DE102019219973B4

DE102019219973B4 - Method and device for calibrating a sensor and computer program

Info

Publication number: DE102019219973B4
Application number: DE102019219973.9A
Authority: DE
Inventors: Dominik Seitz
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: DE102019219973A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung (11), wobei ein kugelförmiger Kalibrierkörper (9) im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung (11) bereitgestellt wird, wobei der Sensor entlang einer Scanningbahn (8) bewegt wird und an Messpunkten der Scanningbahn (8) auf der Kugeloberfläche Messwerte erzeugt werden, wobei Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Messpunkte entlang der Scanningbahn (8) derart festgelegt sind, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Scanningbahn für jede Raumachse (x, y, z) eines kartesischen und kalibrierkörperfesten Koordinatensystems mit drei Raumachsen der achsspezifische Wert der Messpunkt-Koordinaten einen periodischen Verlauf aufweist.Method for calibrating a sensor of a coordinate measuring device (11), a spherical calibration body (9) being provided in the measuring volume of the coordinate measuring device (11), the sensor being moved along a scanning path (8) and at measuring points of the scanning path (8) on the spherical surface Measured values are generated, with calibration data of the sensor being determined as a function of the measured values, characterized in that measuring points along the scanning path (8) are defined in such a way that along at least a section of the scanning path for each spatial axis (x, y, z) a Cartesian and Calibration body-fixed coordinate system with three spatial axes, the axis-specific value of the measuring point coordinates has a periodic curve.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung sowie ein Computerprogramm.The invention relates to a method and a device for calibrating a sensor of a coordinate measuring device and a computer program.

Koordinatenmesseinrichtungen erzeugen mittels Sensoren Messwerte, die z.B. die Raumlage von Punkten auf einer Oberfläche eines zu vermessenden Objekts repräsentieren. Um eine Genauigkeit der derart erzeugten Messwerte zu gewährleisten, kann es erforderlich sein, den Sensor zu kalibrieren.Coordinate measuring devices use sensors to generate measured values that, for example, represent the spatial position of points on a surface of an object to be measured. In order to ensure the accuracy of the measured values generated in this way, it may be necessary to calibrate the sensor.

Durch eine solche Kalibrierung kann insbesondere eine so genannte statische Nachgiebigkeit des Sensors bestimmt werden. Diese statische Nachgiebigkeit resultiert insbesondere in verschiedenen Messwerten bei der Antastung des gleichen Raumpunkts mit verschiedenen Antastkräften bei einer taktilen Vermessung des Messobjekts.A so-called static flexibility of the sensor can in particular be determined by such a calibration. This static compliance results in particular in different measured values when probing the same point in space with different probing forces in a tactile measurement of the measurement object.

Diese Informationen können dann bei der späteren Messung berücksichtigt wird, indem z.B. Korrekturwerte aufgrund dieser Kalibrierung der statischen Nachgiebigkeit bestimmt und dann zur Korrektur der Messwerte verwendet werden.This information can then be taken into account in the subsequent measurement, e.g. by determining correction values based on this calibration of the static compliance and then using them to correct the measured values.

Neben dieser statischen Nachgiebigkeit, also einer Auswirkung statischer Kräfte auf das Messergebnis, z.B. aufgrund der Verbiegung eines taktilen Sensors, ist es weiter wünschenswert, eine sogenannte dynamische Nachgiebigkeit zu kalibrieren.In addition to this static compliance, i.e. the effect of static forces on the measurement result, e.g. due to the bending of a tactile sensor, it is also desirable to calibrate a so-called dynamic compliance.

Hierdurch können Auswirkungen von dynamischen Effekten, beispielsweise die Auswirkung von Trägheitskräften bei einer Beschleunigung des Sensors auf das Messergebnis, bestimmt werden. Z.B. kann sich ein taktiler Sensor verformen, wenn er einer Beschleunigung unterliegt. Auch in diesem Fall können dann beispielsweise entsprechende Korrekturwerte bestimmt werden, die dann zur Korrektur der im Messbetrieb erzeugten Messwerte genutzt werden.In this way, the effects of dynamic effects, for example the effect of inertial forces when the sensor accelerates on the measurement result, can be determined. For example, a tactile sensor can deform if it is subject to acceleration. In this case too, for example, corresponding correction values can then be determined, which are then used to correct the measured values generated in the measuring mode.

Für eine derartige dynamische Kalibrierung sind Verfahren bekannt, in denen ein Vollkreis an dem Äquator einer Kalibrierkugel und je ein Halbkreis in zwei voneinander verschiedenen Ebenen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten mit dem Sensor abgefahren und dabei Messwerte erzeugt werden. Da die Lage und Form der Kugeloberfläche bekannt ist, können in Abhängigkeit der Abweichungen der derart erzeugten Messwerte von Punkten auf der Kugeloberfläche die Auswirkungen der dynamischen Effekte bestimmt und dann später im Messbetrieb entsprechend korrigiert werden.For such a dynamic calibration, methods are known in which a full circle on the equator of a calibration sphere and a semicircle each in two different planes at different speeds are traversed with the sensor and measured values are generated in the process. Since the position and shape of the spherical surface is known, the effects of the dynamic effects can be determined as a function of the deviations of the measured values generated in this way from points on the spherical surface and can then be corrected accordingly later in the measuring operation.

Weiter bekannt ist die Kugel-Helix-Trajektorie zur Erzeugung von Messwerten, die dann zur Kalibrierung genutzt werden. So beschreibt die WO 2003/ 038 375 A1 ein Verfahren zur Kalibrierung eines Tasters mit einer Kalibrierkugel für ein Koordinatenmessgerät. Die Lehre dieser Druckschrift betrifft jedoch vorhergehend erläuterte statische Kalibrierungen. Weiter beschreibt die Lehre als Trajektorie eine gekrümmte Trajektorie wie eine sinusförmige Trajektorie. Der sinusförmige Verlauf bezieht sich jedoch auf einen Radialabstand vom Mittelpunkt der Kalibrierkugel.Also known is the ball-helix trajectory for generating measured values that are then used for calibration. WO 2003/038 375 A1 describes a method for calibrating a probe with a calibration ball for a coordinate measuring machine. However, the teaching of this document relates to previously explained static calibrations. The teaching also describes a curved trajectory such as a sinusoidal trajectory as a trajectory. However, the sinusoidal curve relates to a radial distance from the center of the calibration sphere.

Weiter bekannt ist die DE 198 61 469 B4 . Auch diese beschreibt ein Verfahren eines Tastkopfs entlang einer Bahn derart, dass zumindest Teile der Oberfläche des Kalibrierkörpers kontinuierlich durch den Taster entlang einer Linie abgetastet werden, wobei die Linie derart ausgestaltet ist, dass sie nicht auf eine Ebene beschränkt ist.Also known is the DE 198 61 469 B4 . This also describes a method of a probe head along a path in such a way that at least parts of the surface of the calibration body are continuously scanned by the probe along a line, the line being designed in such a way that it is not limited to one plane.

Die JP 2007 - 183 184 A offenbart ein Kalibrierverfahren für einen Scanning-Sensor.the JP 2007 - 183 184 A discloses a calibration method for a scanning sensor.

Die US 2009 / 0 307 915 A1 offenbart ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messsensors, der an einer Maschine angeordnet ist.US 2009/0 307 915 A1 discloses a method for calibrating a measuring sensor which is arranged on a machine.

Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung zu schaffen, die eine genaue und zuverlässige Kalibrierung, insbesondere für eine Vielzahl von Positionen, Beschleunigungswerten und -richtungen, und auf Basis dieser Kalibrierung dann eine genauere Vermessung von Messobjekten ermöglichen.The technical problem arises of creating a method and a device as well as a computer program for calibrating a sensor of a coordinate measuring device, which enables an accurate and reliable calibration, in particular for a large number of positions, acceleration values and directions, and based on this calibration then a enable more precise measurement of objects to be measured.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subjects with the features of the independent claims. Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung. Der Sensor kann vorzugsweise ein taktiler Sensor sein, d.h. ein Sensor, der Messwerte durch eine taktile Antastung/Berührung eines Messobjekts erzeugt. Alternativ kann der Sensor aber auch ein optischer Sensor sein, also ein Sensor, der Messwerte durch berührungsloses Antasten, insbesondere durch entsprechende optische Messverfahren, erzeugt. Messwerte eines solchen optischen Sensors können z.B. Abstandswerte sein.A method for calibrating a sensor of a coordinate measuring device is proposed. The sensor can preferably be a tactile sensor, i.e. a sensor that generates measured values by tactile probing / touching of a measurement object. Alternatively, however, the sensor can also be an optical sensor, that is to say a sensor that generates measured values by contactless probing, in particular by appropriate optical measuring methods. Measured values from such an optical sensor can be, for example, distance values.

Der Sensor kann Teil eines berührenden oder berührungslosen Messkopfsystems sein.The sensor can be part of a contact or non-contact measuring head system.

Ist der Sensor ein taktiler Sensor, so kann er insbesondere einen Taster umfassen, wobei dieser Taster einen Schaft und ein Tastelement, insbesondere eine Tastkugel, umfassen kann. Weiter kann der Taster einen Tasterteller umfassen, über den der Taster, insbesondere auswechselbar, an einem Tastkopf befestigt werden kann.If the sensor is a tactile sensor, it can in particular comprise a button, wherein this button can comprise a shaft and a feeler element, in particular a feeler ball. Furthermore, the button can comprise a button plate by means of which the button, in particular exchangeable, can be attached to a probe head.

Die Koordinatenmesseinrichtung kann hierbei bewegliche Elemente zur Bewegung des Sensors im Raum umfassen. Diese können derart bewegt werden, dass sich der Sensor entlang einer gewünschten Scanning-Bahn bewegt. Z.B. kann ein solches Koordinatenmessgerät in Ständer- oder Portalbauweise ausgestaltet sein. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Bauformen des Koordinatenmessgeräts vorstellbar.The coordinate measuring device can include movable elements for moving the sensor in space. These can be moved in such a way that the sensor moves along a desired scanning path. For example, such a coordinate measuring machine can be designed in a column or portal design. Of course, other designs of the coordinate measuring machine are also conceivable.

In dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein kugelförmiger Kalibrierkörper im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung bereitgestellt bzw. angeordnet. Beispielsweise kann ein solcher kugelförmiger Kalibrierkörper auf einem Messtisch der Koordinatenmesseinrichtung angeordnet werden. Geometrische Eigenschaften des Kalibrierkörpers sind hierbei mit hoher Genauigkeit vorbekannt.In the proposed method, a spherical calibration body is provided or arranged in the measuring volume of the coordinate measuring device. For example, such a spherical calibration body can be arranged on a measuring table of the coordinate measuring device. Geometric properties of the calibration body are known in advance with a high degree of accuracy.

Weiter wird der Sensor entlang einer Scanning-Bahn bewegt. Die Bewegung entlang der Scanning-Bahn kann mit konstantem radialem Abstand zum Kugelmittelpunkt erfolgen.The sensor is then moved along a scanning path. The movement along the scanning path can take place with a constant radial distance from the center of the sphere.

Auch kann die Bewegung entlang der Scanning-Bahn mit konstanter Antastkraft oder im Wesentlichen konstanter Antastkraft erfolgen, wenn der Sensor ein taktiler Sensor ist. Hierdurch ergibt sich, dass bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn die Auslenkung des taktilen Sensors, also die Abweichung von einem unausgelenkten Zustand, nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß, insbesondere nicht sinusförmig oder rampenförmig, verändert wird.The movement along the scanning path can also take place with a constant contact force or an essentially constant contact force if the sensor is a tactile sensor. This means that when moving along the scanning path, the deflection of the tactile sensor, that is, the deviation from an undeflected state, is not changed or not changed by more than a predetermined amount, in particular not sinusoidally or ramp-shaped.

Ist der Sensor ein taktiler Sensor, so kann bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn insbesondere die Tastkugel, weiter insbesondere ein Tastkugelmittelpunkt, mit konstantem radialem Abstand zum Kugelmittelpunkt entlang der Scanning-Bahn bewegt werden. Allerdings ist es auch möglich, dass ein vom Tastermittelpunkt verschiedener Referenzpunkt des taktilen Sensors, beispielsweise ein Schaftmittelpunkt oder ein Tastertellermittelpunkt, mit konstantem radialem Abstand zum Kugelmittelpunkt bewegt wird.If the sensor is a tactile sensor, during the movement along the scanning path, in particular the stylus ball, further in particular a stylus ball center point, can be moved along the scanning path at a constant radial distance from the ball center point. However, it is also possible for a reference point of the tactile sensor that is different from the probe center point, for example a shaft center point or a probe plate center point, to be moved at a constant radial distance from the center point of the sphere.

Ist der Sensor ein optischer Sensor, so kann die Bewegung entlang der Scanning-Bahn derart erfolgen, dass eine Abweichung des Abstands zwischen Sensor und der Oberfläche des kugelförmigen Kalibrierkörpers sich nicht oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß, insbesondere nicht sinusförmig oder rampenförmig, verändert. Der Abstand kann insbesondere ein Arbeitsabstand des optischen Sensors sein.If the sensor is an optical sensor, the movement along the scanning path can take place in such a way that a deviation in the distance between the sensor and the surface of the spherical calibration body does not change or does not change more than a predetermined amount, in particular not sinusoidally or ramp-shaped. The distance can in particular be a working distance of the optical sensor.

Weiter werden an Messpunkten auf der Kugeloberfläche Messwerte erzeugt, wobei dann Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte bestimmt werden. Die Kalibrierdaten des Sensors beschreiben hierbei Informationen, um in einem Messbetrieb des Sensors erzeugte Messwerte zu korrigieren, insbesondere um Auswirkungen der vorhergehenden dynamischen Nachgiebigkeit zu kompensieren. Insbesondere kann im Messbetrieb eine Messwertkorrektur in Abhängigkeit einer aktuellen Position, Beschleunigung und Beschleunigungsrichtung erfolgen. Die Position, die Beschleunigung und Beschleunigungsrichtung kann hierfür gemessen oder anderweitig bestimmt werden. Die Kalibrierdaten können hierbei weiter in Abhängigkeit der vorbekannten geometrischen Eigenschaften der Kalibrierkugel bestimmt werden. Entsprechende Verfahren zur Bestimmung der Kalibrierdaten und zur Korrektur von Messwerten im Messbetrieb des Sensors auf Basis der Kalibrierdaten sind hierbei dem Fachmann bekannt.Furthermore, measured values are generated at measuring points on the spherical surface, calibration data of the sensor then being determined as a function of the measured values. The calibration data of the sensor describe information in order to correct measured values generated in a measuring operation of the sensor, in particular to compensate for the effects of the preceding dynamic flexibility. In particular, a measured value correction can take place in the measuring mode as a function of a current position, acceleration and direction of acceleration. The position, the acceleration and the direction of acceleration can be measured or otherwise determined for this purpose. The calibration data can further be determined as a function of the previously known geometric properties of the calibration sphere. Corresponding methods for determining the calibration data and for correcting measured values during the measuring operation of the sensor on the basis of the calibration data are known to those skilled in the art.

Insbesondere repräsentieren die Messwerte, die vom Sensor bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn bestimmt werden, Raumpositionen der Messpunkte auf der Kugeloberfläche. Aufgrund der Auswirkungen der dynamischen Effekte, insbesondere aufgrund einer Beschleunigung und/oder -srichtung, kann die gemessene Raumposition jedoch von einer Position auf der tatsächlichen Kugeloberfläche abweichen. Die Kalibrierdaten können dann derart bestimmt werden, dass die entsprechende Abweichung minimiert wird.In particular, the measured values that are determined by the sensor when moving along the scanning path represent spatial positions of the measuring points on the spherical surface. However, due to the effects of the dynamic effects, in particular due to an acceleration and / or direction, the measured spatial position can deviate from a position on the actual spherical surface. The calibration data can then be determined in such a way that the corresponding deviation is minimized.

In dem Verfahren sind/werden die Messpunkte entlang der Scanning-Bahn derart festgelegt, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Scanning-Bahn für jede Raumachse eines kartesischen und kalibrierkörperfesten Koordinatensystems mit drei Raumachsen der achsspezifische Wert der Koordinaten der Messpunkte in diesem Teilabschnitt einen periodischen Verlauf aufweist. Hierbei ist der kugelförmige Kalibrierkörper ortsfest relativ zum kalibrierkörperfesten Koordinatensystem angeordnet. In the method, the measuring points along the scanning path are / are determined in such a way that the axis-specific value of the coordinates of the measuring points in this subsection has a periodic profile along at least a section of the scanning path for each spatial axis of a Cartesian coordinate system with three spatial axes that is fixed to the calibration body . Here, the spherical calibration body is arranged in a stationary manner relative to the coordinate system that is fixed to the calibration body.

Der Ursprung des kalibrierkörperfesten Koordinatensystems kann im Mittelpunkt des kugelförmigen Kalibrierkörpers liegen.The origin of the coordinate system fixed to the calibration body can lie in the center of the spherical calibration body.

Der periodische Verlauf kann hierbei ein harmonischer Verlauf sein. Ein periodischer oder harmonischer Verlauf bezeichnet hierbei einen Verlauf, der periodische oder harmonische Anteile, insbesondere als einen oder mehrere sinusförmige Anteile, und gegebenenfalls einen Gleichanteil, umfasst. Bei mehreren sinusförmigen Anteilen kann der Verlauf aus einer Überlagerung dieser Anteile bestehen. Es ist auch möglich, dass der periodische Verlauf einen Gleichanteil aufweist. Auch kann der periodische Verlauf ein quasi sinusförmiger Verlauf sein.The periodic course can be a harmonic course. A periodic or harmonic curve here refers to a curve that has periodic or harmonic components, in particular as one or more sinusoidal components, and optionally a constant component. If there are several sinusoidal components, the course can consist of a superposition of these components. It is also possible for the periodic profile to have a constant component. The periodic course can also be a quasi sinusoidal course.

Neben einem solchen Gleichanteil und dem mindestens einen periodischen Anteil umfasst der periodische Verlauf jedoch keine weiteren Anteile, insbesondere keinen Linearanteil, keinen exponentiellen Anteil usw.In addition to such a constant component and the at least one periodic component, the periodic curve does not include any further components, in particular no linear component, no exponential component, etc.

Der Teilabschnitt der Scanning-Bahn kann insbesondere ein zusammenhängender Abschnitt sein. Weiter kann eine Länge des Teilabschnitts mindestens 20 %, mindestens 30 %, mindestens 40 %, mindestens 50 %, mindestens 60 %, mindestens 70 %, mindestens 80% oder mindestens 90 % der Länge der Scanning-Bahn betragen. Insbesondere kann ein derartiger Teilabschnitt den Abschnitt zwischen Endabschnitten der Scanning-Bahn bilden oder in einem solchen Abschnitt angeordnet sein, wobei die Länge eines Endabschnitts beispielsweise höchstens 5 % der Länge der gesamten Scanning-Bahn beträgt. Es ist auch möglich, dass die Scanning-Bahn mehrere Teilabschnitte mit dem periodischen Verlauf umfasst, die durch Teilabschnitte ohne einen solchen periodischen Verlauf verbunden sind.The subsection of the scanning path can in particular be a contiguous section. Furthermore, a length of the subsection can be at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80% or at least 90% of the length of the scanning path. In particular, such a subsection can form the section between end sections of the scanning path or be arranged in such a section, the length of an end section being, for example, at most 5% of the length of the entire scanning path. It is also possible that the scanning path comprises a plurality of sections with the periodic course, which are connected by sections without such a periodic course.

Ist der Sensor ein taktiler Sensor mit einem Schaft, so kann eine Vertikalachse des kartesischen Koordinatensystems (z-Achse) parallel zur Schaftlängsachse und vom Ende mit dem Tastelement hin zum gegenüberliegenden Ende des Schafts orientiert sein.If the sensor is a tactile sensor with a shaft, a vertical axis of the Cartesian coordinate system (z-axis) can be oriented parallel to the shaft longitudinal axis and from the end with the probe element to the opposite end of the shaft.

Aufgrund der periodischen Verläufe der Koordinaten in jeder Raumachse ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Messwerte an einer Vielzahl von verschiedenen Positionen und mit einer Vielzahl von verschiedenen Beschleunigungen und Beschleunigungsrichtungen erzeugt werden. Mit anderen Worten ergibt sich eine möglichst hohe Messwert-Abdeckung verschiedener Positionen, verschiedener Beschleunigungen und verschiedener Beschleunigungsrichtungen.Due to the periodic course of the coordinates in each spatial axis, the result is advantageously that measured values are generated at a large number of different positions and with a large number of different accelerations and acceleration directions. In other words, the highest possible measurement value coverage of different positions, different accelerations and different acceleration directions results.

