[发明专利]光学测量探针校准

说明书

本发明涉及用于测量触觉测量探针（2）的信号引发的感测偏斜I_Tr的校准设备（1）和坐标测量系统。为此目的，校准设备（1）包括具有用于检测感测元件（3）的感测表面（4）的视场（9）的检测器（5），具有参考表面（8）的参考元件（7），以及计算单元（6），所述检测器优选地是相机或激光测量仪器。根据本发明，参考元件（7）的参考表面（8）以以下方式关于检测器（5）的视场（9）布置：在感测元件（3）的感测表面（4）与参考表面（8）的信号引发的接触的情况下，感测表面（4）或者感测表面（4）的部分位于检测器（5）的视场（9）中，检测器（5）和计算单元（6）能够从感测表面（4）的所检测部分计算感测元件（3）的精确位置。

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于测量探针的校准设备，装备有它的坐标测量系统，以及根据进一步的权利要求6和9的用于坐标测量系统的测量方法。

根据权利要求1的前序部分的用于触觉测量探针的校准设备，以及测量探针本身现在是现有技术。在机床中，测量探针的使用例如服务于准确地确定或测量夹紧在工具台上的工件的位置以及可选地还有取向。这确保例如CNC机器的机床控制器一方面根据规范准确地处理（例如铣削）夹紧工件，并且另一方面防止工具（例如铣削头）无意间驱动到工件中并且由此损坏机床。用于位置确定的触觉测量探针一般仅在需要的时候才安装在机床中，例如以便测量机床的工作台上的夹紧工件。测量探针在该情况下是坐标测量系统的部分，其一般连接到机床的机器控制器并且将由测量探针检测的测量点传达给机床。为此目的，在正常情况下，测量探针在其底座处夹紧于移动机头的卡盘中，即代替工件。这确保与机床的机头直接相关地实施测量。在其另一端处，触觉测量探针具有可偏斜感测元件，其通常以球体或球冠的形状配置。感测元件具有准确限定的感测表面，其对于位置测量而言需要与要测量的对象逐点地接触。所以，完全可以执行测量探针上的感测元件与要测量的对象的无损接触，测量探针装备有机电传感器。该传感器像小弹簧元件那样操作。在测量探针的尖端上的可偏斜感测元件与对象的接触的情况下，测量探针沿着其纵向轴线弹性地并且可逆地被压缩达感测偏斜I。一旦该感测偏斜达到所确定的阈值I_Tr（触发值，例如在4-30μm的范围中），则测量探针或其传感器触发电信号，其用信号表示测量探针的接触或压缩，并且例如防止机头的进一步移动。因为测量探针的几何形状（特别地，其感测元件上的感测表面的几何形状以及测量探针的长度）在机床上的校准之后是准确地限定和已知的，所以所测量的点（例如在夹紧工件上）的相对位置可以准确地确定，并且例如基于机器控制器所已知的机头或卡盘的位置通过机床的机器控制器来检测。由于机床现在是高度精确的，所以还需要在该位置确定中考虑测量探针的感测偏斜I_Tr。这在触觉测量探针的校准期间完成。

对于利用测量探针的准确位置测量，例如文档WO 98/57121提出直接利用光学传感器记录感测元件在测量探针上的位置，使得一般为针状的测量探针的感测偏斜或者以其它方式发生的变形不能干扰位置测量。

然而，这样的设备尚未总是被证明在实践中可靠，因为在某些情况下（例如如果发生污染）光学传感器事实上不能正确地检测感测元件。此外设备相对复杂，因为必需移动测量探针以及具有测量探针的附加光学传感器。此外，存在其中感测元件在测量期间不能保持在光学传感器的视区中的应用。如果意图要例如测量钻孔的深度，则光学传感器不能检测插入到钻孔中的感测元件，并且因而不能实施测量。这样的测量设备的可用性因此相对有限。

WO 94/08205描述了一种类似的设备，其中机械感测元件借助于视频相机而移动到要测量的位置。

用于移动设备的另外的校准设备在DE 100 27 106 A1中进行了描述。