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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit mindestens zwei automatisiert
innerhalb eines Messraums bewegbaren Positioniereinrichtungen, die
jeweils mit einem Messmittel bestückbar sind, wobei eines der
Messmittel ein hinsichtlich seiner Messqualität zu prüfendes Messelement und das
andere Messmittel ein Prüfelement
ist, wobei das Prüfelement
mit einer an das jeweils eingesetzte Messelement und/oder an die
jeweils zu erfüllende
Messaufgabe angepassten Prüfgeometrie
versehen ist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Messqualitätssicherung
einer entsprechenden Messvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
9.
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Messvorrichtungen
und Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. Die
DE 37 84 047 T2 offenbart
ein Kalibrierungsverfahren für
eine Koordinatenmessmaschine, wobei zur Durchführung des Kalibrierungsverfahrens
ein beispielsweise würfelförmiges Prüfelement
auf einen Arbeitstisch der Koordinatenmessmaschine gespannt wird.
Das Prüfelement
dient zur Durchführung
von Prüfmessungen, mittels
welchen eventuelle Messungenauigkeiten des eingesetzten Messelements
ermittelt und im Rahmen einer Kalibrierung kompensiert werden. Ein derartiges
bekanntes Prüfverfahren
für eine
Messvorrichtung kann lediglich nach Durchführung von verhältnismäßig aufwendigen
Vorbereitungsmaßnahmen
an derselben Messvorrichtung erfolgen.
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Ferner
offenbart die
EP 1
236 972 A2 eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung und ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige und
relativ schnell durchführbare
Prüfung
der erzielbaren Messgenauigkeit eines jeweils eingesetzten Messelements
ermöglichen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass die Messvorrichtung eine Mehrzahl an hinsichtlich
der Prüfgeometrie
unterschiedlichen Prüfelementen
aufweist, die in einem Prüfelementmagazin
zwischenspeicherbar, automatisiert wechselbar und zur Durchführung einer
Prüfmessung
mittels einer der Positioniereinrichtungen in eine definierte Prüfstellung
positionierbar sind. Da die Positionierung des Prüfelements
in eine definierte Prüfstellung
nun mittels einer der zwei Positioniereinrichtungen erfolgen kann,
ist es vorteilhaft möglich,
in verhältnismäßig kurzer
Zeit Vorbereitungsmaßnahmen,
die für
eine korrekte Prüfmessung
erforderlich sind, durchzuführen.
Derartige Vorbereitungsmaßnahmen
können
zum Beispiel das Bestücken
einer der Positioniereinrichtungen mit einem Prüfelement und die anschließende Durchführung einer
Referenzmessung am Prüfelement
sein. Damit können
an der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
gegebenenfalls auch häufigere
Prüfmessungen
auch im Rahmen eines Werkstück-Messvorgangs
realisiert werden, ohne dass dies zu nicht akzeptablen Messzyklus-Zeitverlusten führen würde. Ferner
wirkt sich bei derartigen Prüfmessungen
an einem Messelement ein in der Messvorrichtung positioniertes und
wenigstens teilweise zu vermessendes Werkstück, beispielsweise eine Karosserie
eines Fahrzeugs, nicht messverfahrenshindernd oder -einschränkend aus. Dabei
kann ein Wechsel eines Prüfelements
und eines Messelements manuell oder auch vorzugsweise automatisiert
erfolgen. Ferner können
die Prüfelemente
und die Messelemente mittels eines einheit lichen Fixiersystems jeweils
an eine der Positioniereinrichtungen befestigt werden, so dass eine
besonders flexible und schnelle Bestückung der Positioniereinrichtungen
mit geeigneten Mess- und/oder Prüfelementen
möglich
ist.
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Das
Messelement kann ein optischer Sensor oder auch ein taktiler Sensor
sein. Insbesondere bei optischen Sensoren sind geeignete Prüfmessungen mittels
traditioneller Messvorrichtungen mit einem relativ großen Aufwand
verbunden, so dass die erfindungsgemäße Messvorrichtung besonders
vorteilhaft bei Einsatz von optischen, berührungslosen Messmitteln eingesetzt
werden kann.
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Mit
Vorteil weist das Prüfelement
mehrere zueinander jeweils unter einem definierten Winkel stehende,
ebene Prüfflächen auf.
Beispielsweise können
drei zueinander rechtwinklig stehende, ebene Prüfflächen zur Durchführung einer
Referenzmessung des Prüfelements
genutzt werden. Dabei können
die Prüfflächen zueinander
unterschiedliche Prüfmerkmale
enthalten.
