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Die
Erfindung betrifft die Vorbereitung eines Messbetriebes eines Koordinatenmessgeräts,
wobei ein Halter zum Halten zumindest eines Mess-Sensors vorgesehen
ist. Bei dem Mess-Sensor handelt es sich insbesondere um einen Taster
zum mechanischen Abtasten eines Messobjekts. Der Mess-Sensor kann
jedoch auch ein Messkopf sein. Es kann sich hierbei um einen mechanischen
Messkopf handeln, an dem gegebenenfalls wiederum ein Taster auswechselbar
befestigt werden kann. Der mechanische Messkopf kann entweder messend
sein, das heißt, dass eine Messkopf-Mechanik den Taster
in einer oder mehreren Koordinatenrichtungen beweglich lagert und
eine Auslenkung in den Koordinatenrichtungen durch entsprechende
Messsysteme erfasst wird, oder schaltend sein, das heißt,
dass eine Berührung des Werkstückes mit dem Taster
durch einen Signalgeber im Tastkopf oder im Taster selbst, beispielsweise
durch einen Piezzokristall, festgestellt wird. Es kann sich bei
dem Mess-Sensor aber auch um einen optischen Messkopf handeln, wie
beispielsweise um einen Laser-Triangulationsmesskopf oder um eine
Digitalkamera.
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Magazine
und einzelne Halter für Mess-Sensoren werden häufig
so angeordnet, dass der Messkopf eines Koordinatenmessgeräts
den Halter während des Messbetriebes anfahren kann, um
einen darin gehaltenen Mess-Sensor anzukoppeln oder einen Mess-Sensor
an den Halter abzugeben. Damit ein solches Auswechseln von Mess-Sensoren
schnell und präzise während des Messbetriebes
ausgeführt werden kann, sollte die Steuerung des Koordinatenmessgeräts
den Ort, die Orientierung (Ausrichtung) und den Typ des Halters
kennen. Die zum Auswechseln eines Mess-Sensors abzuarbeitenden Bewegungsroutinen
des Messkopfes können sich bei verschiedenen Haltertypen
erheblich voneinander unterscheiden. In jedem Fall ist es hilfreich
oder sogar erforderlich, dass der Messkopf den Mess-Sensor möglichst
genau anfährt, wenn er ihn aufnehmen möchte. Außerdem
muss es der Steuerung des Koordinatenmessgeräts aber auch
bekannt sein, wo sich Teile des Halters befinden, um mit diesen
Teilen nicht zu kollidieren und den für das Auswechseln
des Mess-Sensors anzufahrenden Ort direkt anfahren zu können.
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Unter
einem Halter für einen Mess-Sensor wird jede Art von Einrichtung
verstanden, die zumindest einen Mess-Sensor halten kann. Dabei ist
es nicht zwingend erforderlich (wenn auch möglich), dass
der Halter den Mess-Sensor festklemmt und/oder verriegelt.
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Unter
einem Koordinatenmessgerät wird jegliche Art von Messeinrichtung
verstanden, die Abmessungen und/oder Formen von Messobjekten durch
Messung bestimmen kann, insbesondere durch optisches und/oder mechanisches
Abtasten des Messobjekts. Da insbesondere Mess-Sensoren zum mechanischen
Abtasten von Messobjekten häufig während des Messbetriebes
ausgewechselt werden, bilden solche Mess-Sensoren einen bevorzugten
Anwendungsfall.
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Ferner
liegt das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung insbesondere
bei Koordinatenmessgeräten mit zumindest einem beweglichen Messkopf,
der wiederum zumindest einen Mess-Sensor tragen kann, wobei der
Mess-Sensor auswechselbar ist. Bei dem Koordinatenmessgerät
handelt es sich z. B. um ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise.
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Ein
Magazin ist z. B. in
WO 93/09398 beschrieben.
Das Magazin hat eine Mehrzahl von Speicherplätzen, an denen
jeweils ein Arbeitsmodul angeordnet werden kann. Das Arbeitsmodul
kann typischer Weise ein Stiftmodul oder ein Stift sein. Es können
jedoch laut
WO 93/09398 auch
komplexere Arten von Arbeitsmodulen bereitgestellt werden (z. B. Temperaturfühler,
Beschleunigungsmesser und Druckfühler) mit, soweit erforderlich,
einem geeigneten Haltemodul. Ein anderes Magazin ist in
DE 39 222 96 beschrieben.
Von diesem Magazin werden Messtaster und Werkzeuge durch Magnetkräfte
bei horizontaler Ausrichtung der Messtaster und Werkzeuge gehalten.
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Beispiele
dafür, wie Mess-Sensoren am Messkopf eines Koordinatenmessgeräts
ausgewechselt werden können, sind in den beiden genannten Druckschriften
beschrieben. Es sind jedoch auch andere Konstruktionen von Haltern
und entsprechende Verfahren zum Auswechseln der Mess-Sensoren möglich.
