DD233175A1 - COORDINATE MEASURING DEVICE WITH DEFINED HEIGHT ADJUSTMENT OF A SCAN OR MEASURING UNIT - Google Patents
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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. 1The invention relates to a Koordinatenmessgeraet with defined height adjustment of a scanning or measuring unit with the aim to increase the accuracy of these devices. The task is to leave the lighting conditions unaffected, especially when adjusting the height, and to enable a combination of all measured values with high precision. The measuring unit and the lighting device are arranged on a respective support arm of a vertical slide, wherein the vertical slide is guided in air bearings of a Staenders. The optical axes of the measuring unit and lighting device are aligned. The height adjustment of the vertical slide is performed with scale and measuring system, the scale is arranged on the housing of the illumination device, that its axis is aligned with the above-mentioned optical axes. Fig. 1
Description
Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder MeßeinheitCoordinate measuring machine with defined height adjustment of a scanning or measuring unit
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder Meßeinheit, insbesondere optisch und fotoelektrisch arbeitende Koordinatenmeßgeräte, z.B. Meßmikroskope.The invention relates to a coordinate measuring machine with a defined height adjustment of a scanning or measuring unit, in particular optically and photoelectrically operating coordinate measuring machines, e.g. Measuring microscopes.
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. Characteristic of the known technical solutions; In the known and especially for the optical probing and measurement of the measured objects designed equipment group of workshop microscopes, which are also referred to as two-coordinate measuring instruments, the measuring unit with the aid of a stand (tripod) vertically guided carriage is slidably disposed, wherein the measuring unit is a measuring microscope With mono- or binocular insight and attachable or permanently mounted projection device or video camera with monitor. (Company publication IEITZ TJlMI, No. 81ΟΙ Of, "Universal measuring microscope as a building block for workshop and measuring room." Company pamphlets Mr. 24-255f-1 "Large tool microscope" or Mr. 24-251a-I "Universalmeßmikroskop P1" by Carl Ze iss Jena ). In all these and further developed devices, the lighting device is fixedly connected to the stand. By implementing both telecentric illumination and telecentric imaging of the measurement plane, image size differences in the displacement of the measurement unit necessary for object focusing are excluded along the stator, thus avoiding measurement errors.
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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.Disadvantage of these devices is that in spatially extended objects to be measured with a vertical displacement of the measuring unit due to the fixed illumination device significant illumination differences in the Meßobgektebene and thus in the intermediate image plane of the measuring unit are effective, which lead to measurement errors especially in photoelectric measurement or image analysis. Likewise, with the displacement of the measuring unit due to Pührungsfehlern of the carriage guided on the stand, a combination of the measured values recorded in different height positions χ; 7 and a detection of the values ζ due to the gross violation of the Abbecomer comparator principle is not high. Precision possible.
Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Genauigkeit im Durchlicht arbeitender Koordinatenmeßgeräte zu erhöhen.It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to increase the accuracy in transmitted light working coordinate.
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,The invention has for its object to provide a coordinate with defined height adjustment of the scanning and measuring unit, in which the illumination conditions remain unaffected in the height adjustment in compliance with AbbeenKomparatorprinzips and a combination of measured in different height positions of the scanning or measuring unit measured values with high precision is possible,
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, dadurchAccording to the invention this object is achieved in a coordinate measuring ait defined height adjustment of a Abtaat- or measuring unit, comprising a base bed on which a vertical, guides exhibiting stand is arranged on which the Äbtast- or measuring unit is slidably mounted; an arranged in the base bed, preferably telecentric illumination device and a displaceable on the base bed in the two coordinates of the plane Meßschlitten, characterized
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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.solved that the scanning or measuring unit and the illumination device are arranged on support arms which are fixed rigidly and in a, optimal lighting conditions ensuring distance from each other on a, slidably mounted in guides of the vertical slide, such that the optical axes of scanning or The measuring unit and illumination device are aligned at a distance parallel to the guides of the stand that preferably guided on the, the illumination device supporting arm, a rotation of the vertical slide around its axis and arranged parallel to the guides of the stator, guided in a bearing guide rail and a, the displacement of the vertical slide detecting scale of a measuring ^ stems are arranged, wherein the longitudinal axis of this scale is aligned with the optical axis of the illumination device.
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.It is advantageous that the illumination device is housed in a .abgewinkelten, tubular housing, on which the guide rail and the scale of the measuring ^ stems are arranged.
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.Ss is also advantageous if means for driving and weight relief of the existing vertical slide, holding arms, lighting device, scale and sensing or measuring unit assembly are provided, the direction of action of the forces introduced by the drive and the weight relief forces parallel to the direction of displacement of the vertical slide and through the center of gravity of the assembly runs.