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Das
Prüfelement
enthält
vorzugsweise eine Mehrzahl an zueinander geometrieunterschiedlichen Prüfkonturen.
Hierdurch werden eine Vielzahl an durchführbaren Prüfmessungsvarianten geschaffen, so
dass auch bisher unübliche
und/oder verschiedenartige Prüfmessungen
mittels des zu kontrollierenden Messelements am Prüfelement
verhältnismäßig schnell
und zuverlässig
durchgeführt
werden können.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Prüfelement
mindestens eine konturdefinierte, randoffene Ausnehmung auf. Eine derartige
Ausnehmung kann fertigungstechnisch relativ einfach mit der zur
Durchführung
einer entsprechenden Prüfmessung
hinreichenden Präzision
hergestellt werden. Gegebenenfalls können auch eine Mehrzahl an
zueinander konturunterschiedlichen Ausnehmungen am Prüfelement
vorgesehen werden.
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Das
Prüfelement
besteht vorteilhaft aus einem Grundkörper, an welchem mindestens
ein zerstörungsfrei
trennbares Prüfteil
mit einer definierten Prüfgeometrie
befestigbar ist. Das Prüfteil
kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung unter reproduzierbarer
Lagegenauigkeit am Grundkörper befestigt
werden.
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Mit
Vorteil ist der Grundkörper
als Würfel
mit einer Positioniereinrichtungsfixierseite und mit mindestens
einer Prüfflächen- und/oder
Prüfkontur- und/oder
Prüfteilseite
ausgebildet. Ein derartiges würfelförmiges Prüfelement
kann hinsichtlich seiner Prüfgeometrie
verhältnismäßig einfach
verändert
beziehungsweise an eine jeweilige Messaufgabe angepasst werden,
indem beispielsweise ein Prüfteil durch
ein anderes Prüfteil
ersetzt wird. Auch sind eine Vielzahl an derartigen Prüfelementen
mit zueinander unterschiedlichen Prüfteilen denkbar, die jeweils
im Bedarfsfall relativ schnell mittels einer Positioniereinrichtung
zum Einsatz kommen können.
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Die
Positioniereinrichtung kann als eine numerisch gesteuerte Koordinatenmesseinrichtung
mit einem Positionierarm ausgebildet sein. Gegebenenfalls können auch
andersartige, automatisiert arbeitende Messvorrichtungen mit mindestens
zwei Positioniereinrichtungen vorgesehen sein, von welchen mindestens
eine Positioniereinrichtung mit einem Prüfelement bestückbar sein
muss. Dabei können die
zwei Positioniereinrichtungen voneinander unabhängig oder auch miteinander
gekoppelt betreibbar sein.
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Ferner
wird zur Lösung
der Aufgabe ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass das zu prüfende Messelement mittels eines
an einer der Positioniereinrichtungen fixierten und in eine definierte
Prüfstellung
positionierten Prüfelements
nach einer vorgebbaren Betriebszeit auf seine korrekte Funktionstüchtigkeit geprüft wird
und bei Nichterfüllen
mindestens eines vorgebbaren Messqualitätsmerkmals außer Betrieb gesetzt
wird. Das erfindungsgemäße Verfah ren
ermöglicht
die Erzielung der in Bezug auf die Messvorrichtung vorgenannten
Vorteile.
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Die
Funktionstüchtigkeitsprüfung des
Messelements erfolgt vorteilhaft während oder unmittelbar vor
einer Betriebsmessabfolge. Dies ist aufgrund der verhältnismäßig schnell
realisierbaren Vorbereitungsmaßnahmen
zur Durchführung
einer oder mehrerer Prüfmessungen
an beziehungsweise mittels eines Messelements möglich. Es kann somit eine zuverlässige und
variabel an die jeweilige Messaufgabe angepasste Messelementkontrolle – bestehend
aus einer oder mehreren Prüfmessungen – auch während einer
Betriebsmessabfolge gewährleistet
werden, ohne dass aufwendige Umbauarbeiten an der Messvorrichtung
oder aufgrund von Raumproblemen am zu vermessenden Werkstück vorgenommen
werden müssten.
