DE102022128729A1

DE102022128729A1 - Messgerät zum dimensionellen Messen, Verwendung des Messgeräts und Verfahren zum dimensionellen Messen

Info

Publication number: DE102022128729A1
Application number: DE102022128729.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes GEIGER; Tobias Perkuhn; Alwine Schroll; Matthias Wahl; Sabrina Rau; Malte Langmack
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2024-05-08
Also published as: CN117948920A; US20240142213A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät (10) zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen des Messgeräts (10) befindlichen Messobjekts (14). Das Messgerät (10) umfasst einen Messkopf (28), der dazu eingerichtet ist, dimensionelle Messdaten des Messobjekts (14) zu erfassen; eine Führungsstruktur (30), die dazu eingerichtet ist, den Messkopf (28) und/oder das Messobjekt (14) zu führen und in dem Messvolumen zu bewegen, wobei der Führungsstruktur (30) mindestens eine Messeinrichtung (22, 24, 26) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, Stellungsdaten der Führungsstruktur (30) zu erfassen, anhand derer sich eine Pose des Messkopfes (28) berechnen lässt; mehrere Temperatursensoreinheiten (40), die dazu eingerichtet sind, Temperaturdaten zu dem Messvolumen zu erfassen; und eine Auswerte- und Steuereinheit (34), die dazu eingerichtet ist, die dimensionellen Messdaten und die Stellungsdaten zu verarbeiten und die dimensionellen Messdaten und/oder die Stellungsdaten anhand der Temperaturdaten zu korrigieren. Die Temperatursensoreinheiten (40) weisen jeweils eine Trägervorrichtung (44), einen mit der Trägervorrichtung (44) verbundenen Temperatursensor (42) und ein mit der Trägervorrichtung (44) verbundenes Heizelement (50) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen des Messgeräts befindlichen Messobjekts. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des Messgeräts sowie ein Verfahren zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen befindlichen Messobjekts. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Computerprogrammprodukt, das einen Softwarecode aufweist, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführung auf einem Computer das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Das erfindungsgemäße Messgerät umfasst einen Messkopf, der dazu eingerichtet ist, dimensionelle Messdaten des Messobjekts zu erfassen; eine Führungsstruktur, die dazu eingerichtet ist, den Messkopf und/oder das Messobjekt zu führen und in dem Messvolumen zu bewegen, wobei der Führungsstruktur mindestens eine Messeinrichtung zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, Stellungsdaten der Führungsstruktur zu erfassen, anhand derer sich eine Pose des Messkopfes berechnen lässt; mehrere Temperatursensoreinheiten, die dazu eingerichtet sind, Temperatur-daten zu dem Messvolumen zu erfassen; und eine Auswerte- und Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die dimensionellen Messdaten und die Stellungsdaten zu verarbeiten und die dimensionellen Messdaten und/oder die Stellungsdaten anhand der Temperaturdaten zu korrigieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Messgerät handelt es sich vorzugsweise um ein Koordinatenmessgerät, wobei der Begriff „Koordinatenmessgerät“ im vorliegenden Sinne weit auszulegen ist, so dass jedes Messgerät, das der dimensionellen Messung und Erfassung räumlicher Koordinaten eines Messobjekts dient, als Koordinatenmessgerät im erfindungsgemäßen Sinne aufzufassen ist. Alternativ zu den konventionellen Bauarten solcher Koordinatenmessgeräte (z.B. Auslegerbauweise, Brückenbauweise, Portalbauweise und Ständerbauweise) lässt sich der Messkopf des erfindungsgemäßen Messgerätes somit bspw. auch an einem Ende eines Roboterarms, bspw. eines Knickarmroboters, befestigen, um ein Messgerät bzw. Koordinatenmessgerät im vorliegenden Sinne zu realisieren.
Koordinatenmessgeräte dienen dazu, bspw. im Rahmen einer Qualitätssicherung, Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sog. „Reverse Engineering“ zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, wie z.B. auch prozesssteuernde Anwendungen, bei denen die dimensionelle Messtechnik direkt zur Online-Überwachung und -Regelung von Fertigungs- und Bearbeitungsprozessen angewendet wird.
In Koordinatenmessgeräten können verschiedene Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, um das zu vermessende Objekt (Messobjekt) zu erfassen. Diese Sensoren sind typischerweise an einem Messkopf des Koordinatenmessgeräts angeordnet. An diesem Messkopf sind neben den eigentlichen Sensoren auch die dazugehörigen Tastelemente angebracht. Je nach Art des Sensors kann es sich bei diesen Tastelementen bspw. um einen oder mehrere taktile Taststifte oder optische Elemente eines optischen Messsensors handeln.
Bei taktilen Messsensoren wird das Messobjekt an mehreren definierten Punkten taktil angetastet. Optische Sensoren ermöglichen hingegen eine berührungslose Erfassung der Koordinaten eines Messobjekts. Zudem gibt es sog. Multisensorsysteme, bei denen mehrere taktile und/oder optische Sensoren gemeinsam verwendet werden.
Die hohen Präzisionsanforderungen, welche in der Praxis an Koordinatenmessgeräte gestellt werden, haben mit den Jahren dazu geführt, dass deren Messgenauigkeit durch diverse Entwicklungen stetig erhöht werden konnte. So liegt die Messgenauigkeit einiger Koordinatenmessgeräte aus dem Stand der Technik mittlerweile bei wenigen Zehntel-Mikrometern oder sogar darunter.
Es ist leicht nachvollziehbar, dass in diesem Messgenauigkeitsbereich äußere Umwelteinflüsse Störfaktoren bilden, die die Messgenauigkeit negativ beeinflussen. Unter Laborbedingungen lassen sich Umwelteinflüsse, wie bspw. äußerlich einwirkende Kräfte oder Temperaturveränderungen, weitestgehend minimieren. Bei einer produktionsnahen Verwendung des Koordinatenmessgeräts ist dies allerdings um ein Vielfaches schwieriger zu realisieren.
Temperaturschwankungen, bspw. hervorgerufen durch Ein- oder Ausschaltvorgänge interner Wärmequellen, wie elektronischer Komponenten, Lampen, Motoren, etc., führen bspw. zu Rotations- und Längenänderungen der Gerätestruktur des Koordinatenmessgeräts. Ferner können hinzukommend Schwankungen der Umgebungstemperatur in das Gesamtsystem des Koordinatenmessgeräts eingekoppelt werden und so weitere thermische „Verzüge“ verursachen. Die Konsequenz aus den auftretenden Rotations- und Längenänderungen und den thermischen Verzügen ist ein „Wegwandern“ bzw. „Driften“ des Messobjekts. Dies hat einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit des Koordinatenmessgerätes.
Aus dem Stand der Technik sind bereits diverse Ansätze bekannt, um die genannten thermischen Einflüsse in Koordinatenmessgeräten zu korrigieren. Beispielhafte Verfahren zur Korrektur eines Temperaturfehlers bei einer Messung mit einem Koordinatenmessgerät sind aus den folgenden Druckschriften bekannt Schalz, K. J.: „Thermo-Vollfehler-Korrektur für Koordinaten-Meßgeräte", in Feinwerktechnik & Meßtechnik, Band 98, Nr. 10, 1. Oktober 1990; US 2021/191359 A1 und DE 101 38 138 A1 .
