DE4442787C1 - Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

Bei Zweikoordinatenmeßgeräten (ZKM), die mit einem in zwei Koordinaten meßbar verschieb­ baren Tisch ausgerüstet sind, wird die Verschiebung des Tisches mittels linearer Meßsysteme mit Maßstäben gemessen, die den einzelnen Koordinaten zugeordnet sind.

An Koordinatentischen, die in den Koordinaten X und Y der Ebene schwimmend gelagert sind, ist die Montage von linearen Meßsystemen mit festen Maßstäben problematisch. Nur durch Verwendung von Koppelgliedern ist der Anbau von linearen Meßsystemen möglich. Die Kop­ pelglieder führen jedoch unvermeidlich zu einer Zwangsführung des Tisches, die bei schwim­ mend gelagerten Tischen ja vermieden werden soll. Weiterhin bringt jede Koppelstelle zwi­ schen Tisch und Meßsystem im Bezug auf die Meßgenauigkeit zusätzliche Nachteile, weil die Meßsysteme bei derartigen Koordinatenmeßgeräten meistens an der Peripherie, also entfernt von der Position der zu vermessenden Meßobjekte, angeordnet sind, so daß die Bedingungen am Ort des Meßsystems und am Ort des Meßobjektes erhebliche Unterschiede aufweisen können. Durch Verletzung des Abbe′schen Komparatorprinzips entstehen erhebliche Meßfeh­ ler.

Eine Einrichtung zum Messen und Einstellen der Lagekoordinaten eines Objektträgers nach zwei Koordinatenrichtungen ist aus der CH-PS 601 769 bekannt, bei der zwei rechtwinklig zueinander fest angeordnete Meßraster vorgesehen sind, die mit jeweils einem mit dem Objekt träger verbundenen Ableseindex zusammenwirken. Hierbei ist jeder Ableseindex als Abtastra­ ster ausgebildet, das sich über die gesamte Meßlänge der anderen Koordinatenrichtung erstreckt. Einem jeden Abtastraster ist ein fotoelektrischer Sensor zur Detektion der Lage gegenüber dem zugeordneten Meßraster zugeordnet.

Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß zur Beleuchtung eines jeden Meßrasters eine geson­ derte Lichtquelle vorzusehen ist, da eine Abzweigung von Licht aus dem telezentrischen Strahlengang, z. B. einer bei Koordinatenmeßgeräten verwendeten Durchlichtbeleuchtungs­ einrichtung, nur mit zusätzlichen optischen Bauelementen möglich ist, was zu einem erhöhten technischen Aufwand führt.

Aus der DE 39 09 855 A1 ist ein Lagegeber zur Lagebestimmung einer positionierbaren Fläche relativ zu einer Bezugsfläche bekannt, wobei auf der positionierbaren Fläche und/oder der Bezugsfläche in zwei Koordinatenrichtungen Marken angeordnet sind und diesen Marken Abtaster gegenüberstehen, welche mit einem Koordinatenrechner verbunden sind. Dabei sind die Marken gleicher Koordinatenrichtung in diagonal zum Mittelpunkt der positionierbaren Fläche liegenden Feldern in den äußeren Bereichen der positionierbaren Fläche, die mit einem Koordinatenmeßtisch vergleichbar ist, angeordnet. Auch müssen gesonderte Lichtquellen für die Markenabtastung vorgesehen werden. Für die Ermittlung der Tischverschiebung in den einzelnen Koordinaten sind jeweils gesonderte Meßsysteme notwendig, was ebenfalls den Aufwand erhöht. Nach der DD 1 08 147 und der DE 37 12 958 C1 sind die Maßverkörperun­ gen Bestandteil eines lichtdurchlässigen Koordinatentisches, der so eine gemeinsame Beleuch­ tung von Meßobjekt und Maßverkörperung erlaubt, wobei jedoch jeweils eine außerhalb des Koordinatentisches liegende Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist. Die DE 88 02 791 U1 zeigt einen Koordinatentisch mit selbstleuchtendem Element, jedoch ohne Maßverkörperung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte zu schaffen, der rückwirkungsfrei mit einem Meßsystem verbunden ist und in welchem Teile eines solchen Meßsystems integriert sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Koordinatentisch mit den Merkmalen des ersten Anspruches gelöst. In den Unteransprüchen sind nähere Ausführungen und Einzelheiten der Erfindung beschrieben.

