Halteeinrichtung zum Halten eines Kalibrierkörpers und Verfahren zum Kalibrieren eines

Messsensors eines Koordinatenmessgeräts

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Halteeinrichtung zum Halten eines Kalibrierkörpers, der dazu dient, einen Messsensor eines Koordinatenmessgeräts zu kalibrieren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messsensors eines Koordinatenmessgeräts.

Das Verfahren betrifft insbesondere denjenigen Teil der Kalibrierung eines Messsensors, der die Positionierung und/oder Ausrichtung des Kalibrierkörpers betrifft. Lediglich optional betrifft das Verfahren auch weitere Schritte der Kalibrierung, nämlich z. B. das Erfassen bzw. Aufnehmen von Messwerten von Oberflächenpunkten des Kalibrierkörpers durch den Messsensor und die Auswertung der Messwerte, um Kalibrierparameter zu erhalten. Diese Schritte sind an sich bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.

Kalibrierkörper, insbesondere kugelförmige Kalibrierkörper, werden bekanntermaßen zum Kalibrieren von Messsensoren von Koordinatenmessgeräten (KMG) eingesetzt. Bei dem Messsensor kann es sich z. B. um einen tastenden Sensor handeln, der das jeweilige Messobjekt mechanisch antastet. Es kann sich bei dem Messsensor jedoch auch um einen anderen Messsensor handeln, z. B. einen das Messobjekt optisch abtastenden oder auf andere Weise berührungslos abtastenden Messsensor handeln. Gleichzeitig mit dem Messsensor können auch Teile des Koordinatenmessgeräts kalibriert werden, die für die Gewinnung korrekter Messwerte des Messsensors von Bedeutung sind. Z. B. kann ein Dreh-/Schwenkgelenk an einem Arm eines Koordinatenmessgeräts angeordnet sein und an dem Gelenk wiederum der Messsensor angeordnet sein. In diesem Fall können auch z. B. Kalibrierparameter des Dreh- /Schwenkgelenks gleichzeitig mit Kalibrierparametern des Messsensors kalibriert werden oder es können gemeinsame Kalibrierparameter des Messsensors und des

Gelenks durch Kalibrierung ermittelt werden. Insbesondere kann z. B. eine 3 x 3- Matrix oder 4 x 4- Matrix durch Kalibrierung ermittelt werden, die die so genannte übertragungsmatrix ist, mit der aus den Messsignalen des Messsensors die Koordinaten des momentan von dem Messsensor abgetasteten Oberflächenpunkts des Messobjekts berechnet werden können.

Es ist bekannt, einen Kalibrierkörper, insbesondere eine Kugel, an einer Halteeinrichtung zu befestigen, so dass die Halteeinrichtung den Kalibrierkörper hält. Z. B. ist eine solche Halteeinrichtung aus der EP 0 786 644 A2 bekannt. Die Halteeinrichtung weist einen zylindrischen Block auf, der entfernbar mit einem Maschinentisch verbunden werden kann, z. B. in dem er in seiner Basis einen Permanentmagneten aufweist. An der Spitze ist der Block unter einem Winkel (z. B. 45 Grad) abgeschnitten, so dass eine ebene Stirnfläche gebildet ist. Senkrecht zu der Stirnfläche ist ein Stab angeordnet, der an seinem freien Ende den Kalibrierkörper, eine Kalibrierkugel, trägt.

Die Erfindung betrifft insbesondere solche Halteeinrichtungen, die auf der in der Regel horizontal verlaufenden Ebenenoberfläche eines Messtischs angeordnet werden. Auf dem Messtisch wird bei Vermessung eines Messobjekts das Messobjekt angeordnet, entweder unmittelbar durch Auflegen auf den Messtisch oder es wird ein Halter auf den Messtisch gebracht, der das Messobjekt hält. Dementsprechend wird zum Kalibrieren des Messsensors die Halteeinrichtung, die den Kalibrierkörper hält, auf dem Messtisch angeordnet. Die senkrecht zu der Messtischoberfläche verlaufende Koordinatenachse wird üblicherweise als z-Achse bezeichnet. Sie verläuft in aller Regel in vertikaler Richtung.

Es ist bekannt, dass die Halteeinrichtung zum Halten des Kalibrierkörpers um eine senkrecht zu der Messtischoberfläche verlaufende Achse, also um eine in z-Richtung verlaufende Achse herum gedreht werden kann, um den Kalibrierkörper in einer für die Kalibrierung geeigneten Weise zu positionieren. Z. B. kann die Halteeinrichtung mittels einer Schraube in der gewünschten Position an der Messtischoberfläche festgeschraubt und dadurch fixiert werden.

Bei der Kalibrierung von Messsensoren treten jedoch Situationen auf, in denen Teile der für die Kalibrierung aufgebauten Messanordnung und/oder Teile des Koordinatenmessgeräts und/oder Teile des Messsensors eine Kalibrierung behindern. Die Konturen von störenden Teilen der Gesamtanordnung (d. h. der Messanordnung, des Koordinatenmessgeräts und des Messsensors) werden auch als Störkonturen bezeichnet. Zur Lösung dieses Problems können spezielle Anbauteile für die Halteeinrichtung gefertigt werden, so dass der Messsensor den Kalibrierkörper aus allen für die Kalibrierung erforderlichen Richtungen abtasten kann. Solche speziellen Anbauteile oder spezielle Ausführungsformen der Halteeinrichtung sind jedoch nur für bestimmte Gesamtanordnungen einsetzbar.