In den zuvor genannten Verfahren wird stets versucht, Temperaturdaten mit Hilfe mehrerer Temperatursensoren zu sammeln und die thermisch bedingten Verformungen des Messgeräts anhand der von den Temperatursensoren gelieferten Temperaturdaten rechnerisch zu korrigieren.
Eine Möglichkeit, die aus internen und externen Wärmequellen resultierenden thermischen Verformungen zu korrigieren, bietet die Verwendung einer sog. Temperatur-Dehnungs-Korrektur. Hier werden an signifikanten Orten des Messgerätes Temperatursensoren fixiert. Die Temperatursensoren dienen der Approximation eines auf die Struktur des Messgerätes einwirkenden Gesamttemperaturfeldes. Ist der Zusammenhang von Temperatur- und Dehnungsfeld in einem Modell hinterlegt, so kann die thermische Verformung an unterschiedlichen Strukturpunkten bzw. Strukturelementen des Messgerätes rechnerisch prognostiziert und korrigiert werden.
Gemäß den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden die hierfür verwendeten Temperatursensoren in aller Regel an unterschiedlichen Positionen des Messgerätes festgeklebt. Die von den Temperatursensoren erzeugten Temperatursignale werden an die Auswerte- und Steuereinheit des Messgerätes gesendet, in der die Temperaturdaten ausgewertet und verarbeitet werden.
In der Praxis ergeben sich dabei insbesondere die folgenden Nachteile:

(1) Die Gewährleistung einer immer gleichen Positionierung der Temperatursensoren ist meist entweder nur mit einem sehr hohen Aufwand oder in der Praxis gar nicht möglich. Eine eindeutige Sensorpositionierung an einem definierten Ort ist jedoch essentiell für ein robustes und gutes Funktionieren einer rechnerischen Temperaturkorrektur. Es ist leicht nachvollziehbar, dass Schwankungen der Sensorpositionierung und -lage Schwankungen der Korrekturgüte zur Folge haben.
(2) Bei einer größeren Anzahl und/oder längeren Zuleitungen sind die für oben genannte Zwecke derzeit verwendeten Temperatursensoren äußerst schlecht handhabbar und sehr schwierig auseinanderzuhalten.
(3) Auch stellt die Zuordnung der einzelnen Temperatursensoren zum jeweiligen Ort bzw. der jeweiligen Position an dem Messgerät ein nicht unerhebliches Problem dar.
(4) Insbesondere bei Klebeverbindungen kann es zur Ablösung eines Temperatursensors von dem Messgerät kommen. In diesem Fall misst der Temperatursensor anstelle der Temperatur des jeweiligen Strukturelements des Messgeräts die Umgebungstemperatur des Messgeräts. Auch hierbei kommt es zu einer Korrekturverfälschung und somit zu Ungenauigkeiten des Korrekturergebnisses.
(5) Bei Nutzung mehrerer Temperatursensoren ist weiterhin häufig eine Überprüfung der Funktionstauglichkeit sowie die direkte Zuordnung des Fehlers (bspw. eines defekten Kabels oder einer defekten Schnittstelle) zum jeweiligen Temperatursensor äußerst schwierig.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Messgerät sowie ein entsprechendes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt bereitzustellen, mit denen sich die oben genannten Probleme überwinden lassen. Insbesondere ist es dabei eine Aufgabe, die Art der Anbringung der Temperatursensoren zu verbessern, deren Zuordnung zu vereinfachen sowie deren ordnungsgemäße Anbringung einfacher überprüfen zu können, um letztendlich temperaturbedingte Verformungen des Messgerätes rechnerisch noch besser ausgleichen zu können.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Messgerät zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen des Messgeräts befindlichen Messobjekts gelöst, wobei das Messgerät aufweist:

- ein Messkopf, der dazu eingerichtet ist, dimensionelle Messdaten des Messobjekts zu erfassen;
- eine Führungsstruktur, die dazu eingerichtet ist, den Messkopf und/oder das Messobjekt zu führen und in dem Messvolumen zu bewegen, wobei der Führungsstruktur mindestens eine Messeinrichtung zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, Stellungsdaten der Führungsstruktur zu erfassen, anhand derer sich eine Pose des Messkopfes berechnen lässt;

- mehrere Temperatursensoreinheiten, die dazu eingerichtet sind, Temperaturdaten zu dem Messvolumen zu erfassen; und
- eine Auswerte- und Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die dimensionellen Messdaten und die Stellungsdaten zu verarbeiten und die dimensionellen Messdaten und/oder die Stellungsdaten anhand der Temperaturdaten zu korrigieren, wobei die Temperatursensoreinheiten jeweils eine Trägervorrichtung, einen mit der Trägervorrichtung verbundenen Temperatursensor und ein mit der Trägervorrichtung verbundenes Heizelement aufweisen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Messgeräts gelöst, um:

(i) anhand der Temperaturdaten einen Defekt zumindest einer der Temperatursensoreinheiten zu ermitteln; und/oder
(ii) anhand der Temperaturdaten eine nicht ordnungsgemäße Anbringung zumindest einer der Temperatursensoreinheiten zu ermitteln.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen befindlichen Messobjekts gelöst, welches folgende Schritte aufweist:

- Erfassen dimensioneller Messdaten des Messobjekts mit einem Messkopf eines Messgeräts sowie Erfassen von Stellungsdaten, anhand derer sich eine Pose des Messkopfes berechnen lässt;
- Erfassen von Temperaturdaten zu dem Messvolumen mithilfe mehrerer Temperatursensoreinheiten, die jeweils eine Trägervorrichtung, einen mit der Trägervorrichtung verbundenen Temperatursensor und ein mit der Trägervorrichtung verbundenes Heizelement aufweisen;
- Korrigieren der dimensionellen Messdaten und/oder der Stellungsdaten anhand der Temperaturdaten.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das einen Softwarecode aufweist, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführung auf einem Computer das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Es versteht sich, dass sich die in den abhängigen Ansprüchen definierten Merkmale und die in der nachfolgenden Beschreibung erwähnten Ausgestaltungsmöglichkeiten nicht nur auf das erfindungsgemäße Messgerät, sondern auch in entsprechender Art und Weise auf die erfindungsgemäße Verwendung, das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt beziehen. Der Einfachheit halber werden im Folgenden die Ausgestaltungsmöglichkeiten im Wesentlichen in Bezug auf das erfindungsgemäße Messgerät erläutert, ohne dabei die entsprechenden Merkmale nochmals als äquivalente Verfahrensmerkmale explizit aufzuführen.
