DD233175A1

DD233175A1 - Koordinatenmessgeraet mit definierter hoehenverstellung einer abtast- oder messeinheit

Info

Publication number: DD233175A1
Application number: DD27181284A
Authority: DD
Inventors: Horst Donat; Klaus Stolzenberg; Peter Atzrodt
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-02-19
Also published as: DE3540596A1; JPS61155907A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgeraet mit definierter Hoehenverstellung einer Abtast- oder Messeinheit mit dem Ziel, die Genauigkeit dieser Geraete zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem bei der Hoehenverstellung die Beleuchtungsverhaeltnisse unbeeinflusst zu lassen und eine Verknuepfung aller Messwerte mit hoher Praezision zu ermoeglichen. Die Messeinheit und die Beleuchtungseinrichtung sind an jeweils einem Haltearm eines Vertikalschlittens angeordnet, wobei der Vertikalschlitten in Luftlagern eines Staenders gefuehrt ist. Die optischen Achsen von Messeinheit und Beleuchtungseinrichtung fluchten. Die Erfassung der Hoehenverstellung des Vertikalschlittens erfolgt mit Massstab und Messsystem, wobei der Massstab am Gehaeuse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist, dass seine Achse mit oben genannten optischen Achsen fluchtet. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung:

Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder Meßeinheit

Anwendungsgebiet der Erfindung;t

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder Meßeinheit, insbesondere optisch und fotoelektrisch arbeitende Koordinatenmeßgeräte, z.B. Meßmikroskope.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen; Bei der bekannten und speziell für die optische Antastung und Messung der Meßobjekte ausgelegten Gerätegruppe der Werkstattmikroskope, die auch als Zweikoordinaten-Meßgeräte bezeichnet werden, ist die Meßeinheit mit Hilfe eines an einem Ständer (Stativ) vertikal geführten Schlittens verschiebbar angeordnet, wobei die Meßeinheit ein Meßmikroskop mit mono- oder binokularem Einblick und aufsetzbarer oder fest montierter Projektionseinrichtung bzw. Videokamera mit Monitor sein kann. (Firmendruckschrift IEITZ TJlMI, Nr. 81ΟΙ Of, "Universelles Meßmikroskop als Baustein für Werkstatt und Meßraum". Firmendruckschriften Hr. 24-255f-1 "Großes Werkzeugmikroskop" oder Hr. 24-251a-I "Universalmeßmikroskop P1" von Carl Ze iss Jena). Bei allen diesen und daraus weiterentwickelten Geräten ist die Beleuchtungseinrichtung ortsfest mit dem Ständer verbunden. Durch Realisierung sowohl einer telezentrischen Beleuchtung als auch telezentrischen Abbildung der Meßebene werden Abbildungsgrößenunterschiede bei der zur Objektfokussierung notwendigen Verschiebung der Meßeinheit längs des Ständers ausgeschlossen und somit Meßfehler vermieden.

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Nachteil bei diesen Geräten ist es, daß bei räumlich ausgedehnten Meßobjekten mit einer Höhenverschiebung der Meßeinheit infolge der feststehenden Beleuchtungseinrichtung erhebliche Ausleuchtungsunterschiede in der Meßobgektebene und damit auch in der Zwischenbildebene der Meßeinheit wirksam werden, die insbesondere bei fotoelektrischer Messung bzw. Bildauswertung zu Meßfehlern führen. Gleichfalls ist mit der Verschiebung der Meßeinheit infolge von Pührungsfehlern des am Ständer geführten Schlittens eine Verknüpfung der in unterschiedlichen Höhenstellungen erfaßten Meßwerte χ; 7 und eine Erfassung der Werte ζ infolge der krassen Verletzung des Abbeschen Eomparatorprinzips nicht mit hoher. Präzision möglich.

Ziel der Erfindung;

Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Genauigkeit im Durchlicht arbeitender Koordinatenmeßgeräte zu erhöhen.