Insbesondere bei optischen Messsensoren, z. B. Linienscannern, kann ein Befestigungselement, über das der eigentliche Kalibrierkörper mit der Halteeinrichtung verbunden ist, zu Messfehlern bei der Kalibrierung führen. Insbesondere ist es üblich, den Kalibrierkörper über ein stabförmiges Befestigungselement mit der eigentlichen Halteeinrichtung zu verbinden. Wenn der optische Messsensor unter bestimmten Blickwinkeln auch den Stab detektiert, kann es zu einer fehlerhaften Kalibrierung kommen.

Ist der Messsensor über einen drehbaren Sensorträger (z. B. über das oben bereits erwähnte Dreh-/Schwenkgelenk) mit dem Koordinatenmessgerät verbunden, kann es vorteilhaft oder sogar notwendig sein, den Kalibrierkörper bei unterschiedlichen relativen Drehstellungen des Messsensors und des Koordinatenmessgeräts abzutasten. Bei bestimmten relativen Drehstellungen, oder allgemeiner formuliert bei bestimmten relativen Ausrichtungen des Messsensors und des KMG, können Störkonturen die Kalibrierung verhindern.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halteeinrichtung und ein Verfahren der zuvor genannten Art anzugeben, die das Abtasten eines Kalibrierkörpers in möglichst vielen verschiedenen Situationen unter Verwendung derselben Halteeinrichtung ermöglichen.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, es einem Benutzer zu ermöglichen, durch Betätigung der Halteeinrichtung eine Ausrichtung des an dem Halter gehaltenen Kalibrierkörpers einzustellen. Bei der Einstellung der Ausrichtung kann optional auch die Position des Kalibrierkörpers durch einen einzigen Bewegungsvorgang mitverändert werden.

Im Gegensatz zu der Einstellung der Drehstellung der Halteeinrichtung um eine in z- Richtung verlaufende Drehachse relativ zu einem Messtisch (wie oben beschrieben) wird unter einer Betätigung der Halteeinrichtung verstanden, dass verschiedene Teile der Halteeinrichtung eine Relativbewegung zueinander ausführen, so dass der Kalibrierkörper die gewünschte Ausrichtung und/oder Position erhält. Alternativ kann durch die Betätigung eine gegebene Beweglichkeit zwischen der Halteeinrichtung und dem Kalibrierkörper ausgenutzt werden. Insbesondere wird eine Halteeinrichtung zum Halten eines Kalibrierkörpers zum Kalibrieren eines Messsensors eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, wobei die Halteeinrichtung eine Einstelleinrichtung aufweist, die ausgestaltet ist durch Betätigung eines Benutzers eine Ausrichtung des an dem Halter gehaltenen Kalibrierkörpers einzustellen.

Grundsätzlich kann die Einstelleinrichtung einen eigenen Antrieb aufweisen oder der Benutzer bringt die für die Bewegung erforderliche Kraft selbst oder über Hilfsmittel auf. Im erstgenannten Fall weist die Halteeinrichtung z. B. einen integrierten Elektromotor auf oder ist der Halteeinrichtung ein Motor zugeordnet, der z. B. über ein Getriebe, Wellen oder andere Kraftübertragungsmittel die für die Bewegung erforderliche Kraft aufbringt.

Ferner wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messsensors eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, wobei der Messsensor durch Erfassen von Messwerten von Oberflächenpunkten eines Kalibrierkörpers zu kalibrieren ist und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Anordnen einer Halteeinrichtung zum Halten des Kalibrierkörpers in einem Messbereich, in dem der Messsensor die Oberflächen erfassen kann,

- Anordnen des Kalibrierkörpers an der Halteeinrichtung, so dass die Halteeinrichtung den Kalibrierkörper hält,

- Einstellen einer Ausrichtung des Kalibrierkörpers durch Drehen zumindest von Teilen der Halteeinrichtung um eine erste Drehachse, die gegen die vertikale geneigt ist.

Die beiden zuerst genannten Schritte können gleichzeitig und/oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander ausgeführt werden. Grundsätzlich kann der letzte Schritt auch bereits vor oder während den beiden ersten Schritten ausgeführt werden. Ist die Halteeinrichtung jedoch bereits in dem Messbereich positioniert, kann der dritte Schritt erstmalig oder wiederholt ausgeführt werden. Dadurch kann die Ausrichtung und optional auch die Position des Kalibrierkörpers in dem Messbereich auf einfache Weise verändert werden.

Unter einer Neigung gegen die Vertikale wird in besonderen Fällen, in denen die Halteeinrichtung nicht auf einem Messtisch mit horizontaler Oberfläche angeordnet ist, eine entsprechend anders ausgerichtete, ausgezeichnete Richtung der Messanordnung verstanden. Z. B. kann die Vertikale in diesem Fall, wenn die Oberfläche, auf der die Halteeinrichtung montiert wird, in einer vertikalen Ebene verläuft, eine Horizontale sein. "Vertikal" bezieht sich daher auf den üblichen Fall, dass die Halteeinrichtung auf einer horizontalen Messtischoberfläche angeordnet wird.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Einstelleinrichtung einen drehbaren Teil auf, der gegenüber einem anderen Teil der Einstelleinrichtung um eine erste Drehachse drehbar ist, wenn der Kalibrierkörper von der Halteeinrichtung gehalten wird, ist er mit dem drehbaren Teil verbunden. Durch Drehung des drehbaren Teils wird daher auch der daran befestigte Kalibrierkörper gedreht und dadurch die Ausrichtung des Kalibrierkörpers im Messbereich verändert.