Weiter ergibt sich durch den periodischen Verlauf, dass Beschleunigungsänderungen ebenfalls periodisch und somit stetig erfolgt. Durch die stetige und insbesondere auch im Fall einer niederfrequenten Beschleunigung wird der Sensor in vorteilhafter Weise wenig zu Schwingungen anregt, die das Messergebnis in unerwünschter Weise beeinflussen können.The periodic course also means that changes in acceleration also take place periodically and therefore continuously. As a result of the steady acceleration and, in particular, also in the case of a low-frequency acceleration, the sensor is advantageously little stimulated to vibrate, which can influence the measurement result in an undesirable manner.

Im Unterschied zu der vorhergehend zum Stand der Technik erläuterten Helix-Trajektorie ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in allen Raumrichtungen Beschleunigungsanteile während der Bewegung entlang der Scanning-Bahn auftreten.In contrast to the helix trajectory explained above in relation to the prior art, this advantageously results in acceleration components occurring in all spatial directions during the movement along the scanning path.

Ist z.B. die Vertikalachse des kartesischen Koordinatensystems wie vorhergehend erläutert orientiert und ist auch die zentrale Mittelachse der helixförmigen Trajektorie parallel zu dieser Vertikalachse orientiert, so existiert außer im Anfangs- und Endabschnitt keine Beschleunigung entlang dieser Vertikalachse. Weiter ist auch der Verlauf der Vertikalkoordinate (z-Koordinate) entlang der Scanning-Bahn linear. Hieraus folgt, dass keine Beschleunigungen in Schaftrichtung auftreten und somit die entsprechende dynamische Nachgiebigkeit für derart orientierte Beschleunigungen nicht zuverlässig bestimmt werden kann.If, for example, the vertical axis of the Cartesian coordinate system is oriented as explained above and the central center axis of the helical trajectory is also oriented parallel to this vertical axis, there is no acceleration along this vertical axis except in the start and end sections. Furthermore, the course of the vertical coordinate (z coordinate) along the scanning path is also linear. It follows from this that no accelerations occur in the direction of the shaft and thus the corresponding dynamic resilience cannot be reliably determined for accelerations oriented in this way.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Trajektorie ermöglicht jedoch wiederum, dass in einem Abschnitt zwischen Anfangs- und Endabschnitt der Scanning-Bahn nennenswerte Beschleunigungen in alle Raumrichtungen, insbesondere auch in z-Richtung, auftreten, sodass die dynamische Nachgiebigkeit für alle Raumrichtungen zuverlässig bestimmt werden kann. Insbesondere ergibt sich in einem solchen Fall in vorteilhafter Weise, dass auch am Nordpol oder in einem vorbestimmten Bereich auf der Kugeloberfläche um den Nordpol herum, der als Schnittpunkt der erläuterten Vertikalachse mit der Oberfläche des Kalibrierkörpers definiert werden kann, ein Beschleunigungsanteil größer Null in Vertikalrichtung erzeugt wird.However, the trajectory proposed according to the invention in turn enables appreciable accelerations to occur in all spatial directions, in particular also in the z-direction, in a section between the start and end section of the scanning path, so that the dynamic flexibility can be reliably determined for all spatial directions. In particular, in such a case it is advantageous that an acceleration component greater than zero is generated in the vertical direction at the north pole or in a predetermined area on the spherical surface around the north pole, which can be defined as the intersection of the explained vertical axis with the surface of the calibration body will.

Insgesamt ergibt sich somit in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und genaue Kalibrierung der dynamischen Nachgiebigkeit eines Sensors.Overall, this results in a reliable and precise calibration of the dynamic flexibility of a sensor in an advantageous manner.

Vorzugsweise sind ein Geschwindigkeitsverlauf und ein Beschleunigungsverlauf bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn stetig.A speed profile and an acceleration profile are preferably continuous during the movement along the scanning path.

Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere auch zur Kalibrierung von taktilen Sensoren mit schwenkbaren Tastern geeignet, wobei die Orientierung der Schaftlängsachse z.B. in einem Winkelbereich von -135° bis +135° verändert werden kann.The proposed method is particularly suitable for calibrating tactile sensors with pivotable buttons, whereby the orientation of the longitudinal axis of the shaft can be changed, for example, in an angular range from -135 ° to + 135 °.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die achsspezifischen Werte der Messpunkt-Koordinaten für mindestens ein, vorzugsweise für mindestens zwei, der Raumachsen einen periodischen Verlauf mit mindestens zwei Frequenzen auf. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Verbesserung der Abdeckung verschiedener Positionen, Beschleunigungswerte und -richtungen während der Erzeugung der Messwerte entlang der Scanning-Bahn, wodurch in vorteilhafter Weise wiederum die Qualität der Kalibrierdaten und somit auch die Qualität der damit erzeugten Messdaten im Messbetrieb verbessert werden kann.In a further embodiment, the axis-specific values of the measuring point coordinates for at least one, preferably for at least two, of the spatial axes have a periodic profile with at least two frequencies. This advantageously results in a further improvement in the coverage of various positions, acceleration values and directions during the generation of the measured values along the scanning path, which in turn advantageously improves the quality of the calibration data and thus also the The quality of the measurement data generated in this way can be improved during measurement operation.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Periodenzahl des Verlaufs der achsspezifischen Werte der Messpunkt-Koordinaten für mindestens eine, vorzugsweise für mindestens zwei oder für alle drei Raumachsen größer als oder gleich 3. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise die vorhergehend erläuterte Abdeckung verschiedener Beschleunigungswerte und -richtungen für eine Vielzahl von Raumpunkten auf der Kugeloberfläche.In a further embodiment, a period number of the course of the axis-specific values of the measuring point coordinates for at least one, preferably for at least two or for all three spatial axes is greater than or equal to 3. This advantageously results in the previously explained coverage of different acceleration values and directions for a multitude of spatial points on the spherical surface.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Koordinaten der Messpunkte bestimmt, indem

- eine Anzahl von Messpunkten entlang der Scanning-Bahn festgelegt wird,
- eine Koordinate eines Ausgangspunkts und mindestens zwei linear unabhängige Drehachsen festgelegt werden,
- für jede Drehachse eine achsspezifische Schleifenanzahl und ein achsspezifisches Winkelinkrement durch Division der Schleifenanzahl durch die Anzahl von Messpunkten bestimmt wird,
- der Wert einer Zählervariable von dem Wert 1 bis zur Anzahl von Messpunkten inkrementiert und für jeden dieser Wert der Zählervariable die Koordinate eines Messpunkts bestimmt wird, indem die Koordinate des Ausgangspunkts mit einem achsspezifischen Winkel um jede der Drehachsen rotiert wird, wobei der achsspezifische Winkel sich aus dem Produkt des Werts der Zählervariable und dem achsspezifischen Winkelinkrement ergibt.

In a preferred embodiment, the coordinates of the measuring points are determined by

- a number of measuring points is determined along the scanning path,
- a coordinate of a starting point and at least two linearly independent axes of rotation are specified,
- an axis-specific number of loops and an axis-specific angle increment are determined for each rotary axis by dividing the number of loops by the number of measuring points,
- the value of a counter variable is incremented from the value 1 up to the number of measuring points and the coordinate of a measuring point is determined for each of these values of the counter variable by rotating the coordinate of the starting point with an axis-specific angle around each of the axes of rotation, the axis-specific angle changing results from the product of the value of the counter variable and the axis-specific angle increment.

Die Anzahl von Messpunkten kann beispielsweise 1.000 betragen.The number of measuring points can be 1,000, for example.

Die Koordinate des Ausgangspunkts kann in einem Referenzkoordinatensystem, insbesondere in dem vorhergehend erläuterten kartesischen Koordinatensystem, bestimmt werden. Die Koordinate kann auf der Oberfläche des kugelförmigen Kalibrierkörpers liegen.The coordinate of the starting point can be determined in a reference coordinate system, in particular in the Cartesian coordinate system explained above. The coordinate can lie on the surface of the spherical calibration body.

Dass mindestens zwei linear unabhängige Drehachsen festgelegt werden, kann bedeuten, dass die Orientierungen der Achsen im Referenzkoordinatensystem derart gewählt werden, dass diese nicht durch eine Linearkombination aufeinander abgebildet werden können.The fact that at least two linearly independent axes of rotation are defined can mean that the orientations of the axes in the reference coordinate system are selected in such a way that they cannot be mapped to one another by a linear combination.

Die Koordinate des Messpunkts kann bestimmt werden, indem der Ausgangspunkt sequenziell um jede der Drehachsen mit dem entsprechenden achsspezifischen Winkel rotiert wird.The coordinate of the measuring point can be determined in that the starting point is rotated sequentially around each of the axes of rotation with the corresponding axis-specific angle.

Es ist weiter möglich, dass die Koordinaten der derart bestimmten Messpunkte entlang der durch diese Messpunkte festgelegten Scanning-Bahn derart verändert werden, dass die Bewegung des Sensors entlang der Scanning-Bahn mit gewünschten Bewegungsparametern, z.B. einer gewünschten Beschleunigung und/oder eine gewünschten Geschwindigkeit bzw. einem gewünschten Beschleunigungsverlauf und/oder Geschwindigkeitsverlauf, durchgeführt werden kann. Dies kann auch als bewegungsparameterabhängige Anpassung der Messpunkte bezeichnet werden. Entsprechende Verfahren zur bewegungsparameterabhängigen Anpassung sind dem Fachmann bekannt. Die derart veränderten Messpunkte können dann zur Steuerung der Bewegung des Sensors genutzt werden.It is also possible that the coordinates of the measurement points determined in this way along the scanning path defined by these measurement points are changed in such a way that the movement of the sensor along the scanning path with desired movement parameters, for example a desired acceleration and / or a desired speed or a desired acceleration profile and / or speed profile can be carried out. This can also be referred to as movement parameter-dependent adaptation of the measuring points. Corresponding methods for movement parameter-dependent adaptation are known to the person skilled in the art. The measurement points changed in this way can then be used to control the movement of the sensor.