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Wenn
ein oder mehrere Halter im Messbereich oder in der Nähe
des Messbereichs eines Koordinatenmessgeräts angeordnet
werden, wird vor Aufnahme des Messbetriebes z. B. zunächst
ermittelt, welche Abmessungen und Form der Halter hat. Ferner wird
ermittelt, an welcher Position sich der Halter befindet und wie
er orientiert ist. Da es sich bei Haltern um verhältnismäßig
komplex geformte Objekte handeln kann, ist das Vermessen des Halters
unter Umständen ein zeitaufwendiger Vorgang, der durch geeignete
Messstrategien optimiert werden kann. Es ist daher möglich,
für neue Typen von Haltern jeweils eine Messstrategie zu
entwickeln und in die Software der Steuerung des Koordinatenmessgeräts
zu integrieren. Allerdings ist die optimale Strategie zum Vermessen
eines Halters nicht allein von dem Halter selbst abhängig,
sondern auch von dem Ort im Messbereich oder außerhalb
des Messbereichs, an dem er angeordnet wird, und außerdem
von seiner Orientierung. Z. B. kann eine an sich optimale Messstrategie nicht
angewandt werden, wenn der Halter unmittelbar neben einem anderen
Gegenstand angeordnet wird und daher ein Anfahren des Halters mit
dem Messkopf des Koordinatenmessgeräts nicht von allen
Seiten möglich ist. Eine vorhandene Messstrategie muss
daher unter Umständen angepasst oder ersetzt werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorbereitung
eines Betriebes eines Koordinatenmessgeräts anzugeben,
so dass es mit geringem Aufwand möglich ist, einen Messbetrieb
zu beginnen oder fortzusetzen, wenn ein Halter erstmals für
den Messbetrieb bereitgestellt wird und/oder neu angeordnet wird.
Insbesondere sollte der Zeitaufwand für den eigentlichen
Messvorgang zur Bestimmung der Position, Orientierung und des Typs
des Halters gering gehalten werden. Vorzugsweise soll aber auch
der Aufwand für die Auswertung des Einmessvorgangs gering
gehalten werden.
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Ein
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Halter
so auszugestalten, dass seine Form, Position und/oder Orientierung
ihn von anderen Haltern unterscheidet, und durch Abtasten eines
Teils des Halters den Halter zu identifizieren. Vorhandene, vorgegebene
Informationen über den Halter erlauben eine solche Identifizierung
und können optional darüber hinaus genutzt werden,
um den Einmessvorgang (d. h. die messtechnische Erfassung des Halters
zur Vorbereitung des eigentlichen Messbetriebes) möglichst
kurz zu halten.
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Die
Abtastung des Teils wird insbesondere von demjenigen Koordinatenmessgerät
vorgenommen, dessen Messbetrieb vorbereitet wird, d. h. das einen
Mess-Sensor aus dem Halter aufnehmen und/oder an diesen abgeben
können soll.
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Bei
dem Teil des Halters, der abgetastet wird, muss es sich nicht um
ein kompaktes Bauelement des Halters handeln, z. B. einen Fuß oder
eine Wange, auf der ein Mess-Sensor aufliegt. Vielmehr ist „Teil
des Halters" so zu verstehen, dass nicht der vollständige
Halter mit all seinen Bauelementen, Oberflächen und Abmessungen
durch eine Abtastung erfasst wird, sondern lediglich eine teilweise
Abtastung vorgenommen wird. Vorzugsweise jedoch ist bei allen Haltern
ein individuelles Formmerkmal vorhanden, das von gleicher Art ist.
Z. B. weist jeder Halter ein quaderförmiges oder scheibenförmiges
Bauelement auf, dessen Länge, Breite und/oder Dicke jedoch
individuell für jeden Halter verschieden ist. Durch Ermitteln
der Länge, Breite und/oder Dicke kann dann der Halter ermittelt
werden.
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Wenn
in dieser Beschreibung von einem Halter mit einem individuellen
Formmerkmal die Rede ist, so ist darunter auch ein bestimmter Typ
von Haltern zu verstehen, die grundsätzlich baugleich sind, jedoch
aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügige Unterschiede
ihrer Form aufweisen können. Nach Identifizierung eines
Halter-Typs kann daher beim Einmessen noch eine genauere Vermessung des
Halters vorgenommen werden. Aufgrund der Information über
den Typ kann jedoch z. B. eine vorgegebene Messroutine ausgeführt
werden, die für den Typ optimiert wurde. Die Messroutine
kann beispielsweise durch Informationen definiert sein, die in einer computerlesbaren
(insbesondere von einer Steuerung des Koordinatenmessgeräts
lesbaren) Datei gespeichert sind. Außerdem kann eine Messroutine
gegenüber einer vollständigen Vermessung des Halters deutlich
vereinfacht und damit in ihrer Ausführung verkürzt werden,
da z. B. nur ein Abstand oder einige wenige Abstände oder
andere Maße bestimmt werden müssen.
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Vorzugsweise
sind die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung eines Typs von
Haltern jedoch so gering, dass beim Einmessen auf eine Vermessung des
Halters verzichtet werden kann. Z. B. wird dann nach der Identifizierung
des Halters lediglich noch die Position eines bestimmten (vordefinierten)
Punktes des Halters im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
ermittelt und optional außerdem eine Orientierung des Halters
in diesem Koordinatensystem ermittelt. Die Orientierung kann sich
jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform auch schon
aus den Abtastinformationen ergeben, die für die Identifizierung
des Halters aufgenommen wurden.
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Die
Identifizierung erfolgt insbesondere automatisch, wobei es einem
Benutzer des Koordinatenmessgeräts überlassen
sein kann, einen momentan an dem Koordinatenmessgerät montierten Mess-Sensor
in einen vorgegebenen örtlichen Bereich relativ zu dem
Halter zu bringen, d. h. insbesondere das Koordinatenmessgerät
so zu steuern, dass dieser örtliche Bereich erreicht wird.
