DE4106168A1 - Verfahren zur metrologischen pruefung und zur selbstkorrektur von geometrischen messfehlern in einem vermessungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur metrologischen Prüfung und zur Selbstkorrektur von geometrischen Meßfehlern in einem Vermessungsgerät, insbesondere einem Vermessungsgerät mit einem Drehtisch.

Es sind Vermessungsgeräte bekannt, die mit einem um wenigstens eine Achse drehbaren Drehtisch versehen sind, auf dem die zu vermessenden Werkstücke angeordnet sind. Solche Vermessungsgeräte weisen einen beweglichen Fühler auf, der mit dem zu vermessenden Werkstück in Berührung gebracht wird, um dessen Abmessungen abzutasten, und der in drei zueinander senkrechten Richtungen längs der Achsen X, Y und Z beweglich ist. Weiterhin sind solche Vermessungsgeräte mit einem Bezugselement ausgestattet, normalerweise einem Würfel oder einer Kugel, die als Bezugsgröße und Dimensionsursprung für die bei verschiedenen Winkeleinstellungen des Drehtisches ausgeführten Messungen dient.

Solche Vermessungsgeräte sind an eine elektronische Steuereinheit angeschlossen, die eine zentrale Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der von dem Fühler des Vermessungsgerätes gelieferten Daten sowie einen Massenspeicher enthält.

Die elektronische Einheit erhält eine Folge von Kalibrierungsdaten, die Angaben über Kennwerte des Gerätes selbst sowie Informationen hinsichtlich der Winkelstellungen des Drehtisches, des Bezugselements und der Orthogonalität der X-, Y- und Z-Achsen beinhalten.

Diese Daten sind charakteristisch für jedes hergestellte Vermessungsgerät und werden während der Kalibrierung oder Eichung des Gerätes in dem Speicher der elektronischen Einheit gespeichert.

Da sich die geometrischen (und somit auch die metrologischen) Kenngrößen des Gerätes infolge äußerer Einflüsse (Wärme, Schwingungen, Stöße und dergleichen) verändern können, sind die in dem Speicher abgelegten Daten u. U. nicht mehr mit den tatsächlichen Geräteeigenschaften in Übereinstimmung, so daß Meßfehler infolge der geänderten geometrischen Konfiguration des Vermessungsgerätes selbst auftreten können. Aus diesem Grund ist es notwendig, das Gerät nachzueichen. Dies erfordert verhältnismäßig langwierige mechanische Operationen, die von besonders qualifiziertem Personal ausgeführt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur metrologischen Prüfung und zur Selbstkorrektur von geometrischen Meßfehlern in einem Vermessungsgerät, insbesondere einem Vermessungsgerät mit einem Drehtisch, anzugeben, das es gestattet, die Kalibrierungsdaten des Vermessungsgerätes mit relativ einfachen und schnell auszuführenden Schritten auf der Grundlage der geänderten geometrischen Eigenschaften des Gerätes zu aktualisieren und zu korrigieren, so daß die obenerwähnten Nachteile beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Verfahrensansprüchen.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Meßgerät und eine Ausrüstung zur Durchführung dieses Verfahrens sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 15 und 16.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Vermessungsgerätes mit einem Drehtisch, das an eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende elektrische Steuereinheit angeschlossen ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Drehtisches mit ersten Anschlagmitteln, die von einem Fühler des Meßgerätes gemäß Fig. 1 bei einer ersten Größenmessung verwendet werden;

Fig. 3 bis 7 perspektivische Ansichten des Drehtisches entsprechend Fig. 2, zur Illustration zweiter bis sechster Größenmessungen;

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung einer siebten Größenmessung;

Fig. 9 bis 11 Darstellungen zur Erläuterung achter bis zehnter Größenmessungen;

Fig. 12 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 13 ein detailliertes Flußdiagramm zweier Blöcke aus dem Diagramm gemäß Fig. 12; und

Fig. 14 ein detailliertes Flußdiagramm zweier weiterer Blöcke aus Fig. 12.

In Fig. 1 ist ein Vermessungsgerät 1 bekannter Bauart dargestellt, das mit einer elektrischen Steuereinheit 2 verbunden ist. Die Steuereinheit 2 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit 3, die mit einem Massenspeicher ausgerüstet ist und die mit einem Personalcomputer 4, einer Videoeinheit 5, einer Tastatur 6 und schließlich mit einem Drucker 8 verbunden ist. Die Steuereinheit 2 weist außerdem ein Diskettenlaufwerk 7 zum Lesen und Speichern von Informationen auf einem magnetischen Träger auf.

Das Vermessungsgerät 1 weist eine Trägerstruktur 9 aus Metall auf, von der nach vorn ein Bett 12 ausgeht, das zwei waagerechte, geradlinige parallele Führungen 13 trägt, auf denen ein mit einem kreisförmigen Tisch 17 versehener Schlitten 15 in Richtung der X-Achse gleitend geführt ist. Der Tisch 16 ist um eine zur Z-Achse parallele senkrechte Achse 18 drehbar.