Die in dem erfindungsgemäßen Messgerät verwendeten Temperatursensoreinheiten weisen jeweils eine Trägervorrichtung, einen mit der Trägervorrichtung verbundenen Temperatursensor und ein mit der Trägervorrichtung verbundenes Heizelement auf. Diese Art des Sensoraufbaus hat diverse Vorteile. Die Trägervorrichtung fungiert als gemeinsame Trägerstruktur für den Temperatursensor und das Heizelement. Dies ermöglicht eine stabile und platzsparende Anordnung des Temperatursensors. Zudem lässt sich der Temperatursensor mit Hilfe der Trägervorrichtung eindeutig definiert und zeitlich unveränderlich an einer gewünschten Position an dem Messgerät bzw. dessen Führungsstruktur anordnen.
Das Vorsehen eines Heizelements, welches gemeinsam mit dem Temperatursensor mit der Trägervorrichtung der jeweiligen Temperatursensoreinheit verbunden ist, hat darüber hinaus den Vorteil, dass hierdurch ein Defekt zumindest des Temperatursensors ermittelbar ist, und/oder sich überprüfen lässt, ob die Temperatursensoreinheit ordnungsgemäß an dem Messgerät angebracht sind. Durch selektives Aktivieren und Deaktivieren der Heizelemente der einzelnen Temperatursensoreinheiten und anschließendes Auswerten der von den Temperatursensoren gelieferten Temperaturdaten lässt sich auf einfache Art und Weise feststellen, ob eine Temperatursensoreinheit oder Teile dessen defekt ist/sind oder die Temperatursensoreinheit nicht ordnungsgemäße angebracht ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Auswerte- und Steuereinheit dazu eingerichtet, die Temperaturdaten mit einem vordefinierten, absoluten Temperaturwert-Sollwert zu vergleichen und/oder einen zeitlichen Temperaturverlauf zu analysieren, um anhand dessen einen Defekt zumindest einer der Temperatursensoreinheiten zu ermitteln; und/oder eine nicht ordnungsgemäße Anbringung zumindest einer der Temperatursensoreinheiten zu ermitteln.
Beispielsweise werden die Heizelemente der Temperatursensoreinheiten eingeschaltet (aktiviert) und nach einem vordefinierten Zeitraum wieder ausgeschaltet (deaktiviert). Währenddessen werden die von den Temperatursensoren gelieferten Temperaturdaten, welche vorzugsweise zeitabhängige Temperatursignale aufweisen, in der Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet. Sofern in einem Zeitintervall, in dem ein bestimmtes Heizelement aktiviert wurde, von einem Temperatursensor ein zu erwartender Temperaturanstieg aufgezeichnet wird, so lässt sich anhand dessen relativ eindeutig feststellen, ob die jeweilige Temperatursensoreinheit ordnungsgemäß an dem Messgerät angeordnet ist oder nicht, und/oder ob der Temperatursensor generell defekt ist oder nicht. Hat sich die Temperatursensoreinheit nämlich von dem Messgerät gelöst, so ist generell ein anderer Verlauf des zeitabhängigen Temperatursignals zu erwarten als für den Fall einer korrekten Anbringung der Temperatursensoreinheit an dem Messgerät.
Bei den Heizelementen handelt es sich vorzugsweise jeweils um elektrische Heizelemente. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, dass jede Art von elektrischem Verbraucher als Heizelement im vorliegenden Sinne anzusehen ist, sofern der jeweilige Verbraucher in aktiviertem bzw. eingeschaltetem Zustand aktiv Wärme erzeugt. Beispielsweise ist daher auch eine Lichtquelle bzw. Leuchtmittel als „Heizelement“ im vorliegenden Sinne anzusehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Temperatursensoreinheiten jeweils ein Leuchtmittel auf, welches vorzugsweise mit der Trägervorrichtung der jeweiligen Temperatursensoreinheit verbunden ist. Das Leuchtmittel umfasst bspw. ein LED-Leuchtmittel.
Das Vorsehen von jeweils mindestens einem Leuchtmittel pro Temperatursensoreinheit sorgt für eine zusätzliche Vereinfachung der Zuordnung der einzelnen Temperatursensoren untereinander.
Wenngleich ein solches Leuchtmittel pro Temperatursensor separat zu dem Heizelement des jeweiligen Temperatursensors vorgesehen sein kann, ist es gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das Leuchtmittel das Heizelement der jeweiligen Temperatursensoreinheit ist. Mit anderen Worten ist es gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Temperatursensoreinheiten jeweils ein Leuchtmittel aufweisen, welches neben seiner reinen Leuchtfunktion, die der optischen Erkennung des jeweiligen Temperatursensors dienen kann, auch die Funktion als Heizelement übernimmt. Gegenüber der zuvor erwähnten Ausgestaltung eines separaten Leuchtmittels und Heizelements pro Temperatursensoreinheit hat diese Ausgestaltung den Vorteil deutlich geringerer Kosten und sorgt gleichzeitig für eine platzsparende Ausgestaltung der Temperatursensoreinheit, da Leucht- und Heizfunktion jeweils durch ein und dasselbe Element realisiert sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerte- und Steuereinheit dazu eingerichtet, die Leuchtmittel der Temperatursensoreinheiten zeitversetzt zueinander zu aktivieren.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Temperatursensoren neben den Heizelementen jeweils auch ein Leuchtmittel aufweisen oder die Heizelemente jeweils als Leuchtmittel ausgestaltet sind.
Neben den zuvor genannten Funktionstests ist dann nämlich anhand der Leuchtmittel eine optische Zuordnung der einzelnen Temperatursensoreinheiten möglich. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von sehr vielen Temperatursensoren von Vorteil, da die Zuordnung der Temperatursensoren in einem solchen Fall häufig sehr schwerfällt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Auswerte- und Steuereinheit mehrere Signalkanäle auf, wobei jedem der Signalkanäle einer der Temperatursensoren zugeordnet ist, und wobei jedem der Signalkanäle ein zweites Leuchtmittel zugeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, bei Aktivierung des jeweiligen Signalkanals aufzuleuchten.
Dies sorgt für eine weitere Vereinfachung der optischen Zuordnung der Temperatursensoren zu den einzelnen Signalkanälen der Auswerte- und Steuereinheit. Bei der optischen Überprüfung kann bspw. sofort gesehen werden, ob der entsprechend angewählte Temperatursensor dem richtigen Signalkanal der Auswerte- und Steuereinheit zugeordnet ist. In einem solchen Fall sollte nämlich das dem jeweiligen Signalkanal zugeordnete zweite Leuchtmittel gleichzeitig mit dem Leuchtmittel der angewählten Temperatursensoreinheit aufleuchten. Leuchten die beiden Leuchtmittel nicht zeitsynchron auf, wurde offenbar eine falsche Zuordnung gewählt oder die entsprechende Temperatursensoreinheit ist nicht korrekt an der Auswerte- und Steuereinheit angeschlossen.
Es versteht sich, dass diese Art der Zuordnung auch automatisiert von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Trägervorrichtung eine Leiterplatte und der Temperatursensor und das Heizelement sind in SMD-Bauweise ausgeführt.
Dies hat den Vorteil, dass sich dadurch eine kompakte Bauweise der Temperatursensoreinheiten realisieren lässt und der Temperatursensor und das Heizelement sowie das Leuchtmittel (sofern vorhanden) auf einfache Art und Weise direkt auf der Leiterplatte elektrisch anschließbar sind. Zudem sorgt die Leiterplatte als Verbindungsstruktur für eine gute thermische Leitfähigkeit, insbesondere zwischen dem Temperatursensor und dem Heizelement.
Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit sowie zur Reduzierung etwaiger Zeitkonstanten, kann die Leiterplatte ein- oder beidseitig mit einem Werkstoff hoher thermischer Leitfähigkeit, bspw. Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold beschichtet sein. Auch ist es aus Gründen des Platzbedarfs von Vorteil, dass die Leiterplatte so klein wie möglich in ihrer Geometrie ausgestaltet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Temperatursensoreinheiten jeweils ein Befestigungsmittel zum Befestigen der Trägervorrichtung an dem Messgerät aufweisen. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise ein Klebemittel, einen Steckverbinder, einen Niet oder einen Schraubverbinder aufweisen. Besonders bevorzugt weist das Befestigungsmittel eine Schraube auf.
Dies ermöglicht eine besonders stabile und zeitlich unveränderliche/konstante Art der Anbringung der Temperatursensoren an dem Messgerät. Insbesondere wird dadurch eine dauerhaft gleiche Positionierung der Temperatursensoren gewährleistet, was essentiell für ein robustes und gutes Funktionieren der temperaturbedingten rechnerischen Korrektur ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Befestigungsmittel eine Schraubverbindung mit einem Gewinde und einer mit dem Gewinde korrespondierenden Mutter auf.
Die Mutter ist dazu ausgestaltet, das Gewinde zu kontern. Diese Art der Verbindung ist insbesondere von Vorteil, wenn die Trägervorrichtung des jeweiligen Temperatursensors drehfest mit dem Gewinde verbunden ist, also wenn eine Drehung der Trägervorrichtung des Temperatursensors relativ zu dem Gewinde ausgeschlossen ist. Zur Montage des Temperatursensors kann dann nämlich lediglich die Mutter rotiert bzw. gedreht werden, wohingegen die Schraube mitsamt der damit drehfest verbundenen Trägervorrichtung des Temperatursensors nicht rotiert werden muss. Dies mindert die Gefahr einer Beschädigung der Zuleitung(en) des Temperatursensors. Zudem hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass sich der Kabelausgang des Sensors an einer fixen, definierten Winkelposition einstellen lässt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weisen die Temperatursensoreinheiten jeweils ein Gehäuse auf, in dem die Trägervorrichtung, der Temperatursensor und das Heizelement der jeweiligen Temperatursensoreinheit angeordnet sind.
Ein solches Gehäuse hat einerseits den natürlichen Vorteil des Schutzes der Komponenten der Temperatursensoreinheit. Andererseits hat ein solches Gehäuse den Vorteil, dass die Temperatur des Temperatursensors nicht allzu stark von äußeren Temperatureinflüssen abhängt. Das Gehäuse sorgt also für eine gewisse thermische Abschirmung. Zudem kann das Gehäuse im Falle der Aktivierung des Heizelements für einen vergleichsweise schnelleren Temperaturanstieg der übrigen Komponenten der Temperatursensoreinheit sorgen, wodurch die oben erwähnten Analysen (Ermittlung eines Defekts der Temperatursensoreinheit und Ermittlung einer nicht ordnungsgemäßen Anbringung der Temperatursensoreinheit) zeiteffizienter erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Temperatursensoreinheiten an dem an dem Messkopf und/oder der Führungsstruktur befestigt.
Dies ermöglicht eine direkte Messung der Temperaturdaten, welche für die Berechnung der thermischen Verformung des Messgeräts notwendig sind. Unter der Führungsstruktur des Messgeräts wird vorliegend der gesamte Aufbau des Messgeräts verstanden, der der Verfahrbarkeit des Messkopfes relativ zu dem Messobjekt dient. Je nach Bauweise des Messgeräts kann die Führungsstruktur bspw. einen verfahrbaren Messtisch, einen oder mehrere Auslegerarme, eine Brücke, ein Portal oder einen Ständer, oder eine oder mehrere Roboterarme aufweisen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternde Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Messgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Temperatursensors und eine Veranschaulichung der Anbringung des Temperatursensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines Temperatursensors und eine Veranschaulichung der Anbringung des Temperatursensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Temperatursensors und eine Veranschaulichung der Anbringung des Temperatursensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung eines Temperatursensors und eine Veranschaulichung der Anbringung des Temperatursensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
6A und 6B eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Funktionsüberprüfung des Temperatursensors;
7 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
8 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Verwendung des erfindungsgemä-ßen Messgeräts gemäß Ausführungsbeispiel.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgerätes in einer schematischen, perspektivischen Ansicht. Das Messgerät ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
Bei dem in 1 gezeigten Messgerät 10 handelt es sich um ein Koordinatenmessgerät, welches in vereinfachter Form dargestellt ist. Die Bauweise des Messgerätes 10 ist jedoch keineswegs als einschränkend anzusehen.
Das Messgerät 10 weist eine Basis 12 auf, welche bspw. eine massive Granitplatte umfasst. Die Basis 12 kann als Aufnahme für ein Messobjekt 14 dienen. Ebenso ist es möglich, dass auf der Basis 12 ein beweglich gelagerter Messtisch angeordnet ist, auf dem das Messobjekt 14 platziert wird.
Auf der Basis 12 ist ferner ein Portal 16 in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Das Portal 16 weist zwei von der Basis 12 nach oben abragende Säulen auf, die über einen Querträger miteinander verbunden sind und gesamthaft eine umgedrehte U-Form aufweisen.
Die Bewegungsrichtung des Portals 16 relativ zu der Basis 12 wird üblicherweise als Y-Richtung bezeichnet. An dem oberen Querträger des Portals 16 ist ein Schlitten 18 angeordnet, der in Querrichtung verfahrbar ist. Diese Querrichtung wird üblicherweise als X-Richtung bezeichnet. Der Schlitten 18 trägt eine Pinole 20, die in Z-Richtung, also senkrecht zu der Basis 12, verfahrbar ist.
Die Bezugsziffern 22, 24, 26 bezeichnen Messeinrichtungen, anhand derer die X-, Y- und Z-Positionen des Portals 16, des Schlittens 18 und der Pinole 20 bestimmt werden können. Die Messeinrichtungen 22, 24, 26 dienen mit anderen Worten der Erfassung von Stellungsdaten der Führungsstruktur 30 des Messgeräts 10. Zu dieser Führungsstruktur 30 gehört in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Basis 12, das Portal 16, der Schlitten 18 sowie die Pinole 20.
Typischerweise weisen die Messeinrichtungen 22, 24, 26 Maßverkörperungen auf, welche bspw. als Glasmaßstäbe ausgestaltet sein können, die als Messskalen dienen. Diese Messskalen sind in Verbind mit entsprechenden Leseköpfen (hier nicht dargestellt) dazu ausgebildet, die Position des Portals 16 relativ zu der Basis 12, die Position des Schlittens 18 relativ zu dem Portal 16 und die Position der Pinole 20 relativ zu dem Schlitten 18 zu bestimmen. Anhand der von den Messeinrichtungen 22, 24, 26 erfassten Stellungsdaten der Führungsstruktur 30 lässt sich somit die Pose eines Messkopfes 28 bestimmen, der am unteren, freien Ende der Pinole 20 angeordnet ist.