Z. B. steuert der Benutzer den Mess-Sensor in einen örtlichen
Bereich, der über einem Teil des Halters liegt, welcher eine
individuelle, nur bei dem Halter vorhandene Form, Relativposition
zu einem Bezugspunkt des Halters und/oder Orientierung in Bezug
auf einen anderen Teil des Halters oder in Bezug auf das Koordinatenmessgerät
hat. Nun kann ein vollautomatisch durchgeführtes Verfahren
der Identifizierung des Halters begingen, z. B. indem der Mess-Sensor
automatisch von oben auf den abzutastenden Teil des Halters herunterbewegt
wird, bis er in Kontakt zu dem Teil des Halters gelangt und ein
erster Oberflächenpunkt des Halters als Messpunkt aufgenommen
wird. Gemäß einem vordefinierten Einmessverfahren
kann nun ein oder können mehrere weitere Oberflächenpunkte
des Halters automatisch von dem Koordinatenmessgerät erfasst
werden. Z. B. liegen danach die Koordinaten der erfassten Oberflächenpunkte
im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts vor. Aus
den während der automatischen Abtastung erzeugten Abtastsignalen
kann nun wiederum automatisch der Halter identifiziert werden, wobei
außerdem vorgegebene Informationen berücksichtigt
werden. Die vorgegebenen Informationen können z. B. sämtliche
möglichen Halter betreffen, die in Kombination mit dem
Koordinatenmessgerät verwendet werden können.
Insbesondere kann z. B. für jeden möglichen Halter
ein Formmerkmal des Halters oder eine Kombination von Formmerkmalen
des Halters als vorgegebene Information vorhanden sein, insbesondere
in einem Datenspeicher der Steuerung oder der Auswertungseinrichtung
des Koordinatenmessgeräts abgespeichert sein. Das Formmerkmal
kann z. B. eine Länge, Breite oder Höhe eines
Teils des Halters sein. Auch ein Abstand zwischen verschiedenen
Teilen des Halters und/oder eindeutig identifizierbaren Punkten
des Halters kann als Formmerkmal dienen. In der bevorzugten Ausgestaltung
ist das Formmerkmal die Neigung einer ebenen Oberfläche
eines Teils des Halters. Hierauf wird noch näher eingegangen.
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Allgemein
formuliert kann die Bestimmung des Formmerkmals das Messen von dreidimensionalen
Messpunkten (d. h. die Bestimmung der Position von Messpunkten im
dreidimensionalen Raum) aufweisen. Aus den Messpunkten können
dann z. B. geometrische Elemente berechnet werden, die das Messobjekt
oder den Halter kennzeichnen und/oder die Bestimmung von dessen
Orientierung und Position erlauben. Geometrische Elemente sind z.
B. Punkte, gerade Linien, Flächen, Zylinder, Kegel, Kugeln,
Ellipsoide, Hyperboloide, Paraboloide.
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Z.
B. kann das eine Formmerkmal aus den gewonnenen Abtastsignalen (z.
B. von einer Auswertungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts)
ermittelt werden und anschließend durch Vergleich mit den
abgespeicherten Formmerkmalen ermittelt werden, welcher Halter diesem
Formmerkmal entspricht. Dieser Halter ist dann identifiziert worden.
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Optional
kann für jeden möglichen Halter ein Datensatz
gespeichert sein und/oder von einem entfernt angeordneten Datenspeicher
oder Speichersystem angefordert werden. Dieser Datensatz enthält
z. B. sämtliche für die Steuerung des Koordinatenmessgeräts
erforderlichen Informationen, um den eigentlichen Messbetrieb des
Koordinatenmessgeräts (d. h. die Vermessung von Messobjekten)
in Anwesenheit des Halters durchführen zu können.
Wichtige Umstände für die Steuerung sind dabei
z. B. die Abmessungen des Halters, seine Position und Orientierung
im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts und der
Ort sowie die Orientierung des oder der von dem Halter gehaltenen
Mess-Sensoren und/oder der oder die Plätze, an denen Mess-Sensoren
vom Halter aufgenommen werden können. Dabei muss der Datensatz
nicht die vollständigen Informationen enthalten. Vielmehr
können zusätzliche Berechnungen auf Basis des
Datensatzes von der Steuerung erforderlich sein, um die vollständigen
Informationen zu berechnen. So reicht es beispielsweise aus, wenn
der Datensatz einzelne Randpunkte eines örtlichen Bereichs
enthält, in den ein an dem Koordinatenmessgerät
angekoppelter Mess-Sensor während des eigentlichen Messbetriebes
nicht hineinbewegt werden darf, und zusätzlich einen Punkt
und eine Bewegungsrichtung enthält, die für das
Ankoppeln eines von dem Halter gehaltenen Mess-Sensors und/oder
für das Ablegen eines Mess-Sensors in oder an den Halter
erforderlich sind. Mit diesen Informationen, die in Bezug auf ein
Koordinatensystem des Halters definiert sein können, können
vordefinierte Steuerungsroutinen (z. B. in Software implementiert)
des Koordinatenmessgeräts alle erforderlichen Steuerungsaufgaben
erfüllen. Durch das Einmessen des Halters wird der Bezug
zu dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts hergestellt.
Insbesondere kann nach dem Einmessen eine Registrierung des Halters
in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts vorgenommen
werden, d. h. die Transformationsmatrix und ein Transformationsvektor
ermittelt werden, mit der das Koordinatensystem des Halters in das
Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts transformiert
werden kann.
