnet, dass Bewegungen des langgestreckten Elements quer zur axialen Richtung zu einer Relativbewegung des ersten und des zweiten Teils der
Wirbelstromdämpfungseinrichtung führen. Bei dieser Relativbewegung werden die Wirbelströme erzeugt und, wie oben erwähnt, die Dämpfungswirkung erzielt.
Auswirkungen von Schwingungen des langgestreckten Elements können alternativ oder zusätzlich durch Anwendung eines Tiefpassfilters auf die zeitliche Folge von wiederholt erfassten Messwerten der Sensoren reduziert oder eliminiert werden. Das langgestreckte Element ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das einen wesentlich geringeren (insbesondere zumindest um einen Faktor 100 geringeren) thermischen Ausdehnungs- oder thermischen
Kontraktionskoeffizienten aufweist als das Material des Armes zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil und vorzugsweise auch des ersten und zweiten Teils. Daher kann das langgestreckte Element als temperaturstabil betrachtet werden. Aus diesem Grund ist es möglich, mithilfe des Sensors oder der Sensoren und des Messkörpers oder der Messkörper die Effekte der thermischen
Ausdehnung oder Kontraktion des Armes zu messen. Ein temperaturstabiles langgestrecktes Element hat jedoch auch den Vorteil, dass bei unterschiedlichen Temperaturen die Effekte der mechanischen Verbiegung aufgrund von
mechanischen Kräften gemessen werden können, die auf den Arm einwirken. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur des langgestreckten Elements oder in der unmittelbaren Umgebung des langgestreckten Elements gemessen werden und kann der Effekt der thermischen Ausdehnung oder Kontraktion des langgestreckten Elements berechnet werden, um den Effekt bei der Auswertung der Messsignale des zumindest einen Sensors zu berücksichtigen.
Es wird bevorzugt, dass mehr als ein Sensor zur Bestimmung der relativen Position des ersten axialen Endes des langgestreckten Elements und damit indirekt des ersten Teils des Armes relativ zu dem zweiten Teil des Armes vorgesehen sind und verwendet werden, um die relative Position bezüglich einer Mehrzahl der Freiheitsgrade der Bewegung zu bestimmen. Bevorzugt wird zumindest die Bestimmung von drei Freiheitsgraden der Bewegung, nämlich zwei linearen Freiheitsgraden in unterschiedlichen, vorzugsweise zueinander senkrechten Richtungen, die jeweils senkrecht zur Längsachse des Armes verlaufen, und des linearen Freiheitsgrades der Bewegung in Richtung der Längsachse des Armes. Werden diese Freiheitsgrade bestimmt, kann
insbesondere an der axialen Position des zweiten Teils des Armes gemessen werden, in welche Richtung und um welchen Weg sich der zweite Teil relativ zu einer Ausgangsposition oder Referenzposition aufgrund von mechanischen Kräften und/oder thermischen Effekten bewegt hat. In vielen Fällen sind Arme von Koordinatenmessgeräten verwindungssteif, so dass weitere Freiheitsgrade der Bewegung, nämlich rotatorische Freiheitsgrade der Bewegung, vernachlässigt werden können. Alternativ können die Effekte einer kleinen rotatorischen
Bewegung des zweiten Teils auf andere Weise mit berücksichtigt werden, z.B. durch Kalibrieren eines direkt oder indirekt an dem zweiten Teil befestigten Tasters zum mechanischen Abtasten eines Werkstücks.
Wenn sich die Ausrichtung des Armes relativ zu dem Gravitationsfeld der Erde ändern kann, führt dies im Allgemeinen aufgrund der sich ändernden Richtung der angreifenden Gewichtskräfte zu einer Änderung der elastischen Verbiegung des Armes. Es wird bevorzugt, dass eine solche Änderung der Verbiegung
berücksichtigt wird. Insbesondere kann somit zwischen dem
ausrichtungsabhängigen Einfluss aufgrund von Gewichtskräften und dem Einfluss aufgrund von anderen äußeren Kräften und/oder Temperaturunterschieden unterschieden werden. Zur Korrektur dieser elastischen Verformung kann insbesondere ein mathematisches Modell verwendet werden, das wenigstens ein finites Element aufweist. Ein solches mathematisches Modell ist bereits in der DE 100 06 753 A1 zur Korrektur der elastischen Verbiegung von Dreh- Schwenkeinrichtungen beschrieben worden. Dieselbe Korrektur ist auch in der entsprechenden englischsprachigen Veröffentlichung in der US 2001/0025427 A1 beschrieben. Wie in Absatz 56 dieser englischsprachigen Druckschrift beschrieben und wie in Fig. 9 dieser Veröffentlichung dargestellt ist, lässt sich ein finites Element mathematisch so behandeln, als ob im Zentrum eines solchen finiten Elementes nur ein Kraftvektor und ein Momentenvektor angreifen würden, wobei der Kraftvektor und der Momentenvektor durch die äußere Belastung, also die Gewichtskräfte und ggf. weitere äußere Kräfte erzeugt werden. Dieses Modell setzt voraus, dass das elastische Zentrum des finiten Elements mit seiner Lage und seiner Orientierung im Raum, sowie mit seinen elastischen Parametern die elastischen Eigenschaften der verformten Bauteile (hier des langgestreckten Elements) enthält. Außerdem muss die Verformung linear abhängig von den Belastungen sein und proportional zu den im elastischen Zentrum wirkenden Kräften und Momenten. Es muss weiterhin das Superpositionsprinzip gelten. Das finite Element reagiert auf den Kraftvektor und den Momentenvektor mit einem Verformungskorrekturvektor, der sich aus einem Translationsvektor und einem Rotationsvektor zusammensetzt. Der entsprechende Verformungskorrekturvektor ergibt sich aus Gleichung 7 der Druckschrift.
Insbesondere wenn, wie oben erwähnt, das zweite axiale Ende des langgestreckten Elements an dem Referenzpunkt eines Maßstabes oder zumindest an der axialen Position des Referenzpunktes mit dem ersten Teil verbunden ist, können die
Messergebnisse des zumindest einen Sensors unmittelbar und auf einfache Weise auf den Referenzpunkt bezogen werden. Z.B. gelingt auf diese Weise eine Korrektur bei der Berechnung von Koordinaten eines von einem Taster vermessenen Werkstücks mit geringem Aufwand, da das Koordinatensystem des Maßstabes und das
Koordinatensystem des zweiten Teils in eindeutiger Weise über das langgestreckte Element miteinander gekoppelt sind.
Wenn das langgestreckte Element alternativ oder zusätzlich im Inneren des Armes verläuft, wird das Bauvolumen des Armes nicht vergrößert. Außerdem sind in diesem Fall der Messkörper und der Sensor vorzugsweise innerhalb des Armes angeordnet und somit vor äußeren Einflüssen geschützt, ohne dass es eines zusätzlichen Gehäuses bedarf.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass der Arm, z. B. die Pinole oder der Roboterarm, nicht mit hohem Aufwand steif gegen Formveränderungen ausgeführt werden muss und daher Kosten und Gewicht reduziert werden können.
Auftretende Relativbewegungen des ersten und des zweiten Teils können vielmehr gemessen und berücksichtigt werden. Entsprechendes gilt für thermisch bedingte Formveränderungen. Der Arm selbst muss nicht aus einem Material gefertigt werden, das einen geringen thermischen Ausdehnungs- oder Kontraktionskoeffizienten hat.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch den Endbereich einer Pinole eines
Koordinatenmessgerätes, wobei an den Endbereich eine Drehvorrichtung zum Drehen eines nicht in der Figur dargestellten Tastkopfes angekoppelt ist,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Armes eines KMG,
Fig. 3 schematisch eine Teildarstellung des Armes gemäß Fig. 2, wobei im
Inneren des Armes Sensor-/Messkörperpaare zur Messung der
Verbiegung des Armes angeordnet sind,
Fig. 4 eine Anordnung von zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, wobei die
Anordnung ein Messsystem zur Messung der Relativposition und/oder relativen Ausrichtung der beiden Teile aufweist,
Fig. 4a eine Anordnung wie in Fig. 4, wobei jedoch zusätzlich ein
Drehpositionssensor vorgesehen ist,
Fig. 5 eine Anordnung wie in Fig. 4, wobei jedoch das Messsystem bezüglich der
Ausgestaltung des oder der Messkörper verändert ist,
Fig. 6 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein erstes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, das relativ zu dem ersten Teil beweglich ist,
Fig. 7 eine Draufsicht in axialer Richtung auf eine Variante der Anordnung in Fig.
6,
Fig. 8 eine Draufsicht in axialer Richtung auf eine weitere Anordnung zum
Messen der Position eines ersten Teils relativ zu einem zweiten Teil,
Fig. 9 schematisch die Integration einer Anordnung gemäß Fig. 4 in einen
Drehtisch,
Fig. 10 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein zweites Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung ein Messsystem wie in Fig. 6 und/oder Fig. 7 aufweist,
Fig. 1 1 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein drittes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung an verschiedenen axialen Positionen jeweils ein Messsystem wie in Fig. 6 und/oder Fig. 7 aufweist,
Fig. 12 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein viertes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung an verschiedenen axialen Positionen jeweils ein anderes Messsystem als in Fig. 12 aufweist,
Fig. 13 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein fünftes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung an verschiedenen axialen Positionen jeweils ein noch ein anderes Messsystem als in Fig. 12 oder Fig. 13 aufweist,
Fig. 14 eine Draufsicht in axialer Richtung auf eines der Messsysteme der
Anordnung in Fig. 13, wobei das Messsystem eine Mehrzahl von
Drehpositionssensoren zur Messung der relativen Drehposition der beiden Teile aufweist
Fig. 15 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein sechstes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung ein Messsystem zur Bestimmung der axialen Relativposition der Teile aufweist,
Fig. 16 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein siebtes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung zusätzlich zu der Anordnung in Fig. 15 ein Messsystem zur Bestimmung der radialen Position oder radialen Positionen der Teile aufweist,
Fig. 17 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein achtes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung eine Kombination eines Messsystems der Anordnung gemäß Fig. 13 mit einem Messsystem der Anordnung gemäß Fig. 12 aufweist,
Fig. 18 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein neuntes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung eine weitere Kombination von zwei verschiedenen Messsystemen aufweist,
Fig. 19 schematisch einen axialen Längsschnitt durch ein zehntes Beispiel einer
Anordnung mit einem ersten Teil und einem relativ dazu beweglichen zweiten Teil, wobei die Anordnung zwei verschiedene Messsysteme wie in Fig. 18 aufweist, die jedoch einen gemeinsamen Messkörper nutzen,
Fig. 20 einen Taster mit einer Bewegungseinrichtung zum Einstellen der Position und/oder Ausrichtung des Tasters,
Fig. 21 schematisch eine perspektivische Darstellung eines an einem Tastkopf angeordneten Tasters, der beim Antasten eines Werkstücks aus einer Ruhelage ausgelenkt werden kann, wobei der Tastkopf mit dem Taster relativ zu einem Arm eines Koordinatenmessgerats um eine Drehachse drehbar ist und wobei sowohl die Auslenkung als auch die Drehung des Tasters mit samt dem Tastkopf mit denselben Sensoren messbar istl,
Fig. 22 eine Draufsicht auf eine Befestigungsplatte der in Fig. 21 gezeigten
Anordnung, wobei die Befestigungsplatte eine Mehrzahl von Magnetpaaren aufweist, um es den Sensoren zu ermöglichen, die jeweilige Position bezüglich eines bestimmten Freiheitsgrades der Bewegung zu bestimmen,
Fig. 23 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 21 im montierten Zustand,
Fig. 24 eine Draufsicht auf einen Teil der Befestigungsplatte der Anordnung
gemäß Fig. 21 bis Fig. 23, wobei zwei Magnetpaare erkennbar sind, die jeweils einem Sensor des Tastkopfes zugeordnet sind,
Fig. 25 eine Seitenansicht einer Anordnung ähnlich der in Fig. 23, wobei für einen einzigen bzw. einen ausgewählten Freiheitsgrad der Bewegung die Messung der Relativposition des beweglichen Teils des Tastkopfes und der Befestigungsplatte dargestellt ist, wobei dieser Freiheitsgrad der Bewegung insbesondere bei einer Taumelbewegung um die Drehachse relevant ist,
Fig. 26 eine Darstellung der Anordnung gemäß Fig. 25, ebenfalls in Seitenansicht, wobei eine Auslenkung des Tasters aufgrund einer Antastung eines Werkstücks dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt eine Pinole 200 eines Koordinatenmessgeräts. Wie durch zwei etwa parallel zueinander verlaufende gekrümmte Linien angedeutet ist, kann sich die Pinole 200 über einen nicht näher definierten Abschnitt in ihrer Längsrichtung erstrecken. Die Längsrichtung verläuft in Fig. 1 von oben nach unten. An dem unten in Fig. 1 liegenden freien Ende der Pinole, das durch einen Endbereich 202 gebildet wird, ist eine
Drehvorrichtung 210 in an sich bekannter Weise angekoppelt. Die Schnittstelle kann eine so genannte Wechselschnittstelle sein, die die Ankopplung verschiedener Module, z.B. alternativ eine andere Drehvorrichtung oder ein Tastkopf, erlaubt. In dem Endbereich 202 kann daher entsprechende Elektronik 205 angeordnet sein, z.B. zum Identifizieren und/oder Betreiben des über die Schnittstelle angeschlossenen Moduls.
In einem mittleren Bereich 201 der Pinole 200 ist außenseitig ein Maßstab 204, z.B. in Form eines Strichgitters, welches sich in der Längsrichtung der Pinole 200 erstreckt, angeordnet. Ein Referenzpunkt 203 des Maßstabs 204 ist an dem Ende des Maßstabs 204 definiert, welches dem Endbereich 202 am nächsten liegt. Unmittelbar innenseitig der Außenwand der Pinole 200 an dem Referenzpunkt 203 ist ein abgewinkelter Stab 206 aus temperaturstabilem Material als langgestrecktes Element befestigt. Ausgehend von dem Referenzpunkt 203 erstreckt sich der Stab 206 zunächst in das Innere der Pinole 200 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Pinole 200. Im weiteren Verlauf erstreckt sich der Stab 206 in Richtung der Längsachse der Pinole 200 bis in den Endbereich 202. An dem Endbereich 202 ist eine Mehrzahl von Sensoren 207a, 207b angeordnet, z.B. kapazitive Sensoren, d.h. Sensoren, deren von der Relativposition eines Messkörpers abhängige Kapazität elektrisch gemessen wird. Z.B. weist der Messkörper ein
dielektrisches Material auf, welches sich in der Nähe oder zwischen Elektroden des kapazitiven Sensors befindet.
Außer kapazitiven Sensoren sind jedoch auch andere Sensoren verwendbar,
insbesondere die oben bereits genannten Sensoren. Als Messkörper dient der Endbereich 208 am freien Ende des Stabs 206. Dieser Endbereich 208 ist entsprechend dem
Funktionsprinzip des Sensors 207 ausgestaltet. Z.B. bei einem magnetischen
Funktionsprinzip, wie es bei Hallsensoren oder magnetoresistiven Sensoren der Fall ist, besteht das freie Ende 208 aus einem permanentmagnetischen Material oder trägt ein permanentmagnetisches Material.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Halterung 209, die am Ende des Endbereichs 202 befestigt ist und die Sensoren 207 trägt und hält. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist schematisch angedeutet, dass ein erster Sensor 207a radial außerhalb des Endbereichs 208 des Stabs 206 positioniert ist. Dieser Sensor 207a ist daher ausgestaltet, die relative Position des Endbereichs 208 und des Sensors 207a in radialer Richtung zu messen. Vorzugsweise ist ein weiterer radial außerhalb des Endbereichs 208 positionierter Sensor (nicht gezeigt) vorhanden, z.B. bezogen auf die Figurenebene der Fig. 1 unterhalb oder oberhalb des Endbereichs 208. Mit diesem Sensor kann daher der radiale Abstand zwischen Sensor und Endbereich 208 in einer anderen Richtung gemessen werden. Optional können weitere Sensoren an anderen Positionen in Umfangsrichtung um die Längsachse und damit um den Stab 206 herum angeordnet sein. Dadurch lässt sich redundante Information über die Position des Endbereichs 208 des Stabs 206 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Pinole 200 bzw. des Stabs 206 gewinnen.
