-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Multisensorkopf für Mehrkoordinatenmess-
und -prüfeinrichtungen
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
In
der Mehrkoordinatenmess- und -prüftechnik
werden häufig
verschiedene Sensortypen wie mechanische bzw. taktile Tastköpfe, Videotaster
und Lasertaster an einer Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung
(nachfolgend auch kurz als Koordinatenmessgerät bezeichnet) eingesetzt, um
kontaktierende Vermessungen von Werkstücken mit berührungsfreien
Vermessungen zu kombinieren und eine große Flexibilität bei der
Vermessung von Werkstücken
bzw. Messobjekten bereitzustellen. In diesem Zusammenhang sind auch
sogenannte Multisensormessköpfe
bekannt, die mehrere gleichartige und/oder verschiedenartige Sensoren
in bzw. an einem Gehäuse
enthalten, um die oben genannte Flexibilität mit nur einem Messkopf zu
erzielen.
-
So
zeigt zum Beispiel die
DE
44 45 331 A1 einen Multisensormesskopf für Koordinatenmessgeräte, der
in einem Gehäuse
drei Hubzylinder mit Linearbewegungsrichtung parallel zur z-Achse
aufweist, an deren unteren Enden ein Videotaster, ein mechanischer
Taster bzw. ein Lasertriangulationstaster angebracht sind.
-
Die
Dokumente
DE 43 27
250 A1 ,
DE
196 39 780 A1 und WO-A-99/58932 offenbaren jeweils ein Koordinatenmessgerät mit einem
Multisensormesskopf, der einen optischen Taster (Messmikroskop,
Videokamera, CCD-Kamera, optional Lasertaster) enthält und außerdem mit
einer Wechselschnittstelle für einen
mechanischen Tastkopf versehen ist.
-
Den
oben erwähnten
herkömmlichen
Multisensormessköpfen
ist gemeinsam, dass sie jeweils direkt an einer Pinole des jeweiligen
Koordinatenmessgeräts
montiert sind. Diese Multisensormessköpfe sind somit nur auf den
Koordinatenmessgeräten
der jeweiligen Hersteller einsetzbar.
-
Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat den Bedarf erkannt, dass
Anwender herkömmliche Koordinatenmessgeräte von verschiedenen
Herstellern, die beispielsweise nur mit einer Wechselschnittstelle
für einen
mechanischen bzw. taktilen Tastkopf, insbesondere einen Renishaw-Tastkopf
versehen sind, mit einem optischen Sensor (Lasertaster, Videotaster)
erweitern wollen, gleichzeitig aber die Möglichkeit des (automatischen)
Wechselns des mechanischen Tastkopfes beibehalten werden soll. Bisher sind
zur Lösung
dieses Problems nur Systeme bekannt, bei denen der mechanische Tastkopf
und der Lasertaster in einer Wechselschnittstelle des Koordinatenmessgeräts abwechselnd
eingesetzt werden. Hierzu sind auch automatische Wechslereinrichtungen
bekannt, die allerdings sehr teuer sind und nur durch den Hersteller
des Koordinatenmessgeräts nachgerüstet werden
können.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multisensormesskopf
für eine
Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung
bereitzustellen, der ein einfaches Nachrüsten von Mehrkoordinatenmess-
und -prüfeinrichtungen,
die nur mit einer Wechselschnittstelle für einen mechanischen Tastkopf
versehen sind, mit einem Lasertaster ermöglicht, wobei die Möglichkeit
des einfachen Wechselns zwischen Lasertaster und mechanischem Tastkopf und
zwischen verschiedenen Tastköpfen
gewährleistet
sein soll.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Multisensormesskopf für eine Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Der
Multisensormesskopf für
eine Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung weist ein Gehäuse, einen
in dem Gehäuse
integrierten Lasertaster und eine an dem Gehäuse vorgesehene Tastkopf-Wechselschnittstelle
für einen
mechanischen Tastkopf auf. Das Gehäuse weist ferner eine Sensorkopf-Wechselschnittstelle
zum Anbringen des Multisensorkopfes an einer Tastkopf-Wechselschnittstelle der
Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung
auf, und die Tastkopf-Wechselschnittstelle des Multisensormesskopfes
ist analog der Tastkopf-Wechselschnittstelle der Mehrkoordinatenmess-
und -prüfeinrichtung
ausgebildet.
-
Dieser
Multisensormesskopf der Erfindung kann in eine Tastkopf-Wechselschnittstelle
einer Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung eines beliebigen
Herstellers eingesetzt werden, um das Koordinatenmessgerät auf einfache
Weise und ohne zusätzliche
Maßnahmen
oder Vorrichtungen mit einem Lasertaster nachzurüsten, um mechanische und optische
Vermessungen von Werkstücken
mit dem Koordinatenmessgerät
zu ermöglichen.