Insbesondere wenn der Kalibrierkörper kugelförmig ist und an einem stabförmigen Befestigungselement befestigt ist, welches zur Befestigung des Kalibrierkörpers mit der

Halteeinrichtung verbunden wird, wird unter einer Ausrichtung des Kalibrierkörpers die Ausrichtung der Längsachse des stabförmigen Befestigungselements verstanden.

Der drehbare Teil der Einstelleinrichtung oder ein fest mit dem drehbaren Teil verbundener Teil der Halteeinrichtung kann eine Markierung aufweisen, deren Position und/oder Ausrichtung für einen zu kalibrierenden Messsensor detektierbar ist. Bezüglich einer entsprechenden Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Messsensor zur Detektion der Ausrichtung und/oder Position des Kalibrierkörpers zumindest einen Bereich, insbesondere eine Markierung, eines drehbaren Teils und/oder eines fest mit dem drehbaren verbundenen Teil der Halteeinrichtung erfasst.

Dadurch wird insbesondere eine automatische Erkennung der momentanen Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierkörpers möglich. Z. B. kann der drehbare Teil eine Bohrung aufweisen, deren Ausrichtung und/oder Position von dem Messsensor erfassbar ist. Dabei reicht in der Regel eine Erfassung ohne korrekte Kalibrierparameter aus, d. h. zu Beginn des Kalibriervorganges kann der Messsensor zunächst anhand der Markierung überprüfen, ob der Kalibrierkörper in der gewünschten Position und/oder Ausrichtung ist.

Zur automatischen Erkennung der momentanen Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierkörpers kann alternativ oder zusätzlich zumindest ein Sensor mit der Halteeinrichtung kombiniert sein, der entsprechend der momentanen Position und/oder Ausrichtung ein Signal an eine Einrichtung ausgibt, z. B. an die Steuereinrichtung des Koordinatenmessgeräts. Insbesondere kann z. B. ein Neigungssensor vorgesehen sein, der eine eingestellte Neigung des Kalibrierkörpers relativ zu der Halteeinrichtung und/oder die Neigung eines Teils der Halteeinrichtung detektiert. Wenn sich, wie in dieser Beschreibung beschrieben, die Neigung und die Drehposition eines Teils der Halteeinrichtung entsprechen, kann der Sensor alternativ die Drehposition detektieren und kann daraus die Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierkörpers ermittelt werden.

Insbesondere kann das Ergebnis der automatischen Erkennung in allen genannten Fällen oder anderen Fällen zu der Steuereinrichtung des Koordinatenmessgeräts übertragen werden oder von der Steuereinrichtung selbst ermittelt werden, sodass die Steuereinrichtung abhängig von dem Ergebnis die Kalibrierung des Messsensors mithilfe des Kalibrierkörpers steuern kann.

Ein Vorteil der automatischen Erkennung liegt auch darin, dass der Steuereinrichtung dann die Lage und Position der gesamten Halteeinrichtung (die sogenannte Störkontur) bekannt ist. Die Steuereinrichtung kann daher bestimmen, von welcher Seite der Kalibrierkörpers und bei welcher Ausrichtung des Messsensors (z. B. bei einem Messsensor mit einem Dreh-/Schwenkgelenk) angetastet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Halteeinrichtung oder der Kalibrierkörpers selbst einen Datenspeicher (z. B. einen mikroelektronischen Speicherchip) aufweisen, in dem gespeichert ist, welcher oder welche (von einer Mehrzahl möglicher verschiedener) Kalibrierkörper momentanen von der Halteeinrichtung gehalten werden. Außerdem oder alternativ kann auch die automatisch ermittelte Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierkörpers in den Datenspeicher abgespeichert werden. Z. B. können die in dem Datenspeicher gespeicherten Daten zu der Steuereinrichtung des Koordinatenmessgeräts übertragen werden und bei der Steuerung des Kalibriervorganges berücksichtigt werden.

Vorzugsweise jedoch wird zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierkörpers keine zusätzliche Markierung verwendet, sondern ein definierter Punkt oder eine Anordnung von definierten Punkten an oder in dem Kalibrierkörper, z. B. der Mittelpunkt der Kalibrierkugel. Als zweiter definierter Referenzpunkt dient z. B. ein ausgezeichneter Punkt der Halteeinrichtung, z. B. der Mittelpunkt einer Kugel, die durch den ersten und den zweiten Kugelelabschnitt gebildet wird. Durch einen Referenzpunkt an oder in dem Kalibrierkörper und einen weiteren Referenzpunkt an oder in der Halteeinrichtung kann die Ausrichtung und zusätzlich optional auch die Position des Kalibrierkörpers automatisch ermittelt werden.