Systematische Fehler lassen sich daher eliminieren.
Ein zweiter Sensor 207b ist in axialer Richtung (bezogen auf die Längsachse der Pinole 200) in einem Abstand zu dem Endbereich 208 angeordnet. Dieser Sensor 207b liefert daher Messsignale, die Informationen über die relative Position des Sensors 207b in axialer Richtung zu dem Endbereich 208 des Stabs 206 enthalten.
Anstelle einer Pinole kann es sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Arm auch um einen anderen Arm eines Koordinatenmessgeräts handeln, z.B. um einen so genannten Horizontalarm eines Horizontalarm-Koordinatenmessgeräts. In diesem Fall erstreckt sich die Längsachse des Arms etwa in horizontaler Richtung. Bei Horizontalarmen ist die Verbiegung des freien Endes des Arms abhängig von dem Gewicht der an dem freien Ende angeordneten Vorrichtungen. Mit der vorgeschlagenen Anordnung kann diese Verbiegung während des Betriebes des KMG gemessen werden.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist wie erwähnt eine Drehvorrichtung 210 an den Endbereich 202 der Pinole 200 bzw. des Armes angekoppelt. Der Stator 21 1 der
Drehvorrichtung 210 ist an dem Endbereich 202 des Arms 200 befestigt. Z.B. über eine ringförmige, sich um die Längsachse des Stators 21 1 herumerstreckende Drehlagerung 213 ist der weiter unten in Fig. 1 schematisch dargestellte Rotor 212 der Drehvorrichtung 210 drehbar gelagert. Ein temperaturstabiler Stab 216 ist drehfest mit dem Rotor 212 verbunden und erstreckt sich in Längsrichtung des Stators 21 1 in dessen Innenraum bis in einen Bereich an der Schnittstelle zwischen dem Arm 200 und der Drehvorrichtung 210 Eine Mehrzahl von Sensoren 217a, 217b ist an dem Stator 21 1 befestigt, wobei die entsprechende Befestigung bzw. Halterung in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Der Endbereich des temperaturstabilen Stabes 216 an der Schnittstelle zu dem Arm 200 ist als Messkörper ausgestaltet oder trägt zumindest einen Messkörper 218a, 218b. In dem Ausführungsbeispiel sind diese Messkörper 218 Kugeln oder Zylinder, die
rotationssymmetrisch zu der Längsachse des Stabs 216 und damit der Drehachse der Drehvorrichtung 210 bzw. des Rotors 212 angeordnet sind. Die beiden Sensoren 217a, 217b, die in Fig. 1 dargestellt sind, befinden sich an unterschiedlichen axialen Positionen bezüglich der Drehachse und sind ausgestaltet, die Relativposition des jeweiligen
Messkörpers und des Sensors in radialer Richtung zu messen. Vorzugsweise ist an jeder axialen Position zumindest ein weiterer Sensor angeordnet, jedoch in Umfangsrichtung um die Drehachse an anderer Position, so dass der radiale Abstand zwischen dem Sensor und dem Messkörper in einer anderen, vorzugsweise senkrecht zu der radialen Richtung des Sensors 217a bzw. 217b stehenden Richtung, gemessen wird. Wie bereits oben erwähnt, können zusätzliche, redundante Sensoren vorgesehen sein. Vorzugsweise wird der Messkörper an der jeweiligen axialen Position von der Mehrzahl der Sensoren an dieser axialen Position als zugeordneter Messkörper genutzt.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist sowohl für die Sensoren des Armes 200 als auch für die Sensoren der Drehvorrichtung 210 der Sensor jeweils radial außerhalb des Messkörpers angeordnet, sofern es sich um die Messung eines radialen Abstandes handelt. Im Fall des axialen Abstandes in Richtung der Längsachse des Armes ist der Sensor ebenfalls wie bei den Sensoren zur Messung des radialen Abstandes an dem Endbereich 202 des Armes und damit an dem beweglichen Teil des Armes 200 angeordnet. Diese Anordnung hat zwar insbesondere bezüglich der elektrischen
Anschlüsse der Sensoren zum Zweck der Messsignalübermittlung an eine
Auswertungseinrichtung Vorteile, da an der Schnittstelle zwischen dem Arm 200 und der Drehvorrichtung 210 ohnehin in der Regel elektrische Anschlüsse vorhanden sind.
Allerdings können zumindest bei einem der Sensor-/Messkörperpaare der Sensor und der Messkörper vertauscht werden. Z.B. kann zumindest ein Sensor an dem Endbereich 208 des Stabes 206 oder an dem schnittstellennahen Endbereich des Stabes 216 angeordnet sein und ein entsprechender Messkörper etwa dort angeordnet sein, wo sich bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Sensor befindet. Alternativ oder zusätzlich können weitere Modifikationen vorgenommen werden. Z.B. kann der temperaturstabile Stab 216 der Drehvorrichtung 210 zumindest in seinem Endbereich nahe der Schnittstelle zu dem Arm 200 durch einen Hohlzylinder ersetzt werden, der den Messkörper bildet. In diesem Fall können sich im Innenraum des Hohlzylinders die Sensoren befinden. Ferner, alternativ oder zusätzlich kann auch die axiale Position des Rotors durch Messung der axialen Position des Endbereichs des temperaturstabilen Stabes 216 gemessen werden. Hierzu befindet sich z.B. in einem Abstand zu dem Messkörper 218b in axialer Richtung ein weiterer Sensor innerhalb der Drehvorrichtung 210.
Fig. 2 zeigt einen Arm 220 eines KMG, insbesondere eine Pinole. Bei dieser Pinole kann es sich um die in Fig. 1 dargestellte Pinole 200 handeln, wenn am unteren Ende der Pinole nicht wie in Fig. 1 dargestellt eine Drehvorrichtung, sondern der in Fig. 2
dargestellte Tastkopf 221 angeordnet wird. Der Tastkopf 221 trägt an seinem unteren Ende einen Taststift 222 mit einem kugelförmigen Tastelement 223. Wie durch einen Doppelpfeil, der mit Z beschriftet ist, in Fig. 2 angedeutet ist, ist der Arm 220
insbesondere in Z-Richtung, d. h. in vertikaler Richtung entlang einer Führung 230 bewegbar.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Messsystem, welches vorzugsweise innerhalb des Armes 220 angeordnet ist, jedoch auch außerhalb des Armes angeordnet werden kann, handelt es sich um eine Variante des anhand von Fig. 1 bereits beschriebenen Messsystems. Der temperaturstabile, sich in Längsrichtung des Armes 220 erstreckende Stab 226 ist mit seinem unteren Ende an dem unteren Ende des Armes 220 befestigt. In seinem oberen Endbereich trägt der Stab 226 zwei kugelförmige Messkörper 224, 225, die in axialer Richtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Insbesondere erstreckt sich der Stab 226 mit seinem oberen Endbereich bis zum oberen Ende des Armes 220, oder sogar darüber hinaus. Dadurch kann eine etwaige Verformung des Armes 220 über dessen gesamte Längserstreckung gemessen werden.
Die obere Kugel 224 befindet sich insbesondere am oberen Ende des Stabes 226. In demselben axialen Bereich, in dem sich auch der obere Endbereich des Stabes 226 befindet, ist an dem Arm 220 eine Anordnung von Sensoren 227, 228, 229 befestigt. Ein erster Sensor 227 ist in der axialen Richtung auf die obere Kugel 224 gerichtet, um die Relativposition in der axialen Richtung zu messen. Ein zweiter und ein dritter Sensor 228a, 228b sind in radialer Richtung auf die obere Kugel 224 ausgerichtet, wobei die Sensoren 228 in verschiedenen (z. B. zueinander senkrecht stehenden) Richtungen ausgerichtet sind, um die radiale Relativposition in zwei verschiedenen Richtungen zu messen. Ein vierter und ein fünfter Sensor 229a, 229b sind ebenfalls in zwei zueinander senkrecht stehenden radialen Richtungen ausgerichtet, jedoch auf die untere Kugel 225, um zwei voneinander unabhängige radiale Relativpositionen an einer anderen axialen Position zu messen. Alle Sensoren sind in Fig. 3 lediglich schematisch durch Pfeile dargestellt, die die Ausrichtung des jeweiligen Sensors darstellen. Nicht maßstäblich und somit schematisch ist in Fig. 3 auch die Darstellung der Länge des Stabes 226 und des Armes 220. Diese Länge kann im Verhältnis zur Breite des Armes sehr viel größer sein als dargestellt.
Fig. 4 zeigt ähnlich wie in Fig. 3, jedoch schematisch für einen allgemeinen Fall ein Messsystem mit einer Mehrzahl von Sensoren, nämlich in dem Ausführungsbeispiel fünf Sensoren, die wiederum schematisch durch Pfeile dargestellt sind. Dabei gibt die Pfeilrichtung die Ausrichtung des Sensors wieder, d. h. in der Richtung des Pfeils kann eine Relativposition, insbesondere ein Abstand zwischen Sensor und Messkörper, gemessen werden. Die Sensoren sind mit den Bezugszeichen s1 , s2, s3, s4, s5 bezeichnet, wobei in den folgenden Gleichungen dieselben Bezugszeichen s1 ...s5 auch für die jeweiligen Messwerte der Sensoren verwendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel sind lediglich fünf Sensoren s1 ... s5 vorgesehen. Aufgrund der Konstruktion der beiden relativ zueinander beweglichen Teile 1 , 3 und ihrer
Verbindung (nicht dargestellt in Fig. 4, dies kann z. B. eine drehbare Verbindung oder eine zwar feste aber aufgrund von Kräften und/oder Temperaturänderungen
formveränderliche Verbindung sein) reicht die Information eines einzigen Sensors s1 zur Bestimmung der axialen Relativposition der Teile 1 , 3 aus, um zusammen mit
Messergebnissen der anderen Sensoren s2 ... s5 die relative Position und Ausrichtung der beiden Teile 1 , 3 mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen. In einem anderen Fall ist noch ein weiterer in axialer Richtung ausgerichteter Sensor vorhanden, wobei die beiden in axialer Richtung ausgerichteten und quer zur axialen Richtung voneinander beabstandeten Sensoren in diesem Fall vorzugsweise nicht koaxial zu einer etwaig vorhandenen Drehachse angeordnet sind, um die die beiden Teile 1 , 3 relativ zueinander verdreht werden können. Eine solche Drehachse ist jedoch nicht in allen Fällen vorhanden. Insbesondere bei einem Arm eines Koordinatenmessgeräts, bei dem die Relativbewegung zweier verschiedener axialer Bereiche des Arms mit dem Messsystem gemessen werden soll, ist eine solche Drehachse nicht vorhanden. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass die beiden Teile bzw. Bereiche des Armes aufgrund thermischer Effekte und/oder aufgrund mechanischer Kräfte um eine imaginäre
Drehachse relativ zueinander verdreht werden können. In diesem Fall wird üblicherweise von einer Torsion gesprochen. Mit zwei solchen in axialer Richtung ausgerichteten Sensoren kann insbesondere unmittelbar der so genannte Planlauffehler einer Drehachse oder Torsionsachse gemessen werden. Die Sensoren können in unterschiedlicher weise ausgestaltet und funktionieren sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel mit lediglich fünf Sensoren s1 ... s5 gemäß Fig. 4 sind vorzugsweise drei der Sensoren s1 ... s3 auf einen ersten Messkörper K1 ausgerichtet, der an dem zweiten Teil 3 der Anordnung befestigt ist und in dem Ausführungsbeispiel kugelförmig ist. Das zweite Teil 3 trägt ein langgestrecktes Element 4 (z. B. einen zylindrischen oder anders geformten Stab), an dem wiederum der erste Messkörper K1 an dessen freiem Ende befestigt ist. In einer anderen axialen Position des
langgestreckten Elements 4 und somit in einem Abstand in axialer Richtung zu dem ersten Messkörper K1 ist ein zweiter Messkörper K2 angeordnet, der in dem
Ausführungsbeispiel wiederum kugelförmig ist. Alternativ zu einem einzigen
langgestreckten Element 4 können die Messkörper über mehrere verschiedene Elemente an dem zweiten Teil 3 befestigt sein oder unmittelbar an dem zweiten Teil befestigt sein. Auf den zweiten Messkörper K2 sind der vierte Sensor s4 und der fünfte Sensor s5 ausgerichtet. Dabei sind der zweite Sensor s2 und der dritte Sensor s3 sowie der vierte Sensor s4 und der fünfte Sensor s5 in radialer Richtung, senkrecht zur Längsachse des langgestreckten Elements 4 ausgerichtet. Eine exakt senkrechte Ausrichtung ist allerdings nur dann vorhanden, wenn die Längsachse A1 des langgestreckten Elements 4 (oder alternativ eine Drehachse, um die die Teile 1 , 3 relativ zueinander verdreht werden können) mit der Längsachse A2 des ersten Teils 1 zusammenfällt oder zumindest parallel zu ihr verläuft. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies nicht der Fall. Die beiden Längsachsen A1 , A2 verlaufen windschief zueinander oder schneiden sich. In jedem Fall sind die Sensoren s2 ... s5 vorzugsweise senkrecht zu der Längsachse A2 des ersten Teils 1 ausgerichtet. Ferner sind die Paare von Sensoren s2, s3 bzw. s4, s5, die auf denselben Messkörper K1 bzw. K2 ausgerichtet sind, vorzugsweise in zueinander senkrecht stehenden Richtungen ausgerichtet.
Sämtliche Sensoren sind z. B. an einem gemeinsamen Träger 2 befestigt, der wiederum an dem ersten Teil 1 befestigt ist. Die Sensoren können jedoch auch an verschiedenen Trägern und/oder Bereichen des ersten Teils 1 angeordnet sein. Ferner können mehr als die in Fig. 4 dargestellten zwei Messkörper K1 , K2 vorhanden sein. Z. B. kann der erste Sensor s1 auf einen anderen Messkörper ausgerichtet sein als die beiden in radialer Richtung ausgerichteten Sensoren s2, s3. Auch die beiden in radialer Richtung ausgerichteten Sensoren s2, s3 und/oder s4, s5 können auf verschiedene zugeordnete Messkörper ausgerichtet sein.
Fig. 4a zeigt eine Variante der in Fig. 4 gezeigten Anordnung. Es ist zusätzlich zu dem Messsystem in Fig. 4, welches die Bestimmung der Relativposition der drehbaren Teile in radialer Position an verschiedenen axialen Positionen bezüglich der Drehachse erlaubt, ein zusätzliches Messsystem vorgesehen, welches die Drehposition der beiden relativ zueinander drehbaren Teile 1 , 3 misst. Z.B. an dem zweiten Teil 3 ist eine Vielzahl von Markierungen um die Längsachse A1 herum verteilt angeordnet, so dass ein Messkörper 9 gebildet ist. Ein weiterer Sensor s6 erfasst die Markierungen des Messkörpers 9, wenn sie in einen Erfassungsbereich des Sensors s6 eintreten oder durch diesen
hindurchtreten. Wenn daher z.B. die Teile 1 , 3 eine vollständige Umdrehung relativ zueinander um die Drehachse ausführen, erfasst der Sensor s6 sämtliche Markierungen des Messkörpers 9. Wie an sich bekannt, kann der Sensor s6 z. B. jeweils dann ein Impulssignal erzeugen, wenn eine Markierung in dem Erfassungsbereich eintritt oder eine bestimmte Stelle in dem Erfassungsbereich erreicht oder passiert. Alternativ kann der Sensor s6 z. B. wie ebenfalls an sich bekannt jeweils dann einen Zählerstand eines inkrementellen Zählers um den Wert 1 erhöhen, wenn er eine Markierung in seinem Erfassungsbereich erfasst. Andere alternative Ausgestaltungen eines
Drehpositionssensors zur Messung der relativen Drehposition der beiden Teile 1 , 3 sind ebenfalls möglich. Ferner kann auch ein anderes Messsystem als das durch die Sensoren s1 bis s5 realisierte Messsystem vorhanden sein, welches es aber ebenfalls erlaubt, die radiale Position der beiden relativ zueinander beweglichen Teile 1 , 3 zu erfassen und vorzugsweise an der axialen Position des Messsystems zur Messung der Drehposition zu erfassen, zumindest die Bestimmung der radialen Relativposition an der axialen Position des Drehpositionsmesssystems zu erlauben. Im Fall des in Fig. 4 und Fig. 4a (sowie auch in Fig. 5) dargestellten Messsystems ist die radiale Relativposition an der axialen Position des Drehpositionsmesssystems bestimmbar, da das Messsystem an zwei verschiedenen axialen Positionen die radiale Position misst. Insbesondere wird nicht nur die radiale Position in einer Richtung, sondern die Relativposition der Teile 1 , 3 in einer Ebene quer zur Drehachse bestimmt.