Insbesondere sind für
diese Nachrüstung
keine weiteren Änderungen
der Hardware oder der Software der Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung
erforder lich. Da der Multisensormesskopf außerdem mit einer Tastkopf-Wechselschnittstelle
ausgestattet ist, bleibt die Möglichkeit
erhalten, in dem Koordinatenmessgerät verschiedene mechanische
Tastköpfe
im Wechsel einzusetzen.
-
Da
der Renishaw-Tastkopf der in der Praxis am weitesten verbreitete
mechanische Tastkopf von Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtungen
ist, ist die Tastkopf-Wechselschnittstelle
des Multisensormesskopfes vorteilhafter Weise zur Aufnahme eines Renishaw-Tastkopfes
ausgebildet und die Sensorkopf-Wechselschnittstelle ist analog einer
Wechselschnittstelle eines Renishaw-Tastkopfes ausgebildet.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Lasertaster
ein schaltender Lasertaster, der sowohl für Einzelpunkt-Messungen als
auch im Multipunkt-Scanmodus betrieben werden kann. Dies bedeutet,
dass die Empfängereinrichtung
zum Beispiel mehrere Differenzphotodioden aufweist, um bei Einzelpunkt-Messungen
eine Defokussierung des Laserstrahls als Differenzsignal zu erfassen
und eine entsprechende Korrektur der Fokusebene einzuleiten, um
dann den der Fokusebene entsprechenden Messwert auszulesen.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
des Multisensormesskopfes kann der Lasertaster auch ein messender
Lasertaster sein. Außerdem
kann die Empfängereinrichtung
anstatt der Differenzphotodioden auch positionsempfindliche Photodioden
oder einen CCD-Chip aufweisen, welche die Messwerte innerhalb eines
vorgegebenen Messfensters ohne Nachregelung der Messachse direkt
an eine Auswerteeinheit liefern.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Gehäuse ferner
ein Videotaster integriert, um die Vermessungsmöglichkeiten des Multisensormesskopfes
weiter zu erhöhen.
Die Kombination des Lasertasters und des Videotasters erfolgt beispielsweise
nach dem aus der
DE
38 06 686 A1 bekannten Prinzip.
-
Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Darin zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung
einer Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung, die mit einem
Multisensormesskopf gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgerüstet
ist; und
-
2 eine stark vereinfachte
Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Multisensormesskopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
In 1 sind die wesentlichen
Komponenten eines Ausführungsbeispiels
einer Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung (nachfolgend auch kurz
als Koordinatenmessgerät
bezeichnet) 10 dargestellt, die mit einem Multisensormesskopf 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist. Anschließend zeigt 2 stark vereinfacht den Aufbau eines
Ausführungsbeispiels
eines solchen Multisensormesskopfes 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Das
Koordinatenmessgerät 10 von 1 ist ein in Portalbauweise
aufgebautes Gerät
mit einem feststehenden Portal, das aus zwei Seitenstützen 14, einer
Traverse 16 und einem Messtisch 18 ausgebildet
ist. Die Traverse 16 bildet gleichzeitig die Führungsbahn 20 für einen
Querträger 22,
der sich mit einer Stütze 24 auf
einer zweiten Führungsbahn 26 auf dem
der Traverse 16 abgewandten Rand des Messtisches 18 abstützt. Der
Querträger 22 ist
entlang der beiden parallel angeordneten Führungsbahnen 20, 26 bis
gegen Endanschläge
(nicht dargestellt) in x-Koordinatenrichtung über dem Messtisch 18 verfahrbar.
Der Messtisch 18 ist beispielsweise als Drehmesstisch ausgebildet
und in der x-y-Ebene fixiert.
-
An
dem Querträger 22 ist
ein Schlitten 28 in y-Koordinatenrichtung entlang des Querträgers 22 angebracht.
Dieser Schlitten 28 nimmt eine in z-Koordinatenrichtung
verschiebbare Pinole 30 auf. Am unteren Ende der Pinole 30 ist
eine Tastkopf-Wechselschnittstelle
(in 1 nicht erkennbar)
zur Aufnahme eines mechanischen bzw. taktilen Tastkopfes, der in
der Praxis häufig
ein Renishaw-Tastkopf ist, vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Koordinatenmessgerät 10 aber
mit einem Multisensormesskopf 12 zum wahlweise berührungsfreien
und/oder kontaktierenden Vermessen eines auf dem Messtisch 18 platzierten
Werkstücks
bzw. Messobjekts 32 ausgestattet, dessen Aufbau weiter
unten anhand von 2 näher erläutert wird.