Der Messkopf 28 ist dazu eingerichtet, dimensionelle Messdaten des Messobjekts 14 zu erfassen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Messkopf 28 um einen taktilen Messkopf, der einen in Z-Richtung, in Richtung der Basis abragenden, taktilen Taststift 32 aufweist. Dieser taktile Taststift 32 ist dazu eingerichtet, die Oberfläche des Messobjektes 14 an einer Vielzahl von Messpunkten abzutasten. Bei der Abtastung der Oberfläche des Messobjektes 14 erfasst der Messkopf 28 die dimensionellen Messdaten.
Die während einer Messung von dem Messkopf 28 erfassten Messdaten werden zusammen mit den von den Messeinrichtungen 22, 24, 26 erfassten Stellungsdaten in einer Auswerte- und Steuereinheit 34 ausgewertet. Die Auswerte- und Steuereinheit 34 bestimmt aus den erfassten Messdaten und Stellungsdaten die räumlichen Koordinaten der Antastpunkte am Messobjekt 14. Die Auswerte- und Steuereinheit 34 kann bspw. dazu eingerichtet sein, aus diesen räumlichen Koordinaten ein Modell des Messobjektes 14 zu erstellen und/oder die erfassten Messdaten und Stellungsdaten mit entsprechenden Prüfdaten abzugleichen, um festzustellen, ob die Form des Messobjektes einer gewünschten Form entspricht. Typischerweise dient die Auswerte- und Steuereinheit 34 auch der Steuerung der Führungsstruktur 30 zur Bewegung des Messkopfes 28.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 weist eine Recheneinheit 36 auf, die vorzugsweise als Computer ausgestaltet ist, auf dem eine entsprechende Messsoftware abgespeichert ist, mit Hilfe derer eine Messung automatisiert oder durch einen Bediener manuell gesteuert durchgeführt werden kann. Zusätzlich zu der Recheneinheit 36 umfasst die Auswerte- und Steuereinheit 34 eine Anzeigevorrichtung 38, welche vorzugsweise als Bildschirm oder sonstiges Display ausgestaltet ist.
Das erfindungsgemäße Messgerät 10 weist ferner mehrere Temperatursensoreinheiten 40 auf, die dazu eingerichtet sein, Temperaturdaten zu dem Messvolumen des Messgeräts 10 zu erfassen. Die Temperatursensoreinheiten 40 sind an verschiedenen Positionen verteilt an der Führungsstruktur 30 und dem Messkopf 28 befestigt. Jede dieser Temperatursensoreinheiten 40 umfasst einen Temperatursensor 42 (siehe 2-5), der bspw. als NTC-Thermistor oder als PTC-Thermistor ausgestaltet sein kann. Alternativ dazu können auch andere Arten von resistiven Temperaturfühlern oder optische Temperaturmesssensoren als Temperatursensoren 42 in den Temperatursensoreinheiten 40 eingesetzt werden.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 ist dazu eingerichtet, die von dem Messkopf 28 erfassten Messdaten und die von dem Messeinrichtungen 22, 24, 26 erfassten Stellungsdaten auszuwerten und die Messdaten und/oder die Stellungsdaten anhand der von den Temperatursensoren 42 erfassten Temperaturdaten zu korrigieren. Die Auswerte- und Steuereinheit 34 führt eine rechnerische Korrektur durch, mittels derer temperadurbedingte Verformungen des Messkopfes 28 und/oder der Führungsstruktur 30 ausgeglichen werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. Typischerweise ist die temperadurbedingte Verformung der Führungsstruktur 30 allein aufgrund ihrer Größe um ein Vielfaches höher als die temperaturbedingte Verformung des Messkopfes 28. Je nach Ausführungsform und Ausgestaltung des Messgerätes 10 ist es dennoch denkbar, sowohl die temperadurbedingte Verformung der Führungsstruktur 30 also auch die temperaturbedingte Verformung des Messkopfes 28 rechnerisch auszugleichen.
Als rechnerisches Korrekturverfahren, das in der Auswerte- und Steuereinheit 34 implementiert ist, kann bspw. das in der europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 21 188 853.2 beschriebene Verfahren angewandt werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer der Temperatursensoreinheiten 40 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Temperatursensor 42 ist auf einer Trägervorrichtung 44 befestigt. Die Trägervorrichtung 44 umfasst eine Leiterplatte 46, die sowohl als mechanischer Träger für den Temperatursensor 42 fungiert als auch dem elektrischen Anschluss des Temperatursensors 42 dient.
Der Temperatursensor 42 ist mit entsprechend dafür auf der Leiterplatte 46 vorgesehenen Leiterbahnen elektrisch verbunden. Der Temperatursensor 42 ist vorzugsweise als SMD-Bauteil (Surface-Mounted-Device-Bauteil) ausgeführt. Besonders bevorzugt wird eine SO-(small outline), eine SOP- (small outline package) oder eine TO- (transistor outline) Bauform gewählt. Beispielsweise kann der Temperatursensor in einem SOP 8- oder einem TO92-Halbleitergehäuse verbaut sein.
Die Leiterplatte 46 kann zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit sowie zur Reduzierung etwaiger Zeitkonstanten mit einem Werkstoff hoher thermischer Leitfähigkeit, bspw. Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold, beschichtet sein. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 46 beidseitig mit einer solchen Beschichtung 48 beschichtet. Die Beschichtung sollte derart aufgebracht sein, dass sie sich nicht negativ auf die Leiterbahnen der Leiterplatte 46 auswirkt und beispielsweise einen Kurzschluss verursacht.
Ferner ist auf der als Trägervorrichtung 44 dienenden Leiterplatte 46 ein Heizelement 50 angeordnet. Das Heizelement 50 umfasst hier ein Leuchtmittel 52, das vorzugsweise als LED-Leuchtmittel ausgestaltet ist. Das Leuchtmittel 52 ist über entsprechende auf der Leiterplatte 46 vorgesehene Leiterbahnen elektrisch angeschlossen.
Vorzugsweise dient mindestens ein mit der Leiterplatte 46 verbundenes Kabel 54 dem elektrischen Anschluss der Temperatursensoreinheit 40. Über dieses Kabel 54 ist die jeweilige Temperatursensoreinheit 40 mit der Auswerte- und Steuereinheit 34 verbunden.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 ist dazu eingerichtet, die von den einzelnen Temperatursensoren 42 gelieferten Temperaturdaten zu verarbeiten und auszuwerten. Bei den Temperaturdaten der einzelnen Temperatursensoren 42 handelt es sich vorzugsweise um digitale Signale, die temperaturabhängig sind, so dass die Auswerte- und Steuereinheit 34 aus diesen digitalen Signalen jeweils einen zeitabhängigen Temperaturverlauf zu jedem einzelnen Temperatursensor 42 berechnen kann.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 ist ferner dazu eingerichtet, die Heizelemente 50 bzw. Leuchtmittel 52 der einzelnen Temperatursensoreinheiten 40 zu steuern, um diese selektiv ein- und auszuschalten. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das Leuchtmittel 52 das Heizelement 50 der jeweiligen Temperatursensoreinheit 40. Das Leuchtmittel 52 sollte daher beim Einschalten so viel Wärme Q in die Trägervorrichtung 44 bzw. die Leiterplatte 46 einbringen, dass diese nach einer definierten Zeit von dem Temperatursensor 42 gemessen werden kann. Sollte dies nicht gewährleistet sein, ist es ebenso möglich, nicht das Leuchtmittel 52 selbst als Heizelement 50 zu verwenden, sondern einen zusätzlichen Wärmewiderstand zu nutzen, der im stromdurchflossenen Zustand genügend Wärme Q abgibt. In diesem Fall würde der genannte Wärmewiderstand (nicht dargestellt) das Heizelement 50 bilden.
