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Hintergrund
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formmesseinrichtung zum Messen einer Form eines zu messenden Objektes durch Bestrahlen des zu messenden Objektes mit Licht und Abbilden des zu messenden Objektes.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Allgemein bekannt ist eine Formmesseinrichtung zum Messen einer Oberflächenform eines Werkstückes durch Abtasten einer Oberfläche des Werkstückes durch eine Sonde und Erfassen von Positionskoordinaten und dergleichen eines jeden Teiles des Werkstückes.
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Eine derartige bekannte Formmesseinrichtung ist eine kontaktfreie Einrichtung zum Vornehmen einer Messung ohne Inkontaktbringen einer Sonde mit einer Oberfläche eines Werkstückes, wie in der Druckschrift
JP-T-2009-534969 beschrieben ist.
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Bei der kontaktfreien Oberflächenformmesseinrichtung gemäß Beschreibung in der Druckschrift
JP-T-2009-534969 wird eine Oberflächenform des Werkstückes durch Bestrahlen einer Oberfläche des Werkstückes mit einem Linearlinienlaser durch eine Abtastsonde und Abbilden dieser Oberfläche unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Bestrahlungsrichtung mit dem Linienlaser gemessen. Bei einer derartigen kontaktfreien Oberflächenformmesseinrichtung besteht kein Risiko, die Oberfläche des Werkstückes zu beschädigen, und zwar auch unter Berücksichtigung des Einflusses auf die Messgenauigkeit infolge einer Abrasion der Sonde.
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Zudem bildet die in der Druckschrift
JP-A-2012-225700 beschriebene Einrichtung ein Werkstück unter Verwendung des Scheimpflug-Prinzips ab. Bei Verwendung dieses Prinzips ändert sich die Bestrahlungsfläche mit einem Linienlaser an einem Abbildungselement entsprechend einem Abstand zwischen einer Lichtquelle und dem Werkstück, während der Fokus bzw. Brennpunkt über einen weiten Bereich zur Verfügung steht. Entsprechend nimmt die Messgenauigkeit der Formmesseinrichtung ab.
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Zusammenfassung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Formmesseinrichtung bereitzustellen, die eine hochgenaue Messung vornehmen kann.
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Eine Formmesseinrichtung entsprechend der Erfindung verfügt über einen Bestrahlungsteil, einen Sensor und eine Linse. Der Bestrahlungsteil bestrahlt ein Werkstück mit einem Linearlinienlaser. Der erste Sensor empfängt einen von dem Werkstück reflektierten Linienlaser und erfasst ein Bild des Werkstückes. Die Linse bildet ein Bild eines von dem Werkstück reflektierten Linienlasers an einer Abbildungsoberfläche des ersten Sensors ab. Eine erste Oberfläche mit Erstreckung bezüglich der Abbildungsoberfläche, eine zweite Oberfläche mit Erstreckung bezüglich einer Hauptebene der Linse und eine dritte Oberfläche mit Erstreckung bezüglich einer Bestrahlungsoberfläche mit dem Linienlaser schneiden sich an einem Punkt. Der Bestrahlungsteil verfügt über eine Lichtquelle, ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element. Die Lichtquelle erzeugt Laserlicht. Das erste optische Element fächert das Laserlicht von der Lichtquelle linear auf und erzeugt den Linienlaser. Das zweite optische Element ist zwischen der Lichtquelle und dem ersten optischen Element ausgebildet und derart aufgebaut, dass eine Bestrahlungsfläche mit einem Linienlaser an dem Werkstück eingestellt werden kann. Die Formmesseinrichtung beinhaltet des Weiteren einen Steuer- bzw. Regelteil zum Steuern bzw. Regeln einer Einstellung der Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser an dem Werkstück durch das zweite optische Element.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine Formmesseinrichtung, die eine hochgenaue Messung vornehmen kann, bereitgestellt werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die vorliegende Erfindung erschließt sich besser aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der begleitenden Zeichnung, die lediglich zum Zwecke der Illustration angegeben ist und die vorliegende Erfindung nicht beschränken soll und die sich wie folgt zusammensetzt.