-
Der
Multisensormesskopf 12 ist insbesondere mit einem Lasertaster
und mit einer Wechselschnittstelle für einen mechanischen Tastkopf,
insbesondere einen Renishaw-Tastkopf
versehen. In diese Wechselschnittstelle können mechanische Tastköpfe aus
einer Tastkopfhalterung (nicht dargestellt) für mehrere unterschiedliche
Tastköpfe
für verschiedene Messanwendungen
eingesetzt werden.
-
Alternativ
ist es auch möglich,
die Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung 10 mit
einem in der x-y-Ebene verfahrbaren Messtisch 18 und einer in
der x-y-Ebene fixierten Pinole 30 zu versehen, wodurch
die gleichen Relativbewegungen zwischen dem auf dem Messtisch 18 platzierten
Messobjekt 32 und dem Multisensormesskopf 12 realisierbar
sind.
-
Mit
dem Koordinatenmessgerät 10 ist
zur Steuerung der Komponenten des Koordinatenmessgeräts 10 und
Auswertung der Messsignale ferner über eine Signalleitung 34 eine
Auswerte- und/oder Steuereinheit 36 verbunden. Mit der
Auswerte- und/oder Steuereinheit 36 sind außerdem eine
Eingabevorrichtung 38 für
den Benutzer, ein Monitor 40 und ein Drucker 42 verbunden.
-
Es
wird nun Bezug nehmend auf 2 der Aufbau
eines Ausführungsbeispiels
eines Multisensormesskopfes 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
näher erläutert, wie
er in dem Koordinatenmessgerät 10 von 1 eingesetzt werden kann. Der
Einfachheit halber sind in 2 die
elektronischen Steuerungen und Leitungsverbindungen des Lasertasters 46 und
der Tastkopf-Wechselschnittstelle 48 weggelassen.
-
Der
Multisensormesskopf 12 besitzt im wesentlichen ein Gehäuse 44,
einen Lasertaster 46, eine Tastkopf-Wechselschnittstelle 48 zur
wahlweisen Aufnahme eines mechanischen Tastkopfes (nicht dargestellt)
und eine Sensorkopf-Wechselschnittstelle 50 zum Anbringen
des Multisensormesskopfes 12 in der Tastkopf-Wechselschnittstelle an
der Pinole 30 der Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung 10.
Da der Renishaw-Tastkopf der in der Koordinatenmesstechnik am weitesten
verbreitete mechanische Tastkopf ist, ist die Tastkopf-Wechselschnittstelle 48 vorzugsweise
zur Aufnahme eines Renishaw-Tastkopfes ausgebildet, und die Sensorkopf-Wechselschnittstelle 50 ist
vorzugsweise zum Einsetzen in eine Tastkopf-Wechselschnittstelle
an der Pinole 30 ausgebildet. Optional kann in dem Gehäuse 44 des
Multisensormesskopfes 12 außerdem ein Videotaster (nicht
dargestellt) integriert sein, um die Flexibilität des Multisensormesskopfes 12 weiter zu
erhöhen.
-
Der
Lasertaster 46 ist vorteilhafter Weise ein schaltender
Lasertaster, der sowohl für
Einzelpunkt-Messungen als auch im Multipunkt-Scanmodus betrieben
werden kann. Der Lasertaster 46 weist insbesondere eine
Lichtquelle 52, ein Messobjektiv 54 und eine Empfängereinrichtung 56 auf.
Das Messobjektiv 54 ist bevorzugt ein austauschbares Messobjektiv,
das durch ein anderes Messobjektiv mit unterschiedlichen optischen
Eigenschaften ersetzt werden kann, und/oder ein Zoom-Objektiv. Die
Lichtquelle 52, vorzugsweise eine Laserdiode oder Impuls-Laserdiode,
sendet einen parallel gerichteten Laserstrahl 58 aus, der
auf einen um 45° geneigten
Spiegel 60 und dann auf einen um 45° geneigten Halbspiegel 62 trifft
und von diesem in Richtung auf das Messobjektiv 54 reflektiert
wird, durch welches der Laserstrahl 58 auf die Oberfläche des
zu vermessenden Messobjekts 32 fokussiert wird.
-
Der
auf die Oberfläche
des Messobjekts 32 gerichtete Laserstrahl 58 wird
an dieser reflektiert und durch das Messobjektiv 54 wieder
parallel gerichtet. Der an dem Messobjekt 32 reflektierte
Laserstrahl 64 läuft
dann an dem Halbspiegel 62 ungehindert vorbei und trifft
auf eine Optik bzw. Linse 66. Diese Optik 66 fokussiert
den reflektierten Laserstrahl 64 auf einen Fangbereich
der Empfängereinrichtung 56.