Um eine Beleuchtung des Meßobjektes, z. B. in Durchlichtbeleuchtung, und der Maßverkörpe­ rung mit einer einzigen Beleuchtungseinrichtung zu erreichen, ist die Maßverkörperung für jede Koordinate auf einem selbstleuchtenden Element aufgebracht oder angeordnet, welches im Koordinatentisch eingesetzt ist und auf dem das Meßobjekt angeordnet wird. Die Maßver­ körperung stellt vorteilhaft einen Maßstab eines optoelektronischen Meßsystems dar. Es ist auch möglich, die Maßverkörperung oder Maßverkörperungen auf der oberen Fläche des selbstleuchtenden Elementes vorzusehen oder anzubringen und diese mit einer verschleißfesten, durchsichtigen Beschichtung zu versehen. Damit wird erreicht, daß die auszuwertenden Maß­ verkörperungen in etwa gleicher Höhe wie die auszuwertenden Meßobjektkanten, z. B. flacher Meßobjekte, liegen und somit sowohl Maßverkörperung als auch Meßobjekt gleichzeitig mit einer Abtast- oder Auswerteeinheit erfaßt werden können. Bei entsprechender Tiefenschärfe des Meßobjektives ist so eine gleichzeitige Fokussierung auf das Meßobjekt und auf die Maßverkörperung möglich. Um eine Unterscheidung der Maßverkörperung von der Kante des Meßobjektes zu erreichen, ist jedoch eine selektive Bildauswertung notwendig. Die optische Auswertung der Meßobjektkante erfolgt in einem Spektralbereich, in welchem die Maßverkörperung nicht sichtbar ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Maßverkörperungen mit einer selektiv reflektierenden Schicht belegt sind oder selbst aus einer solchen bestehen. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zur Abtastung der Maßverkörperung durch die Abtasteinheit bzw. durch das Meßsystem ein anderer Wellenlängenbereich des Lichtes benutzt wird als zur Beleuchtung es Meßobjektes. In diesem Falle treten keine gegenseitigen Störungen bei der optischen Abtastung der Maßverkörperung und der Auswertung des Meßobjektes auf. Mit dem selbstleuchtenden Element kann ein Leuchttisch geschaffen werden, der auch die Größe des maximalen Verfahrbereiches besitzt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeich­ nung zeigen

Fig. 1 schematisch einen Koordinatentisch mit Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, Fig. 2 einen Meßtisch mit einer Maßverkörperung an der oberen Seite,

Fig. 3 einen nach oben selbstleuchtenden Koordinatentisch und

Fig. 4 einen nach oben und unten selbstleuchtenden Koordinatentisch als Ausführungsbeispiel.

Ein in Fig. 1 dargestellter Koordinatentisch 1 eines Koordinatenmeßgerätes ohne selbstleuchtendes Element ist mit einer Beleuchtungseinrichtung, bestehend aus einer Licht­ quelle 2 und einer Beleuchtungsoptik 3, ausgerüstet und besitzt einen den Lichtdurchtritt zur Beleuchtung des Meßobjektes 4 gewährleistenden Bereich, z. B. ein durchsichtiges Element 5 in Form einer Glasplatte. Der Koordinatentisch 1 selbst ist in den zwei Koordinaten X und Y der Ebene auf nicht dargestellten Führungen verschiebbar. Die Verschieberichtungen sind in der Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Unterhalb des Koordinatentisches 1 ist eine ortsfeste Auswerteeinheit 6, z. B. eine Meßkamera eines vorzugsweise flächenhaften Auflichtmeßsy­ stems, vorgesehen. Die abzutastende Maßverkörperung 7 des Meßsystems, die vorteilhaft Teilungen in den zwei Koordinaten X und Y besitzt, ist auf der Unterseite des Koordinatenti­ sches 1 und/oder des durchsichtigen Elementes 5 angeordnet und wird durch die Beleuch­ tungseinrichtung beleuchtet. Das von der Teilung reflektierte Licht wird der ortsfesten optoelektronischen Auswerteeinheit 6 zugeführt.