Damit ist es nun möglich, den folgenden Effekt des Drehpositionsmesssystems zu korrigieren und auf diese Weise eine genauere Bestimmung der Drehposition zu ermöglichen: Bei der Drehbewegung der Drehvorrichtung treten Bewegungskomponenten auf, die als Translation (also lineare geradlinige Bewegung) bezeichnet werden können. Es findet somit keine ideale Drehbewegung um die Drehachse der Drehvorrichtung statt, sondern es treten zumindest in Teilbereichen der Drehbewegung um die Drehachse herum auch Bewegungen quer zur Drehachse und/oder in Richtung der Drehachse (dies schließt Bewegungen parallel zur Drehachse ein) auf. Eine solche translatorische Bewegung wird - abhängig von der Richtung dieser translatorischen Bewegung - auch von einem Sensor eines Drehpositionsmesssystems gemessen. Tritt lediglich eine translatorische Bewegung auf, erfasst der Sensor diese Bewegung in einer Weise, die zu einem Messsignal führt, welches scheinbar auf eine Drehbewegung in einer Richtung um die Drehachse hindeutet. Wenn gleichzeitig eine Drehbewegung und eine translatorische Bewegung stattfinden, kann der Sensor ein Messsignal erzeugen, welches scheinbar auf eine schnellere Drehbewegung um die Drehachse hindeutet. Umgekehrt können sich auch Drehbewegung und translatorische Bewegung ganz oder teilweise kompensieren, so dass der Sensor scheinbar keine oder eine veränderte (verlangsamte oder umgekehrte) Drehbewegung erfasst.
Es wird nun vorgeschlagen, das erste Messsystem, welches die translatorische Position und/oder translatorische Bewegung des ersten und zweiten Teils relativ zueinander erfasst, mit einem zweiten Messsystem zu kombinieren, welches die Drehposition des ersten und zweiten Teils relativ zueinander erfasst. Aus Messsignalen und/oder daraus abgeleiteten Messwerten des ersten Messsystems wird zumindest ein Messsignal oder daraus abgeleiteter Messwert des zweiten Messsystems korrigiert. Die Korrektur wird in einer Weise durchgeführt, dass Anteile der translatorischen Bewegung an den
Messsignalen und/oder Messwerten des Drehpositionsmesssystems reduziert oder eliminiert sind.
Eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 4 oder Fig. 4a ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist das langgestreckte Element 4 mit dem daran angeordneten Messkörpern K1 , K2 durch einen zylindrischen Stab 14 ersetzt, der konzentrisch zu der Längsachse A1 des zweiten Teils 3 angeordnet ist. Die Stirnfläche am freien Ende des zylindrischen Stabes 14 bildet eine Messfläche für den ersten Sensor s1. Die zylindrische Außen Oberfläche des Stabes 14 bildet eine Messfläche für die weiteren Sensoren s2 ... s5.
Modifikationen der in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Messsysteme sind möglich. Z. B. muss der zylindrische Stab 14 gemäß Fig. 5 nicht eine in axialer Richtung durchgehende Zylinderoberfläche mit konstantem Durchmesser aufweisen. Vielmehr können an den axialen Positionen, an denen sich gemäß Fig. 4 die Messkörper K1 , K2 befinden, zylinderförmige Bereiche des Stabes ausgebildet sein, wobei der Stab ansonsten anders geformt ist, z. B. einen geringeren Außendurchmesser hat.
Die Messsignale der Sensoren s1 ... s5 können wie folgt beschrieben berücksichtigt werden, um die relative Position und/oder Ausrichtung der Teile 1 , 3 zu ermitteln und/oder eine Veränderung der relativen Position und/oder Ausrichtung der Teile 1 , 3 zu ermitteln und/oder zu korrigieren. Dabei wird auf ein kartesisches Koordinatensystem Bezug genommen. Die Sensoren s2, s4 sind so ausgerichtet, dass sie die Relativposition bezüglich der X-Achse des Koordinatensystems messen, die Sensoren s3, s5 sind so ausgerichtet, dass sie die Relativposition bezüglich der senkrecht zur Y-Achse
verlaufenden X-Achse des Koordinatensystems messen und der Sensor s1 ist so ausgerichtet, dass er die Relativposition parallel oder koaxial zu der Z-Achse des
Koordinatensystems misst, wobei die Z-Achse senkrecht zu der Y-Achse und zu der X- Achse verläuft. Dieses Koordinatensystem ist somit ein Koordinatensystem, welches bezüglich dem zweiten Teil 3 ruht. Umgekehrt bedeutet dies, dass der erste Teil 1 relativ zu dem Koordinatensystem beweglich ist und diese Relativbewegung oder die Position und/oder Ausrichtung relativ zu dem Koordinatensystem bestimmbar ist.
Aus den Messwerten der Sensoren s2, s4 kann der Drehwinkel des zweiten Teils 3 um die (d.h. deren Drehposition bezüglich der) X-Achse gemäß der folgenden Gleichung 1 berechnet werden: s2 - s4
tan r =
X dK\K2
Dabei ist tan rx der Tangens des Drehwinkels um die X-Achse. dKiK2 ist der Abstand der Sensoren s2, s4 in axialer Richtung (Z-Richtung), der ungefähr gleich dem Abstand des ersten Messkörpers K1 von dem zweiten Messkörper K2 im Fall des
Ausführungsbeispiels der Fig.4 ist, solange die Neigung der beiden Längsachsen A1 , A2 relativ zueinander klein ist, z. B. weniger als drei Grad beträgt. Entsprechend kann der Drehwinkel um die Y-Achse wie folgt aus Gleichung 2 berechnet werden: s3 - s5
tanr = (2)
y d
K\K2
Dabei ist tan ry der Tangens des Drehwinkels um die Y-Achse. dKiK2 ist der Abstand der Sensoren s3, s5, der wiederum ungefähr gleich dem Abstand der beiden Messkörper K1 , K2 ist bzw. entsprechender axialer Positionen des Stabs 14 gemäß Fig. 5, auf die die Sensoren gerichtet sind. Außerdem kann wie in der folgenden Gleichung 3 die
translatorische Position des Teils 3 bezüglich dem Koordinatensystem berechnet werden:
Dabei ist VA,B,C der Positionsvektor, der auch als Korrekturvektor bei einer Veränderung der Position des Teils 3 relativ zum Teil 1 verwendet werden kann. In der ersten Zeile auf der rechten Seite von Gleichung 3 steht der Ausdruck zur Berechnung der X-Komponente des Vektors. In der zweiten Zeile auf der rechten Seite der Gleichung 3 steht der
Ausdruck zur Berechnung der Y-Komponente. In der dritten Zeile auf der rechten Seite der Gleichung 3 steht unmittelbar der Messwert des ersten Sensors s1 , der die Z- Komponente ist.
Im Folgenden wird für den Fall, dass sich z. B. die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten, relativ zueinander beweglichen Teile 1 , 3 Teile einer Drehvorrichtung sind, bei der die Teile relativ zueinander um eine Drehachse verdreht werden können, ein Beispiel für eine entsprechende Korrektur der Fehler der Drehvorrichtung beschrieben. Bei dem Fehler handelt es sich, wie oben erwähnt, insbesondere um den Taumelfehler, den
Planlauffehler und/oder den Rundlauffehler. Ermittelt wird mit der Korrektur die korrigierte Position eines vordefinierten Ortes, z. B. der Ort des Kugelmittelpunkts einer Tastkugel eines Koordinatenmessgerätes, mit dem das KMG ein Werkstück zur Bestimmung von dessen Koordinaten mechanisch antastet, oder der Ort eines Antastpunktes an der Oberfläche eines Werkstücks, an dem ein KMG das Werkstück zur Bestimmung der Koordinaten antastet. Der vordefinierte Ort wird durch einen entsprechenden Ortsvektor beschrieben, der vom Ursprung eines Labor-Koordinatensystems zu dem vordefinierten Ort verläuft. Das Labor-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, in dem eine Basis der Drehvorrichtung ruht, d. h. der drehbewegliche Teil der Drehvorrichtung wird relativ zu der Basis verdreht, wenn eine Drehbewegung um die Drehachse der Drehvorrichtung stattfindet. Der nicht drehbewegliche Teil der Drehvorrichtung ruht in dem Labor- Koordinatensystem, wobei jedoch grundsätzlich eine elastische Verbiegung auch des nicht drehbeweglichen Teils möglich ist und optional berücksichtigt werden kann. Zur Berücksichtigung der elastischen Verformung von Teilen der Drehvorrichtung oder vorzugsweise der gesamten Drehvorrichtung kann ein mathematisches Modell verwendet werden, das wenigstens ein finites Element aufweist (siehe oben). Das Ergebnis des Modells ist ein entsprechender Vektor, der die Verbiegung in einem Koordinatensystem beschreibt. Der Ortsvektor p, der zu dem vordefinierten Ort P verläuft, lässt sich gemäß folgender Gleichung 4 berechnen: p = TP "1 TA "1 (Da t + vA) + CA + bA (4)
Dabei bezeichnen TP "1 die inverse Matrix der Matrix TP, die die Neigung der
Drehvorrichtung, insbesondere die Neigung der Drehachse der Drehvorrichtung, in dem Labor-Koordinatensystem beschreibt.
TA "1 beschreibt die inverse Matrix der Matrix TA, die die Position der Drehvorrichtung, insbesondere eines Referenzpunktes auf der Drehachse der Drehvorrichtung im Labor- Koordinatensystem beschreibt. DA steht für die Matrix, welche die Korrekturwerte aufgrund der Fehler der Drehvorrichtung enthält. Auch eine mögliche Zusammensetzung dieser Matrix, aus der sich die Komponenten der Matrix ergeben, wird noch eingegangen, t bezeichnet einen Vektor, der sich von dem genannten Referenzpunkt der
Drehvorrichtung zu dem vorgegebenen Ort P verläuft. Dieser Vektor t ist auf ein
Koordinatensystem bezogen, in dem der bewegliche Teil der Drehvorrichtung ruht. Dies bedeutet, dass dieses Koordinatensystem bei einer Drehbewegung des drehbeweglichen Teils bezüglich des Labor-Koordinatensystems gedreht wird. Diese Drehung wird durch die Matrix RA berücksichtigt. vA beschreibt einen Korrekturvektor zur Korrektur von Fehlern der Drehvorrichtung, nämlich zur Korrektur des Rundlauffehlers. cA ist ein Vektor, der vom Ursprung des Koordinatensystems zu einem Referenzpunkt der Drehvorrichtung führt. Schließlich beschreibt bA in Gleichung (4) einen Vektor, mit dem die elastische
Verbiegung der Drehvorrichtung berücksichtigt wird. Darauf wurde bereits eingegangen. Dieser Vektor bA ist z. B. das Ergebnis der oben beschriebenen Korrektur mit einem mathematischen Modell, das wenigstens ein finites Element aufweist und z. B. in
Gleichung 7, am Ende von Absatz 56 der US 2001/0025427 A1 beschrieben ist.
Die oben erwähnte Matrix DA, die die Rotationsmatrix für die Korrektur des Taumelfehlers und des Winkelfehlers der Drehvorrichtung ist, wird in einem Ausführungsbeispiel durch folgende Gleichung 5 beschrieben:
0
Dabei bezeichnen„cos" den Kosinus und„sin" den Sinus des jeweiligen Winkels r. Die Bezeichnung ry bezeichnet wie oben den Drehwinkel um die Y-Achse, die Bezeichnung rx den Drehwinkel um die X-Achse. Die Bezeichnung rz bezeichnet den Drehwinkel um die Z-Achse. Durch Multiplikation der drei Matrizen auf der rechten Seite der Gleichung 5 ergibt sich die Korrekturmatrix DA.
Folgende Gleichung 6 betrifft den Fall, dass ein Taster eines KMG an dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet ist:
P = TP -1 TA -1 (DA (t + S u) + vA) + cA + bA (6)
Dabei haben die bereits aus Gleichung 5 bekannten Bezeichnungen dieselbe Bedeutung. Gleichung 6 unterscheidet sich von Gleichung 5 durch einen zusätzlichen Term S u, d.h. dem Produkt aus einer Matrix S und einem Vektor u. Dieser Term S wird zu dem Vektor t aus Gleichung 5 hinzu addiert. Der Vektor u ist ein Verschiebungsvektor, der die
Auslenkung des Tasters aus seiner Ruhelage beschreibt. Die Matrix S ist die
Übertragungsmatrix des Tasters, welche insbesondere die elastischen und geometrischen Eigenschaften des Tasters berücksichtigt und durch Kalibrierung des Tasters gewonnen werden kann. Wenn, wie bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zumindest ein Sensor- /Messkörperpaar sowohl zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung eines Tasters vor dem Antasten eines Werkstücks als auch zur Bestimmung der Auslenkung des Tasters beim Antasten des Werkstücks verwendet wird, beeinflusst auch das Gewicht des Tasters dessen Position und/oder Ausrichtung. Dabei ist der Einfluss des Gewichts abhängig von der Drehstellung einer Drehvorrichtung zur Einstellung der Ausrichtung des Tasters und/oder abhängig von einer Linearposition einer linear beweglichen Vorrichtung zur Einstellung der Position des Tasters. Insbesondere kann der Einfluss des Gewichts durch das bereits erwähnte Modell mit finiten Elementen berücksichtigt werden. Es ist jedoch auch möglich, den Einfluss des Gewichts mit den Sensoren zu messen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind daher Sensoren zur Bestimmung von mindestens fünf Freiheitsgraden der Bewegung des Tasters und des drehbaren Teil der Drehvorrichtung relativ zu dem nicht drehbaren Teil der Drehvorrichtung vorhanden.
Fig. 6 zeigt schematisch einen axialen Längsschnitt durch eine Anordnung mit einem ersten Teil 13 und einem zweiten Teil 1 1 , das relativ zu dem ersten Teil 13 beweglich ist. Insbesondere kann es sich bei der Anordnung um eine Drehvorrichtung handeln, bei der das zweite Teil 1 1 um eine in Fig. 6 in vertikaler Richtung verlaufende Drehachse R relativ zu dem ersten Teil 13 drehbar gelagert ist.