Die Trägerstruktur 9 ist mit zwei waagerechten, geradlinigen Führungen 20 versehen, die parallel zur Y-Achse angeordnet sind und sich oberhalb des Bettes 12 befinden. Längs der Führungen 20 ist ein Schlitten 22 parallel zur Y- Achse verschiebbar, der eine geradlinige vertikale Führung 24 trägt.

Ein weiterer Schlitten 26 ist parallel zur Z-Achse längs der Führung 24 verschiebbar. Von dem Schlitten 26 geht nach vorn ein Arm 28 aus, an dessen Ende ein geeigneter Fühler 40 bekannter Bauart montiert ist. Der Fühler weist eine mit einem Ende des Armes 28 verbundene Stange 41 auf, von deren vorderem freien Ende eine zweite Stange 42 ausgeht, die rechtwinklig zu der Stange 41 verläuft und in diese eingeschraubt ist.

Von unteren Enden der Stange 42 geht koaxial eine Stange 44 mit kleinerem Durchmesser aus, die in einer fest an der Stange 44 gefestigten Rubinkugel 46 endet. Wenn die Stange 44 durch mechanische Berührung an der Kugel 46 aus ihrer Gleichgewichtsstellung ausgelenkt wird, so wird hierdurch ein Schaltkreis geöffnet, um ein entsprechendes Signal zu erzeugen.

Von dem Schlitten 15 geht außerdem seitwärts ein rohrförmiger Vorsprung 30 aus, von dessen freiem Ende eine vertikale Stange 31 aufragt, die an ihrem oberen Ende einen als Bezugselement dienenden Würfel 32 trägt. Der Würfel 32 ist somit an dem Schlitten 15 befestigt und dient als Bezugspunkt für die Bestimmung der Winkelposition des Tisches 17 relativ zu einem Bezugsradius.

Schließlich ist das Vermessungsgerät 1 mit mehreren (bekannten und deshalb nicht gezeigten) Sensoren ausgestattet, die eine Messung der augenblicklichen Position des Fühlers 40 und damit der Kugel 46 gestatten und die Meßdaten über diese Position an die elektronische Einheit 2 übermitteln.

In der elektronischen Einheit 2 steht eine Folge von Kalibrierungsdaten zur Verfügung, die die charakteristischen Werte des Gerätes 1 selbst angeben, mit Informationen bezüglich der Winkelpositionen des Tisches 17 und des Bezugselements 32 relativ zum Ursprung der X-, Y- und Z-Achsen, die das Bezugssystem des Gerätes bilden, und mit den Orthogonalwerten längs der Achsen X, Y und Z, so daß die abgetasteten Positionswerte, die durch den Fühler 40 erfaßt werden, im Hinblick auf Ungenauigkeiten im Aufbau des Vermessungsgerätes 1 korrigiert werden.

Diese Daten sind jeweils für ein einzelnes hergestelltes Vermessungsgerät charakteristisch und werden bei der Kalibrierung des Gerätes im Speicher der Einheit 2 gespeichert.

Da die geometrischen Eigenschaften (und damit auch die metrologischen Eigenschaften) des Gerätes sich aufgrund äußerer Einflüsse (Wärme, Schwingungen, Stöße und dergleichen) ändern können, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß die Kalibrierungsdaten leicht überprüft und ggf. modifiziert werden können, um eine Selbstkorrektur der durch die geänderte Geometrie des Gerätes 1 bedingten Meßfehler zu ermöglichen.

Hierzu weist das Verfahren eine Serie von Größenüberprüfungen auf, mit denen ein Datensatz ermittelt wird, mit dem die ursprünglichen Kalibrierungsdaten modifiziert und aktualisiert werden können.

Insbesondere wird nach diesem Verfahren die Orthogonalität der drei kartesischen Koordinatenachsen X, Y und Z des Gerätes 1 überprüft und ggf. korrigiert mit Hilfe einer ersten Serie von Größen- oder Dimensionsprüfungen, und die Position des Würfels 32 in bezug auf die Mitte des drehbaren Tisches wird mit Hilfe einer zweiten Serie von Dimensionsprüfungen überprüft und korrigiert. Bei diesen Dimensionsprüfungen wird außerdem eine Serie von Punkten gemessen, aus denen Nachkalibrierungsdaten hergeleitet werden, die für die geänderte geometrische Disposition des Gerätes charakteristisch sind. Diese Daten werden nachfolgend benutzt, um die ursprünglich in dem Speicher der elektronischen Einheit 2 vorhandenen Kalibrierungsdaten zu modifizieren und zu korrigieren.