Derartige Umbauarbeiten wären
im praktischen Messbetrieb zur Durchführung von Messelementkontrollmaßnahmen
nicht akzeptabel.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsvariante
wird das Prüfelement
in einem Prüfelementmagazin
zwischengespeichert und bei Bedarf zur Durchführung einer Prüfmessung
mittels einer der Positioniereinrichtungen in eine definierte Prüfstellung
positioniert. Aufgrund der möglichen
Zwischenspeicherung eines oder mehrerer Prüfelemente und gegebenenfalls
auch von Messelementen und aufgrund der relativ schnellen Bestückbarkeit
der Positioniereinrichtungen mit einem Prüfelement beziehungsweise mit
einem Messelement kann vorteilhaft eine Trennung zwischen einem
Prüfelementbetriebsraum
und einem Werkstückpositionierraum
innerhalb der Messvorrichtung geschaffen werden, so dass ein in
der Messvorrichtung positioniertes Werkstück kein Hindernis für eine durchzuführende Prüfmessung darstellt.
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Mit
Vorteil wird zur Erfassung der definierten Prüfstellung des Prüfelements
mittels des Messelements eine Referenzmessung durchgeführt. Dabei kann
das Messelement ein optischer Sensor oder ein taktiler Sensor sein.
Da die Positionierein richtungen automatisiert und vorzugsweise numerisch
gesteuert bewegbar sind, kann auch eine Referenzmessung zur Vorbereitung
einer sich anschließenden
Prüfmessung
verhältnismäßig schnell
durchgeführt
werden.
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Die
Messmittel sind automatisiert oder manuell an der Positioniereinrichtung
befestigbar oder von selbiger lösbar.
Hierdurch ist es möglich,
erfindungsgemäße Prüfelemente
an Positioniereinrichtungen mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad zu
fixieren.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
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Die
Erfindung wird anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine schematische Perspektivdarstellung
einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung
entsprechend einem möglichen
Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische Perspektivdarstellung
eines erfindungsgemäßen Prüfelements
entsprechend einer ersten Ausführungsform;
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3 eine schematische Perspektivdarstellung
eines erfindungsgemäßen Prüfelements
entsprechend einer zweiten Ausführungsform;
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4 eine schematische Seitenansicht
des erfindungsgemäßen Prüfelements
der 2;
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5 eine schematische Perspektivdarstellung
eines erfindungsgemäßen Prüfelements
entsprechend einer dritten Ausführungsform;
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6 eine schematische Perspektivdarstellung
eines Magazins für
erfindungsgemäße Prüfelemente
und
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7 eine schematische Perspektivdarstellung
des Prüfelements
der 2 mit einer Mehrzahl an
unterschiedlichen Prüfteilen.
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1 zeigt in schematischer
Darstellung eine Messvorrichtung 10, die zwei automatisiert
innerhalb eines Messraums bewegbare Positioniereinrichtungen 12, 14 aufweist.
Die Positioniereinrichtungen 12, 14 sind jeweils
mit einem Messmittel 16 bestückt. Dabei enthält die Positioniereinrichtung 14 ein Messelement 18 beispielsweise
in Form eines taktilen oder eines optischen Sensors, wobei das Messelement 18 hinsichtlich
seiner Messqualität
zu prüfen ist.
Die andere Positioniereinrichtung 12 ist dagegen mit einem
Messmittel 16 in Form eines Prüfelements 20 bestückt, das
zur Durchführung
einer Prüfmessung
am Messelement 18 dient. Im Messraum zwischen den zwei
Positioniereinrichtungen 12, 14 kann auch während einer
Prüfmessung
ein zu vermessendes Werkstück
(nicht in 1 dargestellt),
beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie, angeordnet sein.
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Die
Positioniereinrichtungen 12, 14 enthalten jeweils
einen Ständer 13,
der automatisiert gemäß Doppelpfeil 28 entlang
einer Führung 26 bewegbar ist.
An dem Ständer 13 kann
ein Schlitten 32 entsprechend Doppelpfeil 36 verfahren
werden. Der Schlitten 32 trägt einen Positionierarm 30,
welcher gemäß Doppelpfeil 34 relativ
zum Schlitten 32 bewegbar ist. Das Messmittel 16 ist
an einem freien Ende des Positionierarms 30 angeordnet,
welches gegebenenfalls um eine oder mehrere Drehachsen verschwenkbar
sein kann (nicht in 1 darge stellt).
Somit sind die Positioniereinrichtungen 12, 14 jeweils
als eine Koordinatenmesseinrichtung ausgebildet.
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Die
Messvorrichtung 10 weist ferner ein Prüfelementmagazin 44 auf,
in welchem eine Mehrzahl an hinsichtlich der Prüfgeometrie unterschiedlichen Prüfelementen 20 zwischengespeichert
werden können.