Fig. 6 zeigt das Messprinzip einer Sensorik, die einen Magneten 15 aufweist, der an dem zweiten Teil 1 1 befestigt ist und vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Drehachse R angeordnet ist. Dabei befindet sich z. B. der Nordpol an einer höheren axialen Position bezüglich der Achse R als der Südpol. Allgemein wird bevorzugt, dass die durch die beiden entgegengesetzten Pole des Magneten definierte Längsachse des Magneten parallel oder vorzugsweise koaxial zu der Drehachse R ausgerichtet ist. In dem
Ausführungsbeispiel weist der zweite Teil 1 1 außerdem ein Element 12 aus
magnetisierbarem Material auf (z. B. aus ferromagnetischem, wie z. B. Ferrit), das als Element zum Führen der magnetischen Feldlinien in einer gewünschten Weise vorgesehen ist. Das Element 12 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Drehachse R geformt und angeordnet. Es weist an dem einen Pol des Magneten 15 (hier den Nordpol) einen scheibenförmigen Bereich auf, der sich in radialer Richtung zu der Drehachse R erstreckt. An dessen Außenumfang erstreckt sich ein zylindrischer Bereich koaxial zu der Drehachse R in axialer Richtung parallel zur Längsachse des Magneten 15 und damit in Richtung der axialen Position des anderen magnetischen Pols (hier des Südpols) des Magneten 15. Am Ende des zylindrischen Bereichs kann optional noch ein weiterer radial innenliegender Bereich des Elements 12 vorhanden sein (wie in Fig. 6 dargestellt), sodass der verbleibende Ringspalt zwischen dem radial innenliegenden Bereich 16 und dem Magneten 15 kleiner ist, als zwischen dem zylindrischen Bereich und dem Magneten 15. In diesem Ringspalt befindet sich zumindest ein Sensor 14, im Ausführungsbeispiel zwei Sensoren 14a, 14b zur Messung der radialen Position oder Relativposition des ersten Teils 13 und des zweiten Teils 1 1. Der zumindest eine Sensor 14 ist an dem ersten Teil 13 befestigt, z. B. über einen sich parallel zur Drehachse R erstreckenden Träger 17. Im Ausführungsbeispiel sind die zwei Sensoren 14a, 14b an bezüglich der Drehachse R einander gegenüberliegenden radialen Positionen
angeordnet. Es handelt sich damit um Sensoren, die redundante Informationen über die Relativposition des ersten Teils 13 und des zweiten Teils 1 1 liefern, und zwar in einer Richtung, die in Fig. 6 in der Figurenebene in horizontaler Richtung verläuft.
Auch am unteren magnetischen Pol des Magneten kann sich optional ein
Flussführungsteil (z. B. aus Ferrit befinden. Bei dem Sensor kann es sich z. B. um einen Hall-Sensor oder um einen magneto-resistiven Sensor handeln.
Fig. 7 zeigt eine Variante der Anordnung der Fig. 6, wobei der Blick in der axialen Richtung der Drehachse R aus Fig. 6 gerichtet ist, und zwar auf die Unterseite des Magneten 15 und des Elements 12 gerichtet ist. In dem Ringspalt zwischen dem radial innenliegenden Bereich 16 und dem Magneten 15 befinden sich außer den zwei in Fig. 6 dargestellten Sensoren 14a, 14b weitere zwei magnetische Sensoren 14c, 14d. Diese weiteren Sensoren 14c, 14d sind jedoch betrachtet in Umfangsrichtung um die Drehachse R an einer anderen Position, sodass sie die Relativposition des ersten Teils 13 (nicht in Fig. 7 gezeigt) und des zweiten Teils 1 1 in einer anderen Richtung als die Sensoren 14a, 14b messen. In Fig. 7 ist die Richtung, in der die Sensoren 14a, 14b die Relativposition messen, mit X bezeichnet, da es sich z. B. um die Richtung der X-Achse eines kartesischen Koordinatensystems handeln kann. Die senkrecht dazu verlaufende Y- Richtung, ist die Richtung, in der die Sensoren 14c, 14 d messen. In Fig. 6 verläuft die X- Richtung von rechts nach links.
Fig. 8 zeigt eine Variante einer Anordnung zum Messen der Position eines ersten Teils 23 relativ zu einem zweiten Teil 21 . Die Figur zeigt einen Schnitt durch die Anordnung quer zu einer Drehachse R, um die die Teile 21 , 23 relativ zueinander drehbeweglich sind. An dem ersten Teil 21 sind aus Sicht der Drehachse R in verschiedene, vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufende radiale Richtungen Magnete 25a, 25b angeordnet. Anders als in Fig. 8 dargestellt, können die Magnete 25 alternativ in größerem Abstand zu der Drehachse R angeordnet sein, nämlich in einem Abstand, der ungefähr gleich dem Abstand von Sensoren 14 ist, die an dem zweiten Teil 21 befestigt sind. Insgesamt sind an dem ersten Teil 23 acht Sensoren 14 angeordnet, die den Magneten 25a, 25b zugeordnet sind, d. h. die Sensoren 14 können jedenfalls dann, wenn sich die Magnete 25a, 25b in ihrer Nähe befinden, deren Position in radialer Richtung, d. h. senkrecht der Drehachse R messen. Die Magnete 25a, 25b üben daher die Funktion von Messkörpern aus, die den Sensoren 14a bis 14h zugeordnet sind. Diese Sensoren 14 sind über den Umfang des ersten Teils 23 bei gleichen Winkelabständen bezüglich der Drehachse R verteilt. Bei acht Sensoren 14 befindet sich daher alle 45° in Umfangsrichtung ein Sensor. Wenn sich die Sensoren 14 und die Magnete 25 in gleichem Abstand zur Drehachse R befinden, sind die Sensoren und Magnete in axialer Richtung, d. h. parallel zur Achse R gegeneinander versetzt, damit die Drehbewegung um die Drehachse R möglich ist.
Bei den Anordnungen gemäß Fig. 8 handelt es sich um eine alternative Realisierung einer Sensorik zu dem Messsystem, das in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt ist. Insbesondere können die Sensoren s2, s3 oder die Sensoren s4, s5 durch ihr, s5 mit dem jeweiligen zugeordneten Messkörper durch die Anordnung gemäß Fig. 8 ersetzt werden. Dies bedeutet auch, dass jeweils eine Anordnung gemäß Fig. 8 die Anordnung der Sensoren s2, s3 bzw. s4, s5 mit dem zugeordneten Messkörper ersetzen kann. Die beiden
Anordnungen gemäß Fig. 8 befinden sich in diesem Fall an verschiedenen axialen Positionen bezüglich der Drehachse R. Zusätzlich kann, wie in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt, z. B. zumindest ein Sensor s1 vorhanden sein, der die axiale Relativposition der gegeneinander beweglichen Teile misst.
Die in Anordnung in Fig. 8 kann modifiziert werden, insbesondere in dem die beiden Magnete 25a, 25b durch jeweils einen Sensor ersetzt werden und dem entsprechend die acht Sensoren durch jeweils einen Magneten ersetzt werden. Ferner können andere Sensoren als magnetische Sensoren eingesetzt werden, z. B. kapazitive oder induktive Sensoren mit entsprechenden zugeordneten Messkörpern. Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl der Sensoren 14 variiert werden. Z. B. können lediglich vier Sensoren über den Umfang verteilt werden, oder sechzehn Sensoren. Die Ausgestaltung gemäß Fig. 8 erlaubt es, insbesondere bei bestimmten Drehstellungen des ersten Teils 23 relativ zu dem zweiten Teil 21 , die beiden radialen Positionen zu messen. In diesen bestimmten Drehstellungen befinden sich die Magnete 25 jeweils in der Nähe eines der Sensoren 14, sodass die Messung der radialen Relativposition mit hoher Genauigkeit gelingt. Die Anordnung gemäß Fig. 8 ermöglicht es also bei diesen bestimmten Drehpositionen die Fehler der Drehvorrichtung (insbesondere Taumelfehler) zu ermitteln. Insbesondere bei Koordinatenmessgeräten mit Tastern oder Tastköpfen, die bezüglich einem Arm des KMG drehbar sind, reichen mehrere diskrete Drehstellungen häufig aus, um die Messaufgaben in geeigneter Weise zu erfüllen und entsprechendes gilt für einen Drehtisch, auf dem ein Werkstück drehbar relativ zu einer Basis des Drehtischs anordenbar ist. Bei mehreren diskreten Drehstellungen des Werkstücks relativ zu der Basis, z. B. den acht verschiedenen Drehstellungen gemäß der Anordnung von Fig. 8, kann das Werkstück in der gewünschten Weise bearbeitet und/oder vermessen werden.
Das Prinzip der Anordnung gemäß Fig. 8 kann auch auf eine Anordnung ähnlich der gemäß Fig. 6 angewendet werden, d. h. die Sensoren in einem Spalt zwischen einem Permanentmagneten und einem anderen Permanentmagneten oder in einem Spalt zwischen einem Permanentmagneten und einem Element zur magnetischen Flussführung oder in einem Spalt zwischen zwei Elementen zur magnetischen Flussführung
angeordnet.
Insbesondere ist es möglich, die Signale der mehreren Sensoren 14 gemäß Fig. 8 (oder einer anderen Anzahl von mehreren Sensoren) über einen Multiplexer zyklisch oder in anderer Weise nach einander abzufragen und somit zu erfassen. Z. B. bei der in Fig. 8 gezeigt Winkelstellung der beiden gegeneinander verdrehbaren Teile 21 , 23 würden lediglich die Messsignale der Sensoren 14a, 14g Werte annehmen, die Aufschluss über die radiale Relativposition geben.
Generell, nicht nur bei der Ausführungsform der Fig. 8, gilt, dass z. B. analog elektrische Signale eines Sensors durch einen Analog-/Digital-Wandler digitalisiert werden können und anschließend digital, insbesondere durch Einsatz eines Computers, verarbeitet werden können.
Das anhand von Fig. 4 erläuterte Prinzip, wonach der Fehler der Drehvorrichtung nur in bestimmten diskreten Winkelstellungen messbar ist (oder in engen Bereichen um diese diskreten Winkelstellungen) hat jedoch auch den Vorteil, dass diese diskreten
Winkelstellungen mittels derselben Sensoren, die auch zur Bestimmung des Fehlers der Drehvorrichtung verwendet werden, festgestellt werden können. Wie zuvor erwähnt, geben in der in Fig. 8 dargestellten Drehstellung beispielsweise lediglich die Sensoren 14a, 14g Messsignale ab, die auf die Nähe eines Magneten 25 schließen lassen. Somit ist die linke Stellung eindeutig aus den Signalen der Sensoren ermittelbar. Die exakte Position und Ausrichtung kann dann mittels der Sensoren 14a, 14g (oder bei anderen Winkelstellungen bzw. Drehstellungen durch andere Sensoren 14) und optional durch weitere Sensoren zur Bestimmung der radialen Relativposition an einer anderen axialen Position und optional durch zumindest einen zusätzlichen Sensor zur Bestimmung der axialen Position ermittelt werden. Wenn die Winkelstellung nicht mit denselben Sensoren, wie für die Bestimmung der Fehler der Drehvorrichtung, ermittelbar ist oder ermittelt wird, wird vorzugsweise zusätzlich ein weiteres Messsystem verwendet, dass ausgestaltet ist, die Winkelstellung bzw. Drehstellung zu ermitteln. Solche Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben.
Fig. 9 zeigt schematisch die Integration einer Anordnung gemäß Fig. 4 in einen Drehtisch. Der drehbare Teil 33 des Drehtischs dient insbesondere dazu, ein Werkstück auf dem Drehtisch 33 anzuordnen. Die Basis des Drehtischs ist mit dem nichtdrehbaren Teil 31 verbunden oder durch diesen gebildet. Der Teil des Messsystems, der die Messkörper K1 , K2 trägt, z. B. wie in Fig. 4 an einem Stab 34, ist an der Unterseite des drehbaren Teils 33 befestigt und wird bei einer Drehbewegung des drehbaren Teils 33 mit bewegt. Der Stab 34 mit den Messkörpern K1 , K2 erstreckt sich von oben nach unten in den Innenraum des nichtdrehbaren Teils 31 . Die Sensoren s2, s3, s4, s5 sind wie in Fig. 4 schematisch durch Pfeile angedeutet und sind an dem nichtdrehbaren Teil 31 befestigt.
Anstelle des Messsystems gemäß Fig. 4 und Fig. 9 kann auch ein anderes Messsystem in den Drehtisch mit den gegeneinander verdrehbaren Teilen 31 , 33 integriert werden. Insbesondere können sich die Sensoren mit dem drehbaren Teil 33 mitdrehen und die Messkörper an dem nicht drehbaren Teil 31 angeordnet sein. Ferner können andere Messkörper als die kugelförmigen Messkörper K1 , K2 verwendet werden. Z. B. kann auch das Messsystem gemäß Fig. 8 in den Drehtisch gemäß Fig. 9 integriert werden. Ferner ist es möglich, dass in ähnlicher Weise ein Messsystem nicht in einen Drehtisch, sondern in eine Drehvorrichtung zum Drehen eines Tasters eines KMG oder zum Drehen eines Werkzeuges einer Werkzeugmaschine integriert wird. In diesem Fall befindet sich ebenfalls, wie in Fig. 9 dargestellt, das Messsystem innerhalb des einen der beiden gegeneinander verdrehbaren Teile.
Fig. 10 zeigt ein Messsystem wie in Fig. 6 und/oder Fig. 7. Für die entsprechenden Teile des Messsystems werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 6 und Fig. 7 verwendet. Alternativ kann jedoch auch ein anderes Messsystem, z.B. ähnlich wie in Fig. 4 und Fig. 5 schematisch dargestellt, eingesetzt werden. Dies gilt auch für die in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 10 weist einen drehbaren Teil 41 auf, der mit dem Teil 1 1 des Messsystems fest verbunden ist. Die Sensoren 14a, 14b des Messsystems sind mit einem nicht drehbaren Teil 43 verbunden, d.h. der drehbare Teil 41 kann relativ zu dem nicht drehbaren Teil 43 um die Drehachse R gedreht werden, wobei sich durch die Drehung auch eine andere Drehstellung des Elements 12 des Messsystems relativ zu den Sensoren 14 ergibt. Allerdings sind diese Sensoren 14 nicht dazu ausgestaltet, die Drehposition zu ermitteln. Dies wäre aber z.B. bei Einsatz eines Messsystems gemäß Fig. 8 der Fall (s. oben).
Die Anordnung gemäß Fig. 10 ermöglicht die Kalibrierung des Messsystems, da die Position des drehbaren Teils 41 und damit der mit dem Teil 41 verbundenen Teile des Messsystems relativ zu der Drehachse R in radialer Richtung veränderbar ist. Hierzu ist der drehbare Teil 41 über Befestigungsmittel, im Ausführungsbeispiel Schrauben 46a, 46b, an einem Zwischenteil 45 befestigt. Dieser Zwischenteil 45 ist um die Drehachse R drehbar und zu diesem Zweck über ein Drehlager 44 an dem nicht drehbaren Teil 43 gelagert. Allgemeiner formuliert ist der nicht drehbare Teil 43 über ein Drehlager 44 mit einem ersten drehbaren Teil 45 drehbar gekoppelt, so dass der erste drehbare Teil und der feststehende Teil 43 eine Drehbewegung um eine Drehachse R relativ zueinander ausführen können. Mit dem ersten drehbaren Teil 45 ist ein zweiter drehbarer Teil 41 fest, aber lösbar verbunden, so dass die Relativposition des ersten drehbaren Teils 45 und des zweiten drehbaren Teils 41 einstellbar ist.
Bezüglich der Kalibrierung der Sensoren 14, die eine Messung der Relativposition des feststehenden Teils 43 und des drehbaren Teils 41 ermöglichen, wird der zweite drehbare Teil 41 relativ zu dem ersten drehbaren Teil 45 in verschiedenen Relativpositionen in radialer Richtung fixiert (insbesondere durch Lösen und wieder Fixieren des Fixierungsmittels, Verändern der Relativposition und wieder Fixieren des Fixierungsmittels). In all diesen Relativpositionen der Teile 45, 41 werden Messwerte der entsprechenden, diesem Freiheitsgrad der Bewegung zugeordneten Sensoren oder des Sensors ermittelt und daraus Informationen zur Kalibrierung gewonnen. Ändert sich nachher die Relativposition des nicht beweglichen Teils 43 relativ zu dem zweiten beweglichen Teil 41 aufgrund von Fehlern (insbesondere Taumelfehlern) der
Drehvorrichtung, kann mithilfe der gewonnenen Kalibrierinformationen ermittelt werden, in welcher Relativposition sich die Teile 41 , 43 befinden. Insbesondere werden durch die Kalibrierung Nichtlinearitäten zwischen der Relativposition und dem Sensorsignal des jeweiligen Sensors ermittelt.
Auch für andere Freiheitsgrade der Bewegung kann eine entsprechende
Bewegungsmöglichkeit zwischen einem ersten und einem zweiten drehbaren Teil vorhanden sein, so dass diese beiden drehbaren Teile in verschiedenen Relativpositionen bezüglich dem Freiheitsgrad der Bewegung fixiert werden können.
