DE10214489A1

DE10214489A1 - Guidance error determination method, for use with metrology or coordinate measurement instruments, whereby guidance errors are related to a particular factor and determined as a function of the factor using finite element analysis

Info

Publication number: DE10214489A1
Application number: DE2002114489
Authority: DE
Inventors: Ernst Stampp; Guenter Grupp; Otto Boucky; Werner Leitenberger
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Method for determination of guidance errors in a coordinate measurement instrument (10) with a moving measurement head and guidance means for the measurement head together with scales for identification of the coordinates of the measurement head, whereby the guidance errors are assigned to a particular factor. The guidance errors are then determined as a function of the factors using finite element calculations. The invention also relates to a corresponding analysis instrument and a coordinate measurement instrument.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Führungsfehlern bei einem Koordinatenmeßgerät mit einem beweglichen Meßkopf und mit Mitteln zur beweglichen Führung des Meßkopfes und mit Skalen zur Identifizierung der Koordinaten des Meßkopfes, wobei die Führungsfehler zu vorbestimmten Werten der Skalen bestimmt werden. The invention relates to a method for determining Guide errors in a coordinate measuring machine with a movable measuring head and with means for movable guidance of the Measuring head and with scales to identify the coordinates of the Measuring head, wherein the guide errors to predetermined values of the Scales can be determined.

Unter einem Führungsfehler versteht man eine Abweichung der Ist-Koordinaten des Meßkopfes von den Koordinaten, die in dieser Stellung von der Skalen geliefert werden. Dabei werden die Ist-Koordinaten von den Stellungen der Führungen bestimmt. A management error is a deviation of the Actual coordinates of the measuring head from the coordinates given in this position are delivered by the scales. The Actual coordinates are determined by the positions of the guides.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes mit einem beweglichen Meßkopf und mit Mitteln zur beweglichen Führung des Meßkopfes und mit Skalen zur Identifizierung der Koordinaten des Meßkopfes. The invention further relates to a method for correcting Guide errors in the operation of a coordinate measuring machine a movable measuring head and with means for movable guidance of the measuring head and with scales to identify the Coordinates of the measuring head.

Weiter betrifft die Erfindung ein Auswertegerät für ein Koordinatenmeßgerät, wobei das Auswertegerät das oben genannte Verfahren zur Korrektur von Führungsfehlern ausführt, und die Erfindung richtet sich auch auf ein Koordinatenmeßgerät mit einem solchen Auswertegerät. The invention further relates to an evaluation device for a Coordinate measuring device, wherein the evaluation device does the above Procedures for correcting management errors, and the The invention is also directed to a coordinate measuring machine with a such evaluation device.

Ein Verfahren zur Bestimmung von Führungsfehlern, ein Verfahren zur Korrektur von Führungsfehlern, eine Auswertevorrichtung und ein Koordinatenmeßgerät der jeweils eingangs genannten Art sind aus der DE 33 34 460 A1 bekannt. A method of determining leadership errors, a method for the correction of guide errors, an evaluation device and are a coordinate measuring machine of the type mentioned in the introduction known from DE 33 34 460 A1.

Nach dieser Schrift wird der Verschiebeweg eines Meßkopfes eines Koordinatenmeßgerätes interferometrisch erfaßt. Der interferometrisch erfaßte Wert wird durch eine Auswertevorrichtung mit Werten für den Verschiebeweg verglichen, die von einer Skalierung, beispielsweise einer optisch und/oder elektrisch abtastbaren Folge mechanischer Markierungen, geliefert werden. Führungsfehler werden als Differenzen zwischen den von den Skalen gelieferten und den durch die interferometrische Erfassung bereitgestellten Werten bestimmt, gespeichert und im Betrieb des Koordinatenmeßgerätes durch ein zugehöriges Auswertegerät zur Korrektur der von den Skalen gelieferten Werte verwendet. According to this document, the displacement path of a measuring head a coordinate measuring machine interferometrically detected. The Interferometric value is determined by an evaluation device compared to values for the displacement, which are from a Scaling, for example optically and / or electrically traceable sequence of mechanical markings. Management errors are considered differences between those of the Scales delivered and that by the interferometric detection provided values determined, stored and in operation of the coordinate measuring machine by an associated evaluation device used to correct the values provided by the scales.

Bei ideal steifen Führungen können solche Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Positionen durch geometrische Fehler der Führungen und/oder der Skalen bedingt sein. Zum Beispiel kann eine Führung, die eine Translation des Meßkopfes führt, eine fertigungsbedingte Welligkeit aufweisen, was Querabweichungen der Meßkopfposition relativ zur Richtung der Translation zur Folge hat. With ideally rigid guides, such deviations can occur between Target and actual positions due to geometric errors in the Guides and / or the scales may be conditional. For example, one Guide that leads a translation of the measuring head, a production-related ripple, which cross deviations of the Head position relative to the direction of translation Has.

Zur Korrektur dieser Fehler wird beispielsweise längs jeder Achse des Koordinatenmeßgerätes eine einzelne Meßlinie (Standardlinie) definiert, zu der interferometrisch Korrekturwerte bestimmt werden (Standardverfahren). Korrekturwerte zu Punkten, die abseits der Standard-Meßlinien im Meßvolumen liegen, ergeben sich bei steifen Führungen durch rechnerische Interpolation auf der Basis von gemessenen Korrekturwerten der einzelnen Standard-Meßlinien. To correct these errors, for example, along each Axis of the coordinate measuring machine a single measuring line (Standard line) defined to the interferometric Correction values are determined (standard procedure). Correction values too Points that are outside the standard measuring lines in the measuring volume lie, stiff guides result from arithmetic Interpolation on the basis of measured correction values of the individual standard measuring lines.

Reale Koordinatenmeßgeräte besitzen jedoch Führungen, die nicht ideal steif sind. Reale Führungen weisen eine Elastizität auf, die durch die verwendeten Werkstoffe und Strukturen bestimmt wird. Aufgrund dieser Elastizität kommt es zu Verformungen des Koordinatenmeßgerätes, die sich als Abweichungen zwischen den Ist-Koordinaten und den von den elastisch verformten Skalen gelieferten Koordinaten und damit als Fehler bemerkbar machen. Bei einem Meßkopf, der am Ende eines quer zur Schwerkraftrichtung ausfahrbaren Meßarms angebracht ist, wird beispielsweise eine Durchbiegung des Meßarms auftreten, die mit zunehmender Ausfahrlänge wächst. Eine solche Durchbiegung verursacht einen elastisch bedingten Positionsfehler des Meßkopfes in der Richtung der Durchbiegung. Der vorstehend beschriebene elastisch bedingte Fehler stellt ein Beispiel für einen unerwünschten Einfluß der Meßkopfposition auf das Meßergebnis dar. Weitere unerwünschte Einflüsse können aus variablen Werkstückgewichten und wechselnden Temperaturen des Koordinatenmeßgerätes resultieren. Real coordinate measuring machines, however, have guides that are not are ideally rigid. Real guides have elasticity, determined by the materials and structures used becomes. This elasticity leads to deformation of the Coordinate measuring device, which can be seen as deviations between the Actual coordinates and the elastic deformed scales provided coordinates and thus make them noticeable as errors. In the case of a measuring head which is at the end of a cross to Extendable measuring arm is attached, for example a deflection of the measuring arm occur with increasing Extension length grows. Such deflection causes you elastic position error of the measuring head in the Direction of deflection. The elastic described above conditional error represents an example of an undesirable Influence of the measuring head position on the measurement result. Others undesirable influences can result from variable workpiece weights and changing temperatures of the coordinate measuring machine result.

Derartige unerwünschte Einflüsse überlagern sich den geometrisch bedingten Führungsfehlern. Dabei ist problematisch, daß die weiteren unerwünschten Einflüsse und die geometrisch bedingten Fehler im allgemeinen ein verschiedenes Verhalten aufweisen, wenn beispielsweise ihre Richtungsabhängigkeit oder ihr Änderungsverhalten betrachtet wird. So ändern sich beispielsweise elastisch bedingte Einflüsse oder Fehler relativ langwellig, das heißt langsam und stetig längs einer Raumrichtung, während die geometrischen Fehler auch einen sich kurzwellig, das heißt vergleichsweise schnell ändernden und nicht-stetigen Verlauf zeigen können. Das oben beschriebene Standardverfahren ist auf die Korrektur geometrisch bedingter Fehler gerichtet und daher im allgemeinen nicht optimal zur Korrektur anderer Einflüsse mit abweichendem Verhalten geeignet. Eine Steigerung der Genauigkeit von Koordinatenmeßgeräten erfordert jedoch auch eine Korrektur der genannten anderen Einflüsse. Such undesirable influences overlap the geometrically caused management errors. It is problematic that the other undesirable influences and the geometrical conditional errors generally behave differently if, for example, their directional dependence or their Change behavior is considered. So change for example, elastic influences or errors relative long-wave, that is, slowly and steadily along a spatial direction, while the geometric errors are also shortwave, that means comparatively fast changing and discontinuous Can show history. The standard procedure described above is aimed at correcting geometrically caused errors and therefore generally not optimal for correcting others Influences with different behavior are suitable. An improvement However, the accuracy of coordinate measuring machines is required also a correction of the other influences mentioned.

Aus der DE 195 18 268 A1 ist ein Verfahren zur Koordinatenmessung an Werkstücken bekannt, bei dem das elastische Biegeverhalten von Koordinatenmeßgeräten durch eine Deformationsmatrix nachgebildet wird. Dieses bekannte Verfahren liefert eine gute Korrekturqualität, erfordert aber einen hohen Meß- und Rechenaufwand zur Bestimmung der Koeffizienten der Deformationsmatrix. Außerdem bleiben damit bspw. Temperatureinflüsse unberücksichtigt. DE 195 18 268 A1 describes a method for Coordinate measurement on workpieces known, in which the elastic Bending behavior of coordinate measuring machines through a deformation matrix is reproduced. This known method gives a good one Correction quality, but requires a high measurement and Computational effort to determine the coefficients of the Deformation matrix. In addition, temperature influences remain unconsidered.