Um den Effekt des Aufwärmens möglichst effizient zu nutzen, ist es bevorzugt, dass das Heizelement 50 in räumlicher Nähe zu dem Temperatursensor 42 angeordnet ist. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Heizelement 50 und der Temperatursensor 42 daher auf der gleichen Seite der Leiterplatte 46 nebeneinander angeordnet. Es kann sogar von Vorteil sein, das Heizelement 50 direkt auf einen Pin des Temperatursensors 42 aufzubringen, um den Effekt noch weiter zu verstärken.
Die Temperatursensoreinheit 40 umfasst ferner ein Befestigungsmittel 56 zur Befestigung der Trägervorrichtung 44 an der Führungsstruktur 30 oder dem Messkopf 28 des Messgeräts 10. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Befestigungsmittel 56 eine Klebeschicht 58.
3-5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele einer Temperatursensoreinheit 40 im erfindungsgemäßen Sinne. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird anstelle einer reinen Klebeverbindung eine Schraubverbindung mit einem Gewinde 62 als Befestigungsmittel 56 gewählt. Die Trägervorrichtung 44 ist drehfest mit dem Gewinde 62 verbunden. Dies ist vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Trägervorrichtung 44 an der Schraube, an der das Gewinde 62 angeordnet ist, befestigt ist. Zur Befestigung der Trägervorrichtung 44 an der Schraube kann eine Klebeschicht 58', aber auch eine andere geeignete Befestigungsart gewählt werden. Die Schraube bzw. das Gewinde 62 wird vorzugsweise von einer Mutter 64 gekontert. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Schraube selbst nicht gedreht werden muss und eine Beschädigung des Anschlusskabels 54 dadurch wirksam vermieden wird.
Es versteht sich, dass auch andere Arten von Befestigungsmitteln 56 gewählt werden können, um die Trägervorrichtung 44 an dem Messgerät 10 zu befestigen. Beispielsweise kann hierfür ein Verkleidungselement in Verbindung mit einer Feder, eine Nietverbindung oder eine Klemmverbindung eingesetzt werden. Wichtig ist dabei lediglich, dass eine dauerhaft gleiche Positionierung der Temperatursensoreinheit 40 an der Maschinenstruktur des Messgeräts 10 gewährleistet ist.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperatursensoreinheit 40. Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zusätzlich ein Gehäuse 66 vorgesehen ist, welches die Trägervorrichtung 44, den Temperatursensor 42 und das Heizelement 50 zumindest teilweise umgibt. Das Gehäuse 66 wirkt als eine Art thermische Abschirmung, um äußere Temperatureinflüsse zu mindern und die Genauigkeit der Temperaturmessung des Temperatursensors 42 zu erhöhen.
Zudem ist der Temperatursensor 42 bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Unterseite der Trägervorrichtung 44 angeordnet, so dass dieser in direktem Kontakt mit dem Befestigungsmittel 56 ist. Dies kann von Vorteil sein, um die Genauigkeit der Temperaturmessung zu erhöhen. In einem solchen Fall ist es jedoch notwendig, dass die Wärmeleitung zwischen dem Heizelement 50 und dem Temperatursensor 42 nach wie vor sichergestellt ist.
Zur Verbesserung des zuletzt genannten Effektes ist bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel das Heizelement 50 separat zu dem Leuchtmittel 52 ausgestaltet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Heizelement 50 in diesem Fall um einen separaten Wärmewiderstand, der zusammen mit dem Temperatursensor 42 auf der Unterseite der Trägervorrichtung 44 angeordnet ist.
Bei den in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Gehäuse 66 vorzugsweise transparent oder zumindest teil-transparent ausgestaltet (jedenfalls nicht blickdicht), damit das Leuchtmittel 52 auch von außerhalb des Gehäuses 66 sichtbar ist. Sofern kein Leuchtmittel 52 vorgesehen ist, kann das Gehäuse 66 auch vollständig blickdicht ausgestaltet sein.
Im ausgeschalteten Zustand des Heizelements 50 misst der Temperatursensor 42 relativ genau die Temperatur des Teils des Messgerätes 10, an dem die Temperatursensoreinheit 40 angeordnet ist. Je nach Anordnung misst der Temperatursensor 42 somit den jeweiligen Teil der Führungsstruktur 30 oder des Messkopfes 28, an dem die Temperatursensoreinheit 40 befestigt ist. Dementsprechend kann in ausgeschaltetem Zustand des Heizelements 50 das Temperaturkorrekturverfahren, welches in 7 schematisch dargestellt ist, durchgeführt werden.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 erfasst hierzu in einem ersten Verfahrensschritt S101 die dimensionellen Messdaten des Messobjektes 14 mit Hilfe des Messkopfes 28. Gleichzeitig erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 34 währenddessen die Stellungsdaten des Messkopfes 28 von den Messeinrichtungen 22, 24, 26. Ebenso erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 34 die von den Temperatursensoren 42 gelieferten Temperaturdaten (Schritt S102). Die erfassten dimensionellen Messdaten, Stellungsdaten und Temperaturdaten werden in der Auswerte- und Steuereinheit 34 ausgewertet. In dem Verfahrensschritt S103 werden die ausgewerteten Messdaten und/oder Stellungsdaten letztendlich anhand der Temperaturdaten korrigiert. In diesem Verfahrensschritt S103 wird also die temperaturbedingte Verformung des Messkopfes 28 und/oder der Führungsstruktur 30 berücksichtigt, so dass die Messdaten und/oder Stellungsdaten entsprechend des rechnerischen Korrekturverfahrens in Abhängigkeit von den Temperaturdaten korrigiert werden.