Alternativ oder zusätzlich zu der Kalibrierung mittels Veränderung der Relativposition zweier drehbeweglicher Teile können die Sensoren in einer speziellen Messanordnung kalibriert werden, d.h. die Sensoren befinden sich dann nicht in der Drehvorrichtung sondern in einer Referenz-Drehvorrichtung oder einem anderen speziellen Aufbau zur Kalibrierung. Nachdem die Kalibrierwerte gewonnen wurden, werden die Sensoren in die Drehvorrichtung eingesetzt und liefern während dem Betrieb der Drehvorrichtung
Messwerte. Entsprechendes gilt z.B. auch dann, wenn die Sensoren nicht in eine
Drehvorrichtung eingesetzt werden, sondern in den oben beschriebenen Arm eines KMG oder einer Werkzeugmaschine gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Wenn zumindest zwei Messsysteme bzw. Teil-Messsysteme zur Erfassung der radialen Relativposition an unterschiedlichen axialen Positionen bezüglich der Drehachse angeordnet sind, wird vorzugsweise auch eine nicht parallele Ausrichtung der beiden Messsysteme bzw. Teil-Messsysteme durch Kalibrierung ermittelt und/oder korrigiert. Auch die Exzentrizität der Messsysteme bzw. Teil-Messsysteme bezüglich der
Drehbewegung um die Drehachse wird vorzugsweise durch Kalibrierung ermittelt und/oder korrigiert. Wiederum ist es möglich, den Fehler des gesamten Messsystems oder beider Messsysteme in einer separaten Kalibrier-Anordnung zu ermitteln. Hierzu werden die beiden Messsysteme oder Teil-Messsysteme fest miteinander verbunden und in einer Referenz-Drehvorrichtung, die einen vernachlässigbar kleinen oder exakt bekannten Fehler der Drehbewegung hat, betrieben, d.h. es werden in verschiedenen Drehstellungen der Referenz-Dreh Vorrichtung entsprechende Messwerte der Sensoren aufgenommen. Anschließend wird die Anordnung der Messsysteme oder Teil- Messsysteme in die Drehvorrichtung eingesetzt, in der die Sensoren dauerhaft während des Betriebes Signale liefern sollen. Dabei wird die feste Verbindung der beiden
Messsysteme oder Teil-Messsysteme relativ zu der Verwendung in der Referenz- Drehvorrichtung nicht verändert.
Fig. 1 1 zeigt zwei der Messsysteme gemäß Fig. 6 und Fig. 7, wobei die Messsysteme wiederum durch andere Messsysteme ersetzt werden können. In dem speziellen
Ausführungsbeispiel ist jedoch lediglich ein Sensor zur Bestimmung der radialen
Relativposition des drehbeweglichen Teils 51 relativ zu dem nicht drehbeweglichen Teil 53 dargestellt. Bei dem unteren der beiden dargestellten Messsysteme ist zusätzlich noch ein Sensor 19 zur Messung der axialen Relativposition der Teile 51 , 53 vorhanden, wobei dieser Sensor 19 in einem kleinen Abstand zu dem unteren magnetischen Pol (hier Südpol) des weiter unten dargestellten Messsystems angeordnet ist.
Das feststehende Teil 53 (der Stator) ist in dem Ausführungsbeispiel im dargestellten Längsschnitt U-förmig und enthält in seinem Inneren das untere Messsystem und eine Verbindung 59 zwischen dem unteren und dem oberen Messsystem. Dadurch werden beide Messsysteme bei einer Drehbewegung des drehbaren Teils 51 mitgedreht. Die mit dem Stator 53 verbundenen Teile des Messsystems (hier die Sensoren) werden jedoch selbstverständlich nicht mitgedreht. Der Stator 53 und der bewegliche Teil 51 sind wiederum über ein Drehlager 44 drehbar aneinander gelagert. Links oben in Fig. 1 1 ist schematisch ein Antrieb für eine Drehbewegung des drehbaren Teils 51 dargestellt. Ein Motor 54 treibt eine Drehbewegung einer Antriebswelle 58 an, durch die ein Antriebsrad (z.B. ein Reibrad oder Zahnrad 57) gedreht wird, welches ein entsprechendes
Drehmoment auf den drehbaren Teil 51 überträgt. Nicht in Fig. 1 1 dargestellt ist jeweils für jedes der beiden Messsysteme ein vorzugsweise zusätzlich vorhandener zweiter Sensor zum Messen einer radialen Relativposition des drehbeweglichen Teils 51 und des Stators 53 in einer senkrecht zu der ersten radialen Richtung verlaufenden Richtung, in welcher die in Fig. 1 1 dargestellten Sensoren 14a und 14b die radiale Relativposition messen. Fig. 12 zeigt eine Anordnung wie in Fig. 1 1 , wobei jedoch die beiden Messsysteme durch ein anderes Messsystem ersetzt worden, welches der anhand von Fig. 4 beschriebenen Ausführung entspricht. An dem drehbaren Teil 51 ist ein stabförmiger Träger 4 befestigt, der rotationssymmetrisch zu der Drehachse R von oben nach unten in den Innenraum des Stators 53 verläuft. Der stabförmige Träger 4 trägt als Messkörper zwei kugelförmige Bereiche K1 , K2 in axialem Abstand bezüglich der Drehachse R. An dem Stator 53 sind die Sensoren 64a, 64b, 69 gerichtet und zwei zusätzliche Sensoren zur Bestimmung des radialen Abstandes in einer anderen Richtung als die Sensoren 64a, 64b. Dabei wird der Sensor 69 zur Bestimmung des axialen Abstandes des Stators 53 zu dem kugelförmigen Messkörper K1 von der unten liegenden Basis des Stators 53 getragen. Ein
Anschlusskabel 63a des Sensors 69 ist durch die Basis des Stators 53 von oben nach unten hindurch geführt. Über das Kabel 63 wird das Sensorsignal des Sensors einer nicht dargestellten Auswertungseinrichtung zugeführt. Die beiden Sensoren 64a, 64b, die auf den ersten kugelförmigen Messkörper K1 bzw. den zweiten kugelförmigen Messkörper K2 gerichtet sind, sind an einer Seitenwand (d.h. im dargestellten Längsschnitt ein
Längsschenkel des U-Profils) befestigt. Jeweils ist wieder ein Anschlusskabel 63b, 63c durch die Seitenwand des Stators 53 hindurch geführt, wobei die Kabel 63 ebenfalls an die Auswertungseinrichtung angeschlossen sind. Bei den Sensoren 64, 69 handelt es sich z.B. um optische Sensoren. Alternativ kann es sich z.B. um kapazitive Sensoren handeln. In diesem Fall sind die Messkörper K1 , K2 z.B. aus elektrisch leitfähigem Material, z.B. Stahl gefertigt.
Fig. 13 zeigt einen Stator 53 und einen Rotor (drehbares Teil) 51 wie in Fig. 1 1 und Fig. 12, die ebenfalls über ein Drehlager 44 drehbar gelagert sind. Die Messsysteme aus Fig. 1 1 bzw. das Messsystem aus Fig. 12 ist jedoch durch ein anderes Messsystem ersetzt. Von dem Rotor 51 ragt ein stabförmiger Träger 73 nach unten in den Hohlraum des Stators 53, wobei der stabförmige Träger 73 drehfest an dem Rotor 51 befestigt ist und koaxial zu der Drehachse R angeordnet ist. An verschiedenen axialen Positionen bezüglich der Drehachse R trägt der Stab 73 jeweils eine Scheibe 75a, 75b, die z.B. wie in Fig. 14 gezeigt eine Struktur mit einer Vielzahl von Markierungen aufweist, die in einem Abstand zueinander auf der Scheibe oder an der Scheibe angeordnet sind. Diese voneinander beabstandeten Markierungen können somit als Gitter bezeichnet werden, im Fall von strichförmigen Markierungen als Strichgitter. Dabei verlaufen die Markierungen, von denen in Fig. 14 einige mit den Bezugszeichen 82 bezeichnet sind, vorzugsweise entlang einer Kreislinie, d.h. ihr Abstand zueinander entspricht dem entsprechenden Abschnitt der Kreislinie zwischen den Markierungen. Die Kreislinie streckt sich dabei um die Drehachse R. Ähnlich wie in Fig. 7 sind auch in Fig. 14 die quer und jeweils senkrecht verlaufenden X- und Y-Achsen dargestellt, in deren Richtung Relativpositionen des Stators und des Rotors zu bestimmen ist.
Während die Sensoren 74a, 74b bzw. 74c, 74d zur Messung der radialen Relativposition in radialer Richtung bzw. Durchmesserrichtung bezüglich der Drehachse R einander gegenüberliegend angeordnet sind, ist die Anordnung der Sensoren 74a, 74b, 74c, 74d, 74e, die in Fig. 14 gezeigt ist, anders gestaltet. Die Draufsicht von Fig. 14 zeigt, dass insgesamt fünf Sensoren 74 etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Keinem der Sensoren 74 in Fig. 14 liegt daher ein anderer Sensor bezüglich der Drehachse R genau gegenüber.
In jedem Fall sind die Sensoren 74 gemäß Fig. 13 und Fig. 14 ausgestaltet, nicht nur die Drehstellung oder Änderung der Drehstellung der Scheibe 75 bezüglich der Drehachse R zu ermitteln, sondern auch die radiale Position der Scheibe 75 relativ zu den Sensoren und damit die radiale Position des Rotors 51 relativ zu dem Stator 53. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Signale der einzelnen Sensoren ausgewertet werden und daraus jeweils eine radiale Position bezüglich der Verbindungslinie des Sensors zu der Drehachse R ermittelt wird. Vielmehr lässt sich aus der Gesamtheit der Signale von mehr als einem der Sensoren 74 die Position der Scheibe 75 und damit des Rotors 51 innerhalb der durch die Scheibe definierten Ebene bestimmen, welche senkrecht zu der Drehachse R verläuft. Zur Bestimmung dieser Position in der Ebene oder der einzelnen radialen Relativposition wird der Effekt genutzt, dass sich der Abstand zwischen linearen Markierungen 82, die in radialer Richtung und somit senkrecht zu der genannten Kreislinie verlaufen, mit zunehmender Distanz zu der Drehachse R größer wird bzw. in umgekehrter Richtung kleiner wird. Dadurch ändert sich auch das Messsignal der Sensoren 74, die gleichzeitig mehrere Markierungen erfassen.
Die Sensoren 74 sind, wie Fig. 13 zeigt, wiederum an der Innenseite der Seitenwand des Stators 53 befestigt. Geeignete Sensoren werden z.B. in der EP 1 923 670 A1
beschrieben.
Fig. 15 zeigt eine Variante eines Teil-Messsystems zur Bestimmung der axialen
Relativposition bezüglich der Drehachse R. Die Anordnung aus Stator 53, Drehlager 44 und Rotor 51 ist wie in Fig. 1 1 bis Fig. 13 ausgestaltet. Allerdings kann die Höhe der Seitenwände des Stators 53 und damit die Höhe dessen Innenraumes variieren. Dies gilt auch auf andere Ausgestaltungen als in Fig. 15 dargestellt. Ein magnetischer Sensor 89 ist über einen Träger 87 mit einer Seitenwand des Stators 53 fest verbunden. Er befindet sich im Bereich der Drehachse R, d.h. er wird von der imaginären Drehachse R durchstoßen. In einem axialen Abstand befindet sich oberhalb des Sensors 89 ein erster Magnet 85b, der über einen stabformigen Träger 84 fest an der Unterseite des Rotors 51 angeordnet ist. Ein zweiter Magnet 85a ist unterhalb des Sensors 89 in axialem Abstand angeordnet und ebenfalls wie der Sensor 89 an dem Stator 53 befestigt. Aufgrund der beiden Magnete 85 wird am Ort des Sensors 89 ein besonders starkes Magnetfeld erzeugt, so dass die örtliche Auflösung bei der Messung der axialen Position besonders hoch ist. Allerdings ist der untere Magnet 85a nicht zwingend erforderlich. Z.B. bei der Ausführungsform der Fig. 1 1 , die oben beschrieben wurde, kann der Sensor unmittelbar an dem unteren Teil des Stators 53 befestigt sein und der untere Magnet 85a gemäß Fig. 15 entfallen.
Einen ähnlichen Aufbau wie in Fig. 15 zeigt Fig. 16, wobei jedoch zusätzlich ein
Messsystem zur Bestimmung der radialen Position oder radialen Positionen des Rotors 51 relativ zum Stator 53 vorgesehen ist. Das zusätzliche Messsystem wird beispielsweise wie bereits anhand von Fig. 13 und Fig. 14 beschrieben ausgeführt. Eine Scheibe 75 mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Markierungen ist an einem stabformigen Träger 84 drehfest bezüglich dem Rotor 51 angeordnet. Zumindest zwei Sensoren 74a, 74b zum Erfassen der voneinander beabstandeten Markierungen an oder auf der Scheibe 75 sind mit den Seitenwänden des Stators 53 fest verbunden. Die Gesamtanordnung der
Sensoren der Ausführungsform der Fig. 16 dient der Ermittlung von drei Freiheitsgraden der Bewegung, wobei Trommelfehler nicht erfasst werden können. Die Anordnung eignet sich daher für Drehvorrichtungen, bei denen Taumelfehler z.B. konstruktiv bedingt vernachlässigbar klein sind. Der Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 14 liegt in der geringen Bauhöhe, d.h. in der geringen Ausdehnung entlang der Drehachse R.
Fig. 17 zeigt eine Kombination des oberen Messsystems der Anordnung gemäß Fig. 13 mit dem unteren Messsystem der Anordnung gemäß Fig. 12. Dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 12 und Fig. 13 haben dieselbe Bedeutung in Fig. 17. Mit den beiden Sensoren 74a, 74b und der Scheibe 75 lassen sich linear voneinander unabhängige radiale
Relativpositionen des Rotors 51 und des Stators 53 an einer ersten axialen Position bezüglich der Drehachse R ermitteln. Mit dem Sensor 64a und einem weiteren nicht dargestellten Sensor, die auf den Messkörper K1 ausgerichtet sind, welche an dem stabförmigen Träger 73 in dessen unterem Endbereich angeordnet ist, lassen sich zwei radiale, voneinander unabhängige radiale Relativpositionen des Stators 53 und des Rotos 51 an einer zweiten axialen Position der Drehachse R ermitteln. Eine axiale
Relativposition der Kugel K1 und des Sensors 69, der an dem Stator 53 unten befestigt ist, lässt sich zusätzlich ermitteln.
Fig. 18 zeigt eine weitere Kombination von zwei verschiedenen Messsystemen bzw. Teil- Messsystemen. Der Stator 53, die Drehlagerung 44, der Rotor 51 mit samt dem nach unten abragenden stabförmigen Träger 73 und dem oberen Teil-Messsystem mit der Scheibe 75 sind wie in Fig. 17 bzw. Fig. 13 und Fig. 14 ausgestaltet. Das untere, an einer anderen axialen Position der Drehachse R angeordnete zweite Teil-Messsystem ist jedoch anders ausgeführt als in Fig. 13 und Fig. 17. Es weist eine zylinderförmige Scheibe 95 auf, auf deren in Umfangsrichtung verlaufenden Außenrand ein erster Sensor 64a zur Ermittlung der radialen Relativposition zwischen der Zylinderscheibe 95 und dem Stator 53 ausgerichtet ist. Ferner sind zwei in axialer Richtung, d.h. parallel zur Richtung der Drehachse R, auf eine ebene Oberfläche der Zylinderscheibe 95 ausgerichtete Sensoren 94a, 94b mit dem Stator 53 verbunden. Diese beiden Sensoren 94 erlauben nicht nur die Bestimmung der axialen Relativposition zwischen der Zylinderscheibe 95 und damit dem Rotor 51 einerseits und dem Stator 53 andererseits, sondern auch die Bestimmung des Taumelfehlers. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass an dem oberen Teil- Messsystem lediglich eine geringe Anzahl von Sensoren 74 erforderlich ist. Allerdings wird für die Erfassung der Lage der Scheibe 75 in der senkrecht zur Achse R
verlaufenden Ebene die Information von zumindest zwei Sensoren 74 benötigt, die nicht einander gegenüber liegen bezüglich der Drehachse R.