Für die Durchführung der ersten und zweiten Serie von Dimensionprüfungen ist auf dem Tisch 17 eine kreisförmige Platte 50 montiert, und auf dieser Platte 50 sind Werkzeuge befestigt, die als Anschläge und Bezugselemente für die Erfassung der Bezugspunkte dienen.

In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand ist die Platte 50 noch nicht an dem drehbaren Tisch 17 montiert, und diese Platte ist mit fünf Gewindebohrungen versehen, von denen die ersten vier 100, 101, 102 und 103 an den Ecken eines Quadrates und die fünfte 105 am Schnittpunkt der Diagonalen des Quadrates exakt in der Mitte der Platte 50 angeordnet ist.

Um das Gerät 1 für die Durchführung der ersten Serie von Dimensionsprüfungen vorzubereiten, werden vier Werkzeuge, beispielsweise die in Fig. 2 bis 7 gezeigten Werkzeuge, in die vier Bohrungen 100-103 eingeschraubt und fest an der Platte 50 befestigt.

Im einzelnen wird das mit Gewinde versehene untere Ende einer geradlinigen Stange 110 in die Bohrung 100 eingeschraubt, so daß diese Stange rechtwinklig von der Platte 50 ausgeht. Die Stange 110 endet am oberen Ende in einer Kugel 111, die fest mit der Stange 110 verbunden ist.

In die Bohrung 101 wird das untere Ende eines geradlinigen Metallträgers 115 eingeschraubt, der senkrecht von der Platte 50 aufragt und an seinem oberen Ende mit einer vorspringenden Metallplatte 116 versehen ist, die fest an dem Träger 115 befestigt ist und parallel zu der Platte 50 verläuft. Die Metallplatte 116 trägt eine kurze geradlinige Stange 117, die rechtwinklig zu der Platte 116 verläuft und am oberen Ende in einer fest mit der Stange 117 verbundenen Kugel 118 endet.

In die Bohrung 102 ist eine mit der Stange 110 baugleiche Stange 120 eingeschraubt. Die Kugel am oberen Ende der Stange 120 ist mit 121 bezeichnet.

In die Bohrung 103 ist das untere Ende einer Stange 125 eingeschraubt, deren Höhe kleiner ist als die der Stangen 110 und 120 und die rechtwinklig von der Platte 50 ausgeht und am oberen Ende in einer fest mit der Stange 125 verbundenen Kugel 126 endet. Bei der ersten Serie von Überprüfungen wird kein Werkzeug in die Bohrung 104 eingeschraubt.

Für die Durchführung der ersten Serie von Überprüfungen ist die Kugel 46 des Fühlers 40 in der Lage, die Kugeln 111, 118, 121 und 126 in einer weiter unten noch näher erläuterten Weise zu berühren, um Daten zu sammeln, die bei der Überprüfung der Orthogonalität der Achsen des Gerätes verwendet werden.

Für die Durchführung der zweiten Serie von Dimensionsprüfungen wird das untere Ende einer Stange 130 in die Bohrung 104 eingeschraubt. Die Stange 130 hat die gleichen Abmessungen wie die Stange 125 und erstreckt sich rechtwinklig zu der Platte 50. Am oberen Ende der Stange 130 befindet sich eine Kugel 131, die fest mit der Stange 130 verbunden ist. Bei der Durchführung der zweiten Serie von Überprüfungen sind keine Werkzeuge in die Bohrungen 100 bis 103 eingeschraubt.

Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann die Kugel 146 des Fühlers 40 die Kugel 131 in einer Weise berühren, die es gestattet, einen Datensatz zu ermitteln, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung der Position des Bezugsblockes 32 in bezug auf die Mitte des drehbaren Tisches verwendet wird.

Die sechs Dimensionsprüfungen der ersten Serie sollen nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 7 im einzelnen erläutert werden.

In Fig. 2 ist eine erste Dimensionsprüfung gezeigt, bei der der Fühler 40 nacheinander die Kugeln 111 und 118 berührt und die X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte dieser Kugeln abtastet. In diesem Stadium der Dimensionsprüfung ist der Tisch 17 um 0° in bezug auf den Bezugswürfel 32 gedreht.

In Fig. 3 ist eine zweite Dimensionsprüfung gezeigt, bei der der Tisch 17 um 180° gegenüber der Position in Fig. 2 verdreht ist und der Fühler 40 die X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte der Kugeln 111 und 118 abtastet, indem er diese Kugeln nacheinander berührt.

Mit Hilfe der bei den oben beschriebenen ersten und zweiten Dimensionsprüfungen abgetasteten Punkte werden eine erste und eine zweite Entfernung zwischen der Kugel 111 und der Kugel 118 in den in Fig. 2 und 3 gezeigten Winkelstellungen berechnet. Auf diese Weise werden zwei Entfernungsvektoren definiert, die sich zwischen den Kugeln 111 und 118 erstrecken und in der X-Z-Ebene liegen. Wenn sich die geometrische Konfiguration des Vermessungsgerätes nicht geändert hat, haben diese beiden Entfernungsvektoren die gleiche Länge.