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1 ist ein Gesamtdiagramm eines Systems, das eine Formmesseinrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
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2 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus einer optischen Sonde 17 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
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3A und 3B sind schematische Diagramme zur Darstellung eines Linienlasers, der unter Verwendung der optischen Sonde 17 zum Einsatz kommt.
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4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus eines Laserlichterzeugungsteiles 172 und einer Anordnung des Inneren der optischen Sonde 17 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
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5 ist ein Musterdiagramm zur Darstellung eines CMOS-Sensors 1732 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
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6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Steuer- bzw. Regelsystems der optischen Sonde 17.
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7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebes der Formmesseinrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
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8 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Steuerung bzw. Regelung durch eine abstimmbare Linse 1722 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel.
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9 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus eines Laserlichterzeugungsteiles 172 und einer Anordnung des Inneren einer optischen Sonde 17 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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10 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebes einer Formmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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11 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Steuerung durch eine elektrische Apertur 1725 entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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12 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus eines Laserlichterzeugungsteils 172 und einer Anordnung des Inneren einer optischen Sonde 17 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel.
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13 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebs einer Formmesseinrichtung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel.
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14 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Steuerung bzw. Regelung durch einen veränderlichen Schlitz 1726 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel.
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15 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus eines Laserlichterzeugungsteils 172 und einer Anordnung des Inneren einer optischen Sonde 17 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel.
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16 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebs einer Formmesseinrichtung entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel.
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17 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Laserlichterzeugungsteiles 172 entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Detailbeschreibung der Erfindung
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Eine Formmesseinrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend detailliert anhand der Zeichnung beschrieben. 1 ist ein Gesamtdiagramm eines Systems, das die Formmesseinrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. Die Formmesseinrichtung wird durch Anbringen einer optischen Sonde 17 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Messsonde einer Koordinatenmessmaschine 1, wie in 1 gezeigt ist, hergestellt. Die Formmesseinrichtung beinhaltet eine Bewegungssteuerung bzw. Regelung 2, ein Bedienfeld 3 und ein Host-System 4. Die Bewegungssteuerung bzw. Regelung 2 treibt die Koordinatenmessmaschine 1 an und steuert bzw. regelt diese und erfasst zudem einen notwendigen gemessenen Koordinatenwert von der Koordinatenmessmaschine 1. Das Bedienfeld 3 bedient manuell die Koordinatenmessmaschine 1 durch die Bewegungssteuerung bzw. Regelung 2. Das Host-System 4 bearbeitet ein Teilprogramm zum Anweisen einer Messprozedur in der Bewegungssteuerung bzw. Regelung 2 und führt dieses aus. Zudem weist das Host-System 4 eine Funktion des Vornehmens einer Berechnung zum Fitten bzw. Anpassen einer geometrischen Form an den durch die Bewegungssteuerung bzw. Regelung 2 erfassten gemessenen Koordinatenwert oder Aufzeichnen oder Senden des Teilprogramms auf.
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Die Koordinatenmessmaschine 1 ist folgendermaßen aufgebaut. Eine Oberflächenplatte 11 ist an einem Antivibrationstisch 10 derart platziert, dass eine obere Oberfläche der Oberflächenplatte 11 auf eine horizontale Ebene als Basisoberfläche abgestimmt ist, wobei eine X-Achsen-Führung 13 an den oberen Enden von Armstützkörpern 12a, 12b, die von beiden Seitenenden der Oberflächenplatte 11 hochstehen, gestützt wird. Das untere Ende des Armstützkörpers 12a wird in einer Y-Achsen-Richtung durch einen Y-Achsen-Antriebsmechanismus 14 angetrieben, und das untere Ende des Armstützkörpers 12b wird an der Oberflächenplatte 11 beweglich in der Y-Achsen-Richtung durch Luftlager gestützt. Die X-Achsen-Führung 13 treibt eine Z-Achsen-Führung 15 an, die sich vertikal in einer X-Achsen-Richtung erstreckt. Die Z-Achsen-Führung 15 ist mit einem Z-Achsen-Arm 16 derart versehen, dass sie entlang der Z-Achsen-Führung 15 angetrieben wird, und es ist die kontaktlose optische Sonde 17 an dem unteren Ende des Z-Achsen-Armes 16 angebracht. Darüber hinaus kann die optische Sonde 17 in einer horizontalen Ebene oder einer vertikalen Ebene drehbar sein.