Vorzugsweise ist die Halteeinrichtung so ausgestaltet, dass zumindest ein Teil der Halteeinrichtung um eine zweite Drehachse, die die erste Drehachse unter einem Winkel schneidet oder windschief zu der ersten Drehachse verläuft, drehbar ist, so dass die Ausrichtung des Kalibrierkörpers durch Bewegungen um die erste und die zweite Drehachse einstellbar ist. Dabei kann die zweite Drehachse z. B. die oben beschriebene Drehachse sein, um die die gesamte Halteeinrichtung relativ zu dem Messtisch gedreht werden kann, also eine Drehachse in z-Richtung. Die Halteeinrichtung kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass durch relative Verdrehung von Teilen der Halteeinrichtung auch die Drehbarkeit um die zweite Drehachse gegeben ist.

Die zweite Drehachse ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie um einen Winkel von 45 Grad gegen die Vertikale geneigt ist. Dies ermöglicht es, die Ausrichtung und/oder Position des Kalibrierkörpers über einen weiten möglichen Einstellbereich zu verändern.

Durch die Drehbarkeit um zwei Drehachsen, die nicht parallel zueinander verlaufen, sind erweiterte Möglichkeiten der Einstellung der Ausrichtung und/oder Position des Kalibrierkörpers möglich.

Auch dann, wenn lediglich die Einstellung der Ausrichtung des Kalibrierkörpers um die erste Drehachse möglich ist, und diese Drehachse gegen die Vertikale geneigt ist, bestehen weitgehende Freiheiten bei der Wahl der Ausrichtung und/oder Position des Kalibrierkörpers. Daher können viele verschiedene Gesamtanordnungen mit unterschiedlichen Störkonturen mit derselben Halteeinrichtung und daran montiertem Kalibrierkörper kalibriert werden.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der drehbare Teil ein erster Kugelabschnitt, der um die erste Drehachse relativ zu dem anderen Teil der Einstelleinrichtung drehbar ist. Der andere Teil der Einstelleinrichtung kann z. B. ein zweiter Kugelabschnitt sein, wobei der erste Kugelabschnitt und der zweite Kugelabschnitt gemeinsam eine Kugel bilden. Wenn im Folgenden von einer Kugeloberfläche die Rede ist, kann sich dies allein auf den ersten Kugelabschnitt beziehen, d. h. auf den von dem ersten Kugelabschnitt gebildeten Teil einer Kugeloberfläche. Sowohl unter einem Kugelabschnitt als auch

unter einer Kugel wird in diesem Zusammenhang jedoch auch verstanden, dass der Abschnitt bzw. die Kugel Aussparungen (z. B. Gewindebohrungen und andere Bohrungen) oder fest mit dem Abschnitt oder der Kugel verbundene Elemente aufweisen kann, so dass die Idealform eines Kugelabschnitts oder einer Kugel modifiziert ist. Insbesondere wird über ein in dem ersten Kugelabschnitt ausgeformtes Innengewinde die Befestigungsverbindung zu dem Kalibrierkörper hergestellt, z. B. in dem das bereits erwähnte stabförmige Befestigungselement in die Gewindebohrung in dem ersten Kugelabschnitt eingeschraubt wird.

Die in dem vorangegangen Absatz genannten Merkmale können auch bei einem anders gestalteten drehbaren Teil vorhanden sein. Z. B. kann der drehbare Teil ein Polyeder sein und/oder kann der drehbare Teil gemeinsam mit dem anderen Teil der Einstelleinrichtung einen Polyeder bilden.

Die durch den ersten Kugelabschnitt gebildete Kugeloberfläche hat den Vorteil, dass sie das Abtasten des Kalibrierkörpers nicht oder nur sehr geringfügig behindert, wenn der Kalibrierkörper über die Kugeloberfläche mit der Halteeinrichtung verbunden ist. Außerdem kann die Kugeloberfläche eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen aufweisen, die es erlauben, den Kalibrierkörper wahlweise an unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlicher Ausrichtung an der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts zu befestigen oder eine Mehrzahl von Kalibrierkörpern gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen der Kugeloberfläche zu befestigen.

Vorzugsweise verläuft die erste Drehachse senkrecht zu einer Kreisfläche, die die Grenzfläche des ersten Kugelabschnitts bildet. Z. B. geht der erste Kugelabschnitt an der Kreisfläche in den zweiten Kugelabschnitt über, mit dem zusammen der erste Kugelabschnitt eine gemeinsame Kugeloberfläche bildet. Somit steht die erste Drehachse auch senkrecht zu der Kugeloberfläche, die durch den ersten Kugelabschnitt definiert wird. Daher kann durch Drehung des ersten Kugelabschnitts um die erste Drehachse eine Drehung von Oberflächenbereichen der Kugeloberfläche erreicht werden. Wenn an diesen Oberflächenbereichen die Verbindung zwischen Halteeinrichtung und Kalibrierkörper angeordnet ist, bewirkt die Drehung des ersten

Kugelabschnitts eine entsprechende Drehung des Kalibrierkörpers in einem Raumgebiet, welches durch eine Kegeloberfläche ergänzt ist.

Der drehbare Teil der Einstelleinrichtung, insbesondere der erste Kugelabschnitt ist vorzugsweise zumindest in einer Drehposition fixierbar. Er kann daher nicht unbeabsichtigt die fixierte Drehposition verlassen. Z. B. kann zur Fixierung der Drehposition eine Schraube verwendet werden, die beispielsweise durch eine durch den drehbaren Teil verlaufende Durchgangsbohrung bis in eine Gewindebohrung in dem anderen Teil der Einstelleinrichtung verläuft. Durch Festschrauben der Schraube wird der drehbare Teil an dem anderen festgeklemmt, d. h. kraftschlϋssig verbunden.