Z.B. können die Koordinaten der derart bestimmten Messpunkte entlang der durch diese Messpunkte festgelegten Scanning-Bahn derart verändert werden, dass die derart veränderten Messpunkte äquidistant entlang der Scanning-Bahn angeordnet sind. For example, the coordinates of the measuring points determined in this way can be changed along the scanning path defined by these measuring points in such a way that the measuring points changed in this way are arranged equidistantly along the scanning path.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle und rechentechnisch einfach zu implementierende Bestimmung der Koordinaten der Messpunkte, die das vorhergehend erläuterte Kriterium des periodischen Verlaufs erfüllen. Eine derartige Bestimmung erfordert wenig Rechenaufwand und kann somit schnell und einfach durchgeführt werden.This advantageously results in a determination of the coordinates of the measurement points which is fast in terms of time and which is easy to implement in terms of computation and which meet the previously explained criterion of the periodic course. Such a determination requires little computational effort and can thus be carried out quickly and easily.

In einer weiteren Ausführungsform sind die achsspezifischen Schleifenanzahlen für mindestens zwei Achsen voneinander verschieden. Z.B. kann eine achsspezifische Schleifenanzahl für die erste Achse 5 und für die zweite Achse 1 oder 3 betragen.In a further embodiment, the axis-specific loop numbers for at least two axes are different from one another. For example, an axis-specific number of loops can be 5 for the first axis and 1 or 3 for the second axis.

In diesem Fall sind die achsspezifischen Winkelinkremente für mindestens zwei Drehachsen voneinander verschieden.In this case, the axis-specific angle increments for at least two axes of rotation are different from one another.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine gute Abdeckung von Positionen, Beschleunigungswerten und -richtungen.This advantageously results in good coverage of positions, acceleration values and directions.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl von Drehachsen 2. Selbstverständlich ist es aber auch vorstellbar, die Anzahl der Drehachsen größer als 2 zu wählen, insbesondere gleich 3 oder gleich 5 zu wählen.In a preferred embodiment, the number of axes of rotation is 2. Of course, it is also conceivable to select the number of axes of rotation greater than 2, in particular to be 3 or 5.

Je höher die Anzahl von Drehachsen, desto höher in vorteilhafter Weise die Abdeckung verschiedener Positionen als auch die Abdeckung verschiedener Beschleunigungswerte und -richtungen.The higher the number of axes of rotation, the greater the coverage of different positions and the coverage of different acceleration values and directions in an advantageous manner.

In einer weiteren Ausführungsform wird nach Festlegung der Koordinaten der Messpunkte für jeden Messpunkt geprüft, ob die Koordinaten während der Bewegung des Sensors entlang der Scanning-Bahn in einem vorbestimmten Bereich um einen Schaft herum angeordnet sind, wobei der Schaft ein Schaft des Sensors oder des kugelförmigen Kalibrierkörpers ist. Ist dies der Fall, so werden die Koordinaten zumindest der Messpunkte, die in dem vorbestimmten Bereich liegen, verändert, insbesondere derart, dass sie außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen.In a further embodiment, after determining the coordinates of the measuring points for each measuring point, it is checked whether the coordinates are arranged in a predetermined area around a shaft during the movement of the sensor along the scanning path, the shaft being a shaft of the sensor or the spherical shaft Calibration body is. If this is the case, then the coordinates of at least the measuring points which lie in the predetermined area are changed, in particular in such a way that they lie outside the predetermined area.

Es ist z.B. möglich, für jeden Messpunkt auch die Koordinaten der Oberflächenpunkte des Schafts zu bestimmen. Liegt im Falle eines Sensorschafts zumindest einer dieser Oberflächenpunkte z.B. auf der Kugeloberfläche oder sogar innerhalb des Kugelvolumens des kugelförmigen Kalibrierkörpers, so würde dies zu einer Kollision zwischen kugelförmigem Kalibrierkörper und Sensorschaft führen. Um eine derartige Kollision zu vermeiden, kann die Koordinate des entsprechenden Messpunkts verändert werden.For example, it is possible to determine the coordinates of the surface points of the shaft for each measuring point. If, in the case of a sensor shaft, at least one of these surface points lies e.g. on the spherical surface or even within the spherical volume of the spherical calibration body, this would lead to a collision between the spherical calibration body and the sensor shaft. To avoid such a collision, the coordinate of the corresponding measuring point can be changed.

Liegt im Falle eines Kalibrierkörperschafts zumindest einer der Messpunkte auf der Oberfläche des Kalibrierkörperschafts oder sogar innerhalb des Volumens des Kalibrierkörperschafts, so würde dies ebenfalls zu einer Kollision führen. Um eine derartige Kollision zu vermeiden, kann die Koordinate des entsprechenden Messpunkts verändert werden.If, in the case of a calibration body, at least one of the measuring points lies on the surface of the calibration body or even within the volume of the calibration body, this would also lead to a collision. To avoid such a collision, the coordinate of the corresponding measuring point can be changed.

Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Betriebssicherheit, insbesondere eine Reduktion der Kollisionsgefahr, bei der Durchführung der Kalibrierung.This advantageously results in improved operational reliability, in particular a reduction in the risk of collision, when performing the calibration.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Koordinaten aller Messpunkte um mindestens eine Achse derart verdreht, dass keine Koordinate mehr in dem vorbestimmten Bereich liegt. Mit anderen Worten können die Koordinaten der vorhergehend bestimmten Messpunkte rotationstransformiert werden, wobei sie nach Durchführung der Transformation weiterhin auf der Kugeloberfläche des kugelförmigen Kalibrierkörpers liegen und nach wie vor die vorhergehend erläuterten Eigenschaften bezüglich des periodischen Verlaufs aufweisen, jedoch während der Bewegung entlang der Scanning-Bahn keine Kollision mit dem Schaft mehr auftritt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Bestimmung von kollisionsvermeidenden Messpunktkoordinaten und somit die vorhergehend erläuterte erhöhte Betriebssicherheit.In a further embodiment, the coordinates of all measuring points are rotated about at least one axis in such a way that no coordinates are any longer in the predetermined range. In other words, the coordinates of the previously determined measuring points can be rotationally transformed, whereby after the transformation has been carried out they continue to lie on the spherical surface of the spherical calibration body and still have the previously explained properties with regard to the periodic course, but during the movement along the scanning path there is no longer a collision with the shaft. This advantageously results in a simple determination of collision-avoiding measuring point coordinates and thus the increased operational reliability explained above.

In einer alternativen Ausführungsform werden die Koordinaten der Messpunkte, die im vorbestimmten Bereich liegen, entlang der Kugeloberfläche aus dem vorbestimmten Bereich heraus verschoben. Z.B. können die Koordinaten auf der Kugeloberfläche in einer Ebene verschoben werden, die von der Vertikalachse und einer Verbindungslinie zwischen Ursprung und dem unverschobenen Messpunkt aufgespannt wird. Die Verschiebung kann insbesondere hin zum erläuterten Nordpol erfolgen.In an alternative embodiment, the coordinates of the measuring points which lie in the predetermined area are shifted along the spherical surface out of the predetermined area. For example, the coordinates on the spherical surface can be shifted in a plane that is spanned by the vertical axis and a connecting line between the origin and the unshifted measuring point. The shift can take place in particular towards the explained north pole.

Auch können die Koordinaten dieser Messpunkte insbesondere derart verändert werden, dass weiterhin ein stetiger Beschleunigungsverlauf und/oder Geschwindigkeitsverlauf bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn möglich ist.The coordinates of these measuring points can also be changed, in particular, in such a way that a steady acceleration profile and / or speed profile is still possible when moving along the scanning path.

Mit anderen Worten kann zumindest ein Abschnitt der Scanning-Bahn derart gewählt werden, dass zwar die vorhergehend erläuterte Periodizität in diesem Abschnitt nicht gewährleistet ist, jedoch die Kollisionsgefahr verringert ist.In other words, at least one section of the scanning path can be selected in such a way that although the previously explained periodicity is not guaranteed in this section, the risk of collision is reduced.

Alternativ ist es möglich, die Koordinaten der Messpunkte derart zu wählen, dass diese ausschließlich auf der Oberfläche der Kugelhälfte des kugelförmigen Kalibrierkörpers liegen, die den vorhergehend erläuterten Nordpol aufweist (Nordhalbkugel). Kumulativ können die Messpunkte auch auf der Äquatorlinie liegen.Alternatively, it is possible to select the coordinates of the measuring points in such a way that they lie exclusively on the surface of the spherical half of the spherical calibration body that has the previously explained north pole (northern hemisphere). The measurement points can also cumulatively lie on the equator line.

Vorhergehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit Ursprung im Mittelpunkt des kugelförmigen Kalibrierkörpers erläutert.The method according to the invention was explained above with reference to a Cartesian coordinate system with the origin in the center of the spherical calibration body.

Wird als Referenzkoordinatensystem ein messpunktspezifisches Koordinatensystem gewählt, so ergibt sich ein Verfahren zur Kalibrierung des Sensors, wobei ein kugelförmiger Kalibrierkörper im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung bereitgestellt wird, wobei der Sensor entlang einer Scanning-Bahn, insbesondere mit konstantem radialen Abstand zum Kugelmittelpunkt, bewegt wird und an Messpunkten der Scanning-Bahn auf der Kugeloberfläche Messwerte erzeugt werden, wobei Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte bestimmt werden, wobei Messpunkte entlang der Scanning-Bahn derart festgelegt werden, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Trajektorie ein Verlauf der Beschleunigung entlang einer Radialachse eines messpunktspezifischen kartesischen Koordinatensystems, welches durch eine Fahrtrichtungsachse, eine Querachse und die Radialachse gebildet wird und dessen Ursprung im Messpunkt liegt, ein periodischer Verlauf ist, insbesondere ein periodischer Verlauf mit einem Gleichanteil, der von Null verschieden ist.If a measuring point-specific coordinate system is selected as the reference coordinate system, a method for calibrating the sensor results, a spherical calibration body being provided in the measuring volume of the coordinate measuring device, the sensor being moved along a scanning path, in particular at a constant radial distance from the center of the sphere, and on Measurement points of the scanning path on the spherical surface, measurement values are generated, calibration data of the sensor being determined as a function of the measurement values, measurement points being set along the scanning path in such a way that, along at least a section of the trajectory, a course of the acceleration along a radial axis of a measurement point-specific Cartesian coordinate system, which is formed by a direction of travel axis, a transverse axis and the radial axis and whose origin lies at the measuring point, is a periodic course, in particular a periodic course with a Equal component that is different from zero.

Bezüglich der Länge und Lage des Teilabschnitts kann auf die vorhergehenden Erläuterungen verwiesen werden.With regard to the length and position of the subsection, reference can be made to the previous explanations.