Aus der DE 100 06 753 A1 ist eine Dreh-Schwenkeinrichtung für den Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes bekannt. Der Korrektureinrichtung sind Korrekturwerte zugeordnet, mit denen Fehler aufgrund elastischer Verformungen bei der Messung korrigiert werden. Zur Verbesserung der Meßergebnisse wird ein mathematisches Modell verwendet, das mindestens ein finites Element umfaßt. Das (einzelne) theoretisch gedachte finite Element verbindet mehrere mechanische Elemente. Die unbekannten Parameter des finiten Elementes werden durch eine Vielzahl von Messungen und eine Einpassung mittels der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. DE 100 06 753 A1 describes a rotary swivel device for the probe of a coordinate measuring machine is known. The Correction devices are assigned correction values with which errors corrected due to elastic deformation during measurement become. To improve the measurement results, a mathematical model that uses at least one finite element includes. The (individual) finite element theoretically conceived connects several mechanical elements. The unknown parameters of the finite element are determined by a large number of measurements and a least squares fit certainly.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine qualitativ hochwertige Korrektur auch von Meßfehlern, die durch weitere Einflüsse wie elastische Verformungen der Meßapparatur und/oder Änderungen der Temperatur des Koordinatenmeßgerätes bedingt sind, zu ermöglichen. Dabei soll insbesondere der erforderliche Meßaufwand in Grenzen gehalten werden, um eine Verwendung der erfindungsgemäßen Korrektur im Rahmen einer industriellen Fertigung von Koordinatenmeßgeräten zu ermöglichen. Against this background, the object of the invention is a high quality correction of measurement errors that through other influences such as elastic deformations of the Measuring apparatus and / or changes in the temperature of the Coordinate measuring device are necessary to enable. In particular, it should the necessary measurement effort can be kept within limits a use of the correction according to the invention in the context of a industrial manufacture of coordinate measuring machines enable.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Bestimmung von Führungsfehlern der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß vorbestimmten Führungsfehlern wenigstens eine Einflußgröße zugeordnet wird und daß diese Führungsfehler als Funktion der Einflußgröße durch Finite-Element-Berechnungen (FEM- Berechnungen) zumindest mitbestimmt werden. This task is performed in a method for determining Guide errors of the type mentioned solved in that predetermined guide errors at least one influencing variable is assigned and that these management errors as a function of Influencing variable through finite element calculations (FEM- Calculations) are at least co-determined.

Mit dieser Lösung ist der Vorteil verbunden, daß die aus der FEM-Berechnung bestimmten Werte nur klare physikalische Zusammenhänge reflektieren und im Gegensatz zu messtechnischen Lösungen nicht von Störungen überlagert werden. This solution has the advantage that the from FEM calculation certain values only clear physical Reflect on relationships and in contrast to metrological ones Solutions are not overlaid by interference.

Mit Blick auf ein Verfahren zur Korrektur von Führungsfehlern der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Korrektur von Führungsfehlern auf Daten basiert, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Führungsfehlern gewonnen wurden. With a view to a procedure for correcting management errors of the type mentioned above, this object is achieved that the correction of management errors is based on data that according to the inventive method for determining Leadership errors were won.

Damit übertragen sich die aus der erfindungsgemäßen Bestimmung von Korrekturfehlern resultierenden Vorteile auch auf deren Korrektur. This transfers the provisions from the determination according to the invention advantages resulting from correction errors also on their Correction.

Mit Bezug auf ein Auswertegerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst, indem das Auswertegerät von der Skalierung des Koordinatenmeßgerätes gelieferte Daten mit Korrekturwerten korrigiert, die auf Daten basieren, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Führungsfehlern gewonnen wurden. With reference to an evaluation device of the type mentioned at the beginning solved this task by the evaluation device from the Scaling the coordinate measuring machine with the data supplied Corrected correction values based on data compiled according to the Method according to the invention for determining guide errors won.

Mit Blick auf ein Koordinatenmeßgerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Auswertegeräts gelöst. With a view to a coordinate measuring machine of the aforementioned Art does this task by using a solved evaluation device according to the invention.

FEM-Berechnungen zum Deformationsverhalten von allgemeinen maschinenbaulichen Strukturen sind aus Lehrbüchern bekannt. Die vorliegende Anmeldung richtet sich daher weniger auf eine FEM- Berechnung als solche, sondern speziell auf die Verwendung von FEM-Berechnungen zur Bestimmung und Korrektur von Führungsfehlern bei Koordinatenmeßgeräten. FEM calculations on the deformation behavior of general mechanical engineering structures are known from textbooks. The The present application is therefore less directed towards an FEM Calculation as such, but specifically on the use of FEM calculations for the determination and correction of Guiding errors in coordinate measuring machines.

Insbesondere bei der oben genannten DE 100 06 753 A1 handelt es sich nicht um eine FEM-Berechnung im herkömmlichen Sinne, bei der die zu berechnende Struktur in eine Unzahl (gegebenenfalls Millionen) von finiten Elementen zerlegt wird, um den Aufbau der Struktur zu modellieren. This is particularly the case with the above-mentioned DE 100 06 753 A1 is not an FEM calculation in the conventional sense which the structure to be calculated into a number (if necessary Millions) of finite elements is broken down to build to model the structure.

Bei einer FEM-Berechnung, wie sie dem Anmeldungsgegenstand zugrundeliegt, ergeben sich die gewünschten Parameter nicht durch Messung und Einpassung, sondern allein aus den physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise dem Elastizitätsmodul. With an FEM calculation, as the subject of the application underlying, the desired parameters do not result from Measurement and fitting, but solely from the physical Properties such as the modulus of elasticity.

Bei Koordinatenmeßgeräten wird eine sehr hohe Genauigkeit gefordert (zum Beispiel 0,1 Mikrometer und 0,1 Winkelsekunden). Wenn diese hohe Genauigkeit allein durch die FEM-Berechnungen gewährleistet werden soll, ist ein sehr gut passendes FEM- Modell des Koordinatenmeßgerätes erforderlich, das die tatsächlichen Verhältnisse treffend beschreibt. Möglicherweise hat man wegen eines gewissen Gegensatzes zwischen der hohen geforderten Genauigkeit und der bei FEM-Berechnungen mit beschränktem Modell-Formulierungsaufwand nicht garantierten Genauigkeit nicht an eine FEM-gestützte Bestimmung und Korrektur vom Führungsfehlern bei Koordinatenmeßgeräten gedacht. Die Erfinder haben jedoch erkannt, daß die geforderte Genauigkeit prinzipiell auch mit FEM-Berechnungen erreichbar ist und daß die damit erzielten Vorteile auch einen erhöhten Aufwand bei der Formulierung des FEM-Modells rechtfertigen. With coordinate measuring machines there is a very high accuracy required (for example 0.1 micron and 0.1 arc second). If this high accuracy alone through the FEM calculations is to be guaranteed, a very well fitting FEM Model of the coordinate measuring machine required that the aptly describes actual circumstances. You may have because of some contrast between the high demanded Accuracy and that in FEM calculations with limited Model formulation effort does not guarantee accuracy to an FEM-based determination and correction from Guidance errors in coordinate measuring machines thought. The inventors have however recognized that the required accuracy in principle can be achieved with FEM calculations and that the results achieved Advantages also an increased effort in the formulation of the Justify FEM model.

Die geforderte Genauigkeit läßt sich vorteilhafterweise jedoch auch mit einem verringerten Modellierungsaufwand erzielen, wenn sich die FEM-Berechnungen auf relative Änderungen zu einem bekannten Zustand beziehen. Ein bekannter Zustand kann dabei beispielsweise durch die oben angegebene Standardabnahme definiert werden. However, the required accuracy can be advantageously also achieve with a reduced modeling effort, if the FEM calculations relate to relative changes to one known state. A known condition can defined, for example, by the standard acceptance specified above become.

Vor diesem Hintergrund sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Führungsfehlern vor, daß die Mitbestimmung auf FEM-gestützten Berechnungen von Veränderungen der vorbestimmten Führungsfehler basiert, wobei die Veränderung der Führungsfehler eine Funktion von Änderungen der Einflußgröße darstellt. Against this background, an embodiment of the inventive method for determining management errors before that participation on FEM-based calculations by Based on changes in predetermined management errors, the Change in leadership mistakes a function of changes in Represents influencing variable.

Dies ist vorteilhaft, weil Änderungen gegenüber einem bekannten oder als bekannt angenommenen Ausgangszustand besonders genau durch FEM-Berechnungen modellierbar sind. This is advantageous because of changes from a known one or particularly accurate as the known initial state can be modeled by FEM calculations.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden die FEM-Berechnungen als für eine Vielzahl vergleichbarer Koordinatenmeßgeräte einer Baureihe als gültig gewertet. According to a further embodiment, the FEM calculations than one for a large number of comparable coordinate measuring machines Series evaluated as valid.

Diese vorteilhafte Möglichkeit resultiert aus der Eigenschaft von Finite-Elemente-Berechnungen, nur klare physikalische Zusammenhänge zu modellieren und keine zufälligen Exemplarstreuungen abzubilden. Die Berechnungen müssen daher nur einmal für einen bestimmten Typ eines Koordinatenmeßgerätes durchgeführt werden. This advantageous possibility results from the property of finite element calculations, only clear physical ones Model relationships and not random ones To show sample variations. The calculations therefore only have to be done once for performed a certain type of coordinate measuring machine become.

Die auf diese Weise gewonnenen Daten für eine elastische Korrektur, bzw. für den zu korrigierenden elastisch-bedingten Fehler, sind daher unabhängig von den geometrische Führungsfehlern von Einzelgeräten und können für einen Koordinatenmeßgeräte-Typ entweder konstant gehalten werden oder durch einfache Messungen angepaßt werden, wobei eine aufwendige vollständige Vermessung von Einzelgeräten entfallen kann. The data obtained in this way for an elastic Correction, or for the elastic-conditioned to be corrected Errors are therefore independent of the geometrical guiding errors of individual devices and can be used for a coordinate measuring machine type either kept constant or by simple measurements be adapted, with a complex complete survey of individual devices can be omitted.

Ist ein FEM-Modell vorhanden, lassen sich die Auswirkungen von konstruktiven Änderungen kostensparend vorhersagen. If an FEM model is available, the effects of predict constructive changes to save costs.

Bei Änderungen an den Konstruktions-Parametern des Koordinatenmeßgeräts, beispielsweise bei einer Änderung der Dicke einer Grundplatte, lassen sich daraus resultierende Änderungen der Führungsfehler durch eine erneute Finite-Elemente-Berechnung ohne aufwendige Messungen generieren. Die Ergebnisse können dann vorteilhafterweise ohne weiteren Berechnungsaufwand auf eine Vielzahl von Koordinatenmeßgeräten dieses Typs übertragen werden. When changing the construction parameters of the Coordinate measuring device, for example when changing the thickness of a Base plate, resulting changes in the Leadership errors due to a new finite element calculation Generate without complex measurements. The results can then advantageously without further calculation effort transmit a variety of coordinate measuring machines of this type become.

Als weiterer Vorteil ist zu sehen, daß die aus FEM-Berechnungen bestimmten Führungsfehler nur langperiodische Anteile enthalten und deshalb vorteilhafterweise durch Filter bekannter Art geglättet werden können. Another advantage is that the FEM calculations Certain management errors only contain long-term components and therefore advantageously by known filters can be smoothed.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß Veränderungen der vorbestimmten Führungsfehler auf wenigstens einen Bezugs- Führungsfehlerwert bezogen werden. A further embodiment provides that changes in the predetermined guide errors to at least one reference Leadership error value can be obtained.

Dies erlaubt vorteilhafterweise die Bestimmung von Absolutwerten für Führungsfehler, wobei der Bezugsfehlerwert gewissermaßen einen Absolutwert als Basiswert liefert, der durch relative Änderungen, die aus der FEM-Berechnung resultieren, ergänzt wird. This advantageously allows the determination of Absolute values for management errors, the reference error value provides an absolute value as a base value, as it were, by relative Changes resulting from the FEM calculation added becomes.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein gemessener Führungsfehlerwert als Bezugs-Führungsfehlerwert verwendet. According to a further embodiment, a measured Leading error value is used as the reference leading error value.