Allgemeiner formuliert kann der erste Kugelabschnitt oder noch allgemeiner formuliert der drehbare Teil der Einstelleinrichtung eine in Richtung der ersten Drehachse verlaufende Ausnehmung aufweisen, in der ein Fixierungselement zur Fixierung einer eingestellten Drehposition des drehbaren Teils angeordnet ist.

Die Einstelleinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der drehbare Teil, insbesondere der erste Kugelabschnitt in einer Mehrzahl diskreter Drehstellungen relativ zu dem anderen Teil der Einstelleinrichtung fixierbar ist. Auf diese Weise kann eine Art Rasterung erzielt werden, die es ermöglicht, eine bestimmte Drehstellung oder mehrere bestimmte Drehstellungen später wieder zu reproduzieren. Auf ein Ausführungsbeispiel wird noch in der Figurenbeschreibung eingegangen. Z. B. ist eine Dreipunktlagerung möglich, wobei der drehbare Teil und der andere Teil der Einstelleinrichtung die Dreipunktlagerung bilden, bei der drei vorgegebene Punkte des drehbaren Teils an diskreten, vorgegebenen Positionen des anderen Teils positionierbar und fixierbar sind. Die drei vorgegebenen Punkte liegen insbesondere in einer Ebene, zu der die erste Drehachse senkrecht verläuft.

Eine reproduzierbare Einstellung einer Drehposition hat insbesondere den Vorteil, dass der Kalibrierkörper ausgetauscht werden kann und auch erneut wieder derselbe Kalibrierkörper an der Halteeinrichtung angeordnet werden kann, wobei wieder dieselbe Drehposition eingestellt werden kann. Entsprechendes gilt, wenn Teile der

Halteeinrichtung ausgetauscht werden, z. B. der drehbare Teil der Einstelleinrichtung. In diesem Fall ist es von besonderem Vorteil, wenn die Einstelleinrichtung eine Dreipunktlagerung des drehbaren Teils vorsieht.

In jedem Fall kann durch eine Fixierung eine Sicherung der momentanen Drehposition erfolgen. Ist der drehbare Teil wie oben beschrieben der erste Kugelabschnitt, hat dies den Vorteil einer hohen und weitgehend symmetrischen Biegesteifigkeit der Einstelleinrichtung. Eine solche hohe Biegesteifigkeit ist für eine präzise Kalibrierung von Vorteil.

Auch eine Basis der Halteeinrichtung, die z. B. mit einem Messtisch verbunden werden kann, weist vorzugsweise eine Klemmeinrichtung zum Festklemmen auf dem Messtisch auf. Z. B. weist die Basis einen plattenförmigen Bereich auf, der sich im montierten Zustand parallel zu der Messtischoberfläche erstreckt. Eine Durchgangsbohrung durch den plattenförmigen Bereich ermöglicht es, die Basis an der Messtischoberfläche festzuschrauben. Hierzu erstreckt sich der Schraubenschaft durch die Durchgangsbohrung hindurch in eine Gewindebohrung in dem Messtisch.

Unabhängig davon, ob der drehbare Teil der Einstelleinrichtung ein Kugelabschnitt ist, kann die Halteeinrichtung eine Befestigungseinrichtung oder eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen aufweisen, die es erlaubt bzw. die es erlauben, den Kalibrierkörper wahlweise an unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlicher Ausrichtung an der Halteeinrichtung zu befestigen oder eine Mehrzahl von Kalibrierkörpern gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen der Halteeinrichtung zu befestigen. Mehrere Kalibrierkörper haben den Vorteil, dass zur Kalibrierung z. B. einer der Kalibrierkörper, der besonders gut abgetastet werden kann, verwendet wird.

Insbesondere wenn eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen vorgesehen ist, aber auch in anderen Fällen, kann der drehbare Teil der Einstelleinrichtung eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung eines Kalibrierkörpers aufweisen, sodass der befestigte Kalibrierkörper bei Drehung des drehbaren Teils um die Drehachse seine Position nicht ändert, d.h. die Drehung des drehbaren Teils kann zwar zu einer Drehung