Darlegung!: des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung der Abtast- und Meßeinheit zu schaffen, bei dem bei der Höhenverstellung unter Einhaltung des AbbeschenKomparatorprinzips die Beleuchtungsverhältnisse unbeeinflußt bleiben und eine Verknüpfung der in unterschiedlichen Höhenstellungen der Abtast- oder Meßeinheit erfaßten Meßwerte mit hoher Präzision möglich ist,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Koordinatenmeßgerät ait definierter Höhenverstellung einer Abtaat- oder Meßeinheit, umfassend ein Grundbett, an welchem ein senkrechter, Führungen aufweisender Ständer angeordnet ist, an dem die Äbtast- oder Meßeinheit verschiebbar gelagert ist; eine im Grundbett angeordnete, vorzugsweise telezentrische Beleuchtungseinrichtung und ein auf dem Grundbett in den zwei Koordinaten der Ebene verschiebbarer Meßschlitten, dadurch

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gelöst, daß die Abtast- oder Meßeinheit und die Beleuchtungseinrichtung an Haltearmen angeordnet sind, die starr und in einem, optimale Beleuchtungsverhältnisse gewährleistenden Abstand voneinander an einem, in Führungen des Ständers verschiebbar gelagerten Vertikalschlitten befestigt sind, derart, daß die optischen Achsen von Abtast- oder Meßeinheit und Beleuchtungseinrichtung in einem Abstand parallel zu den Führungen des Ständers fluchten, daß vorzugsweise an dem, die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm eine, eine Drehung des Vertikalschlittens um seine Achse verhindernde und parallel zu den Führungen des Ständers angeordnete, in einem Lager geführte Führungsschiene und ein, die Verschiebung des Vertikalschlittens erfassender Maßstab eines Meßs^stems angeordnet sind, wobei die Längsachse dieses Maßstabes mit der optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung fluchtet.

Dabei ist es vorteilhaft, daß die Beleuchtungseinrichtung in einem.abgewinkelten, rohrförmigen Gehäuse untergebracht ist, an welchem die Führungsschiene und der Maßstab des Meßs^stems angeordnet sind.

Ss ist ferner vorteilhaft, wenn Mittel zum Antrieb und zur Gewichtsentlastung der aus Vertikalschlitten, Haltearmen, Beleuchtungseinrichtung, Maßstab und Abtast- oder Meßeinheit bestehenden Baugruppe vorgesehen sind, wobei die Wirkungsrichtung der durch den Antrieb und die Gewichtsentlastung eingeleiteten Kräfte parallel zur Verschieberrichtung des Vertikalschlitten und durch den Masseschwerpunkt der Baugruppe verläuft.

Sine konstruktiv einfache Lösung ergibt sich, wenn die, die Gewichtsentlastung realisierenden Mittel Massestücke sind, die über ein Zugmittel und Umlenkrollen auf den die Meßeinheit tragenden Haltearm wirken, und dsß als Antrieb ein

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motorgetriebener Bandantrieb vorgesehen ist, der mit dem die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm verbunden ist.

Um eine präzise und leichtgängige Verschiebung des Vertikalschlittens zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß die den Vertikalschlitten und die Führungsschiene führenden Lager aerostatische Lager sind.

Durch die Anordnung der Abtast- oder Meßeinheit und der Beleuchtungseinrichtung in einem stets konstanten Abstand sind stets, unabhängig vom Ort der Messung in vertikaler Richtung, konstante, optimale BeleuchtungsVerhältnisse gegeben, die bei einer fotoelektrischen Messung und Bildauswertung hoher Genauigkeit unbedingt notwendig sind, um Meßfehler zu vermeiden« Sine Verknüpfung von Meßsignalen, die in unterschiedlichen Höhenlagen gewonnen wurden, ist jederzeit möglieh. Durch die erfindungsgemäße fluchtende Anordnung der Meßeinheit, der Beleuchtungseinrichtung und des Maßstabes ist das Abbesche Koraparatorprinzip bei allen Messungen in vertikaler Sichtung erfüllt und Meßfehler erster Ordnung werden vermieden.

Ausfiihrungsbei spiel: .