Damit ist der besondere Vorteil verbunden, die Ergebnisse der FEM-Berechnung gewissermaßen mit einer einzelnen Messung oder mit wenigen Messungen an ein individuelles Koordinatenmeßgerät anpassen zu können. This is associated with the particular advantage of the results of FEM calculation to a certain extent with a single measurement or with a few measurements on an individual coordinate measuring machine to be able to adapt.

Bei jedem einzelnen Gerät einer Serie müssen Führungsfehler damit nur noch im Rahmen einer Standardabnahme ermittelt werden. Fehler aus elastischen Verformungen müssen dagegen nicht für jedes einzelne Koordinatenmeßgerät neu bestimmt werden. Every single device in a series must have guiding errors so it can only be determined as part of a standard acceptance test. However, errors from elastic deformations do not have to every single coordinate measuring machine can be determined anew.

Auf diese Weise erlaubt die Erfindung eine Korrektur auch elastisch bedingter Führungsfehler mit einem geringen Aufwand, der, wenn man ein Einzelgerät betrachtet, nicht über den bisher bereits betriebenen Aufwand für die Aufnahme der Standardlinien hinausgeht. In this way, the invention also allows a correction resilient guiding errors with little effort, that, if you look at a single device, not above that Already spent effort for the inclusion of the standard lines goes.

Nach einer weiteren Ausgestaltung wird der Bezugs- Führungsfehlerwert an wenigstens einem vorbestimmten Punkt innerhalb des Meßvolumens des Koordinatenmeßgerätes gemessen. According to a further embodiment, the reference Guide error value at at least one predetermined point measured within the measuring volume of the coordinate measuring machine.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der wenigstens eine gemessene Bezugs-Führungsfehlerwert jeweils individuell für ein individuelles Koordinatenmeßgerät gemessen wird. A further embodiment provides that the at least one measured reference guide error value individually for each individual coordinate measuring machine is measured.

Auf diese Weise werden die Ergebnisse der FEM-Berechnungen, die relative Einflüsse reflektieren, die nicht geräteindividuell sind, mit wenigstens einem individuell gemessenen Bezugsfehlerwert an die individuellen Bedingungen eines Einzelgeräts angepaßt. In this way, the results of the FEM calculations that reflect relative influences that are not device-specific are, with at least one individually measured Reference error value to the individual conditions of a single device customized.

Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß Bezugs-Führungsfehlerwerte längs wenigstens einer vorbestimmten Meßlinie gemessen werden, die einem vorbestimmten Wert der Einflußgröße zugeordnet ist. A further embodiment is characterized in that Reference guidance error values along at least one predetermined one Measuring line can be measured, the predetermined value of the Influencing variable is assigned.

Die Meßlinie ist vorteilhafterweise so definiert, daß sie die Erfassung geometrischer Führungsfehler erlaubt. Geometrische Führungsfehler sind in der Regel von Gerät zu Gerät verschieden. Die an sich bekannte, weiter oben auch als Standardverfahren bezeichnete Erfassung geometrischer Führungsfehler längs vorbestimmter Meßlinien erlaubt im Rahmen der Erfindung eine Verknüpfung der individuellen, durch Messung erfaßten Eigenschaften von Koordinatenmeßgeräten mit den für die ganze Baureihe berechneten Eigenschaften. Im Ergebnis führt dies zu einem sehr günstigen Verhältnis zwischen Meßaufwand und Berechnungsaufwand auf der einen Seite und der erreichbaren Steigerung der Genauigkeit auf der anderen Seite, wenn eine größere Zahl von Geräten betrachtet wird. The measuring line is advantageously defined so that it Detection of geometric guide errors allowed. geometric Management errors are usually from device to device different. The well known, above also as The standard method is the longitudinal detection of geometric guide errors predetermined measuring lines allows a within the scope of the invention Linking the individual, measured by measurement Properties of coordinate measuring machines with those for the whole Series calculated properties. As a result, this leads to a very favorable ratio between measuring effort and Calculation effort on the one hand and the achievable Increase accuracy on the other hand if larger Number of devices is considered.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist parallel zu der wenigstens einen Meßlinie wenigstens eine Koordinatenlinie definiert, die einem bestimmten Wert der Einflußgröße zugeordnet ist, wobei Änderungen der Führungsfehler gegenüber einem Bezugs-Führungsfehlerwert als Funktion des vorbestimmten Wertes der Einflußgröße und der Koordinaten dieser Koordinatenlinie berechnet werden. According to a further embodiment, is parallel to the at least one measuring line at least one coordinate line defined that assigned a certain value of the influencing variable is, with changes in leadership errors versus one Reference guidance error value as a function of the predetermined value the influence size and the coordinates of this coordinate line be calculated.

Die aus der FEM-Berechnung generierten Führungsfehleränderungen längs der Koordinatenlinie zeichnen sich durch einen besonders glatten, nicht durch Störungen überlagerten Verlauf aus. Durch die Zuordnung der Linien zu bestimmten Werten einer Einflußgröße und durch die zu einer Meßlinie parallele Anordnung der Koordinatenlinien lassen sich Änderungen der längs der Meßlinie erfaßten Absolutwerte durch Änderungen der Einflußgröße besonders genau und effektiv nachbilden und zu Absolutwerten umrechnen, die bei bestimmten, abseits der Meßlinie liegenden Koordinaten gültig sind. The guide error changes generated from the FEM calculation are characterized by a special along the coordinate line smooth course, not overlaid by interference. By the assignment of the lines to specific values of a Influencing variable and by the arrangement of the parallel to a measuring line Coordinate lines can be changed along the measurement line recorded absolute values by changing the influencing variable reproduce particularly precisely and effectively and to absolute values convert that at certain off the measuring line Coordinates are valid.

Nach einer weiteren Ausgestaltung werden in einem Datenspeicher eines Auswertegeräts des Koordinatenmeßgeräts Daten gespeichert, die wenigstens einen gemessenen Bezugs-Führungsfehlerwert repräsentieren und es werden weitere Daten gespeichert, die die als Funktion des vorbestimmten Wertes der Einflußgröße bestimmten Änderungen der Führungsfehler repräsentieren. According to a further embodiment, data is stored in a an evaluation device of the coordinate measuring machine data saved the at least one measured Represent reference guide error value and there will be more data stored as a function of the predetermined value of the Influencing factors determined changes in management errors represent.

Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr genaue Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes auf der Basis der erfindungsgemäß bestimmten Werte. This configuration enables a very precise correction of Management errors in the operation of a coordinate measuring machine on the Basis of the values determined according to the invention.

Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich durch die Position des Meßkopfes als Einflußgröße aus. A further embodiment is characterized by the position of the Measuring head as an influencing variable.

Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, weil sich elastische Deformationen des Koordinatenmeßgerätes, die elastisch bedingte Änderungen von Führungsfehlern zur Folge haben und die aus Änderungen der Position des Meßkopfes resultieren, besonders gut und genau durch FEM-Berechnungen nachbilden lassen. This embodiment is particularly advantageous because elastic deformations of the coordinate measuring machine, the elastic result in changes in management errors and the result from changes in the position of the measuring head, have it reproduced particularly well and precisely using FEM calculations.

Dies gilt analog für die folgende ergänzende oder alternative Ausgestaltung, nach der die Gewichtskraft des zu vermessenden Werkstückes als Einflußgröße verwendet wird. This applies analogously to the following additional or alternative Design according to which the weight of the object to be measured Workpiece is used as an influencing variable.

Häufig ist bei Koordinatenmeßgeräten der Träger für das Werkstück nicht von der Führung für die bewegten Teile, zum Beispiel dem Meßkopf, entkoppelt, sondern mit der Führung in einer Grundplatte vereint. Obwohl diese Grundplatte in der Regel sehr steif aufgebaut ist, verbiegt sie sich je nach Werkstückgewicht unterschiedlich. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diese Biegung rechnerisch berücksichtigt werden. Dadurch kann die Grundplatte auch dünner und damit weniger steif ausgeführt werden, was die Herstellkosten verringert. In coordinate measuring machines, the carrier for this is often Workpiece not from the guide for the moving parts to Example the measuring head, decoupled, but with the guide in one Base plate united. Although this base plate is usually very is rigid, it bends depending on the weight of the workpiece differently. When using the method according to the invention this bend can be taken into account mathematically. Thereby the base plate can also be thinner and therefore less rigid are carried out, which reduces the manufacturing costs.

Für ein bestimmtes Werkstückgewicht können die Führungsfehlerabweichungen aus der FEM-Berechnung bestimmt werden. Für die Korrektur wird dann das aktuelle Werkstückgewicht benötigt. Dies ist in der Regel bekannt. For a specific workpiece weight, the Leading error deviations can be determined from the FEM calculation. For the The current workpiece weight is then required for correction. This is usually known.

In einem Ausführungsbeispiel einer solchen Ausgestaltung erfolgt eine Messung der Gewichtskraft bei unbekanntem Werkstückgewicht durch Kraftsensoren in Auflagerpunkten des Koordinatenmeßgerätes. In one embodiment of such an embodiment the weight is measured when the weight is unknown Workpiece weight by force sensors in support points of the Coordinate.

Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch eine einfache Realisierbarkeit aus, da die Grundplatte eines Koordinatenmeßgerätes in der Regel auf definierten Auflagerpunkten liegt, so daß dort angeordnete Kraftsensoren reproduzierbare Ergebnisse liefern. This embodiment is characterized by a simple Feasibility because the base plate is a Coordinate measuring device is usually on defined support points, so that force sensors arranged there reproducible results deliver.

Alternativ dazu kann eine Messung der Gewichtskraft durch Erfassung von Verformungen des Koordinatenmeßgerätes mit Dehnungsmeßstreifen erfolgen. Alternatively, the weight can be measured by Detection of deformations of the coordinate measuring machine with Strain gauges are made.

Diese Alternative besitzt den Vorteil, daß sie ohne konstruktive Änderungen eines Koordinatenmeßgerätes verwendet werden kann, da Dehnungsmeßstreifen beispielsweise auf der Grundplatte eines Koordinatenmeßgerätes befestigt werden können. This alternative has the advantage that it is without constructive changes to a coordinate measuring machine can be used can, because strain gauges, for example, on the base plate a coordinate measuring machine can be attached.

Nach einer weiteren Ausgestaltung stellt die Temperatur des Koordinatenmeßgerätes eine Einflußgröße dar. According to a further embodiment, the temperature of the Coordinate measuring device is an influencing variable.

Als Beispiel sei die temperaturbedingte Verformung einer Grundplatte erwähnt, die beispielsweise bei Temperaturdifferenzen zwischen Oberseite und Unterseite zu einer Verformung führt. Auch dieser Einfluß läßt sich, da er lineare Längenänderungen bewirkt, besonders einfach und genau durch FEM-Berechnungen nachbilden. An example is the temperature-related deformation of a Base plate mentioned, for example, in the case of temperature differences between top and bottom leads to deformation. This influence can also be seen because it changes linear length caused, particularly easily and precisely by FEM calculations replicate.