Die dritte Dimensionsprüfung ist in Fig. 4 illustriert. Bei dieser Prüfung berührt der Fühler 40 nacheinander die Kugeln 111 und 121 und erfaßt die X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte dieser Kugeln. Dabei ist der Tisch 17 um 0° in bezug auf den Bezugswürfel 32 gedreht. Die Position des Tisches entspricht somit derjenigen in Fig. 2.

In Fig. 5 ist die vierte Dimensionsprüfung dargestellt, bei der der Fühler 40 die Kugeln 111 und 121 berührt und die X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte dieser Kugeln erfaßt, wenn der Tisch 17 um einen Winkel von 90° in bezug auf den Bezugswürfel 32 verdreht ist.

Mit Hilfe der bei der dritten und vierten Dimensionsprüfung in der oben beschriebenen Weise erhaltenen Punkte werden eine erste und eine zweite Entfernung zwischen den Kugeln 111 und 121 in den in Fig. 4 bzw. Fig. 5 illustrierten Winkelstellungen berechnet. Auf diese Weise werden zwei Entfernungsvektoren definiert, die sich zwischen den Kugeln 111 und 121 erstrecken und in der X-Y-Ebene liegen. Wenn sich die geometrische Konfiguration des Vermessungsgerätes nicht in irgendeiner Weise geändert hat, sind diese Entfernungsvektoren orthogonal zueinander und weisen die gleiche Länge auf.

Bei der in Fig. 6 gezeigten fünften Dimensionsprüfung berührt der Fühler 40 die Kugeln 118 und 126 und erfaßt die X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte dieser Kugeln während sich der Tisch 17 in einer um 45° gegenüber dem Bezugswürfel 32 verdrehten Stellung befindet.

Bei der in Fig. 7 gezeigten sechsten Dimensionsprüfung berührt der Fühler 40 die Kugeln 118 und 126 und erfaßt die X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte dieser Kugeln, während sich der Tisch 17 in einer um 225° gegenüber dem Bezugswürfel 32 verdrehten Stellung befindet.

Mit Hilfe der bei der fünften und sechsten Dimensionsprüfung in der oben beschriebenen Weise erhaltenen Punkte werden eine erste und eine zweite Entfernung zwischen den Kugeln 118 und 126 in der in Fig. 6 bzw. in Fig. 7 gezeigten Winkelstellung berechnet. Hierdurch werden zwei Entfernungsvektoren definiert, die sich zwischen der Kugel 118 und der Kugel 126 erstrecken und in der Y-Z-Ebene liegen. Wenn sich die geometrische Konfiguration des Vermessungsgerätes nicht geändert hat, weisen diese Entfernungsvektoren die gleiche Länge auf.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 11 werden nachfolgend die vier Dimensionsprüfungen der zweiten Serie erläutert.

In Fig. 8 ist die siebte Dimensionsprüfung dargestellt, bei der der Fühler 40 die Kugel 131 berührt und die X-, Y- und Z-Koordinaten des Mittelpunktes dieser Kugel abtastet, während sich der Tisch 17 in einer um 0° relativ zu dem Bezugswürfel 32 gedrehten Stellung befindet. Diese Position wird durch eine Kerbe 80 definiert.

Fig. 9 zeigt die achte Dimensionsprüfung, bei der der Fühler 40 die X-, Y- und Z-Koordinaten des Mittelpunktes der Kugel 131 abtastet, während der Tisch 17 um 90° gegenüber dem Bezugswürfel 32 gedreht ist.

Fig. 10 veranschaulicht die neunte Dimensionsprüfung, bei der der Fühler 40 die Kugel 131 berührt und die X-, Y- und Z-Koordinaten des Mittelpunktes dieser Kugel abtastet, während der Tisch 17 um 180° gegenüber dem Bezugswürfel 32 gedreht ist.

Fig. 11 zeigt die zehnte Dimensionsprüfung, bei der der Fühler 40 die Kugel 131 berührt und die X-, Y- und Z-Koordinaten des Mittelpunktes dieser Kugel abtastet, während der Tisch 17 um 270° gegenüber dem Bezugswürfel 32 verdreht ist. Wenn sich die geometrische Konfiguration des Vermessungsgerätes gegenüber der Konfiguration bei der anfänglichen Kalibrierung nicht geändert hat, so stimmen die vier Sätze von X-, Y- und Z-Koordinaten, die bei den oben beschriebenen vier Dimensionsprüfungen erhalten wurden, überein.

Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm des Verfahrens, mit dem die oben beschriebenen Prüfvorgänge in dem Vermessungsgerät 1 ausgeführt werden und durch das die Nachkalibrierungsdaten erfaßt und erforderlichenfalls entsprechende Modifikationen an den ursprünglichen Kalibrierungsdaten vorgenommen werden. Bei diesem Verfahren tritt ferner eine Serie von Steuersignalen auf, die zweckmäßigerweise auf einem magnetischen Träger aufgezeichnet werden und die beispielsweise von dem Diskettenlaufwert 7 gelesen und in dem Speicher der elektronischen Einheit 2 geladen werden können, so daß sämtliche der oben beschriebenen Überprüfungsstufen gesteuert werden, um eine Selbstkorrektur der Kalibrierungsdaten zu ermöglichen.

Die Prozedur beginnt mit einem Block 200, in welchem die Bedienungsperson durch die Anzeige auf der Videoeinrichtung 5 gefragt wird, ob sie eine Überprüfung und Aktualisierung der Kalibrierungsdaten des Systems 1 wünscht. Die Bedienungsperson antwortet auf diese Anfrage mit Hilfe der Tastatur 6. Wenn sie keine Überprüfung des Systems wünscht, wird die Prozedur im Anschluß an den Block 200 verlassen. Andernfalls wird die Prozedur mit Block 201 fortgesetzt.

In Block 201 wird die Bedienungsperson gefragt, ob sie mit der ersten Serie von Dimensionsprüfungen beginnen will, um die Orthogonalität der Bauteile längs der drei kartesischen Koordinatenachsen X, Y und Z des Gerätes 1 zu überprüfen und ggf. Selbstkorrekturen durchzuführen.

Bei einer positiven Antwort wird die Prozedur nach Block 201 mit dem Block 204 fortgesetzt, andernfalls mit dem Block 208. In Block 204 wird die Bedienungsperson über die Videoeinrichtung 5 gefragt, ob die Nachkalibrierungsdaten, die mit Hilfe der ersten Serie von Dimensionsprüfungen erhalten wurden, bereits im Speicher vorhanden sind. Bejahendenfalls erfolgt ein Sprung zu Block 210. Falls die Frage verneint wird, werden in Block 205 Maßnahmen ausgeführt, die nachfolgend im einzelnen beschrieben werden. Durch diese Maßnahmen erhält das Gerät 1 Befehle zur automatischen Durchführung der sechs Dimensionsprüfungen zur Überprüfung der Orthogonalität der Achsen in der oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 7 beschriebenen Reihenfolge und Art und Weise sowie Befehle zur Aufnahme und Sicherung der X-, Y- und Z-Koordinaten der Mittelpunkte der Kugeln und zur Bildung der Entfernungsvektoren zwischen diesen Kugeln in den verschiedenen Winkelpositionen des Tisches 17.

Im Anschluß an den Block 205 werden die Maßnahmen in Block 210 durchgeführt. Hier werden die X-, Y- und Z-Koordinaten der Nachkalibrierungspunkte und die alten Kalibrierungsdaten aus dem Speicher aufgerufen und es wird eine neue Folge von Kalibrierungsdaten rekonstruiert, indem die Daten, die sich auf die Orthogonalität der drei kartesischen Achsen X, Y und Z beziehen, anhand der in Block 205 gemessenen Punkte modifiziert und korrigiert werden.

Im Anschluß an den Block 210 wird in Block 212 gefragt, ob die Bedienungsperson mit einer zweiten Selbstkorrektur-Stufe fortfahren möchte. Falls diese Frage verneint wird, wird das Programm nach Block 212 verlassen. Andernfalls wird es mit Block 208 fortgesetzt.

In Block 208 wird die Bedienungsperson gefragt, ob sie mit der zweiten Serie von Dimensionsprüfungen beginnen will, um festzustellen, ob sich die Position des Bezugsblockes 32 gegenüber der Anfangsposition geändert hat, und ob die Bedienungsperson ggf. mit der Selbstkorrektur der diesbezüglichen Kalibrierungsdaten fortfahren möchte.

Falls die Frage in Block 208 verneint wird, wird das Programm verlassen. Andernfalls wird es mit Block 220 fortgesetzt. In Block 220 wird die Bedienungsperson über die Videoeinrichtung 5 gefragt, ob die Nachkalibrierungsdaten, die mit Hilfe der zweiten Serie von Dimensionsprüfungen gemäß Fig. 8 bis 11 erhalten wurden, bereits im Speicher vorhanden sind. Falls dies der Fall ist, erfolgt ein Sprung zu Block 222. Andernfalls wird der Block 221 ausgeführt, der nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. In Block 221 erhält das Gerät 1 die Befehle zur automatischen Durchführung der notwendigen Operationen für die Dimensionsprüfung der Position des Würfels 32 in der beschriebenen Art und Reihenfolge, und die X-, Y- und Z-Koordinaten des Mittelpunktes der Kugel 131, die bei diesen Prüfungen gemessen wurden und die die Nachkalibrierungsdaten bilden, werden aufgenommen und gesichert.