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2 zeigt den Aufbau der optischen Sonde 17 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die optische Sonde 17 verfügt über ein Gestell 171, einen Laserlichterzeugungsteil 172, der innerhalb des Gestells 171 angeordnet ist, eine Abbildungsvorrichtung 173 zum Erfassen eines Werkstückes und eine Steuer- bzw. Regelschaltung 174 zum Einstellen des Laserlichterzeugungsteiles 172, wie in 2 gezeigt ist. Der detaillierte Aufbau des Laserlichterzeugungsteiles 172 und die Steuerung bzw. Regelung des Aufbaus werden nachstehend beschrieben.
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Der Laserlichterzeugungsteil 172 bestrahlt ein Werkstück 5 mit einem Linearlinienlaser, der sich in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene erstreckt, die von der optischen Achse (optische Achse in der Mitte einer Abtastrichtung) des Laserlichterzeugungsteiles 172 und der optischen Achse der Abbildungsvorrichtung 173 gebildet wird, und beleuchtet eine Oberfläche des Werkstückes 5 linear.
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Die Abbildungsvorrichtung 173 verfügt über ein Bandpassfilter 1731a, eine Linse 1731b und einen CMOS-Sensor 1732 zum Erfassen eines Bildes des Werkstückes 5 durch das Bandpassfilter und die Linse. Die Abbildungsvorrichtung 173 ist in einer Richtung empfangenen Lichtes aus einer Richtung der Bildung eines vorbestimmten Winkels in Bezug auf eine Richtung der Bestrahlung des Werkstückes 5 mit Licht aus einer Lichtquelle angeordnet. Dies bedeutet, dass der auf die Oberfläche des Werkstückes 5 einfallende und entlang einer Form der Oberfläche des Werkstückes 5 reflektierte Linienlaser unter einem vorbestimmten Winkel durch die Abbildungsvorrichtung 173 empfangen wird.
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3A und 3B sind schematische Diagramme zur Darstellung eines Linienlasers, der unter Verwendung der optischen Sonde 17 eingesetzt wird. Wie in 3A gezeigt ist, wird, wenn das Werkstück 5 mit einem Linearlinienlaser L durch den Laserlichterzeugungsteil 172 bestrahlt wird, reflektiertes Licht L' des Linienlasers entlang der Oberfläche des Werkstückes 5 verformt, und es wird ein Umriss bzw. eine Kontur zum Zeitpunkt des Schneidens des Werkstückes 5 in einer bestimmten Ebene durch das reflektierte Licht L' unterteilt bzw. sektioniert. Die Abbildungsvorrichtung 173 erfasst ein Bild des Werkstückes 5 unter einem vorbestimmten Winkel von einer Bestrahlungsrichtung mit Laserlicht des Laserlichterzeugungsteiles 172 und erfasst ein Bild des reflektierten Lichtes L', wie in 3B gezeigt ist.
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4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus des Laserlichterzeugungsteiles 172 und einer Anordnung des Inneren der optischen Sonde 17. Darüber hinaus ist das Bandpassfilter 1731a in 4 weggelassen. Wie in 4 gezeigt ist, beinhaltet das Laserlichterzeugungsteil 172 eine Lichtquelle 1721, eine abstimmbare Linse 1722 und einen Strahlaufweiter 1723. Ein Laser, der von der Lichtquelle 1721 emittiert wird, läuft durch die abstimmbare Linse 1722 und wird durch den Strahlaufweiter 1723 aufgefächert, um einen Linienlaser zu erzeugen. Dies bedeutet, dass die abstimmbare Linse 1722 zwischen der Lichtquelle 1721 und dem Strahlaufweiter 1723 ausgebildet ist. Der Aufbau ist derart, dass eine Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 durch die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 auf Grundlage eines von dem CMOS-Sensor 1732 erfassten Bildes eingestellt werden kann. Entsprechend wird die Brennweite des Linienlasers eingestellt. Darüber hinaus ist der Strahlaufweiter 1723 beispielsweise eine Stablinse oder eine Zylinderlinse.