In einem Ausführungsbeispiel wird der Temperaturunterschied zwischen wenigstens zwei Punkten des Koordinatenmeßgerätes bestimmt. In one embodiment, the temperature difference between at least two points of the coordinate measuring machine certainly.

Auch hier gilt, daß auf Änderungen der Einflußgröße gestützte Berechnungen besonders genau sind, weil Absolutwerteinflüsse gegebenenfalls durch Differenzbildung elimiert werden können. The same applies here as well, based on changes in the influencing variable Calculations are particularly accurate because of absolute value influences if necessary, can be eliminated by forming a difference.

Dabei kann die Temperatur-Bestimmung durch Messung im Koordinatenmeßgerät erfolgen, was vorteilhafterweise eine genaue Festlegung der Eingangsgrößen für die Berechnung ermöglicht. The temperature can be determined by measuring in Coordinate measuring device take place, which is advantageously an accurate Determination of the input variables for the calculation enables.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes basiert die Korrektur von Führungsfehlern auf Daten, die gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen bestimmt wurden. According to an embodiment of the inventive method for Correction of management errors in the operation of a Coordinate measuring machine, the correction of guide errors is based on data, that according to one of the configurations described above were determined.

Dadurch übertragen sich die in Verbindung mit der Bestimmung von Führungsfehlern erzielten Vorteile auf die Korrektur dieser Führungsfehler im Betrieb des Koordinatenmeßgerätes. This transfers them in connection with the determination advantages achieved by management errors on the correction of these Management error in the operation of the coordinate measuring machine.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes zeichnet sich dadurch aus, daß die Korrektur von Führungsfehlern auf Daten für Änderungen der Führungsfehler gegenüber einem Bezugs-Führungsfehlerwert basiert, die als Funktion des vorbestimmten Wertes der Einflußgröße und der Koordinaten einer definierten Koordinatenlinie basiert, die parallel zu einer Meßlinie verläuft, die einem bestimmten Wert einer Einflußgröße zugeordnet ist und für die zugehörige Bezugs-Fehlerwerte durch Messung bestimmt werden. Another embodiment of the inventive method for Correction of management errors in the operation of a Coordinate measuring device is characterized in that the correction of Management errors on data for changes in management errors based on a reference guide error value, which is a function the predetermined value of the influencing variable and the coordinates is based on a defined coordinate line that is parallel to a measuring line that runs a certain value Influencing variable is assigned and for the associated reference error values can be determined by measurement.

Auch hier gilt, daß die Ergebnisse der Finite-Elemente- Berechnungen, die relative Einflüsse reflektieren, die nicht individuell für ein Einzelgerät gelten, mit wenigstens einem individuell gemessenen Bezugsfehlerwert an die individuellen Bedingungen eines Einzelgeräts angepaßt werden. Dadurch erfolgt eine Verknüpfung der individuell erfaßten Eigenschaften von Koordinatenmeßgeräten mit den für die ganze Baureihe berechneten Eigenschaften. Durch die Zuordnung der Linien zu bestimmten Werten einer Einflußgröße und die zu einer Meßlinie parallele Anordnung lassen sich Änderungen der längs der Meßlinie erfaßten Absolutwerte durch Änderungen der Einflußgröße besonders genau und effektiv nachbilden und zu gültigen Absolutwerten an bestimmten, abseits der Meßlinie liegenden Koordinaten umrechnen. Again, the results of the finite element Calculations that reflect relative influences that don't apply individually to a single device, with at least one individually measured reference error value to the individual Conditions of a single device can be adjusted. This is done a link between the individually recorded properties of Coordinate measuring devices with those calculated for the entire series Characteristics. By assigning the lines to specific ones Values of an influencing variable and the one parallel to a measuring line Arrangement can be changed along the measurement line recorded absolute values particularly by changes in the influencing variable reproduce exactly and effectively and at valid absolute values certain coordinates lying away from the measuring line convert.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes umfaßt die Korrektur von Führungsfehlern wenigstens zwei Stufen, wobei in einer ersten Stufe ein gespeicherter Bezugs-Führungsfehlerwert und in einer zweiten Stufe ein als Funktion der Einflußgröße bestimmter Führungsfehler und/oder eine als Funktion von Änderungen der Einflußgröße bestimmte Änderung des Führungsfehlers aus dem Datenspeicher des Auswertegeräts des Koordinatenmeßgeräts ausgelesen wird. According to an embodiment of the inventive method for Correction of management errors in the operation of a Coordinate measuring device includes the correction of guide errors at least two stages, with a stored one in a first stage Reference guide error value and in a second stage as Function of the influencing variable of certain management errors and / or one determined as a function of changes in the influencing variable Change of the management error from the data memory of the Evaluation device of the coordinate measuring device is read out.

Als Vorteil ist hier zu sehen, daß sich die Herkunft der Korrekturdaten entsprechend der aufgezeigten Trennung nachvollziehen und separat visualisieren läßt. The advantage here is that the origin of the Correction data according to the separation shown understand and visualize separately.

Damit ergibt sich auch die Möglichkeit, die einzelnen Korrekturen (Geräte-individuell-elastisch und -geometrisch, Baureihen- allgemein-elastisch) auf einfache Art und Weise separat aus- und einschalten. This also gives the opportunity to the individual Corrections (device-individual-elastic and -geometric, series- general elastic) in a simple way separately and switch on.

Weiter kann auch die Reihenfolge der Korrektur von Geräteindividuellen Führungsfehlern und Baureihen-typischen elastischen Fehlern bei einer zweistufigen Korrektur beliebig vorgegeben werden. The order of correction of Device-specific guide errors and typical series Any elastic errors in a two-stage correction be specified.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes sieht vor, daß von den Skalen gelieferte Daten mit Korrekturwerten korrigiert werden, die auf den ausgelesenen Daten basieren. Another embodiment of the inventive method for Correction of management errors in the operation of a Coordinate measuring device provides that data supplied by the scales with Correction values are corrected based on the read data based.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Korrekturwerte für Punkte, die nicht auf den Koordinatenlinien liegen, durch Interpolation von Korrekturwerten von wenigstens zwei Koordinatenlinien ermittelt. Dabei erfolgt die Interpolation auf der Basis von je zwei nächstliegenden Korrekturwerten zweier Koordinatenlinien gleicher Raumrichtung. According to a further embodiment of the invention Correction values for points that are not on the coordinate lines lie, by interpolation of correction values of at least determined two coordinate lines. The Interpolation based on two closest correction values two coordinate lines of the same spatial direction.

Die Interpolation ermöglicht eine Beschränkung der Zahl der aufzunehmenden Meßlinien und Koordinatenlinien, da sie eine Gewinnung von Korrekturwerten zwischen den Meßlinien durch ein rechnerisches Verfahren ermöglicht. Die Interpolation kann auf einem Flächeninterpolationsverfahren oder einem räumlichen Interpolationsverfahren basieren. The interpolation allows the number of measurement lines and coordinate lines to be recorded, since they are a Obtaining correction values between the measuring lines by a arithmetic procedure enabled. The interpolation can be on a surface interpolation method or a spatial one Interpolation methods are based.

Ein typisches Koordinatenmeßgerät, das sich für eine Verwendung der genannten Verfahren eignet, ist ein Horizontalarm-Meßgerät, das einen in X-Richtung beweglichen Ständer besitzt, der einen in Y-Richtung und in Z-Richtung beweglichen Horizontalarm mit einem Meßkopf trägt. Aufgrund der beim Ausfahren des Horizontalarms (Veränderung der Meßkopfposition) auftretenden elastischen Verformungen ergeben sich die obengenannten Vorteile bei einem solchen Koordinatenmeßgerät in besonderem Maße. A typical coordinate measuring machine that is suitable for use one of the methods mentioned is a horizontal arm measuring device, which has a stand movable in the X direction, the one Horizontal arm movable in the Y direction and in the Z direction carries a measuring head. Because of the when the Horizontal arms (change in measuring head position) occurring elastic deformations result from the above The advantages of such a coordinate measuring machine are particularly great.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren. Further advantages result from the description and the attached figures.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the above and the Features to be explained below not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used alone without the scope of the to leave the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in more detail in the following description explained. Show it:

Fig. 1 ein Horizontalarm-Meßgerät als Beispiel eines Koordinatenmeßgerätes; Fig. 1 is a horizontal arm measuring device as an example of a coordinate;

Fig. 2 die Struktur einer Auswertevorrichtung aus der Fig. 1; FIG. 2 shows the structure of an evaluation device from FIG. 1;

Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung translatorischer Fehler; Fig. 3 is an illustration for illustrating translational error;

Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung rotatorischer Fehler; Fig. 4 is an illustration rotary illustrating error;

Fig. 5 ein FEM-Modell des Horizontalarm-Meßgerätes aus Fig. 1; FIG. 5 shows a FEM model of the horizontal arm measuring device of FIG. 1;

Fig. 6 qualitative Verläufe von Änderungen von Führungsfehlern als Funktion der Änderung einer Einflußgröße, wie sie von einer FEM-Berechnung geliefert werden; Figure 6 qualitative profiles of changes in management errors as a function of changing a predictor, as supplied by a FEM calculation.

Fig. 7 eine Darstellung wie in Fig. 6, ergänzt um einen gemessenen Verlauf eines Führungsfehlers als Beispiel eines Bezugs-Führungsfehlerwertes, der längs einer vorbestimmten Meßlinie für einen vorbestimmten Wert der Einflußgröße gemessen wurde; Fig. 7 is an illustration as in Figure 6, supplemented with a measured profile of a guide error as an example of a reference guide error value, which has been measured along a predetermined measuring line for a predetermined value of the influencing variable.

Fig. 8 ein Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Führungsfehlern im Betrieb eines Koordinatenmeßgerätes; Fig. 8 is a flowchart as an embodiment of the inventive method for correcting guiding errors in a coordinate measuring operation;

Fig. 9 ein Lasermeßgerät zur Aufnahme der translatorischen und rotatorischen Fehler; Figure 9 is a laser measuring instrument for receiving the translational and rotational errors.

Fig. 10 Einzelheiten aus der Fig. 9 zur Erläuterung einer Teilfunktion des Lasermeßgerätes; FIG. 10 details from FIG. 9 to explain a partial function of the laser measuring device; FIG.

Fig. 11 eine schematische Seitenansicht des Horizontalarmgerätes aus der Fig. 1 mit zusätzlichen Komponenten zur Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele; . Fig. 11 is a schematic side view of the horizontal arm of the device of Figure 1 further with additional components to illustrate embodiments;

Fig. 12 einen qualitativen Verlauf einer Führungsfehlergröße, die von der Gewichtskraft eines Werkstückes als Einflußgröße abhängt; Figure 12 is a qualitative curve of a guide error amount, which depends on the weight of a workpiece as influencing variable.