Eine besonders niedrig bauende Ausführungsform, d.h. die Erstreckung entlang der Drehachse R ist besonders klein, ist in Fig. 19 dargestellt. Wiederum ist ein Messsystem mit einer an dem stabförmigen Träger 73 des Rotors 51 angeordneten Scheibe 75 vorhanden, die eine Vielzahl von Markierungen trägt. Jedoch sind die zugeordneten Sensoren 74, welche die Relativposition der Scheibe 75 bezüglich zweier voneinander unabhängiger radialer Relativpositionen messen, auf der einen axialen Seite (nämlich oben in Fig. 19) der Scheibe 75 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden axialen Seite der Scheibe 75, nämlich unten in Fig. 19, sind zwei Sensoren 94a, 94b ähnlich wie in Fig. 18 im unteren Teil-Messsystem angeordnet. Diese Sensoren 94 sind parallel zur Drehachse R ausgerichtet. Wiederum erlauben diese beiden Sensoren 94 die
Bestimmung der axialen Relativposition von Stator 53 und Rotor 51 sowie die
Bestimmung des Planlauffehlers.
Insbesondere können die Sensoren 74 wie oben beschrieben auch zur Bestimmung der Translationsbewegung bzw. der translatorischen Position quer zur Richtung der
Drehachse R genutzt werden. In diesem Fall ist mit der Anordnung auch die Bestimmung des Taumelfehlers möglich.
Bei einer nicht in Fig. 19 dargestellten Variante kann auf die Sensoren 94 verzichtet werden und sind die Drehwinkelsensoren 74 außerdem ausgestaltet, die axiale
Relativposition zwischen dem Messkörper 75 und den Sensoren 74 zu messen. Die Sensoren 74 übernehmen somit die Funktion der Sensoren 94. Diese Variante kann noch flacher gebaut werden, da z.B. der Messkörper 75 noch dichter an dem Boden des Stators 53 positioniert werden kann. Genauso flach (in axialer Richtung) kann aber auch gebaut werden, wenn sich die Sensoren 94 auf derselben axialen Seite der Scheibe 75 befinden wie die Sensoren 74.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die in Fig. 20 schematisch dargestellte Ausführungsform ausgeführt. Dargestellt ist ein Taststift 122 zum
mechanischen Abtasten eines Werkstücks, dessen Koordinaten bestimmt werden sollen. Der Taststift 122 weist an seinem freien Ende eine Tastkugel 123 oder ein anderes Tastelement auf. Wie durch zwei konzentrische Kreise angedeutet ist, ist der Taststift 122 beweglich gelagert (Lagerung 120), um beim Abtasten des Werkstücks aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden zu können. Diese Auslenkung wird wie üblich gemessen und es werden daraus die Koordinaten des jeweiligen angetasteten Punktes auf der Oberfläche des Werkstücks bestimmt. Hierzu ist der Taststift mit einer Sensorik kombiniert, die in Fig. 20 schematisch durch zwei Sensoren s1 , s2 dargestellt ist. In dem Ausführungsbeispiel sind die Sensoren s1 , s2 starr (d.h. ohne die Möglichkeit einer relevanten Relativbewegung) mit dem Taststift 122 verbunden, während die
zugeordneten Messkörper starr mit der Halterung des Taststifts oder des Tastkopfs, insbesondere mit einem Arm eines KMG, verbunden sind. Sowohl bei Auslenkung des Taststifts 122 beim Antasten eines Werkstücks als auch bei einer Einstellung der Position und/oder Ausrichtung des Taststiftes vor oder während dem Antasten eines Werkstücks findet eine Relativbewegung des Taststiftes 122 zu einem Träger 1 15 der Messkörper statt, und damit auch eine Relativbewegung zwischen den Sensoren und den
Messkörpern.
In Fig. 20 ist eine Mehrzahl von Messkörpern M1 bis M5 an dem Träger 1 15 bzw. an dem nicht beweglichen Teil dargestellt. Hierauf wird noch näher eingegangen. Diese Mehrzahl von Messkörpern M1 bis M5 ist lediglich einem der Sensoren, nämlich dem Sensor s1 , zugeordnet. Entsprechende, dem anderen Sensor s2 oder optionalen weiteren Sensoren zugeordnete Messkörper sind in Fig. 20 nicht dargestellt, da es sich um eine
schematische Darstellung handelt. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein Messkörper an dem Taststift angeordnet ist und mehrere Sensoren an dem nicht beweglichen Teil der Anordnung.
Zusätzlich zu der Beweglichkeit aufgrund der Lagerung 120 kann der Taststift 122 mit samt den fest mit ihm verbundenen Sensoren (oder Messkörpern) um eine Drehachse R gedreht werden. Dies geschieht insbesondere zu dem Zweck, dass vor dem Antasten eines Punktes auf einer Oberfläche des Werkstücks der Taststift 122 anders ausgerichtet werden soll. Durch gestrichelte Linien ist eine andere Drehposition des Taststifts und der Sensoren dargestellt, in die der Taststift 122 durch Drehung um die Drehachse R gebracht worden ist. Man erkennt, dass sich damit auch die Lagerung 120 gedreht hat. Anschließend kann in dieser veränderten Ausrichtung des Taststiftes 122 ein Werkstück angetastet werden. Durch die Drehung um die Drehachse R wird jedoch nicht die Position oder Ausrichtung des nicht beweglichen Teils 1 15 der Anordnung mit den daran befestigten Messkörpern M1 bis M5 verändert. Anders als in Fig. 20 dargestellt kreuzt die Drehachse R vorzugsweise einen Fixpunkt der Lagerung 120.
Die Sensoren und die zugeordneten Messkörper der Anordnung sind gemäß zweiten Aspekt der Erfindung derart angeordnet, dass einerseits die Veränderung der Ausrichtung des Taststiftes 122 aufgrund der Drehung um die Drehachse R (bzw. die Drehposition um die Drehachse R) aus den Sensorsignalen ermittelt werden kann, als auch die
Auslenkung des Taststiftes 122 beim Abtasten bzw. Antasten eines Werkstücks in der jeweiligen Ausrichtung. Eine Anordnung mit mehreren Messkörpern und einem
gemeinsamen, den Messkörpern zugeordneten Sensor, oder umgekehrt mit mehreren Sensoren und einem gemeinsamen, den Sensoren zugeordneten Messkörper kann jedoch auch in anderen Fällen vorkommen, in denen lediglich die Relativposition des ersten und zweiten Teils der Anordnung gemessen werden soll, aber keine zusätzliche Beweglichkeit eines Taststiftes oder eines anderen Tasters.
Z.B. kann es sich bei den Messkörpern M1 bis M5 um Magnete handeln und bei dem Sensor S1 um einen magnetischen Sensor, z.B. einen magnetoresistiven Sensor oder einen Hall-Sensor. Beim Ausführen der Drehbewegung um die Drehachse R kann fortlaufend und/oder wiederholt das Messsignal des Sensors s1 aufgenommen werden. Daraus lässt sich der zurückgelegte Drehwinkel bezüglich der Drehachse R oder zumindest eine Komponente des Drehwinkels ermitteln, da sich beim Bewegen des Sensors s1 entlang der verschiedenen Messkörper M1 bis M5 in charakteristischer weise das Messsignal verändern, insbesondere das Magnetfeld am Ort des Sensors s1 zyklisch stärker und schwächer wird.
Beim Auslenken des Taststiftes 122 bewegt sich der Sensor s1 wiederum relativ zu zumindest einem zugeordneten Messkörper, wobei die Relativbewegung des Sensors s1 relativ zu dem Messkörper im Allgemeinen anders verläuft als bei einer Drehbewegung des Taststifts 122 um die Drehachse R. Dies bedeutet, dass optional noch weitere Messkörper dem jeweiligen Sensor s1 , s2 zugeordnet sein können, die bei der Verfolgung der Bewegung um die Drehachse R nicht benötigt werden. In jedem Fall wird jedoch aus den Signalen der verschiedenen Sensoren s1 , s2 während der Auslenkung des Taststiftes 122 ermittelt, in welcher Richtung und um welchen Weg der Taststift 122 aus seiner Ruhelage ausgelenkt wurde.
In jedem Fall ist es ein Vorteil der dargestellten Anordnung, dass zumindest ein Teil der Sensorik sowohl für die Verfolgung der Bewegung oder Bestimmung der Drehposition des Taststiftes bezüglich einer Drehung um die Drehachse R als auch für die Bestimmung der Auslenkung des Taststiftes beim Antasten eines Werkstücks genutzt werden kann.
Fig. 20 dient lediglich der Veranschaulichung des Prinzips. Varianten sind daher möglich. Z. B. muss es sich nicht um einen Taststift handeln, sondern kann ein anderer Taster zum mechanischen Antasten eines Werkstücks vorgesehen sein. Auch können andere Bewegungsmöglichkeiten des Tasters gegeben sein, z. B. lediglich eine lineare
Bewegungsmöglichkeit oder der Taster kann zwei oder mehr rotatorische Freiheitsgrade der Bewegung haben. Auch eine zusätzliche lineare Bewegungsmöglichkeit kann gegeben sein. Diese mehreren Freiheitsgrade der Bewegung können teilweise oder alle mit dem Messsystem messbar sein, zumindest in Teilbereichen der insgesamt möglichen Relativpositionen.
Fig. 21 zeigt schematisch in Explosionsdarstellung ein Ausführungsbeispiel für die Nutzung von Sensorik sowohl für die Messung der Auslenkung eines Tasters beim Antasten eines Werkstücks als auch für die Bestimmung der Position und/oder
Ausrichtung des Tasters oder eines Tastkopfes während und/oder nach einer Einstellung der Position und/oder Ausrichtung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tastkopf (auch Messkopf genannt), der an dem der Taster befestigt ist, um eine Drehachse drehbar. In anderen Ausführungsformen können für den Tastkopf und damit den Taster andere und/oder zusätzliche Freiheitsgrade der Bewegung bestehen, d.h. der Tastkopf kann insbesondere vor dem Antasten eines Werkstücks durch den Taster entsprechend der Freiheitsgrade der Bewegung bewegt werden. Diese Freiheitsgrade betreffen
Bewegungen des Tastkopfes und damit des Tasters relativ zu einem Arm eines
Koordinatenmessgeräts oder relativ zu einem anderen Teil eines Koordinatenmessgeräts, an dem der Tastkopf angeordnet ist. Dieser Arm oder Teil des KMG kann wiederum bezüglich einer Basis des KMG beweglich sein. Z.B. bei einem KMG in Portalbauweise oder Gantrybauweise kann der Tastkopf an einer Pinole des KMG befestigt sein und relativ zu der Pinole beweglich sein.
In dem Ausführungsbeispiel, das nun anhand der Fig. 21 bis 24 beschrieben wird, ist ein Tastkopf 130 z.B. über eine Trägerplatte 141 (oder über ein anderes Befestigungs- und Tragelement) drehbeweglich mit einer Pinole 142 (oder mit einem anderen wiederum beweglichen Teil) eines KMG verbunden. Insbesondere kann die Trägerplatte 141 mittels Durchgangsbohrungen 148a, 148b in der Trägerplatte 141 und mittels Bohrungen 149a, 149b in der Pinole 142 sowie über nicht näher dargestellte Befestigungsmittel (z.B.
Befestigungsschrauben) an der Pinole 142 fixiert sein. Ein Antriebsmotor 135 zur
Erzeugung einer Drehbewegung des Tastkopfes 130 um eine Drehachse R ist an der Trägerplatte 141 befestigt, z.B. über Durchgangsbohrungen 138a, 138b in der
Trägerplatte 141 und weitere, nicht näher beschriebene Befestigungsmittel (z.B.
Schrauben und Muttern). In der Darstellung der Fig. 21 verläuft die Drehachse R in horizontaler Richtung. Diese Richtung kann insbesondere parallel zu der X-Achse eines kartesischen Koordinatensystems verlaufen oder mit dieser Koordinatenachse
zusammenfallen. Über eine Antriebswelle 136 des Antriebsmotors 135, die sich in dem montierten Zustand der Anordnung (z.B. Fig. 23) durch eine Durchgangsbohrung 137 der Trägerplatte 141 hindurcherstreckt, wird beim Betrieb des Antriebsmotors 135 eine Drehbewegung eines Halters 138 erzeugt, welcher den Tastkopf 130 hält. Hierzu kann die Antriebswelle 136 mit ihrem freien Endbereich drehfest mit der Halterung 138 verbunden sein. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 136 um die Drehachse R werden daher die Halterung 138 und der von der Halterung 138 gehaltene Tastkopf 130 um die
Drehachse R gedreht.
Bei dem Antriebsmotor 135 kann es sich z.B. um einen Schrittmotor handeln, der derart steuerbar ist, dass der Tastkopf 130 in bestimmte, vorgegebene Drehpositionen bezüglich der Drehachse R und relativ zu der Trägerplatte 141 gebracht werden kann. Um den Tastkopf 130 in diese vorgegebenen Drehpositionen zu bringen, kann jedoch auch ein anderer Antrieb verwendet werden. Insbesondere kann die Drehbewegung des
Tastkopfes manuell ausgeführt werden. In diesem Fall wird jedoch bevorzugt, dass die jeweilige eingestellte Drehposition durch entsprechende Mittel (z.B. eine
Klemmvorrichtung) gesichert werden kann, so dass sie in der Drehposition verbleibt, auch wenn äußere Kräfte wirken, die z.B. beim Antasten eines Werkstücks 140 über den an dem Tastkopf 130 angebrachten Taster 132 auf die Drehmechanik übertragen werden.
Fig. 21 zeigt den unten am Tastkopf 130 angebrachten Taster 132, der als stiftförmiger Taster mit einem als Tastkugel 133 ausgeführten Tastelement ausgestaltet ist. Es können jedoch auch andere Taster verwendet werden. Insbesondere kann der Taster 132 auswechselbar an dem Tastkopf 130 befestigt sein. Wenn der Taster 132 oder ein anderer Taster an dem Tastkopf 130 befestigt ist, kann der Taster 132 aus der mit durchgehenden Strichen in Fig. 21 gezeigten Neutralstellung ausgelenkt werden, insbesondere wenn das Werkstück 140 angetastet wird. Die Auslenkung ist mit einem kleinen nach links weisenden Pfeil angedeutet, welche mit dem Bezugszeichen s bezeichnet ist. Durch die Auslenkung aus der Neutralposition führt der Taster eine Bewegung relativ zu dem Tastkopf 130 aus.
Ähnlich wie in der Prinzipdarstellung der Fig. 20 dargestellt, ist der Taster mit zumindest einem Sensor und/oder einem Messkörper eines Messsystems verbunden. Im
Ausführungsbeispiel sind fünf Sensoren s1 bis s5 an einem Stab 134 des Tastkopfes 130 verbunden, wobei der Stab 134 fest mit dem Taster 132 verbunden ist, so dass bei Auslenkung des Tasters 132 auch der Stab mit den Sensoren aus einer Neutralposition ausgelenkt wird. Die der Auslenkung des Tasters 132 entsprechende Position ist mit gestrichelten Linien dargestellt. Aufgrund der festen Verbindung von Stab 134 und Taster 132 ist auch die aus der Neutralposition ausgelenkte Position des Stabes 134 dargestellt. Der besseren Erkennbarkeit wegen sind jedoch die an dem Stab 134 befestigten
Sensoren s1 bis s5 nicht nochmals für die ausgelenkte Position dargestellt.
Die Sensoren werden mit samt dem Stab 134 und dem Tastkopf 130 nicht nur bei Auslenkung des Tasters 132 relativ zur Trägerplatte 141 bewegt, sondern auch bei einer durch den Antriebsmotor 135 oder auf sonstige Weise angetriebenen Drehbewegung des Tastkopfes 130.