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der Zeichnung zeigen Fig. 1 den schematischen Aufbau des Koordinatenmeßgerätes, Fig. 2 in einem Schnitt A-A den Antrieb des Vertikalschlittens und

Fig. 3 iE einer Draufsicht B-B die Beleuchtungsoptik und das Meßs^stem mit Maßstab.

Das in Fig. 1 dargestellte Koordinatenmeßgeiät umfaßt ein Grundbett 1, auf dem vorteilhaft eine Hartgesteinplatte 2 angeordnet ist. Ein Meßtisch 3 ist auf der Hartgesteinplatte 2 auf nicht dargestellten Führungen in den zwei Koordinaten der Ebene verschiebbar gelagert. Am Grundbett 1 ist ferner ein

Ständer 6 oder eine Säule senkrecht zur Ebene

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der Hartgesteinplatte 2 angeordnet. Der Ständer 6 ist mit Führungselementen 4; 5, vorzugsweise aerostatischen Lagern, verseifen. Diese führen einen Vertikalschlitten 7» vorzugsweise aus Eartgestein, an dessen oberen linde ein, eine mechanische, optische oder fotoelektrische Abtast- oder Meßeinheit 8 oder / und eine Videokamera 10 tragender Haltearm 9 starr befestigt ist.

Am unteren Ende des Vertikalschlittens 7 ist in einem festen Abstand vom Haltearm 9 ein zweiter Haltearm 11 für die Beleuchtungseinrichtung 12 fest angebracht und vorzugsweise, als rohrförmiges Gehäuse 13; 13 ausgebildet, in dessen Inneren der Beleuchtungsstrahlengang verläuft. An seinem dem Vertikalschlitten 7 entfernten Ende ist der Haltearm 11 nach oben abgewinkelt. Die optische Achse 14 der Meßeinheit 8 und die optische Achse 15 der Beleuchtungseinrichtung 12 fluchten. Sine vorzugsweise extern vorgesehene Lichtquelle 16 ist über einen Lichtleiter 17 mit der Beleuchtungseinrichtung 12 verbunden. Der durch diese Anordnung gegebene feste Abstand zwischen Meßeinheit 8 und Beleuchtungseinrichtung 12 garantiert eine von der Höhenposition der Meßeinheit 8 unabhängige, stets gleichbleibende Beleuchtungsqualität entsprechend der Güte der verwendeten Optik und des realisierten Justierzustandes.

Am nach oben abgewinkelten Ende 18 des Haltearmes 11 sind eine, eine Drehung des Vertikalschlittens 7 um seine Längsachse verhindernde und parallel zu den Führungsflächen des Vertikalschlittens 7 angeordnete Führungsschiene 19 und ein, die Verschiebung des Vertikalschlittens 7 erfassender Maßstab 20 eines Meßs^stems 21 angeordnet, wobei die Führungsschiene 19 i£ aerostatischen Lagern 22 und 23 geführt ist (Fig. 3). Die Längsachse 24· dieses Maßstabes 20 verläuft fluchtend zu den optischen Achsen 14; 15 der Meßeinheit 8, der Beleuchtungseinrichtung 12 und parallel zur Führungsschiene 19, wodurch erreicht wird, dt.ß bei'allen Messungen und Ein-

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Stellungen in vertikaler Richtung das Abbesche Komparatorprinzip unverletzt ist und Meß-- und Sinstellfehler erster Ordnung vermieden werden· Die großen Führungsbasen, die durch den Abstand der Führungselemente 4; 5 am Ständer 6 und der Führungselemente 22; 23 gebildet werden, sichern einen hochgenauen Ablauf der gemeinsamen Höhenbewegung von Meßeinheit 8 und Beleuchtungseinrichtung 12 und bieten damit die Gewähr dafür, daß die in verschiedenen Höhenstellungen mit dem Meßtisch 3 in der x-^-Ebene erfaßten Meßwerte 2: und 3 mit höchster Genauigkeit mit Meßwerten ζ verknüpft werden können, die durch das Meßs^stem 21 geliefert wurden· Damit werden bei einem, vorallem für Durchlichtmeßaufgaben bestimmten Koordinatenmeßgerät auch der Einsatz eines 3-d-Tastkopfes möglich und dadurch das Meßaufgabenspektrum wesentlich erweitert,