Fig. 13 qualitativ Verläufe einer Führungsfehlergröße, die von Temperaturunterschieden im Koordinatenmeßgerät als Einflußgröße abhängen Fig. 13 qualitative curves of a guide error quantity, which depend on temperature differences in the coordinate measuring machine as an influencing variable

In Fig. 1 bezeichnet Ziffer 10 eine Gesamtansicht eines Horizontalarm-Meßgerätes als Beispiel eines Koordinatenmeßgerätes. Das Horizontalarm-Meßgerät 10 weist eine Bezugsebene 12 auf, auf der ein Ständer 14 längs einer X-Richtung 16 beweglich ist. Die Bezugsebene 12 ist beispielsweise ein Meßtisch oder eine möglichst ebene Fläche im Raum. Die Position des Ständers 14kann auf einer X-Skala 18 abgelesen werden. Der Ständer 14 trägt einen in Y-Richtung 22 und Z-Richtung 24 beweglichen Horizontalarm 20. Die Y-Position des Horizontalarms 20 sowie seine Z-Position kann jeweils auf einer Y-Skala 26 und einer Z- Skala 28 abgelesen werden. Der Horizontalarm 20 trägt einen Meßkopf 30, mit dem Werkstückpositionen oder Bauteile angefahren werden können. Die bei der Berührung der Bauteile durch den Meßkopf 30 erreichten X-, Y- und Z-Positionen können an den genannten Skalen abgelesen werden und/oder werden durch eine geeignete Sensorik erfaßt und an eine Auswertevorrichtung 32 zur weiteren Verarbeitung übermittelt. In Fig. 1, numeral 10 denotes an overall view of a horizontal arm measuring device as an example of a coordinate measuring device. The horizontal arm measuring device 10 has a reference plane 12 on which a stand 14 is movable in an X direction 16 . The reference plane 12 is, for example, a measuring table or a flat surface in the room. The position of the stand 14 can be read on an X scale 18 . The stand 14 carries a horizontal arm 20 movable in the Y direction 22 and Z direction 24 . The Y position of the horizontal arm 20 and its Z position can be read in each case on a Y scale 26 and a Z scale 28 . The horizontal arm 20 carries a measuring head 30 with which workpiece positions or components can be approached. The X, Y and Z positions reached when the components are touched by the measuring head 30 can be read off the scales mentioned and / or are detected by a suitable sensor system and transmitted to an evaluation device 32 for further processing.

Fig. 2 veranschaulicht die Struktur einer solchen Auswertevorrichtung 32. Danach vermittelt eine Recheneinheit 34 zwischen Eingabeteilen und Ausgabeteilen einer Eingabe- und Ausgabevorrichtung 36 nach Maßgabe von in einem Programmspeicher 38 gespeicherten Programmen und unter Verwendung von in einem Korrekturwertspeicher 40 gespeicherten Daten. Fig. 2 illustrates the structure of such evaluation 32nd A computing unit 34 then mediates between input parts and output parts of an input and output device 36 in accordance with programs stored in a program memory 38 and using data stored in a correction value memory 40 .

Fig. 3 veranschaulicht translatorische Fehler, wie sie im Betrieb des Koordinatenmeßgerätes, insbesondere des Horizontalarm-Meßgerätes 10 auftreten. Dabei bezeichnet die Ziffer 42 eine fehlerfreie Position des Meßkopfs 30. Die Ziffer 44 bezeichnet dagegen eine Position des Meßkopfs 30, die sich von der fehlerfreien Position um eine Strecke xTx unterscheidet. Dabei bezeichnet das erste x (links) die Bewegungsrichtung des Meßkopfes, der Buchstabe T zeigt an, daß es sich bei der Bewegung um eine Translation handelt und das zweite x (rechts) gibt die Richtung des dargestellten Fehlers an. xTx entspricht damit einem Positionsfehler in X-Richtung, der bei einer Translation in X-Richtung auftritt. Eine typische Ursache für einen solchen Fehler wäre beispielsweise eine Ungenauigkeit der X-Skala 18. Fig. 3 illustrates translational errors which occur during operation of the coordinate, and in particular of the horizontal arm measurement device 10. The number 42 denotes an error-free position of the measuring head 30 . Numeral 44 , on the other hand, denotes a position of the measuring head 30 that differs from the error-free position by a distance xTx. The first x (left) indicates the direction of movement of the measuring head, the letter T indicates that the movement is a translation and the second x (right) indicates the direction of the displayed error. xTx thus corresponds to a position error in the X direction that occurs during translation in the X direction. A typical cause of such an error would be an inaccuracy of the X scale 18 .

Die Ziffer 46 bezeichnet die Position des Meßkopfs 30 mit einem Positionsfehler in Y-Richtung. Dieser Fehler wird hier als xTy notiert. xTy stellt damit gewissermaßen eine Geradheitsabweichung dar. Ein solcher Fehler wird beispielsweise durch eine Welligkeit der X-Führung verursacht, die bei einer Translation in Richtung der X-Achse eine Querabweichung y zur Folge hat. The number 46 designates the position of the measuring head 30 with a position error in the Y direction. This error is noted here as xTy. To a certain extent, xTy thus represents a straightness deviation. Such an error is caused, for example, by a ripple in the X guide, which results in a transverse deviation y when translated in the direction of the X axis.

Die Ziffer 48 bezeichnet die Position des Meßkopfs 30 mit einem Positionsfehler xTz in Z-Richtung. Auch hier liegt der Notation eine translatorische Bewegung in X-Richtung zugrunde, was durch die ersten beiden Buchstaben x und T ausgedrückt wird. Die Querabweichung in Z-Richtung kommt typischerweise, wie auch die vorstehend beschriebene Querabweichung in Y-Richtung, durch eine Welligkeit (Ungeradheit) der X-Führung zustande. The number 48 denotes the position of the measuring head 30 with a position error xTz in the Z direction. Here, too, the notation is based on a translational movement in the X direction, which is expressed by the first two letters x and T. The transverse deviation in the Z direction typically arises, like the transverse deviation described above in the Y direction, due to a ripple (unevenness) of the X guide.

Fig. 3 zeigt translatorische X-, Y- und Z-Fehler bei Bewegungen in Richtung der X-Achse. Analog treten X-, Y- und Z-Fehler beim Bewegen in Richtung der Y-Achse und beim Bewegen in Richtung der Z-Achse auf, so daß sich insgesamt 3.3 = 9 mögliche translatorische Fehler ergeben. Fig. 3 translational X, Y and Z denotes error in movement in the direction of the X-axis. Similarly, X, Y and Z errors occur when moving in the direction of the Y axis and when moving in the direction of the Z axis, so that a total of 3.3 = 9 possible translational errors result.

Fig. 4 veranschaulicht drei mögliche rotatorische Fehler bei Bewegungen des Meßkopfes 30 in Richtung der X-Achse. Dabei bezeichnet der Fehler xRx Rotationen um die X-Achse bei Bewegung in Richtung der X-Achse und damit ein sogenanntes Rollen des Meßkopfes 30. Eine Rotation um die Y-Achse bei Bewegung in Richtung der X-Achse wird als Nicken bezeichnet und eine Rotation um die Z-Achse bei Bewegung in Richtung der X-Achse wird als Gieren bezeichnet. Fig. 4 illustrates three possible rotational error in movement of the measuring head 30 in the direction of the X-axis. The error xRx denotes rotations about the X axis when moving in the direction of the X axis and thus a so-called rolling of the measuring head 30 . Rotation about the Y axis when moving in the direction of the X axis is called pitch, and rotation about the Z axis when moving in the direction of the X axis is called yaw.

Fig. 4 stellt damit die drei möglichen rotatorischen Fehler bei Bewegungen in Richtung der X-Achse dar. Analog kann ein Rollen, ein Nicken und/oder ein Gieren auch bei Bewegungen in Richtung der Y-Achse sowie bei Bewegungen in Richtung der Z-Achse auftreten, so daß sich auch bei der Rotation 3.3 = 9 mögliche Fehler ergeben. Thus Fig. 4 illustrates the three possible rotational error motions in the direction of the X axis. Similarly, rolling, pitching and / or yawing even during movements in the Y-axis as well as movements in the Z-axis occur, so that 3 .3 = 9 possible errors also result in the rotation.

Fig. 5 veranschaulicht ein FEM-Modell des Horizontalarmmeßgerätes 10 aus der Fig. 1. Bekanntlich ist die FEM-Methode ein Gebiets-Verfahren, bei dem die zu untersuchende Struktur in finite Elemente zerlegt wird. Ein Stab wird in eindimensionale Linien-Elemente, eine Fläche in Flächen-Elemente und ein Volumen in Volumen-Elemente unterteilt. Für das einzelne Element 50 wird der physikalische Sachverhalt formuliert. Über die Knoten 52 wird die Kopplung zu den angrenzenden Elementen durchgeführt. Pro Element 50 läßt sich so eine Zeile eines Gleichungssystems aufbauen, welches je nach Problemstellung den geltenden oder geforderten Randbedingungen anzupassen ist. Bei der Verschiebungsmethode werden die Knotenverschiebungen als Unbekannte eingeführt. Für jedes Element ergibt sich als Folge der Einheitsverschiebungen seiner Knoten unter Beachtung des maßgeblichen Materialgesetzes (z. B. Hookesches Gesetz) eine Steifigkeitsmatrix, mit der aus den Gleichgewichtsbedingungen für alle Knoten das Gleichungssystem für die unbekannten Verschiebungen folgt (Siehe Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 20. Auflage, C48). FIG. 5 illustrates an FEM model of the horizontal arm measuring device 10 from FIG. 1. As is known, the FEM method is an area method in which the structure to be examined is broken down into finite elements. A member is divided into one-dimensional line elements, a surface into surface elements and a volume into volume elements. The physical facts are formulated for the individual element 50 . The coupling to the adjacent elements is carried out via the nodes 52 . One line of an equation system can be built up for each element 50 , which system has to be adapted to the current or required boundary conditions depending on the problem. In the shift method, the node shifts are introduced as unknowns. For each element, as a result of the unit displacements of its nodes, taking into account the relevant material law (e.g. Hooke's law), a stiffness matrix results, with which the equation system for the unknown displacements follows from the equilibrium conditions for all nodes (see Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau , 20th edition, C48).

Fig. 6 zeigt qualitative Verläufe von Änderungen des Führungsfehlers Rx, also der Rotation um die X-Achse als Funktion der Änderung einer Einflußgröße Y-Abstand, wie sie von einer FEM- Berechnung geliefert werden. FIG. 6 shows qualitative profiles of changes in the guide error Rx, that is to say the rotation about the X axis, as a function of the change in an influencing variable Y distance, as are provided by an FEM calculation.