Im Anschluß an den Block 221 werden die Maßnahmen gemäß Block 222 ausgeführt. Hier werden die X-, Y- und Z-Koordinaten der Nachkalibrierungspunkte und die alten Kalibrierungsdaten aus dem Speicher aufgerufen, und eine neue Folge von Kalibrierungsdaten wird rekonstruiert, indem die Daten bezüglich der Position des Würfels 32 anhand der in Block 221 gemessenen Punkte modifiziert und korrigiert werden.

Im Anschluß an den Block 222 wird in Block 230 gefragt, ob die Bedienungsperson mit einer zweiten Stufe der Selbstkorrektur fortfahren möchte oder ob die Selbstkorrektur unterbrochen werden soll. Falls eine weitere Stufe gewünscht wird, erfolgt ein Rücksprung von Block 230 zu Block 201. Andernfalls wird das Programm verlassen.

Der Block 205 aus Fig. 12 soll nachfolgend anhand der Fig. 13 im einzelnen erläutert werden.

Dieser Block enthält einen Block 250, der die Durchführung der ersten bis sechsten Prüfoperationen gemäß Fig. 2 bis 7 steuert und in dem die kartesischen Koordinaten (X, Y, Z) der Mittelpunkte der Kugeln 111, 118, 121 und 126 gesammelt und die Entfernungsvektoren für jede der fünf Meßpositionen entsprechend den Winkeleinstellungen der Platte 50 von 0°, 45°, 90°, 180°, 225° in bezug auf den Bezugswürfel 32 berechnet werden.

Im Anschluß an den Block 250 wird ein Block 253 ausgeführt, in welchem die in Block 250 erfaßten Punkte gespeichert werden.

Anschließend wird in Block 256 eine Anzeige mit Hilfe der Videoeinrichtung 5 ausgelöst, und die in Block 250 ermittelten Punkte werden an den Drucker 8 übermittelt.

In Fig. 13 ist außerdem der Block 210 gemäß Fig. 12 gezeigt, der einen Block 260 zum Aufsuchen der alten Kalibrierungsdaten und zum Laden derselben in die Zentraleinheit enthält.

Im Anschluß an den Block 260 wird ein Block 263 abgearbeitet, in dem die in Block 250 gemessenen Punkte mit mathematischen Algorithmen verarbeitet und mit den "alten" Kalibrierungsdaten verglichen werden, um eine neue Folge von Kalibrierungsdaten zu erzeugen, wie nachfolgend beschrieben wird.

In Block 263 werden Berechnungen mit Hilfe der Koordinaten der Punkte (in diesem Fall der Mittelpunkte der Kugeln) in zwei verschiedenen Bezugssystemen ausgeführt: einem ersten Bezugssystem, in dem die drei Achsen X, Y und Z jeweils einen Winkel von 90° miteinander bilden, und einem zweiten Bezugssystem, in dem die drei Achsen X′, Y′ und Z′ einen von 90° verschiedenen Winkel miteinander bilden. Die einander entsprechenden Achsen X und X′, Y und Y′ und Z und Z′ sind daher um Winkel gegeneinander versetzt, die mit alpha, beta und gamma bezeichnet werden.

Die beiden verschiedenen Bezugssysteme sind folglich durch eine Vektorgleichung der folgenden Art miteinander verbunden:

Wobei die Matrix-Funktionen der unbekannten Werte der Winkel alpha, beta und gamma enthält.

Wenn die in Block 205 definierten Entfernungsvektoren bekannt sind, ist es anhand der Gleichung (1) möglich, ein Verfahren aufzustellen, das es gestattet, die Winkel alpha, beta und gamma zu errechnen und somit die vollständige Beziehung (1) zu ermitteln. Wenn auf diese Weise die Beziehung (1) einmal genau ermittelt wurde, ist der Übergang von einem Bezugssystem zum anderen eindeutig festgelegt.

Im Anschluß an den Block 263 wird in Block 266 die neue Folge von Kalibrierungsdaten im Speicher der elektronischen Einheit 2 und ggf. auf einem magnetischen Träger aufgezeichnet.

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Fig. 14 der Block 221 aus Fig. 12 näher erläutert werden. Dieser Block enthält einen Block 309, der die Durchführung der siebten bis zehnten Dimensionsprüfungen in der oben beschriebenen Weise steuert und in dem die kartesischen Koordinaten X, Y und Z des Mittelpunktes der Kugel 131 für jede der vier Messungen bei den Winkelstellungen der Platte 50 von 0°, 90°, 180° und 270° relativ zu dem Bezugselement 32 gesammelt werden. Dem Block 309 folgt ein Block 310, in dem die in Block 309 erfaßten Punkte gespeichert werden. Schließlich erfolgt in Block 310 die Darstellung auf der Videoeinrichtung 5 und die Übermittlung der in Block 309 erfaßten Punkte an den Drucker 8.

In Fig. 14 ist außerdem der Block 222 aus Fig. 12 im einzelnen dargestellt. Dieser Block enthält einen Block 316 in dem die alten Kalibrierungsdaten abgerufen und in die Zentraleinheit 3 geladen werden.