Mit Hilfe der in den Temperatursensoreinheiten 40 vorgesehenen Heizelementen 50 ist es ferner möglich, eine Funktionsüberprüfung der Temperatursensoreinheiten 40 durchzuführen. Der Prozess der Funktionsüberprüfung ist beispielhaft und schematisch in 8 dargestellt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 kann zur Durchführung der Funktionsüberprüfung bspw. dazu eingerichtet sein, die Heizelemente 50 der Temperatursensoreinheiten 40 zu aktivieren und für einen vordefinierten Zeitraum eingeschaltet zu lassen, so dass diese Wärme Q produzieren (Schritt S104). Zur Detektion dieser von den Heizelementen 50 abgegebenen Wärme Q erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 34 während dieses Zeitraums die Temperaturdaten der Temperatursensoren 42 (Schritt S105). Anhand der in Schritt S105 erfassten Temperaturdaten kann die Auswerte- und Steuereinheit 34 durch entsprechende Auswertung einen Defekt einer der Temperatursensoreinheiten 40 ermitteln und/oder eine nicht ordnungsgemäße Anbringung einer der Temperatursensoreinheiten 40 feststellen. Hierzu wertet die Auswerte- und Steuereinheit 34 in Schritt S106 die von dem Temperatursensoren 42 erfassten Temperaturdaten aus und vergleicht diese mit vordefinierten Schwellwerten oder zu erwartenden Temperaturverläufen.
Beispielsweise ist die Auswerte- und Steuereinheit 34 dazu eingerichtet, aus den Temperaturdaten einen Temperaturverlauf über die Zeit pro Temperatursensor 42 zu berechnen und diesen zeitlichen Temperaturverlauf mit einem vordefinierten, absoluten Temperatur-Schwellenwert und/oder einem vordefinierten zeitlichen Temperaturverlauf zu vergleichen. Der vordefinierte, absolute Temperatur-Schwellenwert kann bspw. auf einen Temperaturwert gesetzt werden, der für den Fall einer ordnungsgemäßen Funktion des Heizelements 50 und des Temperatursensors 42 mindestens zu erwarten ist. Wird dieser Temperatur-Schwellenwert nicht erreicht, so ist dies ein Indiz dafür, dass die entsprechende Temperatursensoreinheit 40 nicht ordnungsgemäß funktioniert, da bspw. das Heizelement 50 und/oder der Temperatursensor 42 der jeweiligen Temperatursensoreinheit defekt ist.
Durch den Vergleich des von dem Temperatursensor 42 der jeweiligen Temperatursensoreinheit 40 aufgenommenen zeitlichen Temperaturverlaufs mit einem vordefinierten, zu erwartenden zeitlichen Temperaturverlauf, kann die Auswerte- und Steuereinheit 34 ferner feststellen, ob die Temperatursensoreinheit 40 ordnungsgemäß an dem Messkopf 28 bzw. der Führungsstruktur 30 des Messgeräts 10 angebracht ist.
6A und 7B zeigen beispielhaft und schematisch einen zu erwartenden Temperaturverlauf, den der Temperatursensor 42 aufnimmt, wenn das Heizelement 50 für einen vordefinierten Zeitraum aktiviert wird, wobei 6A den Fall einer ordnungsgemä-ßen Anbringung der Temperatursensoreinheit 40 an dem Messkopf 28 bzw. der Führungsstruktur 30 zeigt und 6B den von dem Temperatursensor 42 erfassten Temperaturverlauf für den Fall einer nicht ordnungsgemäßen Anbringung der Temperatursensoreinheit 40 zeigt.
Sofern die Temperatursensoreinheit 40 ordnungsgemäß an dem Messkopf 28 bzw. der Führungsstruktur 30 angebracht ist, ist ein wesentlich geringerer und langsamerer Anstieg der von dem Temperatursensor 42 detektierten Temperatur zu erwarten. Dies liegt daran, dass im Falle einer ordnungsgemäßen Anbringung der Temperatursensoreinheit 40 ein wesentlicher Teil der von dem Heizelement 50 abgegebenen Wärme in den Messkopf 28 bzw. die Führungsstruktur 30 abfließt, so dass die von dem Temperatursensor 42 detektierte Temperatur über die Zeit wesentlich langsamer ansteigt und letztendlich einen geringeren maximalen Temperaturwert erreicht (vgl. unteres Diagramm in 6A mit unterem Diagramm in 6B).
Hat sich die Temperatursensoreinheit 40 hingegen von dem Messkopf 28 bzw. der Führungsstruktur 30 gelöst, so steigt die von dem Temperatursensor 42 erfasste Temperatur bei gleicher Heizleistung des Heizelements 50 wesentlich schneller an und erreicht aufgrund der geringeren Wärmekapazität der Temperatursensoreinheit 40 im Vergleich zu der Wärmekapazität des Messkopfes 28 bzw. der Führungsstruktur 30 schneller einen höheren Temperatur-Maximalwert.
Die Auswerte- und Steuereinheit 34 kann dementsprechend durch Analyse der von den Temperatursensoren 42 gelieferten Temperaturdaten und Vergleich dieser mit einem absoluten Temperatur-Schwellenwert und/oder durch Analyse des zeitlichen Verlaufs der von den Temperatursensoren 42 ermittelten Temperatur ermitteln, ob die jeweilige Temperatursensoreinheit 40 ordnungsgemäß funktioniert und ordnungsgemäß an dem Messgerät 10 angeordnet ist.
Diese in den Schritten S104-S106 durchgeführte Funktionsüberprüfung der Temperatursensoreinheiten 40 kann in den „regulären“ Temperaturerfassungsprozess und Temperaturkorrekturprozess, welcher anhand der Schritte S101-S103 dargestellt wurde, mit eingebunden werden. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit 34 dazu ausgestaltet sein, diese Funktionsüberprüfung in zeitlich regelmäßigen Abständen durchzuführen und eine Störungsmeldung auszugeben, falls bei der Funktionsüberprüfung einer der oben genannten Defekte festgestellt wird.
Sofern die Heizelemente 50 als Leuchtmittel 52 ausgestaltet sind, oder die Temperatursensoreinheiten 40 zusätzlich zu den Heizelementen 50 jeweils ein Leuchtmittel 52 aufweisen, kann auf vereinfachte Art und Weise, wie im Folgenden dargestellt, eine optische Zuordnung der Temperatursensoreinheiten erfolgen.
Hierzu ist die Auswerte- und Steuereinheit 34 vorzugsweise dazu eingerichtet, die Leuchtmittel 52 der Temperatursensoreinheiten 40 zeitversetzt zueinander zu aktivieren. Die Auswerte- und Steuereinheit 34 weist mehrere Signalkanäle auf, wobei jedem der Signalkanäle einer der Temperatursensoren 42 zugeordnet ist, und wobei jedem der Signalkanäle ein zweites Leuchtmittel 60 (siehe 1) zugeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, bei Aktivierung des jeweiligen Signalkanals aufzuleuchten. Werden die Leuchtmittel 52 also nacheinander aktiviert, so lässt sich anhand der entsprechend jeweils aufleuchtenden zweiten Leuchtmittel 60 feststellen, welche Temperatursensoreinheit 40 welchem Signalkanal zugeordnet ist. Bei der optischen Überprüfung kann ebenfalls sofort gesehen werden, ob der entsprechend von der Auswerte- und Steuereinheit 34 angewählte Temperatursensor 42 am dafür vorgesehenen Kanal angebracht wurde oder nicht. Leuchtet das Leuchtmittel 52 einer Temperatursensoreinheit 40 nicht zeitsynchron mit dem zweiten Leuchtmittel 60 des jeweiligen Signalkanals, so wurde der Temperatursensor 42 nicht dem richtigen Signalkanal der Auswerte- und Steuereinheit 34 zugeordnet. Mit Hilfe eines entsprechenden ID-Chips kann diese Art der Zuordnung der Temperatursensoreinheiten 40 in der Auswerte- und Steuereinheit 34 auch automatisiert erfolgen.