Den dargestellten Verhältnisse treten typischerweise bei einem Horizontalarmmeßgerät 10 auf. Hier ist die y = 0 - Linie als Bezugslinie gewählt worden. y = 0 bedeutet bei dem Horizontalarmmeßgerät 10 der Fig. 1 beispielsweise, daß der Y-Arm eine Art Gleichgewichtsposition einnimmt, in der er kein Drehmoment um die X-Achse ausübt. Beim Ausfahren in positive X-Richtung auf den Wert y1 entsteht durch die Gewichtsverlagerung ein Drehmoment, das die nicht steife Führung elastisch deformiert und damit zu einem Rotationsfehler Rx um die X-Achse führt. Dieser Fehler mag sich längs der X-Führung noch geringfügig verändern, so daß sich der dargestellte Verlauf der Rx(y1) Linie 54 als Ergebnis der FEM-Berechnung ergibt. Typisch ist jedenfalls der glatte Verlauf der Rx(y1)-Linie, der die gleichmäßigen und stetigen (langwelligen) Änderungen aufgrund elastischer Deformation reflektiert. Tendenziell wird der Rx-Fehler mit wachsendem Y-Abstand steigen, weil das deformierende Drehmoment mit wachsendem Abstand steigt. Entsprechend liegen die Werte der FEM-Berechnung längs der X-Achse für Werte y2 > y1 höher. Dies wird durch den Verlauf der Rx(y2) - Linie 56 reflektiert. Die Rx-Werte der Kurven 54 und 56 stellen die Änderungen des Führungsfehlers Rx als Funktion der Einflußgröße Y- Abstand dar. Fig. 6 stellt damit typische Ergebnisse einer FEM- Berechnung von Änderungen von Führungsfehlern als Funktion einer Einflußgröße für verschiedene Werte der Einflußgröße dar. The conditions shown typically occur in a horizontal arm measuring device 10 . Here the y = 0 line has been chosen as the reference line. In the case of the horizontal arm measuring device 10 in FIG. 1, y = 0 means, for example, that the Y arm assumes a kind of equilibrium position in which it does not exert any torque about the X axis. When moving out in the positive X direction to the value y1, the weight shift creates a torque that elastically deforms the non-rigid guide and thus leads to a rotation error Rx around the X axis. This error may change slightly along the X guide, so that the depicted course of the Rx (y1) line 54 results as the result of the FEM calculation. In any case, the smooth course of the Rx (y1) line, which reflects the uniform and continuous (long-wave) changes due to elastic deformation, is typical. The Rx error tends to increase with increasing Y distance because the deforming torque increases with increasing distance. Accordingly, the values of the FEM calculation along the X axis are higher for values y2> y1. This is reflected by the course of the Rx (y2) line 56 . The Rx values of curves 54 and 56 represent the changes in the command error Rx as a function of the influencing variable Y distance. FIG. 6 thus shows typical results of an FEM calculation of changes in command errors as a function of an influencing variable for different values of the influencing variable.

Dabei sind die Änderungen gemäß der Darstellung der Fig. 6 gewissermaßen auf den Wert 0 als Bezugs-Führungsfehlerwert bezogen. The changes according to the illustration in FIG. 6 are, as it were, related to the value 0 as the reference guide error value.

Da diese Ergebnisse auf physikalischen Eigenschaften des Koordinatenmeßgerätes beruhen, die innerhalb einer Baureihe von Geräten weitestgehend konstant sind, können diese Ergebnisse als für die ganze Baureihe und damit für eine Vielzahl von vergleichbaren Koordintenmeßgeräten gültig betrachtet werden. Mit anderen Worten: Die Formulierung des Modells und die Berechnung muß nur einmal für die ganze Baureihe durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden dann jeweils im Rahmen der Fertigung eines Koordinatenmeßgeräts ohne weitere Berechnung in den Korrekturwertspeicher 40 eingelesen. Since these results are based on physical properties of the coordinate measuring machine, which are largely constant within a series of devices, these results can be regarded as valid for the entire series and thus for a large number of comparable coordinate measuring machines. In other words: the formulation of the model and the calculation need only be carried out once for the entire series. The results are then read into the correction value memory 40 as part of the manufacture of a coordinate measuring machine without any further calculation.

Zur Veranschaulichung weiterer elastischer Einflüsse betrachte man zunächst das Horizontalarm-Meßgerät 10 aus der Fig. 1. Beim Ausfahren des Horizontalarms 20 treten natürlicherweise elastische Durchbiegungen auf, die von der Ausfahrlänge abhängig sind. Diesen elastischen Durchbiegungen kann sich ein geometrischer Führungsfehler überlagern, der längs der Y-Führung als Rotation auftritt. Die Überlagerung der geometrisch bedingten Rotation des Horizontalarms 20 mit seiner elastischen Durchbiegung entspricht physikalisch einer Rotation eines gebogenen Balkens. Bei der Rotation eines gebogenen Balkens wird das tiefstliegende Ende des gebogenen Balkens aus seiner tiefsten Position herausgedreht. Dieses Herausdrehen aus der tiefsten Position ruft, als Folge der Schwerkraft, zwangsläufig ein Rückstellmoment hervor, das zu einer elastischen Torsion des Balkens führt. Diese elastische Torsion überlagert sich der geometrisch bedingten Rotation. Letztlich wird das Ergebnis der Überlagerung gemessen. Je nach Ausfahrlänge treten unterschiedliche Durchbiegungen und damit unterschiedliche Rückstellmomente und damit unterschiedliche Torsionen auf. Daraus ergeben sich die je nach Y-Position unterschiedlich starken elastisch bedingten Einflüsse auf Rotationen um die Y-Achse bei Bewegungen längs der Z-Achse. To illustrate further elastic influences, first consider the horizontal arm measuring device 10 from FIG. 1. When the horizontal arm 20 is extended , elastic deflections occur naturally, which are dependent on the extension length. These elastic deflections can be overlaid by a geometric guide error that occurs as a rotation along the Y guide. The superimposition of the geometrically determined rotation of the horizontal arm 20 with its elastic deflection corresponds physically to a rotation of a curved bar. When rotating a curved bar, the lowest end of the curved bar is rotated out of its lowest position. This turning out of the lowest position, as a result of gravity, inevitably produces a restoring moment, which leads to an elastic torsion of the beam. This elastic torsion is superimposed on the geometrically determined rotation. Ultimately, the result of the overlay is measured. Depending on the extension length, different deflections and thus different restoring torques and thus different torsions occur. This results in the elastically influenced influences on rotations around the Y axis, which vary depending on the Y position, during movements along the Z axis.

Ähnliche Effekte treten auch in anderen Raumrichtungen auf. Die detaillierter beschriebenen Einflüsse sind daher nur als Beispiele zu werten. Similar effects also occur in other spatial directions. The Influences described in more detail are therefore only as To evaluate examples.

Weiter gilt, daß sich die Anwendung der Erfindung nicht auf ein Horizontalarm-Meßgerät beschränkt, sondern bei jedem Koordinatenmeßgerät, bei dem elastische Verformungen auftreten, angewendet werden. Furthermore, the application of the invention is not limited to one Horizontal arm measuring device limited, but with each Coordinate measuring machine, in which elastic deformations occur, be applied.

Ein Beispiel eines weiteren Koordinatenmeßgerätes ist ein sogenanntes Portalgerät, das ein Portal aufweist, das in Y-Richtung beweglich ist und einen in X-Richtung auf dem Portal beweglichen Wagen aufweist, der eine in Z-Richtung bewegliche Pinole mit einem Meßkopf trägt. Bei einem solchen Koordinatenmeßgerät kann durch die Finite-Elemente-Berechnung modelliert werden, wie sich die Grundplatte beim Fahren in Y-Richtung unterschiedlich verbiegt, je nachdem, ob der X-Wagen links oder rechts steht. An example of another coordinate measuring machine is a So-called portal device, which has a portal in the Y direction is movable and one in the X direction on the portal movable carriage, which has a movable sleeve in the Z direction with a measuring head. With such a coordinate measuring machine can be modeled by the finite element calculation, how the base plate moves when driving in the Y direction bends differently depending on whether the X-carriage is left or right stands.

Als weiteres Beispiel sei ein Gerät der Brückenbauart mit hochgelegten Y-Führungen erwähnt. Bei einer Fahrbewegung in Y- Richtung biegt sich bei einem solchen Gerät die linke oder rechte Y-Führung je nach Position des X-Wagens unterschiedlich stark. Als Ergebnis erhält man aus der FEM-Berechnung in Abhängigkeit von der X-Position unterschiedliche Verläufe von yRy. Another example is a bridge-type device raised Y-guides mentioned. When moving in Y- In such a device, the left or bends in the direction right Y-guide different depending on the position of the X-carriage strong. The result of the FEM calculation is in Different courses of yRy depending on the X position.

Fig. 7 zeigt, wie die jeweils für eine ganze Baureihe gültigen Ergebnisse mit Eigenschaften individueller Geräte verknüpft werden können. Fig. 7 shows how the results valid for an entire series can be linked to the properties of individual devices.

Fig. 7 unterscheidet sich von der Fig. 6 durch die Rx(y0)-Linie 58. Im Gegensatz zu den Linien 54 und 56 ist die Linie 58 nicht berechnet, sondern an einem Einzelgerät gemessen worden. Der Rx-Verlauf der Linie 58 spiegelt daher die individuellen Eigenschaften des Einzelgeräts wider, beispielsweise eine fertigungsbedingte Welligkeit der Führung. Diese äußert sich als Störung mit vergleichsweiser kurzer Wellenlänge 62. Die Linie 58 kann beispielsweise im Rahmen einer Standardabnahme gemessen und als Bezugs-Führungsfehlerwerte liefernde Kurve verwendet werden, auf die die berechneten Veränderungen 54, 56 bezogen werden. FIG. 7 differs from FIG. 6 by the Rx (y0) line 58 . In contrast to lines 54 and 56 , line 58 was not calculated but measured on a single device. The Rx curve of line 58 therefore reflects the individual properties of the individual device, for example a ripple in the guide due to production. This manifests itself as a disturbance with a comparatively short wavelength 62 . Line 58 can be measured, for example, as part of a standard acceptance and used as a curve providing reference guide error values, to which the calculated changes 54 , 56 are related.

Alternativ zu der dargestellten Messung längs einer Linie kann auch ein einzelner Meßpunkt innerhalb des Meßvolumens des Koordinatenmeßgeräts als Bezugs-Fehlerwert verwendet werden. As an alternative to the measurement along a line shown also a single measuring point within the measuring volume of the Coordinate measuring device can be used as a reference error value.

Jedenfalls erlaubt die ergänzende Messung eines oder mehrerer Bezugs-Führungsfehlerwerte gewissermaßen eine Anpassung der Ergebnisse der FEM-Berechnungen, die für eine ganze Baureihe gültig sind, an die Verhältnisse eines Einzelgerätes. Auch die Meßergebnisse werden im Rahmen der Fertigung des Koordinatenmeßgerätes in den Korrekturwertspeicher 40 eingelesen. Im Unterschied zu den Ergebnissen der FEM-Berechnung werden für jedes individuelle Koordinatenmeßgerät individuell zugehörige Meßergebnisse eingelesen. In any case, the additional measurement of one or more reference guide error values allows the results of the FEM calculations, which are valid for an entire series, to be adapted to the conditions of a single device. The measurement results are also read into the correction value memory 40 during the manufacture of the coordinate measuring machine. In contrast to the results of the FEM calculation, individually associated measurement results are read for each individual coordinate measuring machine.