Die periodischen Verläufe können hierbei genau eine oder aber mehrere Frequenzen aufweisen.The periodic curves can have exactly one or more frequencies.

Die Fahrtrichtungsachse bezeichnet eine Achse, die tangential zur Kugeloberfläche und in Fahrtrichtung orientiert ist. Die Querachse ist ebenfalls tangential zur Kugeloberfläche orientiert und senkrecht zur Fahrtrichtungsachse als auch zur Radialachse. Die Radialachse ist vom Mittelpunkt des kugelförmigen Kalibrierkörpers hin zum Messpunkt orientiert.The direction of travel axis denotes an axis that is tangential to the spherical surface and oriented in the direction of travel. The transverse axis is also oriented tangentially to the spherical surface and perpendicular to the direction of travel axis as well as to the radial axis. The radial axis is oriented from the center of the spherical calibration body to the measuring point.

Weiter ist es möglich, dass entlang des zumindest einen Teilabschnitts der Trajektorie zusätzlich auch ein Verlauf der Beschleunigung entlang der Querachse und/oder der Fahrtrichtungsachse ein periodischer Verlauf ist.Furthermore, it is possible that a course of the acceleration along the transverse axis and / or the direction of travel axis is also a periodic course along the at least one subsection of the trajectory.

Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung, wobei die Vorrichtung mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung und mindestens eine Einrichtung zur Bewegung des Sensors umfasst. Die mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung kann als Recheneinrichtung ausgebildet sein, wobei die Recheneinrichtung z.B. mindestens einen Mikrocontroller oder mindestens eine integrierte Schaltung umfassen oder als solche(r) ausgebildet sein kann. Die Einrichtung zur Bewegung des Sensors kann Teil der Koordinatenmesseinrichtung sein. Insbesondere kann diese Einrichtung mindestens einen Aktor umfassen. Auch kann die Einrichtung durch die Koordinatenmesseinrichtung gebildet werden.A device for calibrating a sensor of a coordinate measuring device is also proposed, the device comprising at least one control and evaluation device and at least one device for moving the sensor. The at least one control and evaluation device can be designed as a computing device, wherein the computing device can, for example, comprise at least one microcontroller or at least one integrated circuit or can be designed as such. The device for moving the sensor can be part of the coordinate measuring device. In particular, this device can comprise at least one actuator. The device can also be formed by the coordinate measuring device.

Weiter wird durch die mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung und mindestens eine Einrichtung zur Bewegung des Sensors derart gesteuert, dass dieser entlang einer Scanning-Bahn entlang einer Oberfläche, insbesondere mit konstantem radialem Abstand zu einem Kugelmittelpunkt, eines im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung angeordneten kugelförmigen Kalibrierkörpers, bewegt wird. Weiter werden durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte bestimmt, die an Messpunkten der Scanning-Bahn auf der Kugeloberfläche erzeugt wurden. Es ist möglich, dass die Vorrichtung auch den Sensor umfasst, wobei dieser an Messpunkten der Scanning-Bahn auf der Kugeloberfläche Messwerte erzeugt.Furthermore, the at least one control and evaluation device and at least one device for moving the sensor are controlled in such a way that the sensor moves along a scanning path along a surface, in particular at a constant radial distance from a spherical center, of a spherical calibration body arranged in the measurement volume of the coordinate measuring device, is moved. Furthermore, calibration data of the sensor are determined by the control and evaluation device as a function of the measured values that were generated at measuring points of the scanning path on the spherical surface. It is possible that the device also includes the sensor, this generating measured values at measuring points of the scanning path on the spherical surface.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann hierbei eine oder mehrere Recheneinrichtungen umfassen.The control and evaluation device can include one or more computing devices.

Erfindungsgemäß werden Messpunkte entlang der Scanning-Bahn derart festgelegt, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Scanning-Bahn für jede Raumachse eines kartesischen Koordinatensystems mit drei Raumachsen, dessen Ursprung im Mittelpunkt des kugelförmigen Kalibrierkörpers liegt, der achsspezifische Wert der Koordinate einen periodischen Verlauf aufweist.According to the invention, measuring points are set along the scanning path in such a way that the axis-specific value of the coordinate has a periodic profile along at least a section of the scanning path for each spatial axis of a Cartesian coordinate system with three spatial axes, the origin of which is in the center of the spherical calibration body.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise die Durchführung eines Verfahrens gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Somit ist das Verfahren mit einer solchen Vorrichtung durchführbar.The proposed device advantageously enables a method to be carried out in accordance with one of the embodiments described in this disclosure. The method can thus be carried out with such a device.

Das Verfahren kann insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein. So können z.B. ein oder mehrere oder alle Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durch einen Computer ausgeführt werden. Eine Ausführungsform für das computerimplementierte Verfahren zur Kalibrierung des Sensors ist die Benutzung des Computers zur Durchführung einer Datenverarbeitungsmethode. Der Computer kann z.B. zumindest eine Recheneinrichtung, insbesondere einen Prozessor und z.B. zumindest eine Speichereinrichtung, umfassen, um die Daten, insbesondere technisch, zu verarbeiten, z.B. elektronisch und/oder optisch. Ein Computer kann hierbei jede Art von Datenverarbeitungsgerät sein. Ein Prozessor kann ein halbleiterbasierter Prozessor sein.The method can in particular be a computer-implemented method. For example, one or more or all of the steps of the proposed method can be carried out by a computer. One embodiment for the computer-implemented method for calibrating the sensor is to use the computer to carry out a data processing method. The computer can, for example, comprise at least one computing device, in particular a processor and, for example, at least one storage device, in order to process the data, in particular technically, e.g. electronically and / or optically. A computer can be any type of data processing device. A processor can be a semiconductor-based processor.

Weiter vorgeschlagen wird ein Programm, welches, wenn es auf oder durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung ausgeführt wird, die Steuer- und Auswerteeinrichtung veranlasst, Schritte des in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahrens zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung durchzuführen. Alternativ oder kumulativ wird ein Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt beschrieben, auf oder in dem das Programm gespeichert ist, insbesondere in einer nicht vorübergehenden, z.B. in einer dauerhaften, Form. Alternativ oder kumulativ wird ein Computer beschrieben, der dieses Programmspeichermedium umfasst. Weiter alternativ oder kumulativ wird ein Signal beschrieben, beispielsweise ein digitales Signal, welches Informationen kodiert, die das Programm repräsentieren, und welches Code-Mittel umfasst, die adaptiert sind, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahrens zur Kalibrierung eines Sensors durchzuführen. Das Signal kann ein physikalisches Signal, z.B. ein elektrisches Signal, sein, welches insbesondere technisch oder maschinell erzeugt wird. Das Programm kann den Computer auch dazu veranlassen, die Kalibrierung auszuführen.A program is also proposed which, when executed on or by a control and evaluation device of a device for calibrating a sensor of a coordinate measuring device, causes the control and evaluation device to carry out steps of the method described in this disclosure for calibrating a sensor of a coordinate measuring device . Alternatively or cumulatively, a program storage medium or computer program product is described on or in which the program is stored, in particular in a non-temporary, e.g. permanent, form. Alternatively or cumulatively, a computer is described which comprises this program storage medium. Further alternatively or cumulatively, a signal is described, for example a digital signal, which codes information that represents the program and which comprises code means that are adapted, one, several or all of the steps of the method for calibrating a sensor described in this disclosure perform. The signal can be a physical signal, e.g. an electrical signal, which in particular is generated technically or by machine. The program can also cause the computer to perform the calibration.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1a eine schematische Seitenansicht eines taktilen Sensors,
1b eine weitere schematische Seitenansicht eines taktilen Sensors,
1c eine weitere schematische Seitenansicht eines taktilen Sensors,
2a eine perspektivische Ansicht einer Helix-Trajektorie gemäß dem Stand der Technik,
2b eine Darstellung von Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufen der Helix-Trajektorie in 2a,
3a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Scanning-Bahn,
3b Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe der in 3a dargestellten Scanning-Bahn,
4a eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Scanning-Bahn,
4b Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe der in 4a dargestellten Scanning-Bahn,
5a eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Scanning-Bahn mit Schaftaussparung,
5b Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe der in 5a dargestellten Scanning-Bahn,
6 Beschleunigungsverläufe entlang der Achsen eines messpunktspezifischen Koordinatensystems bei einer Bewegung entlang der in 2a dargestellten Scanning-Bahn,
7 Beschleunigungsverläufe entlang der Achsen des messpunktspezifischen Koordinatensystems bei einer Bewegung entlang der in 3a dargestellten Scanning-Bahn,
8 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. The figures show:

1a a schematic side view of a tactile sensor,
1b another schematic side view of a tactile sensor,
1c another schematic side view of a tactile sensor,
2a a perspective view of a helix trajectory according to the prior art,
2 B a representation of position, speed and acceleration curves of the helix trajectory in 2a ,
3a a perspective view of a scanning path according to the invention,
3b Position, speed and acceleration curves of the in 3a shown scanning path,
4a a perspective view of a further scanning path according to the invention,
4b Position, speed and acceleration curves of the in 4a shown scanning path,
5a a perspective view of a scanning path according to the invention with a shaft recess,
5b Position, speed and acceleration curves of the in 5a shown scanning path,
6th Acceleration curves along the axes of a measuring point-specific coordinate system when moving along the in 2a shown scanning path,
7th Acceleration curves along the axes of the measuring point-specific coordinate system when moving along the in 3a shown scanning path,
8th a schematic block diagram of a device according to the invention.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical features.

1a zeigt eine schematische Seitenansicht eines taktilen Sensors 1, der eine Tastkugel 2 umfasst, die an einem freien Ende eines Tasterschafts 3 angeordnet ist. Ein weiteres Ende des Tasterschafts 3 ist an einem Drehgelenk 4 angeordnet, wobei für den Tasterschaft 3 mit der Tastkugel 2 durch Rotation des Drehgelenks 4 verschiedene Orientierung eingestellt werden können. Weiter dargestellt ist eine Tasterplatte 5, mit der der Taster an einem Tastkopf 6 befestigt werden kann. 1a shows a schematic side view of a tactile sensor 1, which comprises a probe ball 2, which is arranged at a free end of a probe shaft 3. Another end of the probe shaft 3 is arranged on a swivel joint 4, it being possible to set different orientations for the probe shaft 3 with the probe ball 2 by rotating the swivel joint 4. Also shown is a button plate 5 with which the button can be attached to a probe head 6.