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Es
ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass für einen
bestimmten Halter oder Halter-Typ lediglich ein einziges Mal ein
Formmerkmal oder eine Kombination von Formmerkmalen definiert sowie
der Halter entsprechend ausgestaltet werden muss. Wenn außerdem
Informationen vorgegeben werden, die es einer Steuerung eines Koordinatenmessgeräts ermöglichen,
einen anhand des Formmerkmals identifizierten Halter beim Betrieb
zu berücksichtigen (d. h. die durch den Halter definierten
Randbedingungen für den Messbetrieb in Bezug auf das Koordinatensystem
des Halters definieren), bestehen ferner die Vorteile, dass:
- – die Identifizierung des Halters
lediglich aufgrund des Formmerkmals oder der Kombination von Formmerkmalen
möglich ist und daher der Messaufwand für das
Einmessen wesentlich verkürzt werden kann,
- – das Einmessen automatisch erfolgen kann, zumindest
nicht erst spezielle Einmessstrategien für den Halter entwickelt
werden müssen, wobei die Einmessstrategie bei aus dem Stand
der Technik bekannten Verfahren auch noch von der Position und Orientierung
des Halters im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
abhängen kann, und
- – aufgrund der vorgegebenen Informationen über den
Halter auch die Registrierung im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
auf Basis von Abtastsignalen vorgenommen werden kann, die in wesentlich
kürzerer Zeit gewonnen werden können, als es bei
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Fall ist.
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Es
ist auch möglich, bereits vor der Erfindung bekannte Halter
nachträglich mit einem Formmerkmal oder einer Kombination
von Formmerkmalen auszustatten, die eine Identifizierung gemäß der
Erfindung ermöglichen. Z. B. kann das Formmerkmal an einem
zusätzlichen, kleinen Anbauteil vorhanden sein, welches
an einen existierenden Halter angebaut (z. B. angeschraubt oder
angeklebt) wird. Das Anbauteil ist z. B. ein annähernd
quaderförmiger Körper, dessen nach oben weisende
ebene Oberfläche abgeschrägt ist, so dass eine
gegen die X-Y-Ebene (horizontale Ebene) des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts
geneigte ebene Fläche entsteht, wenn der Halter auf einen
Messtisch des Koordinatenmessgeräts gestellt wird, dessen
Oberfläche in der X-Y-Ebene verläuft. Bei anderen
Ausgestaltungen kann der Halter jedoch auch auf andere Weise als
durch Stellen auf den Messtisch im Bereich der Messanordnung aufgestellt
werden oder angeordnet werden, so dass die geneigte ebene Oberfläche ebenfalls
durch ihre Neigung relativ zu dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
eine eindeutige Identifizierung des Halters ermöglicht.
Ein weiteres Formmerkmal, das in Kombination mit dem Formmerkmal
der Neigung zur Identifizierung eines Halters herangezogen werden
kann, ist z. B. die Orientierung der geneigten ebenen Oberfläche
relativ zu einem anderen Teil des Halters. Z. B. können
zwei geneigte ebene Oberflächen an voneinander beabstandeten
Teilen des Halters vorgesehen sein. Dies ermöglicht es,
sehr viel mehr verschiedene Halter durch die Formmerkmale zu kennzeichnen,
so dass sie in der erfindungsgemäßen Weise identifiziert
werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Halter nicht
nur von einem bestimmten Koordinatenmessgerät identifiziert
werden können, sondern von allen Koordinatenmessgeräten,
die z. B. mit den genannten vorgegebenen Informationen und entsprechenden
Steuerungsroutinen zur Steuerung des Einmessvorgangs sowie Routinen
zur Auswertung der beim Einmessen gewonnenen Abtastsignale ausgestattet
sind.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass für die Identifikation
das bereits vorhandene Koordinatenmessgerät ausreichend
ist und keine weiteren Identifikationseinrichtungen, welche elektronisch
ausgewertet werden müssten, wie z. B. ein Identifikations-Chip
oder ähnliches erforderlich sind.
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Die
Einführung des erfindungsgemäßen Identifizierungssystems
bei allen Haltern, die wahlweise für den Betrieb von Koordinatenmessgeräten eingesetzt
werden können, schafft für den Anwender, der sich
möglichst nicht mit den Details der Bestimmung von Koordinaten
und der Vorbereitung von Messungen beschäftigen möchte,
eine akzeptable Lösung.
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An
dieser Stelle soll erwähnt werden, dass das Abtasten beim
Einmessvorgang auch ein optisches Abtasten der Oberfläche
des Halters sein kann, wobei sich optisch auf die Verwendung von elektromagnetischer
Strahlung bezieht, die nicht zwingend auf den für Menschen
sichtbaren Wellenlängenbereich begrenzt ist. Bevorzugt
wird allerdings eine mechanische Abtastung, die insbesondere mit einem
Mess-Sensor erfolgen kann, der auch von dem zu identifizierenden
Halter gehalten werden kann.
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Es
ist auch möglich, andere Gegenstände in derselben
Weise wie hier für Halter beschrieben mit einem oder mehreren
Formmerkmalen auszustatten, die dann von einem Koordinatenmessgerät
erfasst werden können. Es wird in diesem Fall nicht der
Halter identifiziert sondern der andere Gegenstand, für den
dann ebenfalls zusätzliche vorgegebene Informationen vorhanden
sein können, die über den Informationsgehalt hinausgehen,
der zur Identifizierung des Gegenstandes nötig ist. Beispiele
für solche Informationen wurden oben gegeben.
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Z.
B. handelt es sich bei den anderen Gegenständen um Messobjekte,
die von einem Koordinatenmessgerät vermessen werden sollen.