Dem Block 316 folgt ein Block 320, in dem die in Block 309 erfaßten Punkte mit mathematischen Algorithmen verarbeitet und mit den "alten" Kalibrierungsdaten verglichen werden, um eine neue Folge von Kalibrierungsdaten zu erzeugen, wie nachfolgend beschrieben wird.

Die Position des Tisches 17 relativ zu dem Bezugswürfel 32 ist durch einen Vektor V bestimmt, der die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt des Tisches 17 und dem Mittelpunkt des Würfels 32 angibt. Dieser Vektor wird während der Kalibrierungsphase bestimmt und ändert sich, d. h., er wird in einen Vektor V transformiert, wenn sich die Position des Würfels 32 ändert.

Während der zweiten Serie von Dimensionsprüfungen wird eine Datenmenge erfaßt, die davon abhängt, wie sich V in bezug auf V′ geändert hat, und diese Daten sind also durch eine Funktion des folgenden Typs gegeben:

f(V′-V) (2)

Es ist deshalb möglich, eine Relation oder Funktion g aufzustellen, die das Inverse von f ist und die somit, wenn sie auf die Funktion f angewandt wird, den Änderungsvektor "delta" liefert:

g(f(V′-V)=delta (Vektor) (3)

wobei:

V′=V+delta (Vektor) (4)

Auf diese Weise ist es möglich, den zunächst unbekannten Vektor V′ zurückzuermitteln und somit präzise Kenntnis über die neue Position des Bezugswürfels 32 zu erlangen. Diese Kenntnis gemäß Gleichung (4) ermöglicht es schließlich, auf die Daten des anfänglichen Bezugssystems zurückzugreifen, die in einem Gerät gemessen wurden, in dem sich die Position des Würfels 32 geändert hat.

Unter der Voraussetzung, daß die Entfernung zwischen dem Ursprung des Bezugssystems und dem Mittelpunkt des Tisches 17 durch die Vektorsumme aus einem Entfernungsvektor von dem Koordinatenursprung zum Würfel 32 (automatisch berechnet) und dem Vektor "Würfel 32 - Mittelpunkt des Tisches 17" ausgedrückt werden kann, ermöglicht es die Kenntnis der Gleichung (4) außerdem, die Position des Tisches 17 in bezug auf den Ursprung des Bezugssystems präzise anzugeben.

Dem Block 320 folgt ein Block 323, in dem die neue Folge von Kalibrierungsdaten im Speicher der elektronischen Einheit 2 und ggf. auf einem magnetischen Träger gespeichert wird.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die automatische Nachkalibrierung des Gerätes ohne Zuhilfenahme von speziell geschultem Personal vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung können an dem beschriebenen Verfahren zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden. Insbesondere kann das Verfahren mit Vorteil zur Selbstkorrektur von Kalibrierungsdaten für Vermessungsgeräte mit rotierendem Drehtisch eingesetzt werden, die sich von dem oben beschriebenen Typ unterscheiden. Das Verfahren kann außerdem eine Folge von Dimensionsprüfungen enthalten, die in anderer Weise als oben beschrieben ausgeführt werden und die ggf. nicht automatisch, sondern durch eine Bedienungsperson gesteuert werden und die mit Anschlagmitteln vorgenommen werden, die eine andere Gestalt und andere Abmessungen als in der vorliegenden Beschreibung aufweisen.

Schließlich kann auch das Vermessungsgerät 1 einen von der vorliegenden Beschreibung abweichenden Aufbau aufweisen und Teile mit anderen Funktionen oder anderer Gestalt aufweisen. Insbesondere kann der Bezugswürfel 32 durch eine Kugel ersetzt sein, die die gleiche Funktion erfüllt.

Claims (16)