Gegebenenfalls kann das Magazin 44 auch zur Zwischenspeicherung
von Messelementen 18 genutzt werden. Zur Durchführung einer
Prüfmessung kann
mittels einer der Positioniereinrichtungen 12, 14 ein
geeignetes Prüfelement 20 in
eine definierte Prüfstellung
positioniert werden. Die Prüfelemente 20 sind
gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel jeweils
an einem zugehörigen
Verlängerungsteil 21 befestigbar,
wobei das Verlängerungsteil 21 mit
seinem freien Ende am Zwischenspeicher 44 beziehungsweise
am Positionierarm 30 fixierbar ist. Die automatisierten
Bewegungen der verschiedenen Funktionseinheiten der Messvorrichtung 10 werden mittels
einer programmierbaren Steuerungseinrichtung 38 gesteuert,
die mittels einer jeweiligen Steuerleitung gemäß den Doppelpfeilen 40, 42 mit
den Positioniereinrichtungen 12, 14 operativ verbunden
ist.
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Die 2 bis 5 zeigen mehrere, unterschiedliche Ausführungsformen
von möglichen
Prüfelementen 20.
Die Prüfelemente 20 sind
jeweils als Würfel ausgebildet,
der mehrere zueinander jeweils unter einem Winkel von 90° stehende,
ebene Prüfflächen 22 aufweist.
Die Prüfflächen 22 des
Prüfelements 20 der 2 sind jeweils mit einer
kreisförmigen,
randoffenen Ausnehmung 46 in Form einer Bohrung beziehungsweise
einer Gewindebohrung versehen. Im Falle einer Bohrung (Präzisionsbohrung)
dient der konturdefinierte Bohrungsrand als Prüfgeometrie, die zur Durchführung einer
Prüfmessung
an einem Messelement 18 genutzt werden kann. Wenn eine
Ausnehmung 46 dagegen als Gewindebohrung ausgebildet ist,
kann selbige zur zerstörungsfrei
trennbaren Fixierung eines durch eine definierte Prüfgeometrie gekennzeichneten
Prüfteils 50 (siehe
auch 7) dienen. Das
Prüfelement 20 entsprechend 3 weist e benfalls eine Mehrzahl
an randoffenen Ausnehmungen 46 auf, die sich allerdings
durch zueinander geometrieunterschiedliche Prüfkonturen 24 unterscheiden. 4 zeigt das Prüfelement 20 der 2 in einer Seitendarstellung.
Das würfelförmige Prüfelement 20 enthält eine
Positioniereinrichtungsfixierseite 52, die mit einem Fixierelement 54 in
Form eines Gewindezapfens versehen ist, sowie fünf Prüfflächen 22. Wie in 5 dargestellt ist, kann
eine Prüffläche 22 auch
lediglich als exakt ebene Fläche ausgebildet
sein, das heißt
ohne eine Ausnehmung 46, wobei eine derartige Prüffläche 22 trotzdem
zur Durchführung
einer Ausrichtmessung genutzt werden kann. Das würfelförmige Prüfelement 20 der 5 weist beispielsweise drei
unterschiedliche Ausrichtflächen
auf mit einem oder mehreren lagedefinierten Ausrichtpunkten 23.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
der 5 ist eine sogenannte 3-2-1-Ausrichtmessung
angedeutet.
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Entsprechend 7 ist das Prüfelementmagazin 44 mit
einer Mehrzahl an Aufnahmen 45 versehen zur Fixierung eines
jeweiligen Verlängerungsteils 21 mit
einem zugehörigen
Prüfelement 20.
Dabei ist das würfelförmige Prüfelement 20 mittels
seines Fixierelements 54 gemäß Doppeldrehpfeil 56 an
das Verlängerungsteil 21 anschraubbar,
welches seinerseits entsprechend Doppelpfeil 58 am Prüfelementmagazin 44 fixierbar
ist. Die Aufnahmen 45 sind derart ausgebildet, dass ein
automatisierter Prüfelementwechsel
mittels einer der Positioniereinrichtungen 12, 14 möglich ist.
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7 zeigt ein Prüfelement 20 mit
einem würfelförmigen Grundkörper 48,
der an mehreren Seiten mit jeweils einem Prüfteil 50 bestückbar ist. Bei
den dargestellten Prüfteilen 50 handelt
es sich um einen Prüfring,
eine Prüfkugel
und um einen Prüfzylinder
mit einer jeweils definierten Prüfgeometrie. Die
Prüfteile 50 sind
mit einem Gewindezapfen versehen und können somit gemäß den Doppeldrehpfeilen 60 jeweils
in eine zugehörige
Gewindebohrung des Grundkörpers 48 ein-
beziehungsweise herausgeschraubt werden.