Gestrichelt dargestellt ist eine unausgelenkte Stellung des Tasterschafts 3, die dieser beispielsweise in einem unbeschleunigten Zustand einnehmen kann. Weiter dargestellt sind in 1a, 1b, 1c ausgelenkte oder verbogene Zustände des Tasterschafts 3, die dieser bei Beschleunigung in verschiedene Raumrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems, nämlich entlang einer Längsrichtung x, einer Querrichtung y und einer Vertikalrichtung z, einnehmen kann. Bei diesen Beschleunigungen tritt aufgrund von Trägheitsmomenten eine Auslenkung Δx, Δy, Δz entlang dieser Raumachsen ein, wobei die entsprechenden Trägheitskräfte Fx, Fy, Fz entgegen der entsprechenden Bewegungs- bzw. Beschleunigungsrichtung wirken.The dashed line shows an undeflected position of the stylus shaft 3, which it can assume, for example, in an unaccelerated state. Also shown in 1a , 1b , 1c Deflected or bent states of the stylus shaft 3, which it can assume when accelerating in different spatial directions of a Cartesian coordinate system, namely along a longitudinal direction x, a transverse direction y and a vertical direction z. During these accelerations, due to moments of inertia, a deflection Δx, Δy, Δz occurs along these spatial axes, the corresponding inertia forces Fx, Fy, Fz acting against the corresponding direction of movement or acceleration.

Diese Auslenkungen bedingen Messfehler, die in einem Messbetrieb unerwünscht sind und kompensiert werden sollen. Hierzu kann eine Kalibrierung des Sensors 1 erfolgen, insbesondere indem für eine Vielzahl von Beschleunigungswerten und -richtungen sowie an einer Vielzahl von Raumpositionen die Auslenkungen Δx, Δy, Δz bestimmt werden. Somit können diese dann in einem Messbetrieb aus dem Messergebnis herausgerechnet werden. Die Auslenkungen Δx, Δy, Δz können insbesondere als Abweichungen von Raumpositionen auf einer Oberfläche eines kugelförmigen Kalibrierkörpers 9 (siehe 8) bestimmt werden, wenn von dieser mit der Vielzahl von Beschleunigungswerten und - richtungen sowie an einer Vielzahl von Positionen auf der Oberfläche Messwerte erzeugt und die Abweichung dieser Messpunkte von der Oberfläche bestimmt wird.These deflections cause measurement errors that are undesirable in a measurement operation and should be compensated for. For this purpose, the sensor 1 can be calibrated, in particular by determining the deflections .DELTA.x, .DELTA.y, .DELTA.z for a large number of acceleration values and directions and at a large number of spatial positions. In this way, these can then be calculated from the measurement result in a measurement operation. The deflections .DELTA.x, .DELTA.y, .DELTA.z can in particular as deviations from spatial positions on a surface of a spherical calibration body 9 (see 8th ) can be determined if it generates measured values with the multitude of acceleration values and directions as well as at a multitude of positions on the surface and the deviation of these measurement points from the surface is determined.

2a zeigt eine perspektivische Ansicht einer helixförmigen Scanning-Bahn 7, wobei an nicht dargestellten Messpunkten entlang dieser helixförmigen Scanning-Bahn 7 Messwerte generiert werden. Weiter dargestellt ist ein kartesisches Koordinatensystem mit einer Längsachse x, einer Querachse y und einer Vertikalachse z, wobei Richtungen dieser Achsen x, y, z durch Pfeile symbolisiert sind. 2a shows a perspective view of a helical scanning path 7, measurement values being generated at measurement points (not shown) along this helical scanning path 7. Also shown is a Cartesian coordinate system with a longitudinal axis x, a transverse axis y and a vertical axis z, the directions of these axes x, y, z being symbolized by arrows.

Nicht dargestellt ist eine Kugeloberfläche, auf der die Messpunkte entlang der helixförmigen Scanning-Bahn 7 angeordnet sind. Ein Mittelpunkt dieser Kugeloberfläche entspricht dem Ursprung des dargestellten Koordinatensystems.A spherical surface on which the measuring points are arranged along the helical scanning path 7 is not shown. A center point of this spherical surface corresponds to the origin of the coordinate system shown.

2b zeigt in der ersten Zeile einen Positionsverlauf, also einen Verlauf der achsspezifischen Koordinatenwerte für jede der in 2a dargestellten Achsen x, y, z des kartesischen Koordinatensystems bei einer Bewegung des Sensors 1 entlang der helixförmigen Scanning-Bahn 7. Hierbei sind Koordinatenwerte entlang der Längsachse x durch eine durchgezogene Linie, Koordinatenwerte entlang der Querachse y durch eine gepunktete Linie und Koordinationswerte entlang der Vertikalachse z durch eine gestrichelte Linie dargestellt. 2 B shows a position profile in the first line, i.e. a profile of the axis-specific coordinate values for each of the in 2a The illustrated axes x, y, z of the Cartesian coordinate system when the sensor 1 moves along the helical scanning path 7. Here, coordinate values along the longitudinal axis x are represented by a solid line, coordinate values along the transverse axis y by a dotted line and co-ordinates dination values along the vertical axis z shown by a dashed line.

Ein Startpunkt der helixförmigen Scanning-Bahn 7 ist hierbei der Nordpol, wobei dieser durch den Schnittpunkt zwischen Vertikalachse z und der Oberfläche des kugelförmigen Kalibrierkörpers 9 gebildet wird. Ein Endpunkt der helixförmigen Scanning-Bahn 7 liegt hierbei auf der Äquatorlinie des kugelförmigen Kalibrierkörpers 9.A starting point of the helical scanning path 7 is the north pole, this being formed by the point of intersection between the vertical axis z and the surface of the spherical calibration body 9. One end point of the helical scanning path 7 lies on the equator line of the spherical calibration body 9.

Ersichtlich ist, dass der Verlauf der z-Koordinate bei der Bewegung entlang der in 2a dargestellten Helix-Scanning-Bahn 7 linear abnimmt. Die Positionskoordinatenverläufe entlang der verbleibenden beiden Achsen x, y sind hierbei im Wesentlichen sinusförmig, jedoch mit ansteigender Amplitude.It can be seen that the course of the z coordinate when moving along the in 2a shown helix scanning path 7 decreases linearly. The position coordinate courses along the remaining two axes x, y are essentially sinusoidal, but with increasing amplitude.

Weiter ist in der zweiten Zeile der in 2b dargestellten Verläufe ein Geschwindigkeitsverlauf und in der dritten Zeile ein Beschleunigungsverlauf bei der Bewegung entlang der helixförmigen Scanning-Bahn 7 jeweils entlang der in 2a dargestellten Raumachsen x, y, z dargestellt. Ersichtlich ist, dass der Geschwindigkeitsverlauf entlang der Vertikalachse z nach einem Anfangsabschnitt und vor einem Endabschnitt für den verbleibenden Zwischenabschnitt der Scanning-Bahn konstant ist. Dies gilt auch für den Beschleunigungsverlauf, der nach einer anfänglichen Beschleunigung entlang der Scanning-Bahn bis zu einem Endabschnitt konstant den Wert null aufweist, also keine Beschleunigung.In the second line is the in 2 B The curves shown are a speed curve and in the third line an acceleration curve when moving along the helical scanning path 7, each along the path in FIG 2a shown spatial axes x, y, z shown. It can be seen that the speed profile along the vertical axis z is constant after an initial section and before an end section for the remaining intermediate section of the scanning path. This also applies to the acceleration profile, which after an initial acceleration along the scanning path has a constant value of zero up to an end section, i.e. no acceleration.

3a zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Scanning-Bahn 8 gemäß einer ersten Ausführungsform. In 3b sind wiederum der Positions-, also Koordinatenverlauf, der Messpunkte bei der Bewegung entlang der in 3a dargestellten Scanning-Bahn 8 sowie die korrespondierenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe dargestellt. 3a shows a perspective illustration of a scanning path 8 according to the invention in accordance with a first embodiment. In 3b are in turn the position, i.e. coordinate course, of the measuring points when moving along the in 3a shown scanning path 8 and the corresponding speed and acceleration curves.

Ein Startpunkt und ein Endpunkt der Scanning-Bahn 8 ist hierbei ein Schnittpunkt zwischen der Längsachse x und der Äquatorlinie des kugelförmigen Kalibrierkörpers 9.A starting point and an end point of the scanning path 8 are here an intersection point between the longitudinal axis x and the equator line of the spherical calibration body 9.

Es ist erkennbar, dass im Unterschied zu den in 2b dargestellten Verläufen die achsspezifischen Werte der Koordinaten jeweils einen harmonischen Verlauf aufweisen, insbesondere in einem Mittenabschnitt der Scanning-Bahn, der zwischen einem Anfangs- und einem Endabschnitt der Scanning-Bahn 8 angeordnet ist. Der Anfangs- und der Endabschnitt können jeweils eine Länge aufweisen, die kleiner als oder gleich 5 % der Gesamtlänge der Scanning-Bahn 8 ist.It can be seen that in contrast to the in 2 B In the illustrated curves, the axis-specific values of the coordinates each have a harmonic curve, in particular in a central section of the scanning path, which is arranged between a start and an end section of the scanning path 8. The start and end sections can each have a length that is less than or equal to 5% of the total length of the scanning path 8.

Weiter ersichtlich ist, dass auch die Geschwindigkeitsverläufe und die Beschleunigungsverläufe bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn harmonisch sind, insbesondere in dem vorhergehend erläuterten Zwischenabschnitt.It can also be seen that the speed profiles and the acceleration profiles are also harmonious when moving along the scanning path, in particular in the intermediate section explained above.

Die in 3a dargestellte erfindungsgemäße Scanning-Bahn kann insbesondere erzeugt werden, indem eine Anzahl von Messpunkten festgelegt wird, z.B. auf den Wert 1.000. Weiter kann eine Koordinate eines Ausgangspunkts festgelegt werden, z.B. auf den Wert (1,0,0) im erläuterten kartesischen Koordinatensystem, wobei dieser Punkt auf der Kugeloberfläche liegt. Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel angenommen, dass der nicht dargestellte kugelförmige Kalibrierkörper 9 (siehe 8) einen Radius von 1 aufweist. Weiter kann eine erste Drehachse mit einer Orientierung (1,0,1) und eine zweite Drehachse mit der Orientierung (0,0,1) im erläuterten Koordinatensystem festgelegt werden. Diese beiden Drehachsen sind linear unabhängig voneinander im vorhergehend erläuterten Koordinatensystem.In the 3a The scanning path according to the invention shown can in particular be generated by defining a number of measurement points, for example a value of 1,000. Furthermore, a coordinate of a starting point can be set, for example to the value (1,0,0) in the explained Cartesian coordinate system, this point lying on the spherical surface. It is thus assumed in this exemplary embodiment that the spherical calibration body 9 (see FIG 8th ) has a radius of 1. Furthermore, a first axis of rotation with an orientation (1,0,1) and a second axis of rotation with the orientation (0,0,1) can be defined in the coordinate system explained. These two axes of rotation are linearly independent of one another in the coordinate system explained above.