Das Flußdiagramm der Fig. 8 zeigt, wie die erfindungsgemäß bestimmten Werte im Betrieb des Koordinatenmeßgerätes zur Korrektur der Meßergebnisse verwendet werden können. The flowchart in FIG. 8 shows how the values determined according to the invention can be used in the operation of the coordinate measuring machine to correct the measurement results.

Im Schritt 64 werden im Betrieb des Koordinatenmeßgerätes 10 Skalenwerte SW durch eine geeignete Sensorik erfaßt und in die Auswertevorrichtung 32 eingelesen. In step 64 , 10 scale values SW are detected by a suitable sensor system during the operation of the coordinate measuring machine and are read into the evaluation device 32 .

Anschließend erfolgt im Schritt 66 eine Bestimmung eines Bezugsführungsfehlers BFF. Der Bezugsführungsfehler ist beispielsweise der Wert f des Führungsfehlers bei verschwindender Einflußgröße (EG_Null). Mit anderen Worten: Der Bezugsführungsfehler ist beispielsweise eine Funktion f(EG_Null). In der Darstellung der Fig. 7 sind dies die Funktionswerte der Linie 58, die für jedes Einzelgerät individuell gemessen worden sind. A reference guidance error BFF is then determined in step 66 . The reference guide error is, for example, the value f of the guide error when the influencing variable disappears (EG_Null). In other words, the reference guidance error is, for example, a function f (EG_Null). In the illustration in FIG. 7, these are the functional values of line 58 that have been measured individually for each individual device.

Im nächsten Schritt 68 wird die Änderung delta_EG der Einflußgröße EG gegenüber dem Bezugswert EG_Null der Einflußgröße EG bestimmt. In the next step 68 , the change delta_EG of the influencing variable EG compared to the reference value EG_Null of the influencing variable EG is determined.

Zu dem Ergebnis delta_EG gehört ein bestimmter Wert der Bezugsführungsfehler-Änderung delta_FF als Funktion F(delta_EG), wie er durch FEM-Berechnungen bestimmt wurde. Für delta_EG gleich y1 entsprechen beispielsweise die Werte der Kurve 54 den Werten delta_FF = F(delta_EG), wie sie als Ergebnisse der FEM- Berechnung erhalten wurden. Diese Änderung der Führungsfehler wird im Schritt 70 als Funktion der Einflußgröße bestimmt. The result delta_EG includes a specific value of the reference guide change delta_FF as a function F (delta_EG), as was determined by FEM calculations. For delta_EG equal to y1, for example, the values of curve 54 correspond to the values delta_FF = F (delta_EG) as they were obtained as the results of the FEM calculation. This change in the management errors is determined in step 70 as a function of the influencing variable.

Durch den anschließenden Schritt 72 erfolgt eine Verknüpfung der gemessenenen BFF-Werte mit den berechneten delta FF-Werten zu einem Gesamtführungsfehler GFF. The subsequent step 72 links the measured BFF values with the calculated delta FF values to form an overall guidance error GFF.

Im Schritt 74 wird eine zugehörige Korrektur K so bestimmt, daß der im folgenden Schritt 76 mit dem Korrekturwert K korrigierte Skalenwert SWK nicht mehr mit dem Führungsfehler GFF behaftet ist. In step 74 , an associated correction K is determined such that the scale value SWK corrected in the following step 76 with the correction value K is no longer affected by the guide error GFF.

Im folgenden wird mit Blick auf die Fig. 9 und 10 erläutert, auf welche Weise Bezugs-Führungsfehlerwerte bei individuellen Koordinatenmeßgeräten gemessen werden können. In the following, with reference to FIGS. 9 and 10, it will be explained how reference guide error values can be measured in individual coordinate measuring machines.

Fig. 9 zeigt eine Laser-Meßvorrichtung 80, mit der der in Fig. 7 dargestellte Verlauf der Line 58 aufgenommen werden kann. Die Ziffer 82 bezeichnet eine Basis, die vier Laser 84, 86, 88 und 90, beispielsweise Laserdioden mit einer Fokussierung, trägt. Die Basis 82 wird beispielsweise definiert mit der Bezugsebene 12 des Horizontalarm-Meßgeräts 10 verbunden. Eine Reflektoranordung 92 mit Reflektoren 94, 96, 98 und 100 wird mit dem Meßkopf 30 verbunden. Das von den Lasern 84, 86, 88 und 90 emittierte Licht wird von den Reflektoren 94, 96, 98 und 100 reflektiert und von Photodetektoren 110, 112, 114 und 116 registriert. Der Meßkopf 30 mit der Reflektoranordnung 92 wird in Richtung der Laserstrahlen bewegt. Dabei auftretende Rotationen und translatorische Verschiebungen führen zu Änderungen der von den Photodetektoren 110, 112, 114 und 116 registrierten Intensität der reflektierten Laserstrahlen. Aus diesen Intensitätsänderungen läßt sich der in der Fig. 7 dargestellte Verlauf der Linie 58 erzeugen, wobei Rx einer Rollbewegung entspricht. FIG. 9 shows a laser measuring device 80 with which the course of line 58 shown in FIG. 7 can be recorded. The numeral 82 designates a base which carries four lasers 84 , 86 , 88 and 90 , for example laser diodes with a focusing. The base 82 is connected to the reference plane 12 of the horizontal arm measuring device 10 in a defined manner, for example. A reflector arrangement 92 with reflectors 94 , 96 , 98 and 100 is connected to the measuring head 30 . The light emitted by lasers 84 , 86 , 88 and 90 is reflected by reflectors 94 , 96 , 98 and 100 and registered by photodetectors 110 , 112 , 114 and 116 . The measuring head 30 with the reflector arrangement 92 is moved in the direction of the laser beams. Rotations and translational displacements that occur lead to changes in the intensity of the reflected laser beams registered by the photodetectors 110 , 112 , 114 and 116 . The course of line 58 shown in FIG. 7 can be generated from these changes in intensity, Rx corresponding to a rolling movement.

Aber auch die translatorischen Fehler und die rotatorischen Fehler des Gieren und des Nickens lassen sich mit der dargestellten Vorrichtung erfassen. So lassen sich beispielsweise mit Hilfe des Interferometers 102 Positionsfehler in Bewegungsrichtung des Meßkopfes und damit der Reflektoranordnung 92 feststellen. Der vom Laser 86 emittierte Lichtstrahl wird an der Grenzfläche zwischen den Prismen 104 und 108 in einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Der Referenzstrahl wird mit Hilfe des Prismas 106 und der Grenzfläche zwischen den Prismen 104 und 108 auf Photodetektoren 110 gelenkt. Der Referenzstrahl besitzt damit eine definierte Länge. Der Meßstrahl verläßt das Prisma 108 und wird von dem Reflektor 96, beispielsweise einer verspiegelten Würfelecke, reflektiert. Die Prismen 104 und 108 lenken den reflektierten Strahl so auf die Photodetektoren 110, daß sich Referenzstrahl und reflektierter Strahl überlagern. Der reflektierte Strahl oder Meßstrahl hat eine variable Länge, die vom Abstand der Reflektoranordnung 92 von der Basis 82 abhängig ist. Je nach Wegunterschied zwischen Referenzstrahl und Meßstrahl ergibt sich nach der Vereinigung der Strahlen durch Interferenz eine Verstärkung oder eine Auslöschung. Beim Bewegen der Reflektoranordnung 92 ergibt sich im Abstand halber Wellenlängen eine Folge von Helligkeitsmaxima und -minima. Durch Zählen der Maxima ergibt sich beispielsweise ein Längenmaß mit der Feinheit einer halben Wellenlänge. Bei einer Wellenlänge von beispielsweise 600 nm ergibt sich also eine Genauigkeit in der Größenordnung von Zehnteln eines Mikrometers. Beim Bewegen des Meßkopfes in Richtung der X-Achse lassen sich damit Positionsfehler in dieser Richtung (xTx) mit dieser Genauigkeit feststellen. However, the translational errors and the rotational errors of yaw and pitch can also be detected with the device shown. For example, position errors in the direction of movement of the measuring head and thus the reflector arrangement 92 can be determined with the aid of the interferometer 102 . The light beam emitted by laser 86 is divided into a measuring beam and a reference beam at the interface between prisms 104 and 108 . The reference beam is directed onto photodetectors 110 using prism 106 and the interface between prisms 104 and 108 . The reference beam therefore has a defined length. The measuring beam leaves the prism 108 and is reflected by the reflector 96 , for example a mirrored cube corner. The prisms 104 and 108 direct the reflected beam onto the photodetectors 110 such that the reference beam and the reflected beam overlap. The reflected beam or measuring beam has a variable length, which depends on the distance of the reflector arrangement 92 from the base 82 . Depending on the path difference between the reference beam and the measuring beam, amplification or extinction occurs after the beams are combined by interference. When the reflector arrangement 92 is moved, a sequence of brightness maxima and minima results at intervals of half the wavelength. Counting the maxima, for example, results in a length dimension with the fineness of half a wavelength. At a wavelength of 600 nm, for example, the accuracy is on the order of tenths of a micrometer. When moving the measuring head in the direction of the X axis, position errors in this direction (xTx) can be determined with this accuracy.

Das von dem Laser 88 ausgehende Licht wird von einem ebenen Spiegel 98 auf den Photodetektor 104 reflektiert. Damit bilden sich Gier- und Nick-Bewegungen der Reflektoranordnung 92 direkt in der Intensitätsverteilung auf dem Photodetektor 104 ab. Eine Auswertung dieser Intensitätsverteilung erlaubt daher eine Bestimmung von rotatorischen Nick- und Gier-Fehlern. The light emerging from the laser 88 is reflected by a plane mirror 98 onto the photodetector 104 . The yaw and pitch movements of the reflector arrangement 92 are thus imaged directly in the intensity distribution on the photodetector 104 . An evaluation of this intensity distribution therefore enables a determination of rotational pitch and yaw errors.