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 einA structurally simple solution results when the weight-relief means are pieces of mass which act on the holding arm supporting the measuring unit via a traction mechanism and deflection rollers, and as a drive
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motorgetriebener Bandantrieb vorgesehen ist, der mit dem die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm verbunden ist.motor-driven belt drive is provided, which is connected to the illumination device supporting the support arm.
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.In order to achieve a precise and smooth displacement of the vertical slide, it is advantageous that the bearings leading the vertical slide and the guide rail are aerostatic bearings.
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.The arrangement of the scanning or measuring unit and the illumination device at a constant distance always, regardless of the location of the measurement in the vertical direction, given constant, optimal lighting conditions that are essential in a photoelectric measurement and image analysis of high accuracy to measurement errors Avoid linking measuring signals obtained at different altitudes is possible at any time. The flush arrangement of the measuring unit, the illumination device and the scale according to the invention, the Abbe Koraparatorprinzip is met in all measurements in vertical sighting and errors of the first order are avoided.
Ausfiihrungsbei spiel: . Execution example:.
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 undThe invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the drawing: FIG. 1 shows the schematic structure of the coordinate measuring machine, FIG. 2 shows the section A-A driving the vertical slide and FIG
Fig. 3 iE einer Draufsicht B-B die Beleuchtungsoptik und das Meßs^stem mit Maßstab.3 shows a plan view B-B of the illumination optics and the measuring system with scale.
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 einThe Koordinatenmeßgeiät shown in Fig. 1 comprises a base bed 1, on which a hard stone slab 2 is advantageously arranged. A measuring table 3 is slidably mounted on the hard stone plate 2 guides not shown in the two coordinates of the plane. At the basic bed 1 is also a
Ständer 6 oder eine Säule senkrecht zur EbeneStand 6 or a pillar perpendicular to the plane
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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.the hard stone plate 2 is arranged. The stand 6 is provided with guide elements 4; 5, preferably aerostatic bearings, saponify. These lead a vertical slide 7 "preferably made of Eartgestein, at the upper linde one, a mechanical, optical or photoelectric scanning or measuring unit 8 and / or a video camera 10 supporting support arm 9 is rigidly secured.
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.At the lower end of the vertical slide 7, a second support arm 11 for the lighting device 12 is fixedly mounted at a fixed distance from the support arm 9 and preferably, as a tubular housing 13; 13 formed in the interior of the illumination beam path runs. At its end remote from the vertical slide 7, the holding arm 11 is angled upwards. The optical axis 14 of the measuring unit 8 and the optical axis 15 of the illumination device 12 are aligned. Sine preferably externally provided light source 16 is connected via a light guide 17 to the illumination device 12. The given by this arrangement fixed distance between the measuring unit 8 and lighting device 12 guarantees an independent of the height position of the measuring unit 8, always consistent quality of illumination according to the quality of the optics used and the realized 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-At the upwardly angled end 18 of the holding arm 11 are arranged, a rotation of the vertical slide 7 about its longitudinal axis and arranged parallel to the guide surfaces of the vertical slide 7 guide rail 19 and a, the displacement of the vertical slide 7 detecting scale 20 of a measuring ^ stems 21 arranged the guide rail 19 being guided by aerostatic bearings 22 and 23 (Figure 3). The longitudinal axis 24 · of this scale 20 is aligned with the optical axes 14; 15 of the measuring unit 8, the illumination device 12 and parallel to the guide rail 19, which is achieved, dt.ß in'allen measurements and a
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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,Positions in the vertical direction the Abbe comparator principle is unharmed and measurement and Sinstellfehler first order can be avoided · The large Führungsbasen, by the distance of the guide elements 4; 5 on the stand 6 and the guide elements 22; 23 ensure a highly accurate sequence of joint height movement of the measuring unit 8 and lighting device 12 and thus provide a guarantee that the measured values 2: and 3 recorded in different height positions with the measuring table 3 in the x - ^ plane with highest accuracy Thus, the use of a 3-D probe head can be used in a coordinate measuring machine, especially for transmitted-light measuring tasks, thereby significantly expanding the measuring task spectrum.
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).In the load of the aerostatic guide elements 4; 5 and to minimize the acceleration and bending moments acting on the stand 6, means are provided for driving and weight-relieving the assembly comprising Yertika slides 7, holding arms 9 and 11, illumination means 12, scale 20 and measuring unit 8 the direction of action of the forces introduced by the drive and the weight relief runs parallel to the yawing direction of the Yertika slide 7 and through the center of mass of the assembly. The means for relieving the weight are mass pieces 25 attached to one, attached to the arm 9, via pivot rollers 26; 27 guided traction means 28 are arranged (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.As a drive for said assembly is advantageous, provided by a motor 29 via eiiu gear 30 driven belt drive 31 which is connected to the support arm 11 (Fig. 2). The drive is housed in the lower part of the coordinate.
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