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Zudem beruht die optische Sonde 17 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf dem Scheimpflug-Prinzip, wobei sich, wie in 4 gezeigt ist, Oberflächen S1 bis S3 mit jeweiliger Erstreckung bezüglich einer Abbildungsoberfläche S1 des CMOS-Sensors 1732, einer Hauptebene S2, die einen Hauptpunkt der Linse 1731b beinhaltet, und einer Oberfläche S3 der Bestrahlung mit dem Linienlaser, mit dem das Werkstück 5 bestrahlt wird, an einem Punkt P schneiden. Durch eine derartige Anordnung wird ein Fokus bzw. Brennpunkt an der gesamten Abbildungsoberfläche des CMOS-Sensors 1732 erreicht.
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Da das vorliegende Ausführungsbeispiel auf dem vorbeschriebenen Scheimpflug-Prinzip beruht, variiert die optische Vergrößerung in Abhängigkeit von einer Position einer Bestrahlung mit dem Linienlaser an dem Werkstück 5. In 4 ist beispielsweise die optische Vergrößerung in einer Bestrahlungsposition nahe an dem Laserlichterzeugungsteil 172 hoch, und die optische Vergrößerung ist in einer Bestrahlungsposition c fern von dem Laserlichterzeugungsteil 172 klein. In einer Bestrahlungsposition b zwischen den Bestrahlungspositionen a und c wird die optische Vergrößerung zwischen den optischen Vergrößerungen in den Bestrahlungspositionen a und c ermittelt. Infolgedessen ändert sich eine Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser an dem CMOS-Sensor 1732 entsprechend der Bestrahlungsposition, was bewirkt, dass die Messgenauigkeit schlechter wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel löst die nachstehend beschriebene Steuerung bzw. Regelung der abstimmbaren Linse 1722 dieses Problem.
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5 ist ein Musterdiagramm zur Darstellung des CMOS-Sensors 1732 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Der CMOS-Sensor 1732 verfügt über eine zweidimensionale Feldanordnung von Pixelsensoren, wie in 5 gezeigt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verfügt der CMOS-Sensor 1732 beispielsweise über 1024 Lichtempfangselemente E in Erstreckungsrichtung des Linearlinienlasers und 1280 Lichtempfangselemente E in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung. Darüber hinaus nimmt der CMOS-Sensor 1732 eine Rollverschlussfunktion wahr. Die Rollverschlussfunktion betrifft ein Verfahren, bei dem nur diejenigen Lichtempfangselemente E, die in einer oder mehreren Reihen (oder Spalten) angeordnet sind, Licht gleichzeitig empfangen und das Licht in dieser Reiheneinheit (oder Spalteneinheit) sequenziell in einer Spaltenrichtung (oder Reihenrichtung) empfangen wird. Die Lichtempfangselemente E (Lichtempfangselemente, die durch einen dicken Rahmen hervorgehoben sind), die in der ersten Spalte angeordnet sind, empfangen beispielsweise, siehe 5, Licht gleichzeitig. Wird dieser Lichtempfangsvorgang beendet, so werden Lichtempfangsvorgänge sequenziell in der zweiten Spalte, der dritten Spalte und dergleichen mehr durchgeführt.
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6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Steuer- bzw. Regelsystems der optischen Sonde 17 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 verfügt über eine CPU 1741, einen Programmspeicherteil 1742, der mit der CPU 1741 verbunden ist, einen Arbeitsspeicher 1743 und ein Mehrwertbildspeicher 1744, wie in 6 gezeigt ist. Bildinformation, die in dem CMOS-Sensor 1732 erworben wird, wird in die CPU 1741 durch den Mehrwertbildspeicher 1744 eingegeben. Die CPU 1741 steuert bzw. regelt die abstimmbare Linse 1722 auf Grundlage eines in dem CMOS-Sensor 1732 erworbenen Bildes.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Formmesseinrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel anhand 7 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Betriebs der Formmesseinrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 7 gezeigt ist, bestrahlt die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 das Werkstück 5 mit einem Linienlaser (S101). Sodann erfasst die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 eine Bestrahlungsposition in jeder Spalte des CMOS-Sensors 1732 (S102). Durch diese Bestrahlungsposition wird der Abstand zwischen der Lichtquelle 1721 und der Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 erfasst. Sodann steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 auf Grundlage eines Durchschnittswertes der Bestrahlungspositionen an dem CMOS-Sensor 1732 und stellt die Fokalposition ein (S103).