Rollbewegungen lassen sich durch Auswertung der Signale der Photodetektoren 102 und 106 ermitteln. Mit einem einzelnen Photodetektor 102 oder 106 lassen sich zunächst Querverschiebungen der Reflektoranordnung 92 feststellen. Dies wird durch die Fig. 10 veranschaulicht. Der Reflektor 94 kann beispielsweise als verspiegelte Würfelecke realisiert sein und hat die Eigenschaft, einfallendes Licht parallel zur Einfallrichtung zurückzureflektieren. In der mit 94 bezeichneten Stellung reflektiert der Reflektor 94 beispielsweise den einfallenden Strahl 120 als reflektierten Strahl 124 auf den Photodetektor 112. Die Ziffer 118 bezeichnet den Reflektor 94 in einer um den Betrag a entgegen der Z-Richtung quer zum einfallenden Laserstrahl verschobenen Position. In diesem Fall wird das auf den Reflektor 94 einfallende Licht als Lichtstrahl 122 reflektiert. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, fällt der Lichtstrahl 122 im Abstand 2.a vom Lichtstrahl 124 auf den Photodetektor 112. Durch Auswertung der Intensitätsverteilung auf dem Photodetektor 112 lassen sich damit Querverschiebungen a detektieren. In der Darstellung der Fig. 9 entspricht das gleichzeitige Auftreten einer Querbewegung des Reflektors 94 aus der Zeichenebene heraus und einer Querbewegung des Reflektors 100 in die Zeichenebene hinein (oder umgekehrt) einer Rollbewegung um die X-Achse. Damit kann auch eine Rollbewegung mit der gezeigten Laseranordnung detektiert und quantitativ erfaßt werden. Rolling movements can be determined by evaluating the signals from the photodetectors 102 and 106 . With a single photodetector 102 or 106 , transverse displacements of the reflector arrangement 92 can first be determined. This is illustrated by FIG. 10. The reflector 94 can be implemented, for example, as a mirrored cube corner and has the property of reflecting back incident light parallel to the direction of incidence. In the position denoted by 94, the reflector 94 reflects, for example, the incident beam 120 as a reflected beam 124 onto the photodetector 112 . The number 118 designates the reflector 94 in a position displaced transversely to the incident laser beam by the amount a against the Z direction. In this case, the light incident on the reflector 94 is reflected as a light beam 122 . As is apparent from the drawing, the light beam is incident at a distance 122 2 .a by the light beam 124 on the photo detector 112th By evaluating the intensity distribution on the photodetector 112 , transverse displacements a can thus be detected. In the illustration of Fig. 9 corresponds to the simultaneous occurrence in a transverse movement of the reflector 94 from the drawing plane and a transverse movement of the reflector 100 in the plane of the drawing (or vice versa) a rolling motion about the X-axis. In this way, a rolling movement can also be detected with the laser arrangement shown and recorded quantitatively.

Zur Detektion der verschiedenen translatorischen und rotatorischen Fehler können die Signale der Photodetektoren 110, 112, 114 und 116 beispielsweise der Auswertevorrichtung 32 zugeführt werden. To detect the various translational and rotational errors, the signals from the photodetectors 110 , 112 , 114 and 116 can be fed to the evaluation device 32, for example.

Bisher wurden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei der die Position des Meßkopfes die Einflußgröße bildete. So far, exemplary embodiments have been described in which the Position of the measuring head formed the influencing variable.

Alternativ und/oder ergänzend kann die Gewichtskraft des zu vermessenden Werkstückes als Einflußgröße verwendet werden. Ein Werkstück 126 in der Fig. 11 hat aufgrund seiner Gewichtskraft eine gewisse, wenn auch kleine Verformung der Grundplatte 128 des Koordinatenmeßgerätes 10 zur Folge. Bei Koordinatenmeßgeräten, bei denen die Grundplatte 128 nicht von der Führung für die bewegten Teile, zum Beispiel dem Meßkopf 30, entkoppelt ist, hat dies elastisch bedingte Fehler zur Folge. Obwohl die Grundplatte 128 in der Regel sehr steif aufgebaut ist, verbiegt sie sich je nach Werkstückgewicht unterschiedlich. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diese Biegung rechnerisch berücksichtigt werden. Für ein bestimmtes Werkstückgewicht oder eine bestimmte Werkstückmasse m können die Führungsfehlerabweichungen aus der FEM-Berechnung bestimmt werden. Ein möglicher Verlauf für einen rotatorischen Fehler Rx ist in der Fig. 12 dargestellt. Für die Korrektur wird dann das aktuelle Werkstückgewicht benötigt. Ist dieses nicht bekannt, erfolgt eine Messung der Gewichtskraft beispielsweise durch Kraftsensoren 130 in Auflagerpunkten 132 des Koordinatenmeßgerätes 10. Alternatively and / or additionally, the weight of the workpiece to be measured can be used as an influencing variable. Due to its weight, a workpiece 126 in FIG. 11 results in a certain, albeit small, deformation of the base plate 128 of the coordinate measuring machine 10 . In coordinate measuring machines, in which the base plate 128 is not decoupled from the guide for the moving parts, for example the measuring head 30 , this results in errors caused by elasticity. Although the base plate 128 is generally very rigid, it bends differently depending on the workpiece weight. When using the method according to the invention, this bend can be taken into account by calculation. The guide error deviations can be determined from the FEM calculation for a specific workpiece weight or a specific workpiece mass m. A possible course for a rotational error Rx is shown in FIG. 12. The current workpiece weight is then required for the correction. If this is not known, the weight is measured, for example, by force sensors 130 in support points 132 of the coordinate measuring machine 10 .

Alternativ dazu kann eine Messung der Gewichtskraft durch Erfassung von Verformungen des Koordinatenmeßgerätes 10 mit Dehnungsmeßstreifen 134 erfolgen. Alternatively, the weight can be measured by detecting deformations of the coordinate measuring machine 10 with strain gauges 134 .

Diese Alternative besitzt den Vorteil, daß sie ohne konstruktive Änderungen eines Koordinatenmeßgerätes 10 verwendet werden kann, da Dehnungsmeßstreifen 134 beispielsweise auf der Grundplatte 128 eines Koordinatenmeßgerätes 10 befestigt werden können. This alternative has the advantage that it can be used without constructive changes to a coordinate measuring machine 10 , since strain gauges 134 can be attached, for example, to the base plate 128 of a coordinate measuring machine 10 .

Nach einer weiteren Ausgestaltung stellt die Temperatur des Koordinatenmeßgerätes 10 eine Einflußgröße dar, die ebenfalls zu reversiblen Verformungen einer Grundplatte 128 oder anderer Komponenten des Koordinatenmeßgerätes 10 führen kann. Als Beispiel seien Temperaturdifferenzen zwischen Oberseite und Unterseite einer Grundplatte 128 erwähnt. Auch dieser Einfluß läßt sich, da er lineare Längenänderungen bewirkt, besonders einfach urd genau durch FEM-Berechnungen nachbilden, wobei die Temperatur als Einflußgröße durch einen oder mehrere Temperatursensoren 136 erfaßt werden kann. According to a further embodiment, the temperature of the coordinate measuring machine 10 is an influencing variable which can likewise lead to reversible deformations of a base plate 128 or other components of the coordinate measuring machine 10 . Temperature differences between the top and bottom of a base plate 128 may be mentioned as an example. This influence, too, since it causes linear changes in length, can be simulated particularly easily and precisely by FEM calculations, the temperature being able to be detected as an influencing variable by one or more temperature sensors 136 .

In dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Temperaturunterschied zwischen der Oberseite und der Unterseite des Koordinatenmeßgerätes bestimmt. Je nach Temperaturunterschied dT zu einer Bezugstemperatur können FEM-Berechnungen dabei die in Fig. 13 qualitativ dargestellten Rx-Verläufe für dT2 > dT1 ergeben. In the embodiment shown in FIG. 11, the temperature difference between the top and the bottom of the coordinate measuring machine is determined. Depending on the temperature difference dT from a reference temperature, FEM calculations can result in the Rx curves qualitatively shown in FIG. 13 for dT2> dT1.

Claims

1. A method for determining guide errors in a coordinate measuring machine ( 10 ) with a movable measuring head ( 30 ) and with means ( 14 , 20 ) for movably guiding the measuring head ( 30 ) and with scales ( 18 , 26 , 28 ) for identifying the coordinates of the measuring head ( 30 ), the guide errors being determined at predetermined values of the scales ( 18 , 26 , 28 ), characterized in that
predetermined guide errors are assigned at least one influencing variable and that
these guide errors as a function of the influencing variable are at least co-determined by finite element calculations.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Co-determination through finite element calculations Calculations of changes in the predetermined Leadership errors as a function of changes in the influencing variable based.

3. The method according to claim 2, characterized in that the finite element calculations are valid as valid for a large number of comparable coordinate measuring devices ( 10 ).

4. The method according to claim 3, characterized in that the Change in the predetermined management errors at least one reference lead error value is obtained.

5. The method according to claim 4, characterized in that as Reference guidance error value is a measured Leading error value is used.

6. The method according to claim 5, characterized in that the reference guide error value is measured at at least one predetermined point within the measuring volume of the coordinate measuring machine ( 10 ).

7. The method according to claim 6, characterized in that the at least one measured reference guide error value is measured individually for an individual coordinate measuring machine ( 10 ).

8. The method according to claim 7, characterized in that Reference guidance error values along at least one predetermined measurement line can be measured, which is a predetermined Value is assigned to the influencing variable.

9. The method according to claim 8, characterized in that at least one parallel to the at least one measuring line Coordinate line is defined which is a certain value is assigned to the influencing variable and for the changes of the Leadership error versus a reference leadership error value as a function of the predetermined value of the influencing variable and of the coordinates are calculated.

10. The method according to claim 9, characterized in that data are stored in a correction value memory ( 40 ) of an evaluation device ( 32 ) of the coordinate measuring device ( 10 ), the at least one measured reference guide error value and the changes of the determined as a function of the predetermined value of the influencing variable Represent leadership mistakes.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the position of the measuring head ( 30 ) as an influencing variable.

12. The method according to any one of claims 1-10, characterized by the weight of the workpiece to be measured ( 126 ) as an influencing variable.

13. The method according to claim 12, characterized by a measurement of the weight force by force sensors ( 130 ) in support points ( 132 ).

14. The method according to claim 12, characterized by a measurement of the weight by detecting deformations of the coordinate measuring machine ( 10 ) with strain gauges ( 134 ).

15. The method according to any one of claims 1-10, characterized by at least one temperature of the coordinate measuring machine ( 10 ) as an influencing variable.

16. The method according to claim 15, characterized by the temperature difference between at least two points of the coordinate measuring machine ( 10 ).

17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that at least one temperature is determined by measurement in the coordinate measuring machine ( 10 ).

18. A method for correcting guide errors in the operation of a coordinate measuring machine ( 10 ) with a movable measuring head ( 30 ) and with means ( 14 , 20 ) for movably guiding the measuring head ( 30 ) and with scales ( 18 , 26 , 28 ) for identifying the Coordinates of the measuring head ( 30 ), characterized in that the correction of guide errors is based on data which have been determined according to one of Claims 1 to 16.

19. The method according to claim 18, characterized in that the correction of management errors on data for changes the leadership mistake towards one Reference guide error value is based as a function of the predetermined value the influencing variable and the coordinates according to one of the Claims 9-17 have been determined.

20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the correction of guide errors comprises at least two stages, with a stored reference guide error value in a first stage and a guide error determined as a function of the influencing variable and / or as a function in a second stage change in the guide error determined by changes in the influencing variable is read out from the correction value memory ( 40 ) of the evaluation device ( 32 ) of the coordinate measuring device ( 10 ).

21. The method according to any one of claims 18 to 20, characterized in that data supplied by the scales ( 18 , 26 , 28 ) are corrected with correction values which are based on the data read out.

22. Evaluation device ( 32 ) for a coordinate measuring device ( 10 ), characterized in that the evaluation device carries out the method according to claim 21.

23. Coordinate measuring device ( 10 ) with an evaluation device ( 32 ), characterized in that the evaluation device ( 32 ) carries out the method according to claim 21.