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Das
Prüfelement 20 kann
somit auf verhältnismäßig einfache
Weise derart ausgebildet werden, dass es mit einer Prüfgeometrie
versehen ist, die an das jeweils eingesetzte Messelement 18 und/oder
an die jeweils zu erfüllende
Messaufgabe angepasst beziehungsweise durch geeignete Vorbereitungsmaßnahmen
anpassbar ist.
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Mittels
der Messvorrichtung 10 ist eine Messqualitätssicherung
eines zum Einsatz kommenden beziehungsweise auch eines sich bereits
im Einsatz befindenden Messelements 18 möglich, indem
das zu prüfende
Messelement 18 mittels eines an einer der Positioniereinrichtungen 12, 14 fixierten
und in eine definierte Prüfstellung
positionierten Prüfelements 20 nach
einer vorgebbaren Betriebszeit auf seine korrekte Funktionstüchtigkeit
geprüft
und bei Nichterfüllen
mindestens eines vorgebbaren Messqualitätsmerkmals außer Betrieb
gesetzt wird. Dank der verhältnismäßig schnellen
Bestückungsmöglichkeit
einer der Positioniereinrichtungen 12, 14 mit
einem Prüfelement 20 kann
die Funktionstüchtigkeitsprüfung des
Messelements 18 unmittelbar vor einer Betriebsmessabfolge
oder sogar während
derselben erfolgen. Hierzu wird das Prüfelement 20 im Prüfelementmagazin 44 zwischengespeichert
und bei Bedarf zur Durchführung
einer Prüfmessung
mittels einer der Positioniereinrichtungen 12, 14 in
eine definierte Prüfstellung
positioniert. Zur Erfassung der definierten Prüfstellung des Prüfelements 20 wird
mittels eines anderen, nicht zu prüfenden Messelements 18 eine
Referenzmessung durchgeführt.
Anschließend
kann die eigentliche Prüfmessung
des zu prüfenden
Messelements 18 erfolgen.
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Die
Messmittel 16, das heißt
die Messelemente 18 und die Prüfelemente 20, können dabei
automatisiert oder auch manuell an der Positioniereinrichtung 12, 14 befestigt
beziehungsweise von selbiger gelöst
werden.
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Die Überprüfung eines
optischen Sensors (Messelement 18) kann beispielsweise
derart erfolgen, dass mittels des qualifizierten, das heißt geprüften und
kalibrierten optischen Sensors eine definierte Messgeometrie des
Prüfelements 20 (Würfel) in
verschiedenen Winkelpositionen im Messvorrichtungskoordinatensystem
oder in eigener Referenz gemessen wird und die Messergebnisse anschließend in
einer Datenverarbeitungseinheit gespeichert werden. Es ist nun möglich, jederzeit
und insbesondere nach längerem
Gebrauch des Sensors zu überprüfen, ob
derselbe Sensor bei einer entsprechenden Prüfmessung noch die gleichen
Ergebnisse liefert beziehungsweise ob die auftretende Messdifferenz innerhalb
eines zulässigen
Rahmens liegt.
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Ferner
kann beispielsweise eine Abgleichsmessung mittels eines taktilen
Messelements 18 erfolgen. Hierzu wird das Prüfelement 20 (Würfel) mittels
Messungen des taktilen Messelements 18 zunächst exakt
ausgerichtet. Anschließend
wird mittels des taktilen Messelements 18 die Prüfgeometrie
eines Prüfteils 50 (Geoelement)
des Würfels
im gleichen Referenzsystem gemessen. Nach Einwechseln des zu überprüfenden Messelements 18 wird
die Prüfgeometrie
nun wiederum im gleichen Referenzsystem nachgemessen (Prüfmessung).
Auf diese Weise können
jederzeit Messungenauigkeiten des zu überprüfenden Messelements 18 ermittelt
werden.
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Es
können
auch Vergleichsmessungen zwischen einem taktilen Messelement und
einem optischen Messelement durchgeführt werden, indem bei Einsatz
unterschiedlicher Prüfteile 50 eine
Genauigkeitsprüfung
beider Messsysteme durchgeführt
wird. Auch kann eine Überprüfung einer Dreh-Schwenk-Einheit
der Messvorrichtung 10 erfolgen, indem zum Beispiel Prüfbohrungen
unter verschiedenen Winkelstellungen des Prüfelements 20 (Würfel) gemessen
werden.
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Der
weitere konstruktive Aufbau und die entsprechende Funktionsweise
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 sind
an sich bekannt, so dass diesbezüglich
auf eine eingehendere Beschreibung verzichtet wird.