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Die Einstellung in Schritt S103 erfolgt derart, wie in 8 gezeigt ist. Darüber hinaus ist, siehe 8, eine Bestrahlungsposition b näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 als eine Bestrahlungsposition c, und eine Bestrahlungsposition a ist näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 als die Bestrahlungsposition b.
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Wie in 8 gezeigt ist, wird, wenn die Position der Bestrahlung mit dem Linienlaser an dem Werkstück 5, näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 (Lichtquelle 1721) ist, die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 größer eingestellt, und die Brennweite wird kürzer eingestellt. Konkret wird die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b größer als die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition c eingestellt. Auf ähnliche Weise wird die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition a größer als die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b eingestellt. Entsprechend wird die Brennweite Lb für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b kürzer als die Brennweite Lc für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition c eingestellt. Auf ähnliche Weise wird die Brennweite La für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition a kürzer als die Brennweite Lb für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b eingestellt.
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Durch die Steuerung bzw. Regelung der abstimmbaren Linse 1722 gemäß vorstehender Beschreibung stellt das erste Ausführungsbeispiel die Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser an dem Werkstück 5 auf Grundlage des Abstandes zwischen der Lichtquelle 1721 und der Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 ein. Es kann jedoch alternativ die Bestrahlungsfläche beispielsweise auf Grundlage einer Koordinatenposition (Pixelposition), in der der Linienlaser an dem CMOS-Sensor 1732 abgebildet wird, einer Lichtstärke oder einer Linienbreite des abgebildeten Linienlasers eingestellt werden. Infolge dessen kann durch starkes Verschmälern der Linienbreite des einfallenden Linienlasers in einer beliebigen Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 im maximalem Umfang der Fähigkeit eines optischen Systems des Laserlichterzeugungssystems 172 das erste Ausführungsbeispiel Schwankungen in der Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser mit Abbildung an dem CMOS-Sensor 1732 verringern, um die Messgenauigkeit zu verbessern. Das erste Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die Messgenauigkeit durch eine Unebenheit einer Oberfläche des Werkstückes 5 verbessern.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Als Nächstes wird eine Formmesseinrichtung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei der Formmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ist anstelle der abstimmbaren Linse 1722 des ersten Ausführungsbeispieles eine Kollimatorlinse 1724 ausgebildet, und es ist eine elektrische Apertur 1725 zwischen der Kollimatorlinse 1724 hiervon und einem Strahlaufweiter 1723, wie in 9 gezeigt ist, ausgebildet. Der Aufbau ist derart, dass ein Aperturdurchmesser der elektrischen Apertur 1725 durch eine Steuer- bzw. Regelschaltung 174 auf Grundlage eines von einem CMOS-Sensor 1732 erfassten Bildes eingestellt werden kann.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Formmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel anhand 10 beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Betriebes der Formmesseinrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie in 10 gezeigt ist, werden Schritte S101 und S102 ähnlich zu denjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Sodann steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 einen Aperturdurchmesser der elektrischen Apertur 1725 auf Grundlage eines Durchschnittswertes der Bestrahlungspositionen an dem CMOS-Sensor 1732 (S103a).
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Die Einstellung in Schritt S103a erfolgt derart, wie in 11 gezeigt ist. Darüber hinaus ist in 11 eine Bestrahlungsposition b näher an einem Laserlichterzeugungsteil 172 als eine Bestrahlungsposition c, und eine Bestrahlungsposition a ist näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 als die Bestrahlungsposition b.
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Wie in 11 gezeigt ist, wird, wenn die Position der Bestrahlung mit einem Linienlaser an dem Werkstück 5 näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 (Lichtquelle 1721) ist, der Aperturdurchmesser der elektrischen Apertur 1725 kleiner eingestellt. Konkret wird der Aperturdurchmesser Rb der elektrischen Apertur 1725 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b kleiner als der Aperturdurchmesser Rc der elektrischen Apertur 1725 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition c eingestellt. Auf ähnliche Weise wird ein Aperturdurchmesser Ra der elektrischen Apertur 1725 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition a kleiner als der Aperturdurchmesser Rb der elektrischen Apertur 1725 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b eingestellt.
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Durch die Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Apertur 1725 gemäß vorstehender Beschreibung stellt das zweite Ausführungsbeispiel eine Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser an dem Werkstück 5 auf Grundlage eines Abstandes zwischen der Lichtquelle 1721 und der Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 ein. Alternativ kann die Bestrahlungsfläche beispielsweise auch auf Grundlage einer Koordinatenposition (Pixelposition), in der der Linienlaser an dem CMOS-Sensor 1732 abgebildet wird, einer Lichtstärke oder einer Linienbreite des abgebildeten Linienlasers eingestellt werden. Infolgedessen kann durch starkes Verschmälern der Linienbreite des einfallenden Linienlasers in einer beliebigen Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 im maximalen Umfang der Fähigkeit eines optischen Systems des Laserlichterzeugungsteiles 172 das zweite Ausführungsbeispiel Schwankungen der Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser mit Abbildung an dem CMOS-Sensor 1732 verringern, um die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Als Nächstes wird eine Formmesseinrichtung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei der Formmesseinrichtung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel ist anstelle der elektrischen Apertur 1725 des zweiten Ausführungsbeispieles ein veränderlicher Schlitz 1726, wie in 12 gezeigt ist, ausgebildet. Der Aufbau ist derart, dass ein Spalt des veränderlichen Schlitzes 1726 durch eine Steuer- bzw. Regeleinheit 174 auf Grundlage eines von einem CMOS-Sensor 1732 erfassten Bildes eingestellt werden kann.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Formmesseinrichtung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel anhand 13 beschrieben. 13 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Betriebes der Formmesseinrichtung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel. Wie in 13 gezeigt ist, werden Schritte S101 und S102 ähnlich zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispieles ausgeführt. Sodann steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 einen Spalt des veränderlichen Schlitzes 1726 auf Grundlage eines Durchschnittswertes von Bestrahlungspositionen an dem CMOS-Sensor 1732 (S103b).
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Die Einstellung in Schritt S103b erfolgt derart, wie in 14 gezeigt ist. Darüber hinaus ist in 14 die Bestrahlungsposition b näher an einem Laserlichterzeugungsteil 172 als eine Bestrahlungsposition c, und eine Bestrahlungsposition a ist näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 als die Bestrahlungsposition b.
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Wie in 14 gezeigt ist, wird, wenn die Position der Bestrahlung mit einem Linienlaser an dem Werkstück 5 näher an dem Laserlichterzeugungsteil 172 (Lichtquelle 1721) ist, der Spalt des veränderlichen Schlitzes 1726 kleiner eingestellt. Konkret wird ein Spalt Wb des veränderlichen Schlitzes 1726 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b kleiner als ein Spalt Wc des veränderlichen Schlitzes 1726 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition c eingestellt. Auf ähnliche Weise wird ein Spalt Wa des verändlichen Schlitzes 1726 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition a kleiner als der Spalt Wb des veränderlichen Schlitzes 1726 für den Fall der Bestrahlung der Bestrahlungsposition b eingestellt.