Weiter kann für jede Drehachse eine achsspezifische Schleifenanzahl und ein achsspezifisches Winkelinkrement durch Division dieser Schleifenanzahl durch die Anzahl von Messpunkten bestimmt werden. In dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die der ersten Drehachse zugeordnete Schleifenanzahl 3 und die der zweiten Drehachse zugeordnete Schleifenanzahl 1.Furthermore, an axis-specific number of loops and an axis-specific angle increment can be determined for each rotary axis by dividing this number of loops by the number of measuring points. In the in 3a In the illustrated embodiment, the number of loops assigned to the first axis of rotation is 3 and the number of loops assigned to the second axis of rotation is 1.

Weiter wird der Wert einer Zählervariable m von dem Wert 1 bis zur Anzahl von Messpunkten inkrementiert und für jeden dieser Werte der Zählervariable die Koordinate eines Messpunkts bestimmt, in dem die Koordinate des Ausgangspunkts mit einem achsspezifischen Winkel um jede der Drehachsen rotiert wird, wobei der achsspezifische Winkel sich aus dem Produkt des Werts der Zählervariable und dem achsspezifischen Winkelinkrement ergibt.Furthermore, the value of a counter variable m is incremented from the value 1 to the number of measuring points and the coordinate of a measuring point is determined for each of these values of the counter variable, in which the coordinate of the starting point is rotated with an axis-specific angle around each of the axes of rotation, the axis-specific Angle results from the product of the value of the counter variable and the axis-specific angle increment.

4a zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Scanning-Bahn 8 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In 4b sind wiederum der Positions-, also Koordinatenverlauf, der Messpunkte bei der Bewegung entlang der in 4a dargestellten Scanning-Bahn 8 sowie die korrespondierenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe dargestellt. 4a shows a perspective illustration of a scanning path 8 according to the invention in accordance with a further embodiment. In 4b are in turn the position, i.e. coordinate course, of the measuring points when moving along the in 4a shown scanning path 8 and the corresponding speed and acceleration curves.

Die Messpunkte entlang der in 4a dargestellten Scanning-Bahn 8 sind hierbei gemäß dem Verfahren bestimmt, welches zur Bestimmung der Messpunkte der in 3a dargestellten Scanning-Bahn 8 genutzt wird. Im Unterschied zu dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt jedoch die der ersten Drehachse zugeordnete Schleifenanzahl 7 und die der zweiten Drehachse zugeordnete Schleifenanzahl 3.The measuring points along the in 4a The scanning path 8 shown here are determined according to the method which is used to determine the measuring points of the in 3a scanning path 8 shown is used. In contrast to the in 3a However, the illustrated embodiment is that associated with the first axis of rotation Number of loops 7 and the number of loops assigned to the second axis of rotation 3.

5a zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Scanning-Bahn 8 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In 5b sind wiederum der Positions-, also Koordinatenverlauf, der Messpunkte bei der Bewegung entlang der in 5a dargestellten Scanning-Bahn 8 sowie die korrespondierenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe dargestellt. 5a shows a perspective illustration of a scanning path 8 according to the invention in accordance with a further embodiment. In 5b are in turn the position, i.e. coordinate course, of the measuring points when moving along the in 5a shown scanning path 8 and the corresponding speed and acceleration curves.

Hierbei wurden die Messpunkte der in 5a dargestellten Scanning-Bahn 8 entsprechend der in 3a dargestellten Ausführungsform bestimmt. Weiter wurde nach der entsprechenden Bestimmung der Koordinaten der Messpunkte für jeden Messpunkt geprüft, ob diese bei der Bewegung des Sensors 1 entlang der Scanning-Bahn 8 in einem vorbestimmten Bereich um einen Schaft 14 (siehe 8) angeordnet sind, wobei die Koordinaten zumindest der Messpunkte, die in diesem vorbestimmten Bereich liegen, verändert wurden. Die Veränderung wurde hierbei derart vorgenommen, dass die Koordinaten dieser Messpunkte entlang der Kugeloberfläche aus dem vorbestimmten Bereich heraus verschoben wurde, insbesondere in einer Ebene, die von der Vertikalachse z und der Verbindungslinie zwischen dem Ursprung und dem entsprechenden unverschobenen Messpunkt aufgespannt wird.The measuring points of the in 5a Scanning path 8 shown corresponding to the in 3a illustrated embodiment determined. Furthermore, after the corresponding determination of the coordinates of the measuring points for each measuring point, it was checked whether they were in a predetermined area around a shaft 14 during the movement of the sensor 1 along the scanning path 8 (see FIG 8th ) are arranged, wherein the coordinates of at least the measuring points that lie in this predetermined area have been changed. The change was made here in such a way that the coordinates of these measuring points were shifted out of the predetermined area along the spherical surface, in particular in a plane that is spanned by the vertical axis z and the connecting line between the origin and the corresponding unshifted measuring point.

Dies resultiert in einen halbkreisförmigen Abschnitt 10 in der Scanning-Bahn 8. In diesem Abschnitt 10, der einen Anfangsabschnitt der Scanning-Bahn 8 bildet, weist die Scanning-Bahn 8 keinen periodischen Verlauf auf. Insbesondere ist also der periodische Verlauf in diesem Abschnitt unterbrochen bzw. nicht vorhanden. Bei einer Bewegung des Sensors 1 entlang der Scanning-Bahn 8 nach dem Verlassen des halbkreisförmigen Abschnitts 10 kann die Scanning-Bahn 8 jedoch den erläuterten periodischen Verlauf der achsspezifischen Werte der Koordinaten aufweisen.This results in a semicircular section 10 in the scanning path 8. In this section 10, which forms an initial section of the scanning path 8, the scanning path 8 does not have a periodic course. In particular, the periodic course is interrupted or not present in this section. When the sensor 1 moves along the scanning path 8 after leaving the semicircular section 10, the scanning path 8 can, however, have the explained periodic course of the axis-specific values of the coordinates.

6 zeigt eine Darstellung der Beschleunigungswerte beim Bewegen entlang der in 2a dargestellten Scanning-Bahn 7, wobei durch eine durchgezogene Linie eine Beschleunigung entlang einer Querachse eines messpunktspezifischen Koordinatensystems, durch eine gepunktete Linie eine Beschleunigung entlang einer Fahrtrichtungsachse des messpunktspezifischen Koordinatensystemsund durch eine gestrichelte Linie eine Beschleunigung entlang einer Radialachse des messpunktspezifischen Koordinatensystems, welches ein kartesisches Koordinatensystem ist, dargestellt ist. 6th shows a representation of the acceleration values when moving along the in 2a shown scanning path 7, with a solid line an acceleration along a transverse axis of a measuring point-specific coordinate system, a dotted line an acceleration along a direction of travel axis of the measuring point-specific coordinate system and a dashed line an acceleration along a radial axis of the measuring point-specific coordinate system, which is a Cartesian coordinate system is shown.

Hierbei ist die Fahrtrichtungsachse tangential zur Oberfläche des kugelförmigen Kalibrierkörpers 9 und in Fahrtrichtung orientiert. Die Radialachse ist vom Mittelpunkt des kugelförmigen Kalibrierkörpers 9 hin zum Messpunkt orientiert. Die Querachse ist senkrecht zur Fahrtrichtungsachse und zur Radialachse orientiert.Here, the direction of travel axis is tangential to the surface of the spherical calibration body 9 and oriented in the direction of travel. The radial axis is oriented from the center of the spherical calibration body 9 towards the measuring point. The transverse axis is oriented perpendicular to the direction of travel axis and to the radial axis.

Erkennbar ist, dass die Radialbeschleunigung bei der Bewegung entlang der Scanning-Bahn 8 betragsmäßig zunimmt, aber keinen Abschnitt mit einem periodischen oder gar harmonischen Verlauf aufweist. Entsprechend nimmt die Beschleunigung in Querrichtung nach einem Anfangsabschnitt, in dem diese Beschleunigung fällt, betragsmäßig ab, weist jedoch ebenfalls keinen Teilabschnitt mit periodischen Verlauf auf. Die Beschleunigung in Fahrtrichtung nimmt zwischen Anfangs- und Endabschnitt ab, weist jedoch ebenfalls keinen Teilabschnitt mit periodischen Verlauf auf.It can be seen that the amount of the radial acceleration increases during the movement along the scanning path 8, but does not have any section with a periodic or even harmonic course. Correspondingly, the acceleration in the transverse direction decreases in terms of amount after an initial section in which this acceleration falls, but likewise has no subsection with a periodic course. The acceleration in the direction of travel decreases between the start and end sections, but also does not have a section with a periodic course.

Im Vergleich hierzu zeigt 7 den Verlauf der Beschleunigungen entlang der erläuterten Achsen des messpunktspezifischen Koordinatensystems bei einer Bewegung entlang der in 3a dargestellten Scanning-Bahn 8. Ersichtlich ist, dass die Beschleunigung in Radialrichtung in einem Teilabschnitt zwischen Anfangs- und Endabschnitt einen harmonischen Verlauf aufweisen. Dies gilt auch für die Beschleunigung in Querrichtung. Die Beschleunigung entlang der Fahrtrichtungsachse weist einen periodischen Verlauf auf.In comparison, shows 7th the course of the accelerations along the explained axes of the measuring point-specific coordinate system when moving along the in 3a 8. It can be seen that the acceleration in the radial direction in a subsection between the start and end sections has a harmonic course. This also applies to the acceleration in the transverse direction. The acceleration along the direction of travel axis has a periodic profile.