des Kalibrierkörpers führen, aber die Position des Kalibrierkörpers ändert sich nicht. Z. B. bleibt in diesem Fall bei einem kugelförmigen Kalibrierkörper das Zentrum der Kugel unverändert an demselben Ort. Eine solche Befestigungseinrichtung weist z. B. ein in der Richtung der Drehachse verlaufendes Gewinde auf. Somit ist es möglich, bei einer Mehrzahl der Kalibrierkörper, die über verschiedene Befestigungseinrichtungen mit dem drehbaren Teil verbunden sind, durch Drehung des drehbaren Teils um die Drehachse die Position zumindest eines der Kalibrierkörper zu verändern und die Position eines anderen Kalibrierkörpers nicht zu verändern.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Kalibrierkörper mit einem feststehenden Teil der Halteeinrichtung zu verbinden, sodass dieser Kalibrierkörper bei Drehung des drehbaren Teils nicht bewegt wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Einstelleinrichtung mit einer Anzeigeeinrichtung kombiniert, die ausgestaltet ist, einen momentanen Zustand der Einstelleinrichtung anzuzeigen, insbesondere eine Drehposition des drehbaren Teils der Einstelleinrichtung. Z. B. kann der Drehwinkel angezeigt werden. Bevorzugtermaßen ist die Anzeigeeinrichtung durch Markierungen, Skalen und/oder andere optisch erkennbar und einen bestimmten lokalen Bereich kennzeichnende Merkmal realisiert, die es dem Benutzer oder automatischen Erfassungseinrichtungen ermöglichen, die momentan eingestellte Drehposition des drehbaren Teils zu erkennen. Im Fall des ersten Kugelabschnitts als drehbarem Teil befindet sich z. B. umlaufend oder teilweise umlaufend am kreisförmigen Rand des Kugelabschnitts eine Skalierung und/oder zumindest eine Markierung. Um an der Skalierung einen Wert zu kennzeichnen oder mithilfe der an dem ersten Kugelabschnitt angebrachten mindestens einen Markierung einen Wert der Drehposition ablesen zu können, ist z. B. an dem als zweiten Kugelabschnitt ausgebildeten anderen Teil der Einstelleinrichtung zumindest eine Markierung oder eine Skalierung angebracht.

Im Fall von optisch messenden Messsensoren wird es bevorzugt, dass zumindest ein Teil der Oberfläche der Halteeinrichtung einen (für die von dem Messsensor verwendete Strahlung) hohen Absorptionsgrad von z. B. mindestens 0,8 hat, um Reflexionen der

Strahlung bei der Abtastung zu reduzieren oder zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich ist die Oberfläche oder der Teil der Oberfläche matt für die Strahlung des Messsensors, d.h. die Oberfläche streut die Strahlung und reflektiert sie nicht spiegelnd. Vorzugsweise ist die gesamte Oberfläche der Halteeinrichtung so ausgestaltet, oder zumindest die Oberfläche der Einstelleinrichtung. Eine entsprechend gestaltete Oberfläche wird auch für das Befestigungselement bevorzugt, über welches der Kalibrierkörper mit der Halteeinrichtung verbunden ist.

In diesem Zusammenhang ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Halteeinrichtung zu nennen: Der Kalibrierkörper selbst kann eine für die Messstrahlung absorbierende oder streuende Oberfläche haben. Wenn der Kalibrierkörper aber sowohl für die Kalibrierung von optischen Sensoren als auch für die Kalibrierung von tastenden Sensoren verwendet wird, kann die Oberfläche beim Antasten verändert werden, sodass sie spiegelnd reflektiert. Die erfindungsgemäße Halteeinrichtung erlaubt es den Kalibrierkörper auf einfache Weise auszuwechseln.

Die oben erwähnten Markierungen, z. B. eine Bohrung in dem drehbaren Teil der Einstelleinrichtung kann alternativ oder zusätzlich zu der Erkennung der Position und/oder Ausrichtung des drehbaren Teils bzw. des Kalibrierkörpers dazu verwendet werden, zusätzliche Parameter bei Kalibrierung des Messsensors und/oder des Koordinatenmessgeräts zu gewinnen. Z. B. kann es sich dabei um Korrekturparameter handeln, mit denen Parameter des Messsensors und/oder des Koordinatenmessgeräts korrigiert werden können. Z. B. tastet der tastende Messsensor die Wandfläche der Bohrung an und wird der Messsensor dabei in verschiedene Richtungen relativ zu seiner Halterung ausgelenkt. Daraus werden die Korrekturparameter ermittelt. Besonders gut geeignet ist eine kegelförmige Bohrung, da hiermit so genannte selbst zentrierende Antastungen der Wandfläche möglich sind.

Wenn eine Mehrzahl von Kalibrierkörpern gleichzeitig an der Halteeinrichtung angeordnet ist, kann es sich dabei um jeweils zumindest einen Kalibrierkörper für unterschiedlich funktionierende Messsensoren handeln, z. B. für mechanisch antastende Messsensoren, optische Sensoren und kapazitive Sensoren.

Grundsätzlich kann die Halteeinrichtung auch dazu dienen, ein Messobjekt anstelle oder zusätzlich zu dem Kalibrierkörper zu halten. In diesem Fall dient die Vermessung des Messobjekts durch den Messsensor nicht der Kalibrierung des Messsensors oder des Koordinatenmessgeräts, sondern der Bestimmung von Koordinaten der Oberflächenpunkte des Messobjekts. Auch eine Vermessung des Kalibrierkörpers oder des Messobjekts mittels invasiver Strahlung ist möglich, z. B. mittels Röntgenstrahlung.

Eine andere Art der Fixierung des drehbaren Teils in einer bestimmten Drehposition ist die Möglichkeit, Magnetkräfte zu nutzen. Dabei ist die Magneteinrichtung z. B. so ausgestaltet, dass die Magnetkraft den drehbaren Teil in Richtung des anderen Teils der Einstelleinrichtung zieht. Dabei kann eine Veränderung der Drehposition des drehbaren Teils (z. B. im Fall der genannten Rasterung) nur dadurch möglich sein, dass eine Kraft gegen die Magnetkraft ausgeübt wird, um den drehbaren Teil in Richtung der ersten Drehachse von dem anderen Teil der Einstelleinrichtung zu bewegen, um ihn erst dann verdrehen zu können. Auch andere Arten der Fixierung sind möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 : eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Halteeinrichtung mit einer daran befestigten Kalibrierkugel in einer ersten Drehposition, Fig. 2: die Anordnung gemäß Fig. 1 , wobei eine andere Drehposition eingestellt ist, Fig. 3: einen Schnitt durch die Einstelleinrichtung zur Einstellung der Drehposition der Halteeinrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 und Fig. 4: eine Draufsicht auf einen Teil einer Einstelleinrichtung zur Einstellung der

Drehposition gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine Halteeinrichtung, die auf einem Messtisch 1 angeordnet ist. Eine Basis 5 der Halteeinrichtung, die plattenförmig ausgestaltet ist und die an ihrer unteren, zur Messtischoberfläche weisenden Seite eine Hinterdrehung 3 aufweist, ist mit einer

vertikalen Durchgangsbohrung 7 versehen, um die Basis 5 an der Messtischoberfläche festschrauben zu können. An der Oberseite der Basis 5 erstreckt sich ein säulenartiger Schaft 9 in vertikaler Richtung nach oben. Der Schaft 9 ist fest mit der Basis 5 verbunden. An seinem oberen Ende verjüngt sich der Schaft 9. Mit diesem verjüngten Bereich ist ein zweiter Kugelabschnitt 11 fest verbunden. Der zweite Kugelabschnitt 11 weist einen kreisförmigen Rand auf. Seine Symmetrieachse, die eine Achse entlang einer Durchmesserlinie der durch den zweiten Kugelabschnitt 11 gebildeten Kugel ist, ist unter einem Winkel, der im Bereich zwischen 30 und 60 Grad liegt und vorzugsweise im Bereich von 40 bis 50 Grad liegt, besonders bevorzugt 45 Grad beträgt, gegen die Vertikale geneigt.

Mit dem zweiten Kugelabschnitt 11 ist ein erster Kugelabschnitt 19 kombiniert, der gemeinsam mit dem zweiten Kugelabschnitt 11 eine Kugel definiert. Der erste Kugelabschnitt 19 ist um eine Drehachse 17 drehbar (wie es Pfeil 23 andeutet), wobei die Drehachse 17 die erste Drehachse ist und mit der Symmetrieachse des ersten Kugelabschnitts 19 und des zweiten Kugelabschnitts 17 zusammenfällt. Wenn hier von einer Symmetrieachse die Rede ist, so bezieht sich dies auf die Kugel-Grundform. Diese Kugel-Grundform kann jedoch durch Bohrungen, andere Ausnehmungen und/oder an der Kugel befestigte Gegenstände verändert sein. Insbesondere verläuft in der Richtung der Drehachse 17 eine Durchgangsbohrung 21 , die an ihrem in dem zweiten Kugelabschnitt 11 liegenden Ende als Gewindebohrung ausgestaltet ist, so dass der erste Kugelabschnitt 19 mittels einer in die Bohrung 21 eingeschraubten Feststellschraube in seiner momentanen Drehstellung fixiert werden kann. Um die Drehstellung zu verändern, wird die Schraube gelöst, die Drehstellung verändert und die Schraube dann wieder festgezogen, so dass die neue Drehstellung fixiert ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehstellung ist durch einen an dem ersten Kugelabschnitt 19 angebrachten Pfeil 15 ablesbar. Der Pfeil 15 weist mit seiner Spitze auf den kreisförmigen Rand des ersten Kugelabschnitts 19. Der gegenüberstehende kreisförmige Rand des zweiten Kugelabschnitts 11 weist eine Skalierung 13 auf, die auch (nicht dargestellt) mit Zahlen versehen sein kann. Z. B. können die Gradzahlen der

Drehstellung von 0 bis 360 Grad oder z. B. von 0 bis 270 Grad an der Skala 13 aufgetragen sein.

In der in Fig. 1 dargestellten Drehstellung des ersten Kugelabschnitts 19 ragt ein stabförmiges Befestigungselement 25 in vertikaler Richtung nach oben auf. Dieses Befestigungselement 25 ist in eine Gewindebohrung in dem ersten Kugelabschnitt 19 eingeschraubt und festgeschraubt. An seinem freien, in Fig. 1 oben liegenden Ende, das gegenüber dem unteren Bereich des Befestigungselements 25 verjüngt ist, ist eine Kalibrierkugel 27 befestigt, welche zur Kalibrierung eines Messsensors von dem Messsensor abgetastet werden kann.

Durch Verdrehen des ersten Kugelabschnitts 19 um 180 Grad um die Drehachse 17 wird die in Fig. 2 gezeigte Drehstellung erreicht. Der Pfeil 15 ist in Fig. 2 nicht erkennbar, da er auf der Rückseite des ersten Kugelabschnitts 19 liegt. Wie der Pfeil 23 zeigt, könnte die in Fig. 1 dargestellte Drehstellung durch Zurückdrehen wieder erreicht werden.

Da die Drehachse 17 in dem Ausführungsbeispiel um 45 Grad gegen die Vertikale geneigt ist, erstreckt sich das Befestigungselement 25 mit seiner Längsachse in der in Fig. 2 dargestellte Drehstellung in horizontaler Richtung und befindet sich die Kalibrierkugel 27 daher rechts von der durch den Kugelabschnitt 11 und den Kugelabschnitt 19 gebildeten Kugel. Dabei schneidet die Verlängerung der Längsachse des Befestigungselements 25 wie auch in der in Fig. 1 dargestellten Situation den Kugelmittelpunkt der Kugel 11 , 19.