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Durch die Steuerung bzw. Regelung des veränderlichen Schlitzes 1726 gemäß vorstehender Beschreibung stellt das dritte Ausführungsbeispiel eine Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser an dem Werkstück 5 auf Grundlage eines Abstandes zwischen der Lichtquelle 1721 und der Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 ein. Alternativ kann die Bestrahlungsfläche auch beispielsweise auf Grundlage einer Koordinatenposition (Pixelposition), in der der Linienlaser an dem CMOS-Sensor 1732 abgebildet wird, einer Lichtstärke oder einer Linienbreite des abgebildeten Linienlasers eingestellt werden. Infolgedessen kann durch starkes Verschmälern der Linienbreite des einfallenden Linienlasers in einer beliebigen Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 im maximalen Umfang der Fähigkeit eines optischen Systems des Laserlichterzeugungsteiles 32 das dritte Ausführungsbeispiel Schwankungen der Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser mit Abbildung an dem CMOS-Sensor 1732 verringern, um die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Als Nächstes wird eine Formmesseinrichtung entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Formmesseinrichtung entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel verfügt über eine Kollektivlinse 175 und einen Lichtpositionserfassungsteil 176 zusätzlich zum Aufbau des ersten Ausführungsbeispieles, wie in 15 gezeigt ist. Der Lichtpositionserfassungsteil 176 kann aus einem eindimensionalen optischen Sensor, so beispielsweise einem PSD oder einem Liniensensor, aufgebaut sein. Der Lichtpositionserfassungsteil 176 empfängt reflektiertes Licht von dem Werkstück 5 durch die Kollektivlinse 175. Der Lichtpositionserfassungsteil 176 erfasst eine Lichtposition in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung eines Linienlasers eindimensional. Der Aufbau ist derart, dass eine Krümmung einer abstimmbaren Linse 1722 durch eine Steuer- bzw. Regelschaltung 174 auf Grundlage des Lichtes, das von dem Lichtpositionserfassungsteil 176 erfasst wird, eingestellt werden kann. Entsprechend wird eine Brennweite des Linienlasers eingestellt.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Formmesseinrichtung entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel anhand 16 beschrieben. 16 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Betriebes der Formmesseinrichtung entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel. Wie in 16 gezeigt ist, wird Schritt S101 ähnlich zu demjenigen des ersten Ausführungsbeispieles ausgeführt. Sodann erfasst die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 eine Bestrahlungsposition an dem Lichtpositionserfassungsteil 176 (S102c). Durch diese Bestrahlungsposition wird ein Abstand zwischen einer Lichtquelle 1721 und der Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 erfasst. Nachfolgend steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regelschaltung 174 die Krümmung der abstimmbaren Linse 1722 auf Grundlage der Bestrahlungsposition an dem Lichtpositionserfassungsteil 176 und stellt eine Brennweite ein (S103c).
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Durch die vorbeschriebene Steuerung bzw. Regelung bietet das vierte Ausführungsbeispiel einen Effekt, der ähnlich zu demjenigen des ersten Ausführungsbeispieles ist. Dies bedeutet, dass durch starkes Verschmälern einer Linienbreite des einfallenden Linienlasers in einer beliebigen Bestrahlungsposition an dem Werkstück 5 im maximalen Umfang der Fähigkeit des optischen Systems eines Laserlichterzeugungsteils 172 das vierte Ausführungsbeispiel Schwankungen der Bestrahlungsfläche mit dem Linienlaser mit Abbildung an einem CMOS-Sensor 1732 verringern kann, um die Messgenauigkeit verbessern. Darüber hinaus ist, getrennt von dem CMOS-Sensor 1732, das vierte Ausführungsbeispiel mit dem Lichtpositionserfassungsteil 176 versehen, um hierdurch die Brennweite einzustellen. Infolgedessen kann das vierte Ausführungsbeispiel eine Last an dem CMOS-Sensor 1732 zur Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit verringern.
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Weiteres Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Formmesseinrichtung entsprechend der Erfindung ist vorstehend beschrieben worden, wobei die Erfindung nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern verschiedene Änderungen, Ergänzungen, Ersetzungen und dergleichen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzugehen.
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So kann beispielsweise, wie in 17 gezeigt ist, ein Laserlichterzeugungsteil 172 derart ausgelegt sein, dass er einen Spiegel 1727 und einen Galvano-Spiegel 1728 anstelle eines Strahlaufweiters 1723 aufweist. Der Spiegel 1727 reflektiert Bestrahlungslicht aus einer Lichtquelle 1721 zu dem Galvano-Spiegel 1728. Der Galvano-Spiegel 1728 dreht sich innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches durch ein Galvanometer 1729.
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Zudem können die ersten bis vierten Ausführungsbeispiele eine Bestrahlungsfläche mit einem Linienlaser an einem Werkstück 5 auf Grundlage einer Bestrahlungsfläche mit einem Linienlaser an einem CMOS-Sensor 1732 einstellen. Zudem kann eine Ausgestaltung einer Anordnung des Lichtpositionserfassungsteiles 176 entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel auch bei den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen Verwendung finden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-534969 [0003, 0004]
- JP 2012-225700 A [0005]