Wie insbesondere Fig. 22 zeigt, aber auch wie aus Fig. 21 erkennbar ist, sind jeweils zwei Sensoren s2, s3; s4, s5 in gleichem Abstand zu der Drehachse R angeordnet oder anders ausgedrückt an gleicher axialer Position in Längsrichtung des Stabes 134 angeordnet. Ferner sind die Sensoren s1 , s2; s3, s4, die sich an der gleichen axialen Position befinden, jeweils zur Bestimmung der Position eines anderen linearen Freiheitsgrades der Bewegung ausgestaltet. Wie insbesondere die Draufsicht der Fig. 24 für die Sensoren s4, s5 zeigt, sind die Sensoren um 90° bezüglich der Längsachse des Stabes 134
gegeneinander versetzt angeordnet. Ferner sind auch die zugeordneten Messkörper M der Sensoren s4, s5 um 90° gegeneinander abgewinkelt ausgerichtet. Dabei befinden sich die Sensoren s1 bis s5 in jeder der vorgegebenen Drehpositionen gemäß dem Ausführungsbeispiel zwischen zwei Magneten eines Magnetpaares und sind ausgestaltet, die Magnetfeldstärke zu messen. Dabei variiert die Magnetfeldstärke entlang einer gedachten Verbindungslinie der Magnete des Magnetfeldpaares und kann daher anhand der von dem Sensor gemessenen Magnetfeldstärke die Position auf der gedachten Verbindungslinie der beiden Magnete des Magnetpaares bestimmt werden. Alternativ können die Sensoren und Magnetpaare so ausgelegt sein, dass der Sensor eine
Bewegung quer der gedachten Verbindungslinie der Magnete des Magnetfeldpaares misst. Für die beiden in Fig. 24 gezeigten Sensoren s4 und s5 ist erkennbar, dass sie jeweils von einem Sensorträger sT4, sT5 getragen werden, der an dem Stab 134 befestigt ist.
Die Magnete, welche als Messkörper den Sensoren zugeordnet sind, sind in den Fig. 21 bis 24 jeweils durch den Großbuchstaben M, gefolgt von der Ziffer des Sensors (1 bis 5) und wiederum gefolgt von der Ziffer der vorgegebenen Drehposition (im
Ausführungsbeispiel 1 bis 3) bezeichnet. Bei drei Drehpositionen und fünf Sensoren sind daher, wie Fig. 22 zeigt, fünfzehn Magnetpaare vorgesehen. Die in Fig. 22 gezeigte Position des Stabes 134 ist die erste vorgegebene Drehposition, die auch den in Fig. 21 , 23 und 24 dargestellten Positionen entspricht. Bei der zweiten vorgegebenen
Drehposition würde die Längsachse des Stabes 134 bei der Draufsicht der Fig. 22 um 45° um die Drehachse R im Uhrzeigersinn gedreht verlaufen. Bei der dritten vorgegebenen Drehposition würde die Längsachse des Stabes 134 um 90° gegenüber der gezeigten Position um die Drehachse R im Uhrzeigersinn verlaufen. Selbstverständlich sind
Varianten dieser Ausgestaltung möglich. Z.B. können Drehpositionen bei anderen
Neigungen der Längsachse des Stabes vorgegeben sein. Auch könnte bei einer entsprechenden Anordnung oder Ausgestaltung der Trägerplatte oder einer anderen Trägereinheit zum Tragen der Messkörper eine Verteilung der vorgegebenen
Drehpositionen über einen größeren Winkelbereich als 90° vorhanden sein. Auch ist es möglich, dass Messkörper und Sensoren für zumindest einen Teil der
Messkörper/Sensoren-Kombinationen vertauscht sind. Z.B. könnten die Sensoren an der Trägerplatte 141 befestigt sein und die Messkörper (z.B. die Magnetpaare) an dem Trägerstab 134.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 21 bis Fig. 24 ist der Sensor s1 ausgestaltet, in den vorgegebenen Drehpositionen die exakte Position des Stabes 134 und damit des Tasters 132 in Richtung der Längsachse des Stabes zu messen. Wie insbesondere aus Fig. 24 entnehmbar ist, ist der vierte Sensor s4 dazu in der Lage, in den vorgegebenen
Drehpositionen die exakte Position des Stabes 134 in einer Richtung zu messen, die in einer Ebene verläuft, welche die Längsachse des Stabes 134 schneidet. Der Sensor s5 ist dazu in der Lage, in den vorgegebenen Drehpositionen die exakte Position bezüglich einer Bewegungsrichtung zu messen, die ebenfalls in der Ebene verläuft, welche die Längsachse des Stabes 134 schneidet. Dabei verläuft die Ebene insbesondere senkrecht zu der Längsachse des Stabes, wenn man kleine Abweichungen von diesem idealen Verlauf der Ebene aufgrund von Fertigungstoleranzen und nicht exakter Reproduktion der vorgegebenen Drehposition außer Acht lässt. Solche Abweichungen können durch Kalibrierung berücksichtigt, z. B. korrigiert werden. Aufgrund des Messsystems mit den Messkörpern M und den Sensoren s1 bis s5 sind aber gerade diese Abweichungen bestimmbar. Entsprechend der in Fig. 24 gezeigten Anordnung der Sensoren s4, s5 sind die Sensoren s2, s3 dazu in der Lage, die exakte Position des Stabes 134 bezüglich zweier weiterer Richtungen zu bestimmen, die parallel zu den Richtungen verlaufen, bezüglich denen die Sensoren s4, s5 die exakte Position des Stabes bestimmen. Dabei befinden sich die Messrichtungen der Sensoren s2, s3 in einer gemeinsamen Ebene, die die Längsachse des Stabes 134 an anderer axialer Position des Stabes schneidet und parallel zu der Ebene der Messrichtungen der Sensoren s4, s5 verläuft.
Insgesamt sind die Sensoren s1 bis s5 daher in der Lage, die exakte Position des Stabes 134 und damit des Tasters 132 bezüglich fünf Freiheitsgraden der Bewegung zu bestimmen. Bei entsprechender Ausgestaltung der Anordnung und durch Kalibrierung kann der verbleibende sechste Freiheitsgrad der Bewegung (des Tasters 132 bezüglich der Pinole 142) vernachlässigt werden bzw. ändert sich während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts nicht. Somit kann mit denselben Sensoren (oder alternativ mit denselben Messkörpern, wenn die Messkörper an dem Stab 134 befestigt wären) jedenfalls bezüglich bestimmter vorgegebener Drehpositionen des Tastkopfes die exakte Position des Tasters und damit insbesondere des Mittelpunktes der Tastkugel 133 des Tasters relativ zu der Pinole oder relativ zu einem anderen Referenzpunkt bestimmt werden.
In der Seitenansicht der Fig. 23 ist aus Gründen der Einfachheit der Darstellung lediglich einer der Sensoren, nämlich Sensor s4, erkennbar. Der Tastkopf 130 mit dem Stab 134 befindet sich in der ersten vorgegebenen Drehposition, die auch in Fig. 22 gezeigt ist. Daher ist der Sensor s4 zwischen den Magneten M4a und M4b angeordnet. Die
Seitenansicht lässt auch erkennen, dass der Abstand der Magnete M41 eine
Drehbewegung um die Drehachse R in eine andere vorgegebene Drehposition zulässt. Fig. 24 zeigt dazu zwei in der Figurenebene von oben nach unten verlaufende gestrichelte Linien, die die Ränder des Bereichs markieren, in dem ein Sensor zwischen den
Magnetpaaren M41 , M51 hindurchbewegt werden kann. Ferner ist der Abstand der Magnetpaare so groß gewählt, dass die Sensoren s1 bis s5 bei Auslenkung des Tasters 132 (wie in Fig. 21 gezeigt) nicht an einem der Magnete anstoßen.
Fig. 25 und Fig. 26 zeigen eine Variante des in Fig. 21 bis Fig. 24 dargestellten
Ausführungsbeispiels. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Elemente. Es bestehen folgende Unterschiede der Ausführungsbeispiele: In einer Durchgangsöffnung 147 der Trägerplatte 141 befindet sich ein Lager 145, das eine Drehbewegung der Antriebswelle 136 des Antriebsmotors 135 ermöglicht, d.h. die Antriebswelle 136 drehbeweglich lagert. Dabei ist das Lager 145 so ausgestaltet, dass Planlauffehler und Rundlauffehler vernachlässigbar klein sind. Z.B. können Wälzlager (z.B. Kugellager oder zylindrische oder kegelförmige Lagerelemente enthaltende Lager) so gefertigt werden und dimensioniert werden, dass der Rundlauffehler und der
Planlauffehler gegenüber dem Taumelfehler vernachlässigbar klein ist. Die in Fig. 25 und Fig. 26 gezeigte Messanordnung dient daher dazu, den Taumelfehler zu bestimmen. Dazu muss lediglich der Abstand des Stabes 134 (oder eines anderen Teils des
Tastkopfes 130) von der Trägerplatte 141 oder von einem anderen mit der Pinole 142 fest verbundenen Teil gemessen werden. Dabei sollte diese Abstandsmessung in einer Richtung, die etwa parallel zu der Drehachse verläuft, in möglichst großem Abstand zu der Drehachse R ausgeführt werden. In Fig. 25 und Fig. 26 ist schematisch durch einen Kreis mit einem geneigten Pfeil und einem weiteren in der Abstandsmessrichtung verlaufenden Pfeil angedeutet, dass ein entsprechender Abstandssensor vorgesehen ist. Beispielsweise kann der Abstandssensor ein kapazitiver Sensor sein. Es kommen jedoch auch andere Sensortypen bzw. Messsysteme infrage.
Tritt nun während einer Drehbewegung des Tastkopfes 130 eine Taumelbewegung auf (wie durch strichpunktierte Linien, die schräg zur Drehachse R verlaufen und sich in einem Fixpunkt des Lagers 145 kreuzen, angedeutet), ändert sich der Abstand des Stabes 134 von der Trägerplatte 141. Entsprechende Abstände, die bei der angedeuteten Taumelbewegung auftreten können, sind mit UTi und UT2 bezeichnet. Bei der
Taumelbewegung verändert sich auch die Position der Tastkugel 133 des Taststifts in einer Richtung parallel zur Drehachse R. Fig. 26 zeigt, dass eine Bewegung der Tastkugel 133 in der gleichen Richtung parallel zur Drehachse R auch bei dem Antasten eines Werkstücks 150 stattfinden kann. In einem kreisförmigen, vergrößerten Bereich ist erkennbar, dass die Tastkugel 133 aufgrund der Anwesenheit des Werkstücks 150 nicht mehr in der Neutralposition ist, sondern um den Betrag s ausgelenkt wurde. Diese
Auslenkung kann wiederum über die Abstandsmessung zwischen dem Stab 134 und der Trägerplatte 141 gemessen werden.
Fig. 25 und Fig. 26 zeigen außerdem, dass ein Bezugspunkt P z.B. am unteren Ende der Pinole 142 gewählt werden kann. Es ist angedeutet, dass für diesen Punkt P ein kartesisches Koordinatensystem X, Y, Z definiert werden kann, wobei die X-Achse parallel zur Drehachse R verläuft und wobei sich die Längsachse des Stabes 134 parallel zur Z- Achse erstreckt. Der Taster und der damit verbundene Stab 134 des Tastkopfes 130 sind an einer Stelle L, an der sich die Längsachse des Stabes 134 mit der Drehachse R kreuzt, drehbar gelagert, um die Auslenkung des Tasters beim Antasten des Werkstücks 150 zu ermöglichen. Eine senkrecht zur Figurenebene verlaufende Achse durch diese Stelle L verläuft parallel zur Y-Richtung des kartesischen Koordinatensystems am Punkt P. Im Folgenden wird nun darauf eingegangen, wie der gemessene Abstand zwischen der Trägerplatte 141 und dem Stab 134 dazu verwendet wird, die Position des Tasters und insbesondere den Mittelpunkt der Tastkugel 133 des Tasters zu berechnen. Dabei werden ein Vektor cA, der von dem Referenzpunkt P zum Mittelpunkt des Drehlagers 145 führt, und ein Vektor tA, der von dem Mittelpunkt des Drehlagers 145 zu dem Mittelpunkt der Tastkugel 133 führt, verwendet. Die folgende Darstellung der Korrektur unter Verwendung des Abstandswertes u ist jedoch verallgemeinert und auch für andere konkrete
Ausgestaltungen als in Fig. 25 und Fig. 26 dargestellt gültig. Die Korrektur geht von folgenden Annahmen aus:
- Die Drehachse hat vernachlässigbar kleine Planlauf- und Rundlauffehler.
- Die Drehachse führt zu erheblichen Taumelfehlern, die zu korrigieren sind.
- Die Drehachse kann nach einer Drehbewegung in ihrer Drehposition fixiert werden, z.B. geklemmt werden, oder verfügt bauartbedingt über eine Selbsthemmung (z.B. durch den Antriebsmotor).
Wie erwähnt, können die ersten beiden Annahmen mit handelsüblichen Präzisions- Wälzlagern erfüllt werden, die die Drehbewegung lagern. Ferner wird davon
ausgegangen, dass die Drehachse den Tastkopf an dem Punkt schneidet, um den der Taststift drehbar gelagert ist (Lagerpunkt L in Fig. 25 und Fig. 26). Diese Lagerung im Punkt L kann z.B. über ein Federparallelogramm erreicht werden, wie es bei an sich bekannten Tastköpfen der Fall ist.
Die folgende Darstellung der Korrektur bezieht sich wie auch bei dem
Ausführungsbeispiel in Fig. 25 und Fig. 26 auf lediglich einen Freiheitsgrad der
Bewegung, der dem Abstand oder der Position in einer Richtung parallel zur Drehachse R entspricht und unter den getroffenen Annahmen den Taumelfehler bestimmbar macht. Betrachtet man das in Fig. 25 und Fig. 26 angedeutete kartesische Koordinatensystem im Referenzpunkt P, liefert das Messsystem einen Messwert bezüglich der X-Achse.
Bei einer Antastung eines Werkstücks (wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 26 die gezeigte Antastung des Werkstücks 150) ändert sich der Messwert u beginnend mit der Berührung des Werkstücks durch das Tastelement des Tasters, und zwar stetig mit zunehmender Auslenkung des Tasters aus seiner Neutralposition. Es ist bekannt, dass durch eine Kalibrierung für unterschiedliche Auslenkungen des Tasters aus seiner Neutralposition eine Übertragungsfunktion oder eine Übertragungsmatrix ermittelt werden, die es beim Antasten eines zu vermessenden Werkstücks erlaubt, aus dem Messwert u die Koordinaten des angetasteten Punkts auf der Werkstückoberfläche zu errechnen. Die Übertragungsfunktion wird im Folgenden mit fK(u) bezeichnet. Im allgemeinen, hier nicht dargestellten Fall können nicht nur Positionen oder Messwerte u in X-Richtung, sondern auch Positionen in Y-Richtung und/oder Z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems des Bezugspunktes P in entsprechender Weise vorkommen und kann auch für diesen Fall eine Übertragungsfunktion bzw. Übertragungsmatrix durch Kalibrierung ermittelt werden. In an sich bekannter Weise enthält diese Funktion insbesondere eine Korrektur aufgrund der beim Antasten des Werkstücks vorkommenden Verformung des Tastkopfes und seiner Komponenten.
Im Folgenden wird ferner berücksichtigt, dass der Tastkopf relativ zu dem Referenzpunkt P beweglich ist und insbesondere in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 25 und Fig. 26 um die Drehachse R drehbeweglich ist. Die Kalibrierung muss daher entsprechende
Korrekturen für alle zulässigen Drehpositionen des Tastkopfes relativ zum Referenzpunkt (insbesondere der Pinole) ergeben. Anzustreben ist daher eine komplette
Korrekturfunktion für die Position des Tastelements des Tasters: p = P + t + fK(u)
Dabei bedeuten P den Ortsvektor des Referenzpunktes, der zu Null gesetzt werden kann, wenn der Referenzpunkt im Ursprung des betrachteten Koordinatensystems liegt, t den Vektor, der von dem Referenzpunkt P zu dem Tastelement führt, insbesondere zum Mittelpunkt der Tastkugel 133, und fK(u) die erwähnte Übertragungsfunktion bzw.