1. Verfahren zur metrologischen Überprüfung und Selbstkorrektur von geometrischen Meßfehlern in einem Vermessungsgerät (1), insbesondere einem Gerät mit einem drehbaren Tisch (17), wobei das Vermessungsgerät (1) einen durch eine elektronische Einheit (2) gesteuerten Fühler (40) aufweist und Anfangs-Kalibrierungsdaten, die für die anfängliche geometrische Konfiguration des Vermessungsgerätes charakteristisch sind, in der elektronischen Einheit (2) verfügbar sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine erste Dimensionsprüfungsstufe zur Feststellung, ob die geometrische Konfiguration des Vermessungsgerätes (1) sich geändert hat, und zur Aufnahme einer Folge von Nachkalibrierungsdaten, und eine zweite Phase der Selbst-Nachstellung und Modifikation der Kalibrierungsdaten auf der Grundlage der Nachkalibrierungsdaten, zur Anpassung der Kalibrierungsdaten an die geänderten geometrischen Eigenschaften des Gerätes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fühler (40) in drei orthogonalen Richtungen beweglich ist, die ein kartesisches Achsensystem definieren, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase wenigstens einen ersten Schritt zur Überprüfung der Orthogonalität der kartesischen Achsen und zur Aufnahme einer ersten Folge von Nachkalibrierungsdaten für dieses Achsensystem enthält und daß die zweite Stufe eine erste Stufe der Selbst-Nachstellung und Modifizierung enthält, in der die anfänglichen Kalibrierungsdaten auf der Grundlage dieser ersten Folge angepaßt werden und die Orthogonalität zwischen den Achsen für jede Messung mit dem Gerät (1) sichergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Vermessungsgerät ein Bezugselement (32) für den drehbaren Tisch (17) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe wenigstens einen zweiten Positionsüberprüfungsschritt zur Feststellung der Position des Bezugselements (32) relativ zu dem drehbaren Tisch (17) enthält, in der eine zweite Folge von Nachkalibrierungsdaten bezüglich der Position des Bezugselements aufgenommen wird, und daß die zweite Stufe einen zweiten Schritt der Selbst-Nachstellung und Modifikation der Anfangs-Kalibrierungsdaten enthält, in der diese Kalibrierungsdaten auf der Grundlage der zweiten Folge modifiziert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugselement (32) ein Würfel ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugselement eine Kugel ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Überprüfungsschritt die relative Position des Bezugselements (32) relativ zu einem Satz aus drei kartesischen Achsen überprüft wird und daß die zweite Folge der Kalibrierungsdaten die Anfangs-Kalibrierungsdaten modifiziert und für jede Messung die exakte Kenntnis der Position der drei Achsen relativ zu dem Bezugselement sicherstellt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper (110, 120, 125, 117, 130) mit Bezugsflächen (111, 121, 126, 118, 131) eingesetzt wird, wobei die Bezugsflächen dazu eingerichtet sind, mit dem Fühler (40) bei der Durchführung des ersten Dimensionsprüfungsschrittes zusammenzuwirken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (110, 120, 125, 117, 130) im Betrieb starr mit einer an dem drehbaren Tisch (17) befestigten Platte (50) verbunden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche des Körpers mit dem Fühler (40) an aufeinanderfolgenden Zeitpunkten zusammenwirkt, so daß mehrere Dimensionsprüfungen erfolgen, wobei jede Dimensionsprüfung durch eine bestimmte Winkelstellung der Platte (50) relativ zu dem Bezugselement (32) definiert ist.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ein Werkzeug bildende Körper (110, 120, 125, 117, 130) mit Bezugsflächen (111, 121, 126, 118, 131) eingesetzt werden und daß die Körper dazu eingerichtet sind, mit dem Fühler (40) bei der Durchführung des zweiten Dimensionsprüfungsschrittes zusammenzuwirken.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen Satz von Stangen (110, 117, 120, 125, 130) aufweist, die mit ihren unteren Enden an der Platte (50) zu befestigen sind und jeweils am oberen Ende mit einer Kugel (111, 121, 118, 126, 131) versehen sind, die dazu eingerichtet ist, mit dem Fühler (40) bei der Durchführung des Dimensionsprüfungsschrittes zusammenzuwirken.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug wenigstens ein Abstandselement (115) aufweist, das zwischen einer (116) der Stangen und dem Tisch (50) einfügbar ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (111, 121, 118, 126, 131) bei der Durchführung mehrerer Dimensionsprüfungen aufeinanderfolgend mit dem Fühler (40) zusammenwirken, wobei jede Dimensionsprüfung durch eine bestimmte Winkelstellung der Platte (50) relativ zu dem Bezugswürfel (32) definiert wird und die Kugeln 111, 121, 118, 126, 131) jeweils in verschiedenen Positionen auf der Platte (50) und in verschiedenen Höhen angeordnet sind, um bei der ersten Orthogonalitätsprüfung zusammen Richtungen längs durch die drei Achsen definierter Ebenen zu definieren, und wobei eine Kugel in der Mitte des Tisches (17) angeordnet ist, um eine Prüfposition bei dem zweiten Prüfschritt zu definieren, in welchem die Relativposition des Bezugselements (32) relativ zu dem drehbaren Tisch (17) überprüft wird.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Prüfschritt und der zweite Schritt der Selbst-Nachstellung und Modifikation der Kalibrierungsdaten automatisch mit Hilfe der elektronischen Einheit (2) gesteuert und durchgeführt werden.

15. Vermessungsgerät mit drehbarem Tisch (17), gekennzeichnet durch ein System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.

16. Ausrüstung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch wenigstens einen Körper (110, 120, 125, 117, 130) mit einer Bezugsfläche (111, 121, 126, 118, 131), die dazu eingerichtet ist, mit einem Fühler (40) des Vermessungsgerätes (1) bei der Durchführung des ersten Dimensionsprüfungsschrittes zusammenzuwirken.