Eine Möglichkeit, die Formmerkmale vorzusehen ist, das
oder die Formmerkmale, die den Gegenstand identifizieren, an einer
Transportpalette vorzusehen, auf der der zu identifizierende Gegenstand
transportiert wird oder worden ist. Das Formmerkmal ist daher in
diesem Fall lediglich über die Palette mit dem Messobjekt
verbunden. Insbesondere ist es möglich, den oben beschriebenen
Quader mit abgeschrägter oberer, ebener Oberfläche
an der Palette anzubringen. Ein Vorteil einer derartigen Identifizierung
von Messobjekten besteht darin, dass kein zusätzliches
Erkennungssystem zur Identifizierung des Messobjekts benötigt
wird. Das Koordinatenmessgerät, welches die Vermessung
durchführt, kann die Identifizierung selbständig
vornehmen. Die Identifizierung erfolgt insbesondere so, wie in dieser
Beschreibung für die Identifizierung von Haltern beschrieben
ist.
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Z.
B. kann nach Identifizierung des Messobjekts (d. h. insbesondere
des Typs von Messobjekten) automatisch eine bestimmte Messroutine
zum Vermessen des Messobjekts ausgeführt werden. Wenn dagegen
ein anderes Messobjekt identifiziert wird, wird eine andere vorgegebene
Messroutine automatisch ausgeführt.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Identifizierung
eines Messobjekts für eine Vermessung durch ein Koordinatenmessgerät
oder zur Identifizierung eines Halters zum Halten zumindest eines
Mess-Sensors für ein Koordinatenmessgerät, insbesondere
eines Tasters für ein tastendes Koordinatenmessgerät
oder eines zumindest einen Signalgeber aufweisenden Mess-Sensors,
wobei
- • das Koordinatenmessgerät
einen Identifizierungskörper, der zusätzlich zu
dem Messobjekt vorhanden ist, oder einen Teil des Halters abtastet und
aufgrund der Abtastung Abtastsignale erzeugt, die
a) einer
Form,
b) einer Orientierung in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers
oder des Halters und/oder
c) einer Position in Bezug auf andere
Teile des Identifizierungskörpers oder des Halters entsprechen,
und
- • die Abtastsignale und/oder daraus gewonnene Informationen
einerseits sowie vorgegebene Informationen andererseits dazu verwendet
werden, das Messobjekt oder den Halter zu identifizieren.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein System mit einer Mehrzahl von Haltern
zum Halten jeweils zumindest eines Mess-Sensors für ein
Koordinatenmessgerät, insbesondere eines Tasters für
ein tastendes Koordinatenmessgerät oder eines zumindest einen
Signalgeber aufweisenden Mess-Sensors, oder mit einer Mehrzahl von
Messobjekten, denen jeweils ein separater Identifizierungskörper
zugeordnet ist, wobei jeder der Halter einen Teil aufweist, der durch
Folgendes als Identifizierungsmerkmal ausgestaltet ist, oder jeder
der Identifizierungskörper durch Folgendes als Identifizierungsmerkmal
ausgestaltet ist:
- a) eine Form,
- b) eine Orientierung in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers
oder des Halters und/oder
- c) eine Position in Bezug auf andere Teile des Identifizierungskörpers
oder des Halters,
die den Identifizierungskörper
oder den Halter von anderen Identifizierungskörpern oder
Haltern des Systems unterscheidet.
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Das
System kann außerdem einen Datenspeicher aufweisen, auf
den eine Steuerungs- und/oder Auswertungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts
zugreifen kann, wobei in dem Datenspeicher für jeden der
Identifizierungskörper oder jeden der Halter Informationen über
das Identifizierungsmerkmal gespeichert sind. Bei dem Datenspeicher kann
es sich auch um einen verteilten, aus mehreren Speicherelementen
bestehenden Speicher handeln, einschließlich der Möglichkeit,
dass die Speicherelemente Teile von Speichereinrichtungen sind,
die an verschiedenen Orten angeordnet sind und z. B. über ein
Datenübertragungsnetz miteinander gekoppelt sind.
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Das
System kann außerdem Steuerinformationen aufweisen, die
ausgestaltet sind, die Steuerungseinrichtung zu veranlassen, einen
vorher anhand des Identifizierungsmerkmals identifizierten Halter
oder identifiziertes Messobjekt durch das Koordinatenmessgerät
zu vermessen. Insbesondere kann die Identifizierung des Halters
oder des Messobjekts unmittelbar die Vermessung gesteuert durch die
Steuerungseinrichtung auslösen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmessgerät mit:
- • einer Messeinrichtung zur Abtastung
von Messobjekten, wobei die Messeinrichtung ausgestaltet ist, wahlweise
mit verschiedenen Mess-Sensoren betrieben werden zu können,
die von zumindest einem Halter gehalten werden, wenn sie nicht für den
Messbetrieb benötigt werden,
- • einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Betriebes
der Messeinrichtung und einer
- • Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Abtastsignalen
der Messeinrichtung,
wobei die Steuerungseinrichtung ausgestaltet
ist, einen Messbetrieb der Messeinrichtung so zu steuern, dass die
Messeinrichtung einen Teil eines Halters für zumindest
einen der Mess-Sensoren abtastet und Abtastsignale erzeugt, die
einer Form, Position und/oder Orientierung des Halters entsprechen,
und wobei die Verarbeitungseinrichtung ausgestaltet ist, aus den
Abtastsignalen und/oder daraus gewonnenen Informationen einerseits
sowie aus vorgegebenen Informationen andererseits den Halter zu
identifizieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung
beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise und ein Magazin
zum Halten von Mess-Sensoren,
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2 einen
Identifizierungskörper oder Teil eines Halters zur Erläuterung
eines Verfahrens zur Abtastung eines Formmerkmals,
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3 den
Halter, der Teil der in 1 dargestellten Anordnung ist,
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4 einen
anderen Halter für Mess-Sensoren und
-
5 eine
Anordnung mit mehreren Haltern für jeweils einen Mess-Sensor.