Übertragungsmatrix.
In dem vereinfachten Fall für die oben getroffenen Annahmen ergibt sich nach einer ersten Drehbewegung des Tastkopfes um die Drehachse R ein erstes Messsignal uTi (wie z.B. in Fig. 25 dargestellt). Dieses Messsignal bzw. der entsprechende Messwert, der auf die X-Achse bezogen ist, kann als Neutralposition der Kalibrierung betrachtet werden. In an sich bekannter Weise können nun ohne weitere Drehbewegung des Tastkopfes die Parameter für die Korrekturfunktion und gleichzeitig der Vektor t ermittelt werden. Um auch eine Übertragungsfunktion fK für andere Drehpositionen des Tastkopfes zu erhalten, kann bei den weiteren zulässigen Drehpositionen des Tastkopfes jeweils die Differenz des dann gemessenen Messwertes u zu dem entsprechenden Messwert uTi in der
Neutralposition verwendet werden. Durch Wiederholung der Kalibrierung für die weiteren zulässigen Drehpositionen und durch Verwendung der erwähnten Differenz des
Messwertes u zu dem Messwert uTi in der Neutralposition steht ein weiterer Parameter der Kalibrierung zur Verfügung, der unter den oben getroffenen Annahmen dem
Taumelfehler der Drehvorrichtung entspricht. Dabei ist es auch nicht zwingend
erforderlich, für jede mögliche Drehposition, bei der später ein Werkstück von dem Taster abgetastet werden soll, eine eigene Kalibrierung z.B. durch Abtasten eines
Referenzobjektes durchzuführen. Wenn bei genügend vielen Drehpositionen eine solche Kalibrierung durchgeführt wird, können Kalibrierwerte für andere Drehpositionen z.B. durch Interpolation gewonnen werden.
Zweckmäßigerweise kann der Vektor t auf den Taumelpunkt bezogen werden, d.h. auf den Punkt auf der Drehachse R, der sich aufgrund einer Taumelbewegung nicht ändert. Im Fall der Fig. 25 und Fig. 26 ist dies der Mittelpunkt des Drehlagers 145. In der zuvor angegebenen Gleichung für die Korrekturfunktion p kann der Vektor t daher durch die Summe der Vektoren cA + tA ersetzt werden. Damit ergibt sich die erweiterte Gleichung für die Übertragungsfunktion bzw. Korrekturfunktion p: p = P + CA + tA + fK(u - UTi )
Die Gleichung gilt zunächst lediglich für eine einzelne Drehposition. Nach einer
Drehbewegung in eine andere Drehposition des Tastkopfes ergibt sich aufgrund der Taumelbewegung im Allgemeinen ein anderer Messwert u und damit eine andere
Neutralposition UT2 für die Auslenkung des Tasters beim Antasten eines Werkstücks. Nun kann erneut ein Kalibriervorgang ausgeführt werden, d.h. die Korrekturfunktion fK für die veränderte Neutralposition ermittelt werden.
Wie im Folgenden beschrieben wird, kann der Taumelfehler durch eine eigene
zugeordnete Korrekturkomponente in der Korrekturfunktion berücksichtigt werden. Unter der Annahme, dass der Taumelfehler nur zu kleinen Winkeln der Längsachse des Stabes 134 bezüglich der Senkrechten zur Drehachse R führt, kann in guter Näherung der Drehwinkel ry der Drehbewegung der Längsachse des Stabes 134 aufgrund der
Taumelbewegung berechnet werden. Der Drehwinkel ry ergibt sich aus der Gleichung tan rY = (u - uT) / d
Dabei ist u - uT die Differenz des Messwertes vom Messwert für die Neutralposition. Der Taumelwinkel ry kann zur Bestimmung einer entsprechenden Rotationsmatrix in die oben angegebene Gleichung (5) eingesetzt werden, d bezeichnet dabei den Abstand des Taumelpunktes von dem Lagerpunkt L (siehe Fig. 25). Die Rotationsmatrix ist oben mit DA bezeichnet worden. Insgesamt ergibt sich daher die Korrekturfunktion p: p = P + cA + DA (tA + fK(u - uTi ))
Mit anderen Worten wirkt die Rotationsmatrix DA zur Korrektur des Taumelfehlers auf die Summe des Vektors tA und der Kalibrierfunktion fK in Bezug auf eine Differenz des jeweiligen Messsignals bzw. Messwertes zu dem Messwert der Neutralposition in der ersten Drehposition. Bei größeren Taumelfehlern, die dazu führen, dass der Taumelwinkel ry nicht mehr als klein betrachtet werden kann, kann die entsprechende Verschiebung des Lagerpunktes L zusätzlich in der Gleichung berücksichtigt werden.
Anhand der Fig. 21 bis 24 wurde ein Messsystem beschrieben, das jeweils für diskrete, vorgegebene Drehpositionen die exakte Position des Sensorträgers (im
Ausführungsbeispiel des Stabes 134) bestimmen kann. Dieses Konzept kann auf andere Anwendungsfälle übertragen werden. Z.B. müssen die Sensoren und/oder Messkörper nicht sowohl für die exakte Bestimmung des Trägers oder der damit verbundenen Teile und für die Bestimmung einer Auslenkung eines Tasters beim Antasten eines Werkstücks genutzt werden. Z.B. kann auch bei den oben bereits genannten anderen
Ausgestaltungen einer Drehvorrichtung oder bei den oben genannten anderen
Verwendungen einer Drehvorrichtung dieses Prinzip genutzt werden. Z.B. kann ein aufgrund einer Drehvorrichtung drehbarer Halter oder Träger eines Werkstücks (z.B. ein Drehtisch) diskrete, vorgegebene Drehpositionen aufweisen und kann die exakte
Drehposition, die z.B. aufgrund der Belastung der Drehvorrichtung durch das Werkstück variieren kann oder die aufgrund anderer Einflüsse variieren kann, mit Hilfe des
Messsystems gemessen werden und korrigiert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks und/oder zum
Bearbeiten des Werkstücks, wobei die Anordnung einen ersten Teil (1 ) und einen relativ zu dem ersten Teil (1 ) beweglichen zweiten Teil (3) aufweist, wobei die relative Beweglichkeit der Teile (1 , 3) zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters gegeben ist, die bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist, wobei an dem ersten (1 ) oder zweiten (3) Teil ein Messkörper (K1 , K2) angeordnet ist und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten (3) oder ersten (1 ) Teil, zumindest ein Sensor (s1 ... s5) angeordnet ist, wobei der Sensor (s1 ... s5) ausgestaltet ist, ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers (K1 , K2) und damit entsprechend der relativen Position des ersten (1 ) und zweiten (3) Teils zu erzeugen.
2. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Teil (1 ) und der zweite Teil (3) Teile einer Drehvorrichtung sind, die eine Drehbeweglichkeit um zumindest eine Drehachse (A1 ) aufweist, wobei der erste Teil (1 ) und der zweite Teil (3) aufgrund der Drehbeweglichkeit der Drehvorrichtung relativ zueinander drehbeweglich sind und wobei der erste (1 ) oder der zweite (3) Teil ausgestaltet ist, entweder das Werkstück oder eine Koordinatenmesseinrichtung, z. B. den Taster, zu halten, um eine Drehung des Werkstücks oder der
Koordinatenmesseinrichtung zu ermöglichen.
3. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Messkörper (4; 14) als zusätzlicher, nicht für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlicher Materialbereich des ersten oder zweiten Teils ausgestaltet ist und/oder der Sensor (s1 ... s5) an einem zusätzlichen, nicht für die Drehfunktion der Drehvorrichtung erforderlichen Materialbereich (2) des zweiten oder ersten (1 ) Teils angeordnet ist.
4. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zusätzliche
Materialbereich ein langgestreckter Materialbereich ist, der sich in Richtung der Drehachse (A1 ) erstreckt und insbesondere rotationssymmetrisch zu der
Drehachse (A1 ) geformt und angeordnet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 - 4, wobei die Anordnung aufweist:
• eine Mehrzahl der Sensoren (74a, 74b), die um die Drehachse (R) herum verteilt angeordnet sind und ausgestaltet sind, jeweils die Drehposition des ersten (51 ) und zweiten (53) Teils relativ zueinander zu erfassen und ein entsprechendes Messsignal zu erzeugen, wobei die Sensoren (74) - in axialer Richtung der Drehachse (R) - an derselben Seite des Messkörpers (75) oder an der axialen Position des Messkörpers angeordnet sind,
• eine Auswertungseinrichtung, die mit den Sensoren (74) zum Empfang von Messsignalen der Sensoren (74) verbunden ist und die ausgestaltet ist, von den Sensoren (74) erfasste Drehpositionen des ersten (51 ) und zweiten (53) Teils relativ zueinander derart auszuwerten, dass Effekte einer
translatorischen Bewegung des ersten (51 ) und des zweiten (53) Teils relativ zueinander korrigiert werden, wobei die translatorische Bewegung quer zur Erstreckung der Drehachse (R) verläuft.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei außerdem zumindest ein Sensor (94) vorgesehen ist, der ausgestaltet ist, einen Abstand des Messkörpers (75) von dem anderen Teil in axialer Richtung der Drehachse (R) oder eine axiale Relativposition des ersten Teils (51 ) und des zweiten Teils (53) zu erfassen.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 - 6, wobei der Messkörper ein erster Messkörper (K1 ) ist, der an einer ersten axialen Position angeordnet ist, und wobei an dem ersten (1 ) oder zweiten (3) Teil an einer zweiten, von der ersten axialen Position beabstandeten axialen Position ein zweiter Messkörper (K2) angeordnet ist, wobei der Sensor oder ein zweiter Sensor (s4, s5) ausgestaltet ist, ein
Messsignal entsprechend einer Position des zweiten Messkörpers (K2) und damit der relativen Position des ersten (1 ) und zweiten (3) Teils zu erzeugen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 - 7, wobei für den ersten Teil (1 ) und den zweiten Teil (2) zumindest eine Relativposition vorgegeben ist, die beim Betrieb der Anordnung einzustellen ist, und wobei eine Auswertungseinrichtung
vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, unter Verwendung von Messsignalen des Sensors (s1 ...s5) festzustellen, in welcher Relativposition sich der erste Teil (1 ) und der zweite Teil (2) tatsächlich befinden, wenn die vorgegebene Relativposition eingestellt wurde.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste oder der zweite (138) Teil ausgestaltet ist, eine als Taster (132) zum mechanischen
Abtasten des Werkstücks (140) und/oder als Tastkopf (130) für den Taster (132) ausgestaltete Koordinatenmesseinrichtung zu halten, um eine Beweglichkeit des Tasters (132) und/oder des Tastkopfs (130) zu ermöglichen, und wobei der Sensor (s1 ... s5) und/oder der Messkörper (M) außer zur Bestimmung der relativen Beweglichkeit des ersten (135, 141 ) und zweiten (138) Teils auch dazu
ausgestaltet ist, bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks (140) zum Zweck der Messung der Koordinaten des Werkstücks (140) eine Auslenkung des Tasters (132) aus einer Neutralposition zu messen.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Teil (201 ) und der zweite Teil (202) Bereiche desselben Armes eines
Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine sind, die sich an verschiedenen axialen Positionen in Richtung der Längsachse des Armes befinden, wobei die relative Beweglichkeit der Teile eine Beweglichkeit aufgrund einer mechanischen Verbiegung und/oder thermischen Ausdehnung oder thermischen Kontraktion des Materials des Armes ist, und:
• wobei der Messkörper (208) oder der Sensor an einem ersten axialen
Ende eines langgestreckten, sich in Richtung der Längsachse
erstreckenden Elements (206) befestigt ist,
• das langgestreckte Element (206) an einem zweiten axialen Ende, das dem ersten Ende entgegengesetzt ist, mit dem ersten Teil (201 ) verbunden ist und
• der zumindest eine Sensor (207), falls der Messkörper an dem
langgestreckten Element (206) befestigt ist, oder der Messkörper, falls der Sensor an dem langgestreckten Element befestigt ist, an dem zweiten Teil (202) befestigt ist.
1 1 . Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks nach einem der vorhergehenden Anordnungsansprüche, wobei
• ein erster Teil (1 ) der Anordnung und ein zweiter Teil (3) der Anordnung bereitgestellt werden und der erste (1 ) und zweite (3) Teil beweglich relativ zueinander ausgestaltet werden, wobei die relative Bewegung der Teile (1 , 3) zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters ermöglicht ist/wird, die bei einem mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist,
• wobei an dem ersten oder zweiten (3) Teil ein Messkörper (K1 , K2)
angeordnet wird und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten oder ersten (1 ) Teil, zumindest ein Sensor (s1 ... s5) angeordnet wird, wobei der Sensor (s1 ... s5) ausgestaltet ist, beim Betrieb der Anordnung ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers (K1 , K2) und damit entsprechend der relativen Position des ersten (1 ) und zweiten (3) Teils zu erzeugen.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Messsignal des
Sensors einer Auswertungseinrichtung zugeführt wird, der außerdem zumindest ein Koordinaten-Messsignal einer Koordinaten-Messeinrichtung zur Bestimmung der Koordinaten des Werkstücks zugeführt werden, und wobei die
Auswertungseinrichtung aus dem zumindest einen Koordinaten-Messsignal Koordinaten des Werkstücks berechnet, die unter Verwendung des Messsignals des Sensors bezüglich der relativen Position des ersten (1 ) und zweiten (3) Teils korrigiert sind.
13. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks nach einem der vorhergehenden Anordnungsansprüche, wobei
• ein erster Teil der Anordnung und ein zweiter Teil der Anordnung relativ zueinander bewegt werden, wobei die relative Bewegung der Teile zusätzlich zu einer etwaigen Beweglichkeit eines optional zusätzlich an der Anordnung befestigten Tasters ermöglicht wird, die bei einem
mechanischen Abtasten des Werkstücks zum Zweck der Messung der Koordinaten durch eine Auslenkung des Tasters aus einer Neutralposition gegeben ist,
• wobei an dem ersten oder zweiten (3) Teil ein Messkörper (K1 , K2)
angeordnet wird und an dem anderen Teil, d.h. an dem zweiten oder ersten (1 ) Teil, zumindest ein Sensor (s1 ... s5) angeordnet wird, wobei der Sensor (s1 ... s5) ausgestaltet ist, beim Betrieb der Anordnung ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers (K1 , K2) und damit entsprechend der relativen Position des ersten (1 ) und zweiten (3) Teils zu erzeugen.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Teil (51 ) und der zweite Teil (53) aufgrund der Drehbeweglichkeit der Drehvorrichtung relativ zueinander drehbeweglich sind und wobei der erste (51 ) oder der zweite (53) Teil ausgestaltet ist, entweder das Werkstück oder eine Koordinatenmesseinnchtung, z. B. den Taster, zu halten, um eine Drehung des Werkstücks oder der
Koordinatenmesseinnchtung zu ermöglichen, und wobei das Verfahren aufweist:
• Erfassen von Drehpositionen des ersten Teils (51 ) relativ zu dem zweiten Teil und/oder Drehpositionen des zweiten Teils (53) relativ zu dem ersten Teil (51 ) mit einer Mehrzahl von Sensoren (74a, 74b), die um die Drehachse (R) herum verteilt angeordnet sind,
• Erzeugen jeweils eines der erfassten Drehposition entsprechenden
Messsignals, sodass redundante Informationen über die Drehpositionen des ersten Teils (51 ) und zweiten Teils (53) relativ zueinander vorliegen,
• Auswerten der redundanten Informationen über die Drehposition(en) derart, dass Effekte einer translatorischen Bewegung des ersten (51 ) und des zweiten (53) Teils relativ zueinander korrigiert werden, wobei die translatorische Bewegung quer zur Erstreckung der Drehachse (R) verläuft.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei für den ersten Teil (1 ) und den
zweiten Teil (2) zumindest eine vorgegebene Relativposition eingestellt wird und wobei unter Verwendung von Messsignalen des Sensors (s1 ...s5) festgestellt wird, in welcher Relativposition sich der erste Teil (1 ) und der zweite Teil (2) tatsächlich befinden.
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