-
Die
Empfängereinrichtung 56 enthält eine oder
mehrere Differenzphotodioden. Alternativ kann die Empfängereinrichtung 56 jedoch
auch eine oder mehrere positionsempfindliche Photodioden oder einen
CCD-Chip aufweisen. Bei Einzelpunkt-Messungen wird von der Empfängereinrichtung 56 beim Durchfahren
der Fokusebene des Laserstrahls 58 ein Triggersignal erzeugt,
welches der Auswerte- und/oder Steuereinheit 36 zugeführt wird.
-
Im
Multipunkt-Scanmodus hingegen wandert bei einer Defokussierung des
Laserstrahls 58 auf der Oberfläche des Messobjekts 32 das
von den Differenzphotodioden empfangene Signal aus und erzeugt ein
Differenzsignal (ein von Null abweichendes Messsignal), welches
direkt einer Vorschubvorrichtung der Pinole 30 in Form
eines Servomotors zugeführt
wird. Die Vorschubvorrichtung positioniert die Pinole 30 und
damit den Multisensormesskopf 12 entsprechend dem Differenzsignal
in z-Koordinatenrichtung derart, dass die zu vermessende Oberfläche des
Messobjekts 32 wieder in der Fokusebene des Messobjektivs 54 liegt.
Die Position des Multisensormesskopfes 12 in z-Koordinatenrichtung
wird über ein
geeignetes Messsystem an dem Koordinatenmessgerät 10 erfasst und der
Auswerte- und/oder Steuereinheit 36 zugeführt. Aufgrund
der kontinuierlichen und automatischen Fokussierung des Messobjekts 32 können hohe
Messgenauigkeiten und gleichzeitig hohe Scan-Geschwindigkeiten erzielt
werden. Im Fall der oben genannten Empfängereinrichtung 56 mit
positionsempfindlichen Photodioden oder CCD-Technik werden die Messwerte innerhalb
eines bestimmten Defokusbereichs direkt an die Auswerte- und/oder
Steuereinheit 36 geliefert, ohne dass die Messachse nachgeregelt
werden muss, sodass die Scan-Geschwindigkeit weiter erhöht werden
kann.
-
Es
sei an dieser Stelle ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass der Aufbau des Multisensormesskopfes 12 nicht
auf das in 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
Insbesondere ist die Erfindung nicht auf einen speziellen Strahlengang des
Laserstrahls 58 und des reflektierten Laserstrahls 66 oder
auf spezielle optische Komponenten wie Spiegel 60, 62,
Messobjektiv 54 oder Optik 66 beschränkt.
-
Der
oben erläuterte
Multisensormesskopf 12 vereint die Flexibilität eines
Multisensormesskopfes für
berührungsfreie
und kontaktierende Vermessungen von Messobjekten 32 und
die Technik der (automatisch) wechselbaren mechanischen Tastköpfe. Der
Multisensormesskopf 12 der Erfindung ermöglicht dabei
außerdem
das einfache Nachrüsten
von bestehenden Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtungen 10,
die ausschließlich
mit einer Tastkopf-Wechselschnittstelle zur Aufnahme eines mechanischen
Tastkopfes versehen sind, mit einem solchen Multisensormesskopf 12,
da dieser eine entsprechend angepasste Sensorkopf-Wechselschnittstelle 50 aufweist.
Für ein
derartiges Nachrüsten
sind vorteilhafter Weise auch keine weiteren Änderungen der Hardware oder
Software der Mehrkoordinatenmess- und -prüfeinrichtung 10 erforderlich.
-
- 10
- Mehrkoordinatenmess-
und -prüfeinrichtung
- 12
- Multisensormesskopf
- 14
- Seitenstützen
- 16
- Traverse
- 18
- Messtisch
- 20
- Führungsbahn
- 22
- Querträger
- 24
- Stütze
- 26
- Führungsbahn
- 28
- Schlitten
- 30
- Pinole
- 32
- Messobjekt
- 34
- Signalleitung
- 36
- Auswerte-
und/oder Steuereinheit
- 38
- Eingabevorrichtung
- 40
- Monitor
- 42
- Drucker
- 44
- Gehäuse
- 46
- Lasertaster
- 48
- Tastkopf-Wechselschnittstelle
- 50
- Sensorkopf-Wechselschnittstelle
- 52
- Lichtquelle
- 54
- Messobjektiv
- 56
- Empfängereinrichtung
- 58
- Laserstrahl
- 60
- Spiegel
- 62
- Halbspiegel
- 64
- reflektierter
Laserstrahl
- 66
- Optik