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1 zeigt
ein Koordinatenmessgerät 1 in Portalbauweise.
Auf einem Messtisch 2 des Koordinatenmessgeräts 1 ist
das in X-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts 1 bewegliche
Portal 3 angeordnet. Eine Pinole 4 kann in Y-Richtung
des Koordinatensystems entlang einem Querträger 5 des
Portals bewegt werden. Ferner kann die Pinole 4 einen Messkopf 6 mit
daran montiertem Mess-Sensor 7 in Z-Richtung des Koordinatensystems
bewegen. Bei dem Mess-Sensor 7 handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel
um einen Taststift zum mechanischen Antasten von Gegenständen.
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Wie
in 1 schematisch dargestellt ist, weist das Koordinatenmessgerät 1 eine
Steuerungs- und Auswertungseinrichtung 10 auf, die beispielsweise
Teil eines handelsüblichen Computers ist, der mit Software
für den Betrieb des Koordinatenmessgeräts 1 ausgestattet
ist. Die Einrichtung 10 ist, wie durch eine gepunktete
Linie dargestellt ist, mit den beweglichen Teilen 3, 4, 5 des
Koordinatenmessgeräts 1 und den daran vorgesehenen
Messgebern verbunden, die es erlauben, die momentane Position des Mess-Sensors
(insbesondere der Tastkugel am freien Ende des Taststiftes) im Koordinatensystem
des Koordinatenmessgeräts 1 zu bestimmen.
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Ferner
zeigt 1 ein auf der Oberfläche des Messtischs 2 angeordnetes
Messobjekt, welches durch das Koordinatenmessgerät 1 vermessen
werden soll, und einen Halter 15 zum Halten von bis zu drei
Mess-Sensoren. Der Halter 15 ist ein Magazin, auf das anhand
von 3 noch näher eingegangen wird. Unter
einem Magazin wird insbesondere ein Halter verstanden, der eine
Mehrzahl von Mess-Sensoren an Orten halten kann, deren Relativpositionen festgelegt
sind. Es reicht daher aus, die Position und Orientierung von Teilbereichen
oder Teilstücken des Halters zu kennen, um die exakten
Orte für das Aufnehmen und Ablegen von Mess-Sensoren an
dem Halter z. B. mit dem Messkopf 6 anfahren zu können.
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Dagegen
können die Halter, auf die anhand von 5 noch
eingegangen wird, relativ zueinander bewegt werden oder gegen andere
Halter ausgewechselt werden. Daher werden diese einzelnen Halter
auch einzeln identifiziert.
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Das
Koordinatenmessgerät 1 kann mit verschiedenen
Haltern und Magazinen kombiniert werden. Insbesondere kann anstelle
des Halters 15 der Halter 45 gemäß 4 oder
die Anordnung von Haltern 53, 54, 55 gemäß 5 auf
dem Messtisch 2 angeordnet werden. Auch eine Positionierung
von Haltern oder Magazinen an anderer Stelle als auf dem Messtisch 2 ist
möglich. Ferner können mehrere Halter und/oder
Magazine so angeordnet werden, dass der Messkopf 6 die
Halter (d. h. die Halteplätze zum Halten von Mess-Sensoren)
anfahren kann, um die Sensoren aufzunehmen oder abzugeben. Dies
gilt auch für andere Koordinatenmessgeräte als
das in 1 dargestellte. Insbesondere können die
verschiedenen Halter und/oder Magazine ein System bilden, bei dem
jeder Halter oder jedes Magazin ein individuelles, diesen Halter
oder Magazin eindeutig kennzeichnendes geometrisches Merkmal aufweist. Durch
Ermittlung des geometrischen Merkmals kann der Halter oder das Magazin
eindeutig identifiziert werden. Beispiele für geometrische
Merkmale wurden bereits gegeben. Vorzugsweise handelt es sich bei
den geometrischen Merkmalen um Merkmale gleicher Art, wobei jedoch
zumindest ein geometrischer Parameter wie z. B. Länge,
Breite, Höhe, Neigung und/oder Orientierung eine individuelle
und innerhalb des Systems einzigartige Größe des
Halters oder Magazins ist.
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Das
geometrische Merkmal des im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels
ist die Neigung einer ebenen Oberfläche, wobei die Neigung auf
eine Ebene bezogen ist, die im Koordinatensystem des Halters definiert
ist. Im Beispiel der Halter gemäß 3 und 4 ist
diese Ebene diejenige Ebene, auf der die Füße 16, 18 bzw. 46, 48 der
Halter 15, 45 stehen, wenn der Halter 15, 45 für
den normalen Messbetrieb im Bereich eines Koordinatenmessgeräts
aufgestellt wird. Im Beispiel der 1 ist diese Ebene
mit der Ebene der oberen Oberfläche des Messtischs 2 identisch.
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2 zeigt
den oberen Endbereich eines monolithischen bzw. stabförmigen
Gegenstandes 21, der oben an einer ebenen, geneigten Oberfläche 22 endet.
Der Neigungswinkel α der Oberfläche 22 gegen
die Horizontalebene (welche durch eine mehrfach unterbrochene Linie
angedeutet ist) ist in 2 dargestellt. Ferner ist ein
Taster mit einer Tastkugel 26 und einem stiftförmigen
Schaft 27 dargestellt. Dabei handelt es sich z. B. um das
untere Ende des in 1 dargestellten Mess-Sensors 7.