Die genannte Art der optischen oder automatisierten Zuordnung der einzelnen Temperatursensoreinheiten 40 zu den Signalkanälen der Auswerte- und Steuereinheit 34 ist insbesondere von Vorteil, wenn eine Vielzahl von Temperatursensoreinheiten 40 an dem Messgerät 10 eingesetzt werden. In einem solchen Fall lässt sich die Zuordnung der Temperatursensoreinheiten 40 auf herkömmliche Weise nämlich im Regelfall nur mit sehr großem Aufwand gewährleisten. Es versteht sich jedoch, dass das Vorsehen eines Leuchtmittels 52 pro Temperatursensoreinheit 40 für die oben genannte Funktionsüberprüfung der Temperatursensoreinheiten 40 nicht zwangsläufig notwendig ist. Dementsprechend können die Temperatursensoreinheiten 40 im einfachsten Fall auch „nur“ mit einem Heizelement 50 (ohne Leuchtmittel 52) ausgestattet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2021191359 A1 [0010]
DE 10138138 A1 [0010]
EP 21188853 [0060]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schalz, K. J.: „Thermo-Vollfehler-Korrektur für Koordinaten-Meßgeräte“, in Feinwerktechnik & Meßtechnik, Band 98, Nr. 10, 1. Oktober 1990 [0010]

Claims

Messgerät (10) zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen des Messgeräts (10) befindlichen Messobjekts (14), aufweisend: - ein Messkopf (28), der dazu eingerichtet ist, dimensionelle Messdaten des Messobjekts (14) zu erfassen; - eine Führungsstruktur (30), die dazu eingerichtet ist, den Messkopf (28) und/oder das Messobjekt (14) zu führen und in dem Messvolumen zu bewegen, wobei der Führungsstruktur (30) mindestens eine Messeinrichtung (22, 24, 26) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, Stellungsdaten der Führungsstruktur (30) zu erfassen, anhand derer sich eine Pose des Messkopfes (28) berechnen lässt; - mehrere Temperatursensoreinheiten (40), die dazu eingerichtet sind, Temperaturdaten zu dem Messvolumen zu erfassen; und - eine Auswerte- und Steuereinheit (34), die dazu eingerichtet ist, die dimensionellen Messdaten und die Stellungsdaten zu verarbeiten und die dimensionellen Messdaten und/oder die Stellungsdaten anhand der Temperaturdaten zu korrigieren, wobei die Temperatursensoreinheiten (40) jeweils eine Trägervorrichtung (44), einen mit der Trägervorrichtung (44) verbundenen Temperatursensor (42) und ein mit der Trägervorrichtung (44) verbundenes Heizelement (50) aufweisen.
Messgerät nach Anspruch 1, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (34) dazu eingerichtet ist, die Heizelemente (50) der Temperatursensoreinheiten (40) zu aktivieren und anhand der von den Temperatursensoren (42) erfassten Temperaturdaten (i) einen Defekt zumindest einer der Temperatursensoreinheiten (40) zu ermitteln; und/oder (ii) eine nicht ordnungsgemäße Anbringung zumindest einer der Temperatursensoreinheiten (40) zu ermitteln.
Messgerät nach Anspruch 2, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (34) dazu eingerichtet ist, die Temperaturdaten mit einem vordefinierten, absoluten Temperaturwert-Sollwert zu vergleichen und/oder einen zeitlichen Temperaturverlauf zu analysieren, um anhand dessen (i) einen Defekt zumindest einer der Temperatursensoreinheiten (40) zu ermitteln; und/oder (ii) eine nicht ordnungsgemäße Anbringung zumindest einer der Temperatursensoreinheiten (40) zu ermitteln.
Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatursensoreinheiten (40) jeweils ein Leuchtmittel (52) aufweisen.
Messgerät nach Anspruch 4, wobei das Leuchtmittel (52) das Heizelement (50) der jeweiligen Temperatursensoreinheit (40) ist.
Messgerät nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (34) dazu eingerichtet ist, die Leuchtmittel (52) der Temperatursensoreinheiten (40) zeitversetzt zueinander zu aktivieren.
Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (34) mehrere Signalkanäle aufweist, wobei jedem der Signalkanäle einer der Temperatursensoren (42) zugeordnet ist, und wobei jedem der Signalkanäle ein zweites Leuchtmittel (52) zugeordnet ist, das dazu eigerichtet ist, bei Aktivierung des jeweiligen Signalkanals aufzuleuchten.
Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägervorrichtung (44) eine Leiterplatte (46) umfasst und der Temperatursensor (42) und das Heizelement (50) in SMD-Bauweise ausgeführt sind.
Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatursensoreinheit (40) jeweils ein Befestigungsmittel (56) zum Befestigen der Trägervorrichtung (44) an dem Messgerät (10) aufweisen.
Messgerät nach Anspruch 9, wobei das Befestigungsmittel (56) eine Schraubverbindung mit einem Gewinde (62) und einer mit dem Gewinde (62) korrespondierenden Mutter (64) aufweist, wobei die Trägervorrichtung (44) vorzugsweise drehfest mit dem Gewinde (62) verbunden ist.
Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatursensoreinheiten (40) jeweils ein Gehäuse (66) aufweisen, in dem die Trägervorrichtung (44), der Temperatursensor (42) und das Heizelement (50) der jeweiligen Temperatursensoreinheit (40) angeordnet sind.
Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatursensoreinheiten (40) an dem Messgerät (10), insbesondere an dem Messkopf (28) und/oder der Führungsstruktur (30), befestigt sind.
Verwendung des Messgeräts (10) nach einem der Ansprüche 1-12, um: (iii) anhand der Temperaturdaten einen Defekt zumindest einer der Temperatursensoreinheiten (40) zu ermitteln; und/oder (iv) anhand der Temperaturdaten eine nicht ordnungsgemäße Anbringung zumindest einer der Temperatursensoreinheiten (40) zu ermitteln.
Verfahren zum dimensionellen Messen eines in einem Messvolumen befindlichen Messobjekts (14), mit folgenden Schritten: - Erfassen dimensioneller Messdaten des Messobjekts (14) mit einem Messkopf (28) eines Messgeräts (10) sowie Erfassen von Stellungsdaten, anhand derer sich eine Pose des Messkopfes (28) berechnen lässt; - Erfassen von Temperaturdaten zu dem Messvolumen mithilfe mehrerer Temperatursensoreinheiten (40), die jeweils eine Trägervorrichtung (44), einen mit der Trägervorrichtung (44) verbundenen Temperatursensor (40) und ein mit der Trägervorrichtung (44) verbundenes Heizelement (50) aufweisen; - Korrigieren der dimensionellen Messdaten und/oder der Stellungsdaten anhand der Temperaturdaten.
Computerprogrammprodukt, das einen Softwarecode aufweist, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführung auf einem Computer das Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen.