测量装置、测量装置的用途以及用于尺寸测量的方法与流程

本发明涉及一种测量装置，该测量装置用于对位于测量装置的测量体积中的测量物体进行尺寸测量。本发明进一步涉及该测量装置的用途以及用于对位于测量体积中的测量物体进行尺寸测量的方法。本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有被设计成当在计算机上执行时执行根据本发明的方法的软件代码。根据本发明的测量装置包括：测量头，该测量头被设计成捕获测量物体的尺寸测量数据；引导结构，该引导结构被设计成引导测量头和/或测量物体并在测量体积中移动测量头和/或测量物体，其中该引导结构被指派至少一个测量装置，该至少一个测量装置被设计成捕获引导结构的位置数据，可以基于该位置数据来计算该测量头的姿态；多个温度传感器单元，该多个温度传感器单元被设计成捕获关于测量体积的温度数据；以及评估与控制单元，该评估与控制单元被设计成处理尺寸测量数据和位置数据，并且基于温度数据来校正尺寸测量数据和/或位置数据。根据本发明的测量装置优选是坐标测量机，其中术语“坐标测量机”应在本发明的含义内广义地解释，使得用于对测量物体的空间坐标进行尺寸测量和捕获的任何测量装置应被理解为本发明的含义内的坐标测量机。作为这种坐标测量机的传统设计类型(例如悬臂设计、桥架设计、门架设计和水平臂设计)的替代方案，根据本发明的测量装置的测量头因此也可以例如附接到机械臂(例如铰接臂机器人)的一端，以便实施本发明的含义内的测量装置或坐标测量机。

背景技术：

1、坐标测量机例如作为品质保证的一部分用于检查工件，或者完全作为所谓的“逆向工程”的一部分用于确定工件的几何结构。而且，还可想到多种多样的进一步应用可能性，例如过程控制应用，其中，尺寸测量技术被直接应用于制造和加工过程的在线监测和在线调节。

2、在坐标测量机中，不同类型的传感器可以用于捕获要测量的物体(测量物体)。这些传感器典型地布置在坐标测量机的测量头上。除了实际的传感器之外，相关联的探针元件也安装在此测量头上。取决于传感器的类型，这些探针元件可以是例如光学测量传感器的一个或多个触觉触针或光学元件。

3、在触觉测量传感器的情况下，在多个所定义的点处以触觉方式探测测量物体。另一方面，光学传感器能够无接触地捕获测量物体的坐标。也存在所谓的多传感器系统，其中多个触觉传感器和/或光学传感器一起使用。

4、实践中对坐标测量机的高精度要求意味着这些年来可以通过各种发展不断提高其测量准确度。一些现有技术的坐标测量机的测量准确度现在是十分之几微米或者甚至更小。

5、容易理解，在这个测量准确度范围内，外部环境影响带来对测量准确度产生负面影响的破坏性因素。在实验室条件下，比如外部作用力或温度改变等环境影响可以尽可能最小化。然而，如果坐标测量机靠近生产过程使用，那么这很难实现。

6、例如因开启或关断内部热源(比如电子部件、灯、马达等)而引起的温度波动导致例如坐标测量机的装置结构的旋转和长度改变。此外，环境温度的波动也可能耦合到坐标测量机的整个系统中，并以这种方式导致进一步的热“畸变”发生的旋转和长度改变以及热畸变的后果是测量物体“漫游”或“漂移”这对坐标测量机的准确度有直接影响。

7、已从现有技术知道用于校正坐标测量机中涉及的热影响的各种方法。从以下出版物知道用于在利用坐标测量机进行测量期间校正温度误差的示例性方法：schalz,k.j.：“thermo-vollfehler-korrektur fürkoordinaten-”[thermal full errorcorrection for coordinate measuring machines(坐标测量机的热全误差校正)]，载于feinwerktechnik&meβtechnik，第98卷，第10期，1990年10月1日；us2021/191359 a1和de101 38 138a1。

8、在上述方法中，一直试图借助于多个温度传感器收集温度数据，并基于由温度传感器供应的温度数据以数学方式校正测量装置的热致变形。

9、一种校正由内部和外部热源引起的热变形的方式是使用所谓的温度-应变校正。此处，温度传感器固定在测量装置上的重要位置处。温度传感器用于近似作用在测量装置的结构上的整体温度场。如果温度场与应变场之间的联系存储在模型中，那么测量装置上的不同结构点或结构元件处的热变形可以以数学方式加以预测和校正。

10、根据先前从现有技术知道的解决方案，用于此目的的温度传感器通常被粘结到测量装置上的不同位置处就位。由温度传感器产生的温度信号被发送到测量装置的评估与控制单元，在该评估与控制单元中对温度数据进行评估和处理。

11、在实践中，特别会出现以下缺点：

12、(1)确保温度传感器始终以相同方式定位通常需要很大努力才有可能，或者在实践中根本不可能。然而，清楚地将传感器定位在所定义的位置处对于数学温度校正的稳健且良好的运转是至关重要的。容易理解，传感器定位和取向的波动导致校正的品质的波动。

13、(2)由于相对大量的和/或相对长的电源线，当前用于上述目的的温度传感器极难以处置，并且很难以相互区分。

14、(3)将个别温度传感器指派给测量装置上的相应位点或位置也构成了不可忽视的问题。

15、(4)温度传感器可能脱离测量装置，特别是在使用粘结的情况下。在这种情况下，温度传感器测量了测量装置的环境温度，而不是测量装置的相应结构元件的温度。这也导致校正畸变，并因此导致校正结果不准确。

16、(5)当使用多个温度传感器时，通常极难以检查功能并将错误(例如，有缺陷的电缆或有缺陷的接口)直接归因于相应温度传感器。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明的目的是提供可以借以克服上述问题的测量装置以及对应方法和计算机程序产品。特别地，目的是改进温度传感器的安装类型，简化它们的指派，并且能够更容易地检查它们的正确安装，以便最终能够较好地以数学方式补偿测量装置的温度诱发的变形。

2、根据本发明的第一方面，此目的通过一种测量装置来实现，该测量装置用于对位于测量装置的测量体积中的测量物体进行尺寸测量，该测量装置具有：

3、-测量头，该测量头被设计成捕获测量物体的尺寸测量数据；

4、-引导结构，该引导结构被设计成引导测量头和/或测量物体并在测量体积中移动测量头和/或测量物体，其中该引导结构被指派至少一个测量装置，该至少一个测量装置被设计成捕获引导结构的位置数据，可以基于该位置数据来计算该测量头的姿态；

5、-多个温度传感器单元，该多个温度传感器单元被设计成捕获关于测量体积的温度数据；以及

6、-评估与控制单元，该评估与控制单元被设计成处理尺寸测量数据和位置数据，并且基于温度数据来校正尺寸测量数据和/或位置数据，

7、其中，温度传感器单元各自具有载体设备、连接到载体设备的温度传感器、以及连接到载体设备的加热元件。

8、根据本发明的第二方面，上述目的通过使用根据本发明的测量装置来实现，以便：

9、(i)使用温度数据以确定温度传感器单元中的至少一个中的缺陷；和/或

10、(ii)基于温度数据来确定温度传感器单元中的至少一个的不正确安装。

11、根据本发明的第三方面，上述目的通过一种用于对位于测量体积中的测量物体进行尺寸测量的方法来实现，该方法具有以下步骤：

12、-用测量装置的测量头捕获测量物体的尺寸测量数据，并捕获可以借以计算测量头的姿态的位置数据；

13、-借助于多个温度传感器单元来捕获关于测量体积的温度数据，这些温度传感器单元中的每一个具有载体设备、连接到载体设备的温度传感器、以及连接到载体设备的加热元件；

14、-基于温度数据来校正尺寸测量数据和/或位置数据。

15、根据又一方面，上述目的还通过一种计算机程序产品来实现，该计算机程序产品具有被设计成当在计算机上执行时执行根据本发明的方法的软件代码。

16、应理解，从属权利要求中定义的特征和以下描述中提到的设计选项不仅涉及根据本发明的测量装置，还以对应方式涉及根据本发明的用途、根据本发明的方法、以及根据本发明的计算机程序产品。为了简单起见，下文基本上关于根据本发明的测量装置来解释设计选项，而没有明确地再次列出对应特征作为等同的方法特征。

17、在根据本发明的测量装置中使用的温度传感器单元各自具有载体设备、连接到载体设备的温度传感器、以及连接到载体设备的加热元件。这种类型的传感器结构具有各种优点。载体设备用作温度传感器和加热元件的共用载体结构。这实现了温度传感器的稳定且节省空间的布置。此外，温度传感器可以借助于载体设备以清楚定义且时间不变的方式布置在测量装置或其引导结构上的期望位置处。

18、设置与温度传感器一起连接到相应温度传感器单元的载体设备的加热元件还具有以下优点：由此可以确定至少该温度传感器中的缺陷和/或可以检查温度传感器单元是否正确安装在测量装置上。通过选择性地启用和停用个别温度传感器单元的加热元件，接着评估由温度传感器供应的温度数据，容易确定温度传感器单元或其部件是否有缺陷，或者温度传感器单元是否没有正确安装。

19、根据一种配置，评估与控制单元被设计成将温度数据与预定义绝对温度目标值进行比较和/或分析随时间变化的温度曲线，以便将温度曲线用于确定温度传感器单元中的至少一个中的缺陷；和/或确定温度传感器单元中的至少一个的不正确安装。

20、例如，温度传感器单元的加热元件在预定义时间段之后被再次开启(启用)和关断(停用)。同时，在评估与控制单元中评估由温度传感器供应的温度数据，这些温度数据优选具有时间相关的温度信号。如果预期温度升高在具体加热元件被启用的时间间隔内被温度传感器记录，那么这可以用于相对清楚地确定相应温度传感器单元是否正确地布置在测量装置上，和/或温度传感器是否总体上有缺陷。如果温度传感器单元已脱离测量装置，那么通常可以预期与温度传感器单元正确安装在测量装置上时不同的时间相关的温度信号的轮廓。

21、加热元件优选为电加热元件。然而，此时应注意，任何类型的耗电装置都可以被视为本发明的含义内的加热元件，条件是相应耗电装置在被启用或开启时主动产生热量。例如，光源或发光装置因此也应被视为本发明的含义内的“加热元件”。

22、根据优选配置，温度传感器单元各自具有发光装置，该发光装置优选连接到相应温度传感器单元的载体设备。发光装置包括例如led发光装置。

23、为每个温度传感器单元设置至少一个发光装置确保了个别温度传感器相互指派的额外简化。

24、虽然每个温度传感器的这种发光装置可以与相应温度传感器的加热元件分开设置，但是根据特别优选的配置，发光装置是相应温度传感器单元的加热元件。换句话说，根据此优选配置，提出温度传感器单元各自具有发光装置，该发光装置除了其纯照明功能之外，还承担加热元件的功能，该纯照明功能可以用于相应温度传感器的光学检测。与前面提到的每个温度传感器单元的单独的发光装置和加热元件的配置相比，这种配置具有显著降低成本的优点，并且同时确保温度传感器单元的节省空间的设计，因为照明和加热功能各自由同一元件实施。

25、根据又一配置，评估与控制单元被设计成在相互偏移的时间启用温度传感器单元的发光装置。

26、如果温度传感器各自除了加热元件之外还具有发光装置，或者如果加热元件各自被设计为发光装置，那么这种配置是特别优选的。

27、除了前面提到的功能测试之外，基于发光装置的个别温度传感器单元的光学指派既而也是可能的。这在使用大量温度传感器时特别有利，因为在这种情况下指派温度传感器通常非常困难。

28、根据另一配置，评估与控制单元具有多个信号通道，其中，这些信号通道中的每一个被指派这些温度传感器中的一个，并且其中，这些信号通道中的每一个被指派第二发光装置，该第二发光装置被设计成当相应信号通道被启用时点亮。

29、这确保了温度传感器到评估与控制单元的个别信号通道的光学指派的进一步简化。在光学检查期间，例如，立即清楚对应地选择的温度传感器是否被指派给评估与控制单元的正确信号通道。在这种情况下，被指派给相应信号通道的第二发光装置应与所选择的温度传感器单元的发光装置同时点亮。如果两个发光装置没有同步点亮，显然选择了不正确的指派，或者对应的温度传感器单元没有正确地连接到评估与控制单元。

30、不言而喻，这种类型的指派也可以由评估与控制单元自动执行。

31、根据另一配置，载体设备包括电路板，并且温度传感器和加热元件以smd构造来设计。

32、这具有以下优点：可以实现温度传感器单元的紧凑设计，并且温度传感器和加热元件以及发光装置(如果存在的话)可以容易地直接电连接到电路板。此外，电路板作为连接结构确保了良好的导热性，特别是在温度传感器

33、与加热元件之间的导热性。为了提高导热性并减小任何时间常数，电路板可以在一侧或两侧上涂覆有具有高导热性的材料，例如铜、铝、银或金。出于空间原因，还有利的是，电路板被设计成在其几何形状方面尽可能小。

34、根据另一配置，设置了温度传感器单元各自具有用于将载体设备附接到测量装置的附接装置。附接装置可以例如包括粘合剂、插头连接器、铆钉、或螺钉连接器。附接装置特别优选包括螺钉。

35、这实现了将温度传感器安装在测量装置上的特别稳定且时间不变/恒定的方式。特别地，这确保了温度传感器的永久相同的定位，这对于温度相关的数学校正的稳健且良好的运转是至关重要的。

36、根据优选配置，附接装置包括具有螺纹的螺纹连接件和对应于该螺纹的螺母。

37、螺母被设计为锁紧螺纹。如果相应温度传感器的载体设备非旋转地连接到螺纹，即如果排除温度传感器的载体设备相对于螺纹的旋转，那么这种类型的连接特别有利。因此，为了安装温度传感器，既而只有螺母可以旋转，而螺钉与非旋转地连接到该螺钉的温度传感器的载体设备一起未必旋转。这降低了温度传感器的电源线损坏的风险。这种配置还具有以下优点：传感器的电缆出口可以设置在固定的、所定义的角位置处。

38、根据另一配置，温度传感器单元各自具有壳体，相应温度传感器单元的载体设备、温度传感器和加热元件布置在该壳体中。

39、这种壳体不仅具有保护温度传感器单元的部件的天然优点。此外，这种壳体具有以下优点：温度传感器的温度不太取决于外部温度影响。因此，壳体提供了某程度的热屏蔽。此外，在启用加热元件的情况下，壳体可以确保温度传感器单元的其余部件的温度相对较快地升高，因此，可以较有时间效率地执行前述分析(确定温度传感器单元中的缺陷和确定温度传感器单元的不正确安装)。

40、根据优选配置，温度传感器单元附接到测量头和/或引导结构。

41、这使得能够直接测量温度数据，这些温度数据是计算测量装置的热变形所需的。在当前情况下，测量装置的引导结构被理解为意指测量装置的整个结构，该结构用于使测量头能够相对于测量物体移动。取决于测量装置的设计，引导结构可以例如具有可移动的测量台、一个或多个悬臂、桥架、门架或支架，或者一个或多个机械臂。

42、不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征以及还有要在下文解释的那些特征不但可以在各自情况下以指定的组合来使用，而且还可以以其他组合来使用或者单独使用。