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Um
die Neigung der Oberfläche 22 zu ermitteln, steuert
ein Benutzer ein Koordinatenmessgerät beispielsweise so,
dass die Tastkugel 26 in die in 2 dargestellte
Position gelangt, in eine Position senkrecht darüber oder
in eine andere Position über der Oberfläche 22.
Die genaue Position ist dabei unbedeutend. Auch die Schnittposition
der Vertikallinie durch die Oberfläche 22 und
die Mitte der Tastkugel 26 ist unerheblich, solange die
Schnittposition nicht im Randbereich der Oberfläche 22 liegt,
wo die Oberfläche 22 nicht mehr als eben bezeichnet
werden kann.
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Nachdem
der Benutzer die Tastkugel 26 in die beschriebene Position über
der Oberfläche 22 gebracht hat, beginnt der automatische
Prozess zur Bestimmung der Neigung. In einem ersten Abtastschritt wird
die Tastkugel 26 senkrecht aus der in 2 dargestellten
Position nach unten bewegt, bis sie im Abtastpunkt 28 die
Oberfläche 22 berührt. Die Koordinaten
des Abtastpunkts 28 im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
werden in an sich bekannter Weise ermittelt.
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In
einem zweiten Abtastschritt wird nun ein zweiter Abtastpunkt an
der Oberfläche 22 durch die Tastkugel 26 angetastet
und werden wiederum die Koordinaten dieses Abtastpunkts im Koordinatensystem
des Koordinatenmessgeräts ermittelt. Z. B. handelt es sich
bei dem zweiten Abtastpunkt um den Punkt 29.
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In
einem dritten Abtastschritt wird ein weiterer Abtastpunkt angetastet
und werden seine Koordinaten ermittelt. In 2 ist dargestellt,
dass auf diese Weise insbesondere vier Abtastpunkte 28, 29, 30 und 31 in
dieser Reihenfolge durch die Tastkugel 26 angetastet werden
und ihre Koordinaten in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
ermittelt werden. Dabei befinden sich die Abtastpunkte 29, 30 und 31 in
der Umgebung des Abtastpunkts 28, und sind z. B. gleichweit
von dem Abtastpunkt 28 entfernt, wobei sie auf der Kreislinie,
deren Mittelpunkt der erste Abtastpunkt 28 ist, z. B. gleichmäßig
verteilt sind, d. h. gleiche Winkelabstände haben.
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Wenn
der erste Abtastpunkt bereits zu weit am Rand der Oberfläche 22 liegt,
können automatisch geeignete andere Verfahrensweisen gewählt werden,
um zumindest drei, vorzugsweise mindestens vier Abtastpunkte an
der Oberfläche 22 zu ermitteln.
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Aus
den Koordinaten der zumindest drei Abtastpunkte kann nun in an sich
bekannter Weise die Neigung der durch die Abtastpunkte verlaufenden Ebene
in Bezug auf eine Bezugsebene des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts
berechnet werden. Diese Berechnung erfolgt insbesondere in der Einrichtung 10 gemäß 1,
die auch die Koordinaten der Abtastpunkte erfasst hat. Die Bezugsebene
ist z. B. die X-Y-Ebene, die unmittelbar an der Oberseite des Messtischs 2 verläuft.
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Vorzugsweise
wird aus den Koordinaten der Abtastpunkte außerdem die
Orientierung des Halters, dessen Bestandteil der monolithische Körper 21 ist,
im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts ermittelt.
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Außerdem
wird vorzugsweise zumindest einer der Eckpunkte, z. B. der Eckpunkt 33 der
Oberfläche 22 ermittelt, wobei die Tastkugel 26 vorzugsweise
mehrere Oberflächen punkte der an dem Eckpunkt 33 zusammenlaufenden
ebenen Oberflächen des monolithischen Körpers 21 antastet,
so dass die Koordinaten ermittelt werden. Dies erlaubt eine präzise
Berechnung der Koordinaten des Eckpunktes 33.
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Mit
den so erhaltenen Informationen und den vorgegebenen, z. B. in einem
Datenspeicher der Einrichtung 10 abgespeicherten Informationen über
die genaue Form des Halters kann nun genau ermittelt werden, wie
der Halter im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
angeordnet ist. Somit stehen sämtliche Informationen zur
Verfügung, die für die eigentliche Vermessung
von Messobjekten und für das Auswechseln von Mess-Sensoren
benötigt werden, die von dem Halter gehalten werden können. Insbesondere
können, bezogen auf das Koordinatensystem des Halters,
fertig vorgegebene Steuerungsroutinen zur Steuerung der Bewegung
des Messkopfes des Koordinatenmessgeräts in der Einrichtung 10 oder
in einem anderen Datenspeicher vorhanden sein, auf den das Koordinatenmessgerät
zugreifen kann. Diese Routinen definieren den Bewegungsablauf, der
zum Aufnehmen eines Mess-Sensors aus dem Halter und/oder zum Abgeben
eines Mess-Sensors an den Halter von dem Messkopf ausgeführt werden
müssen. Nachdem der Halter anhand des geometrischen Merkmals
identifiziert worden ist, müssen lediglich die Koordinaten
im Koordinatensystem des Halters in die Koordinaten im Koordinatensystem
des Koordinatenmessgeräts umgerechnet, d. h. transformiert
werden.
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Zur
Identifizierung des Halters, unabhängig davon, ob die zuvor
erwähnten bevorzugten Verfahrensweisen ausgeführt
werden oder nicht, wird die ermittelte Neigung der Oberfläche 22 mit
abgespeicherten Werten von Neigungen bekannter Halter verglichen.