8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer vorgeschlagenen Vorrichtung 13 zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung 11, die hier rein schematisch durch einen Block dargestellt ist. Weiter dargestellt ist eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 12 der Vorrichtung 13 sowie die Tastkugel 2 und der Tasterschaft 3 des Sensors 1. Ebenfalls dargestellt ist ein kugelförmiger Kalibrierkörper 9 im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung 11 sowie ein Referenzkoordinatensystem, dessen Ursprung im Mittelpunkt des kugelförmigen Kalibrierkörpers 9 angeordnet ist, wobei eine Längsachse x und eine Vertikalachse z dargestellt sind. Der kugelförmige Kalibrierkörper 9 ist über einen Schaft 14 mit einem Messtisch 15 verbunden. Die Vertikalachse z ist hierbei parallel zu einer Schaftlängsachse im unausgelenkten Zustand des Tasterschafts 3 und von der Tastkugel 2 hin zu der in 1a dargestellten Tasterplatte 5 orientiert. 8th shows a schematic side view of a proposed device 13 for calibrating a sensor of a coordinate measuring device 11, which is shown here purely schematically by a block. A control and evaluation device 12 of the device 13 as well as the probe ball 2 and the probe shaft 3 of the sensor 1 are also shown , wherein a longitudinal axis x and a vertical axis z are shown. The spherical calibration body 9 is connected to a measuring table 15 via a shaft 14. The vertical axis z is parallel to a shaft longitudinal axis in the undeflected state of the stylus shaft 3 and from the stylus ball 2 to the in FIG 1a button plate 5 shown oriented.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 12 kann durch die Koordinatenmesseinrichtung 11 derart gesteuert werden, dass diese den Sensor 1 entlang einer Scanning-Bahn 8 (siehe z.B. 3a) mit konstantem radialem Abstand zu dem Kugelmittelpunkt des Messvolumens der Koordinatenmesseinrichtung 11 angeordneten kugelförmigen Kalibrierkörpers 9 bewegt, wobei durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung 12 dann Kalibrierdaten des Sensors 1 in Abhängigkeit der an den entsprechenden Messpunkten entlang der Scanning-Bahn 8 erzeugten Messwerte bestimmt werden.The control and evaluation device 12 can be controlled by the coordinate measuring device 11 in such a way that it moves the sensor 1 along a scanning path 8 (see e.g. 3a) at a constant radial distance to the spherical center of the measurement volume of the coordinate measuring device 11 is moved spherical calibration body 9, wherein the control and evaluation device 12 then calibration data of the sensor 1 depending on the corresponding Measurement values generated along the scanning path 8 are determined.

Hierbei werden die Messpunkte entlang der Scanning-Bahn 8 derart festgelegt, dass zumindest entlang eines Teilabschnitts der Scanning-Bahn 8 für jede Raumachse x, y, z des erläuterten Koordinatensystems der achsspezifische Wert der Koordinate einen periodischen Verlauf aufweist.Here, the measurement points along the scanning path 8 are determined in such a way that the axis-specific value of the coordinate has a periodic profile for each spatial axis x, y, z of the explained coordinate system, at least along a section of the scanning path 8.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung (11), wobei ein kugelförmiger Kalibrierkörper (9) im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung (11) bereitgestellt wird, wobei der Sensor entlang einer Scanningbahn (8) bewegt wird und an Messpunkten der Scanningbahn (8) auf der Kugeloberfläche Messwerte erzeugt werden, wobei Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Messpunkte entlang der Scanningbahn (8) derart festgelegt sind, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Scanningbahn für jede Raumachse (x, y, z) eines kartesischen und kalibrierkörperfesten Koordinatensystems mit drei Raumachsen der achsspezifische Wert der Messpunkt-Koordinaten einen periodischen Verlauf aufweist.Method for calibrating a sensor of a coordinate measuring device (11), a spherical calibration body (9) being provided in the measuring volume of the coordinate measuring device (11), the sensor being moved along a scanning path (8) and at measuring points of the scanning path (8) on the spherical surface Measurement values are generated, with calibration data of the sensor being determined as a function of the measurement values, characterized in that measurement points along the scanning path (8) are set in such a way that along at least a section of the scanning path for each spatial axis (x, y, z) a Cartesian and Calibration body fixed coordinate system with three spatial axes, the axis-specific value of the measuring point coordinates has a periodic course.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die achsspezifischen Werte der Messpunkt-Koordinaten für mindestens eine der Raumachsen (x, y, z) einen periodischen Verlauf mit mindestens zwei Frequenzen aufweisen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the axis-specific values of the measuring point coordinates for at least one of the spatial axes (x, y, z) have a periodic course with at least two frequencies.

Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodenzahl des Verlaufs der achsspezifischen Werte der Messpunkt-Koordinaten für mindestens eine der Raumachsen (x, y, z) größer als oder gleich 3 ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a number of periods of the course of the axis-specific values of the measuring point coordinates for at least one of the spatial axes (x, y, z) is greater than or equal to 3.

Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten der Messpunkte bestimmt werden, indem - eine Anzahl von Messpunkten festgelegt wird, - eine Koordinate eines Ausgangspunkts und mindestens zwei linear unabhängige Drehachsen festgelegt werden, - für jede Drehachse eine achsspezifische Schleifenanzahl und ein achsspezifisches Winkelinkrement durch Division der Schleifenanzahl durch die Anzahl von Messpunkten bestimmt wird, - der Wert einer Zählervariable von dem Wert 1 bis zur Anzahl von Messpunkten inkrementiert und für jeden dieser Werte der Zählervariable die Koordinate eines Messpunkts bestimmt wird, indem die Koordinate des Ausgangspunkts mit einem achsspezifischen Winkel um jede der Drehachsen rotiert wird, wobei der achsspezifische Winkel sich aus dem Produkt des Werts der Zählervariable und dem achsspezifischen Winkelinkrement ergibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the coordinates of the measuring points are determined by - a number of measuring points is determined, - a coordinate of a starting point and at least two linearly independent axes of rotation are determined, - for each axis of rotation an axis-specific number of loops and a axis-specific angle increment is determined by dividing the number of loops by the number of measuring points, - the value of a counter variable is incremented from the value 1 to the number of measuring points and the coordinate of a measuring point is determined for each of these values of the counter variable by the coordinate of the starting point with a axis-specific angle is rotated about each of the axes of rotation, the axis-specific angle resulting from the product of the value of the counter variable and the axis-specific angle increment.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die achsspezifischen Schleifenanzahlen für mindestens zwei Achsen voneinander verschieden sind.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the axis-specific loop numbers for at least two axes are different from one another.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Drehachsen 2 ist.Method according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the number of axes of rotation is two.

Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Festlegung der Koordinaten der Messpunkte für jeden Messpunkt geprüft wird, ob die Koordinaten in einem vorbestimmten Bereich um einen Schaft (14) herum angeordnet sind, wobei die Koordinaten zumindest der Messpunkte, die in dem vorbestimmten Bereich liegen, verändert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the coordinates of the measuring points have been determined for each measuring point, a check is carried out to determine whether the coordinates are arranged in a predetermined area around a shaft (14), the coordinates of at least the measuring points in the predetermined range can be changed.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten aller Messpunkte um mindestens eine Drehachse derart verdreht werden, dass keine Koordinate mehr in dem vorbestimmten Bereich liegt.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the coordinates of all measuring points are rotated around at least one axis of rotation in such a way that no coordinates are any longer in the predetermined range.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten der Messpunkte, die im vorbestimmten Bereich liegen, entlang der Kugeloberfläche aus dem vorbestimmten Bereich heraus verschoben werden.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the coordinates of the measuring points which lie in the predetermined area are shifted along the spherical surface out of the predetermined area.

Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensors einer Koordinatenmesseinrichtung (11), wobei die Vorrichtung (13) mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) und mindestens eine Einrichtung zur Bewegung des Sensors umfasst, wobei durch die mindestens eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) die mindestens eine Einrichtung zur Bewegung des Sensors derart gesteuert wird, dass dieser entlang einer Scanningbahn (8) entlang einer Oberfläche eines im Messvolumen der Koordinatenmesseinrichtung (11) angeordneten kugelförmigen Kalibrierkörpers (9) bewegt wird, wobei durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Messpunkte entlang der Scanningbahn (8) derart festgelegt werden, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Scanningbahn (8) für jede Raumachse (x, y, z) eines kartesischen und kalibrierkörperfesten Koordinatensystems mit drei Raumachsen (x, y, z) der achsspezifische Wert der Messpunkt-Koordinaten einen periodischen Verlauf aufweist.Device for calibrating a sensor of a coordinate measuring device (11), the device (13) comprising at least one control and evaluation device (12) and at least one device for moving the sensor, the at least one control and evaluation device (12) comprising the at least a device for moving the sensor is controlled in such a way that it is moved along a scanning path (8) along a surface of a spherical calibration body (9) arranged in the measuring volume of the coordinate measuring device (11) Sensors are determined as a function of the measured values, characterized in that measuring points along the scanning path (8) are determined in such a way that along at least a section of the scanning path (8) for each spatial axis (x, y, z) of a Cartesian coordinate system with three Spatial axes (x, y, z) the axis-specific value d he measuring point coordinates has a periodic course.

Computerprogramm, welches, wenn es auf oder durch eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) der Vorrichtung gemäß Anspruch 10 ausgeführt wird, die Steuer- und Auswerteeinrichtung (12) veranlasst, die Schritte - Bewegen eines Sensors entlang einer Scanningbahn (8) auf einer Kugeloberfläche eines kugelförmigen Kalibrierkörpers (9) im Messvolumen einer Koordinatenmesseinrichtung (11) und Erzeugen von Messwerten an Messpunkten der Scanningbahn (8), - Bestimmen von Kalibrierdaten des Sensors in Abhängigkeit der Messwerte, durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass Messpunkte entlang der Scanningbahn (8) derart festgelegt sind, dass entlang zumindest eines Teilabschnitts der Scanningbahn für jede Raumachse (x, y, z) eines kartesischen und kalibrierkörperfesten Koordinatensystems mit drei Raumachsen der achsspezifische Wert der Messpunkt-Koordinaten einen periodischen Verlauf aufweist.Computer program which, if it is on or by a control and evaluation device (12) of the device according to Claim 10 is carried out, the control and evaluation device (12) causes the steps - moving a sensor along a scanning path (8) on a spherical surface of a spherical calibration body (9) in the measuring volume of a coordinate measuring device (11) and generating measured values at measuring points on the scanning path ( 8), - to determine calibration data of the sensor as a function of the measured values, characterized in that measuring points along the scanning path (8) are defined in such a way that along at least a section of the scanning path for each spatial axis (x, y, z) of a Cartesian and a coordinate system that is fixed to the calibration body and has three spatial axes, the axis-specific value of the measuring point coordinates has a periodic profile.