Fig. 2 zeigt eine weitere Gewindebohrung 24 in dem ersten Kugelabschnitt 19. Ein weiterer Kalibrierkörper oder die Kalibrierkugel 27 kann mithilfe dieser Gewindebohrung 24 an dem ersten Kugelabschnitt 19 befestigt werden. Würde die Kalibrierkugel 27 mit ihrem Befestigungselement 25 in die Gewindebohrung 24 eingeschraubt, ergäben sich andere Einstellmöglichkeiten. Die Längsachse des Befestigungselements 25 würde die erste Drehachse 17 unter einem anderen Winkel als 45 Grad schneiden, nämlich unter einem Winkel, der etwa im Bereich von 60 bis 70 Grad liegt. Daher würde je nach

Drehstellung des ersten Kugelabschnitts 19 relativ zu dem zweiten Kugelabschnitt 11 eine andere Ausrichtung der Längsachse des Befestigungselements 25 relativ zu der Vertikalen eingestellt sein, als es bei der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Anordnung der Fall ist. Insbesondere könnte sich das Befestigungselement 25 ausgehend von dem ersten Kugelabschnitt 19 in Richtung der Kalibrierkugel 27 auch leicht nach unten erstrecken.

Außerdem zeigt Fig. 2 eine Bohrung 20, die sich (wie auch die Gewindebohrung 24) in Richtung des Mittelpunkts der Kugel 11 , 19 erstreckt. Diese Bohrung 20 dient als Markierung zu einem der oben bereits erläuterten Zwecke. Z. B. kann die Bohrung 20 kegelförmig sein.

Eine weitere Möglichkeit der Verdrehung und damit Einstellung der Ausrichtung des Befestigungselements 25 und der Kalibrierkugel 27 ist durch Lösen der Schraube möglich, mit der die Basis 5 an den Messtisch 1 festgeschraubt ist, durch Verdrehen der Halteeinrichtung um die Vertikale, die die Längsachse der Gewindebohrung 7 definiert und anschließendes Festschrauben der Schraube. Insgesamt bieten sich daher zahlreiche Möglichkeiten der Positionierung und Ausrichtung der Kalibrierkugel 27.

Eine erste Ausführungsform der durch die Kugelabschnitte 11 , 19 gebildeten Einstelleinrichtung ist in der Schnittdarstellung von Fig. 3 erkennbar. Die Drehachse 17 erstreckt sich in der Darstellung von Fig. 3 senkrecht und zentral durch die Gewindebohrung 7. Der zweite Kugelabschnitt 11 weist auf Höhe der gemeinsamen kreisförmigen Randlinie 31 der Kugelabschnitte 11 , 12 einen kreisringförmigen, zum ersten Kugelabschnitt 19 weisenden Oberflächenbereich 32 auf, der in Richtung der Drehachse 17 an einem zu der Drehachse 17 koaxialen Kreis 33 nach unten zurück springt. In Richtung der Drehachse 17 wird die Oberfläche bis zum Erreichen des Randes der Bohrung 21 wiederum durch eine Ebene, kreisringförmige Fläche 34 gebildet.

Die zu dem zweiten Kugelabschnitt 11 weisende Oberfläche des ersten Kugelabschnitts 19 ist komplementär zu der Oberfläche des zweiten Kugelabschnitts 11 geformt, so dass

der erste Kugelabschnitt 19 einen Vorsprung 35 bildet, der in radialer Richtung gesehen innerhalb der Kreislinie 33 liegt. Durch Lösen der in Fig. 3 nicht dargestellten Schrauben innerhalb der Bohrung 21 kann daher die Klemmung der Kugelabschnitte 11 , 19 aneinander gelöst werden, kann der erste Kugelabschnitt 19 verdreht werden und kann die erreichte Drehposition durch Festdrehen der Schraube wieder fixiert werden.

Eine andere Ausgestaltung der Einstelleinrichtung zeigt Fig. 4, die eine Ansicht eines der beiden Kugelabschnitte 11 , 19, z. B. des zweiten Kugelabschnitts 11 in Richtung der Längsachse der Bohrung 21 zeigt. An dem in Fig. 4 dargestellten Kugelabschnitt befinden sich auf einem koaxial zu der Drehachse 17 verlaufenden Kreis eine Vielzahl von gleichgroßen Kugeln, die teilweise in das Material des Kugelabschnitts eingelassen sind. Hierdurch ist eine Teilung oder Rasterung gebildet, die eine Mehrzahl von vorgegebenen diskreten Drehstellungen der beiden Kugelabschnitte 11 , 19 relativ zueinander ermöglicht. Z. B. weist der andere, nicht in Fig. 4 dargestellte Kugelabschnitt in einem Winkelabstand von 120 Grad um die Drehachse 17 angeordnete Zylinder 41 , 42, 43 auf, die in eingerasteter Drehposition jeweils zwischen zwei benachbarten Kugeln liegen. Die Zylinderachsen sind auf die Drehachse 17 ausgerichtet und liegen in einer Ebene, zu der die Drehachse 17 senkrecht verläuft. Auf diese Weise ist eine Dreipunktlagerung realisiert.