IJm die Belastung der aerostatischen Führungselemente 4; 5 und die auf den Ständer 6 wirkenden Beschleunigungs- und Biegemomente auf ein Minimum zu begrenzen, sind Mittel zum Antrieb und zur Gewichtsentlastung der aus Yertika!schlitten 7, Haltearmen 9 und 11, Beleuchtungseinrichtung 12, Maßstab 20 und Meßeinheit 8 bestehenden Baugruppe vorgesehen, wobei die Wirkungsrichtung der durch den Antrieb und die Gewichtsentlastung eingeleiteten Kräfte parallel zur Yerschieberichtung des YertikaIschlittens 7 und durch den Masseschwerpunkt der Baugruppe verläuft· Die die Gewichtsentlastung bewirkenden Mittel sind Massestüeke 25, die an einem, am Ha-ltearm 9 befestigten, über ümlenkrollen 26; 27 geführten Zugmittel 28 angeordnet sind (Fig. 1).

Als Antrieb für die genannte Baugruppe ist vorteilhaft, ein durch einen Motor 29 über eiiu Getriebe 30 angetriebener Bandtrieb 31 vorgesehen, der mit dem Haltearm 11 verbunden ist (Fig. 2). Der Antrieb ist im unteren Teil des Koordinatenmeßgerätes untergebracht.

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Claims

- Patentansprüche

1·Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder Meßeinheit, umfassend ein Grundbett, an welchem ein senkrechter, !Führungen aufweisender Ständer angeordnet ist, an dem die Abtast- oder Meßeinheit verschiebbar gelagert ist; eine im Grundbett angeordnete, vorzugsweise telezentrische Beleuchtungseinrichtung und ein auf dem Grundbett in den zwei Koordinaten der Ebene verschiebbarer Meßschlitten, dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtast- oder Meßeinheit und die Beleuchtungseinrichtung an Haltearmen angeordnet sind, die starr und in einem, optimale Beleuchtungsverhältnisse gewährleistenden Abstand voneinander an einem, in Führungen des Ständers verschiebbar gelagerten Vertikalschlitten befestigt sind, derart, daß die optischen Achsen von Abtast- oder Meßeinheit und Beleuchtungseinrichtung in einem Abstand parallel zu den !Führungen des Ständers fluchten, daß vorzugsweise an dem, die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm eine, eine Drehung des Vertikalschlittens um seine Achse verhindernde und parallel zu den Führungen des Ständers angeordnete, in einem Lager geführte Führungsschiene und ein, die Verschiebung des Vertikalschlittens erfassender Maßstab eines Meßs^stems angeordnet sind, wobei die Längsachse dieses Maßstabes mit der optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung fluchtet.

2.Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung in einem abgewinkelten, rohrförmigen Gehäuse untergebracht ist, an welchem die Führungsschiene und der Maßstab des Meßsjstems angeordnet sind·

3»Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel zum Antrieb und zur Gewichtsentlastung der aus Vertikalschlitten, Haltearmen, Beleuchtungseinrichtung, Maßstab und Abtast- oder Meßeinheit bestehenden Baugruppe vorgesehen sind, wobei die Wirkungsrichtung der durch den'Antrieb und die Gewichtsentlastung eingeleiteten Kräfte parallel

zur Verschieberrichtung des Yertikalschlitten und durch den Masseschwerpunkt der Baugruppe verläuft..

4.Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die, die Gewichtentlastung realisierenden Mittel Massestücke sind, die über ein Zugmittel und Umlenkrollen auf den die Meßeinheittragenden Haltearme wirken, und daß als Antrieb ein motorgetriebener Bandantrieb vorgesehen ist, der mit dem die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm verbunden ist.

^•Eoordinatenmeßgerät nach Anspruch 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die den Vertikalschlitten und die !führungsschiene fahrenden Lager aerostatische Lager sind.

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