Stimmt die Neigung mit einer der abgespeicherten Neigungen überein
(oder optional bis auf eine vorgegebene Abweichung, die etwa dem
größtmöglichen Messfehler zuzüglich
der Abweichung durch Fertigungstoleranzen und Variationen bei der Positionierung
des Halters im Bereich des Koordinatenmessgeräts entspricht, überein),
wird festgestellt, dass der Halter derjenige Halter oder Haltertyp
ist, der durch den abgespeicherten Neigungswert gekennzeichnet ist.
Nun können z. B. die diesen Halter oder Haltertyp zugeordneten
vorgegebenen Informationen genutzt werden, insbesondere zur Aufnahme und
zur Abgabe von Mess-Sensoren wie beschrieben an den Halter.
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Die
in 3 und 4 dargestellten Magazine 15, 45 weisen
jeweils einen monolithischen Körper auf, der von derselben
Art wie der Körper 21 aus 2 ist. Im
Fall des Magazins 15 ist der Körper mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet
und bildet den Fuß 16. Im Fall des Halters 45 gemäß 4 ist
der Körper mit dem Bezugszeichen 49 bezeichnet
und bildet den Fuß 46. Die Neigungswinkel der
Oberflächen 22a bzw. 22b betragen α1 bzw. α2,
z. B. α1 = 30° und α2 = 45°.
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Durch
Ermittlung der Neigung kann daher jeweils der Halter 15, 45 identifiziert
werden.
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Bei
dem Halter 15 handelt es sich um ein Magazin mit drei Plätzen 11, 12, 13 zur
Aufnahme jeweils eines Mess-Sensors. In 3 ist ein Mess-Sensor 70 in
Platz 11 und ein Mess-Sensor 71 in Platz 13 dargestellt.
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Dagegen
weist der Halter 45 vier Plätze 60, 61, 62, 63 für
jeweils einen Mess-Sensor 70, 71, 72 auf.
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Bei
den in 5 dargestellten Haltern 53, 54, 55 handelt
es sich jeweils um Halter für nur einen Mess-Sensor 70, 71.
Dabei sind die Halter an einem Gestell 57 befestigt, können
aber in horizontaler Richtung des Gestells 57 verschoben
werden und gegen andere Halter ausgewechselt werden. Jeder der Halter 53, 54, 55 ist
mit einem Identifizierungskörper 50, 51, 52 verbunden,
der von der Art des monolithischen Körpers 21 gemäß 2 ist.
Jeweils hat der Identifizierungskörper 50, 51, 52 daher
eine gegen die Ebene, welche durch die untere Oberfläche oder
obere Oberfläche der Halter 53, 54, 55 definiert ist,
geneigte Oberfläche 22c, 22d, 22e.
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Wenn
das Gestell 57 mit den daran angeordneten Haltern 53, 54, 55 im
Bewegungsbereich eines Koordinatenmessgeräts angeordnet
worden ist, wird z. B. der oben anhand von 2 beschriebene
Identifizierungsvorgang für jeden der Halter 53, 54, 55 ausgeführt.
Anders als in 5 dargestellt ist, kann auch
das Gestell mit einem Formmerkmal ausgestattet sein, beispielsweise
ebenfalls einen Identifizierungskörper mit geneigter, ebener
Oberfläche aufweisen, um auch das Gestell automatisch identifizieren
zu können.
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Um
den Mess-Sensor, der zum Abtasten der Identifizierungskörper
verwendet wird, automatisch in die Startposition zum Abtasten zu
bringen, kann die abzutastende ebene, geneigte Oberfläche
beispielsweise eine Farbe haben, die sich von den Farben der anderen
Teile des Halters und vorzugsweise auch sämtlicher anderer
Gegenstände im Messbereich des Koordinatenmessgeräts
unterscheidet. Mit einer verhältnismäßig
einfachen und unpräzisen optischen Erfassung lässt
sich daher ermitteln, an welcher Position im Koordinatensystem des
Koordinatenmessgeräts sich die abzutastende Oberfläche
befindet. Der Mess-Sensor kann dann automatisch an eine Position
als Startposition verfahren werden, die senkrecht über
der Oberfläche liegt. Die optische Erfassung wird beispielsweise über
eine Kamera durchgeführt, die von oben auf den örtlichen
Bereich gerichtet ist, in dem der Halter angeordnet wird, wobei
der Ort und Blickwinkel der Kamera im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts
bekannt ist. Durch eine automatische Auswertung der von der Kamera
aufgenommenen Bilder kann die ungefähre Position der abzutastenden
Oberfläche ermittelt werden.
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Alternativ
kann vorgegeben sein, dass ein Halter nur in einem oder einem von
mehreren vorgegebenen örtlichen Bereichen angeordnet werden darf,
wobei insbesondere der örtliche Bereich vorgegeben ist,
in dem die abzutastende Oberfläche oder allgemeiner das
durch Abtastung zu ermittelnde geometrische Merkmal anzuordnen ist.
Auch in diesem Fall kann die Abtastung des geometrischen Merkmals
automatisch, ohne Aktionen eines Benutzers begonnen werden.
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1 kann
alternativ auch so interpretiert werden, dass Bezugszeichen 2 eine
Palette bezeichnet, auf der das Messobjekt 17 angeordnet
ist. Der monolithische Körper 19 mit dem Formmerkmal
dient in diesem Fall der Identifizierung des Messobjekts 17,
bzw. desser Typs, um eine Messroutine zu starten, die das Koordinatenmessgerät
nach der Identifizierung abarbeitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 93/09398 [0006, 0006]
- - DE 3922296 [0006]