Dieses Meßsystem arbeitet nach dem Auflichtprinzip, d. h. es wird von unten beleuchtet, und das von der Maßverkörperung 7 reflektierte Licht wird in die Abtasteinheit 6 zurückgespiegelt. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß der nicht reflektierte Teil des Lichtes das durchsichtige Element 5 durchdringt und gleichfalls zur Beleuchtung des aufgelegten Meßob­ jektes 4 verwendet werden kann. Der Strahlengang der Beleuchtung ist dabei so geführt, daß das durchdringende Licht koaxial zu der Z-Achse verläuft, die senkrecht auf dem Koordina­ tentisch 1 steht. Die beleuchtete Kante 8 des Meßobjektes 4 wird durch ein Objektiv 9 in einer Beobachtungsebene oder auf einem Bildschirm oder auf der CCD-Matrix einer Kamera abge­ bildet (in der Zeichnung nicht dargestellt) und kann dort in an sich bekannter Weise vermessen werden.

Der in Fig. 2 dargestellte Koordinatentisch 1 besitzt ein durchsichtiges Element 5, welches an seiner oberen Fläche eine Maßverkörperung 10 besitzt. Die Beleuchtung der Maßverkörperung 10 und des Meßobjektes 4 bzw. dessen Kante 8 erfolgt in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise von unten. Zum Schutz der Maßverkörperung 10 vor Beschädigungen durch das aufgelegte Meßobjekt 4 ist diese mit einer durchsichtigen, verschleißfesten Beschich­ tung 11 oder Abdeckung versehen. Das Licht der Beleuchtungseinrichtung gelangt von unten her durch die Maßverkörperung 10 hindurch und an dem Meßobjekt 4 vorbei in das Objektiv 9 z. B. einer Meßkamera. Dies gestattet insbesondere bei flachen Meßobjekten die Kante 8 des Meßobjektes 4 und die Maßverkörperung 10 gleichzeitig durch die Meßkamera abzutasten. Um eine Unterscheidung der Maßverkörperung 10 von der Kante 8 des Meßobjektes 4 zu erreichen, ist eine selektive Bildauswertung in zwei Spektralbereichen notwendig. Das kann z. B. erfolgen, indem die Abtastung des Meßobjektes 4 in einem spektralen Bereich durchgeführt wird, in welchem die Maßverkörperung 10 nicht sichtbar ist. Dazu ist es notwendig, daß die Maßverkörperung 7 mit einer selektiv reflektierenden Schicht belegt ist oder aus einer solchen besteht.

In Fig. 3 ist ein selbstleuchtendes Element 16 eines Koordinatentisches 1 dargestellt, welches nur nach oben zum aufgelegten Meßobjekt 4 strahlt. Die Maßverkörperung 17 für ein Zwei­ koordinatenmeßsystem, welches als Auflichtmeßsystem ausgebildet ist, befindet sich an der Unterseite des selbstleuchtenden Elementes 16. Von einer Lichtquelle 18 wird die Teilung der Maßverkörperung 17 im Auflicht beleuchtet, und das von dieser reflektierte Licht wird einer Auswerteeinheit 19 des Zweikoordinatenmeßsystems zugeführt. Die Auswertung der Position der beleuchteten Kante des Meßobjektes erfolgt auch hier in bereits beschriebener Weise.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Koordinatentisch 1 mit einem selbstleuchten­ den Element 16 ausgerüstet, welches vorteilhaft so groß dimensioniert ist, wie der Verfahrbe­ reich des Koordinatentisches 1. Dieses Element 16 strahlt nach oben und unten, wobei das nach oben abgestrahlte Licht das aufgelegte Meßobjekt 4 trifft und das nach unten abgestrahlte Licht im Durchlicht die an der Unterseite des Elementes 16 angeordnete Maßverkörperung 13 durchstrahlt und über eine Abbildungsoptik 14 der Auswerteeinheit 6 zugeführt wird. Diese Ausführung besitzt einen konstruktiv einfachen Aufbau, da hier als lichtaussendende Elemente 16 sogenannte "Light-Pads" verwendet werden können. Die Auswertung der Position der beleuchteten Kante des Meßobjektes 4 erfolgt wieder in bekannter Weise, wie es in Zusam­ menhang mit Fig. 2 beschrieben ist.

Claims (6)

1. Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte, der in mindestens einer Koordinate auf dem Grundbett oder auf Führungen des Koordinatenmeßgerätes verschiebbar gelagert ist, mit min­ destens einer Maßverkörperung mindestens eines optoelektronischen Meßsystems,
gekennzeichnet durch

• - ein selbstleuchtendes Element (16), auf das das Meßobjekt (4) aufzulegen ist und in dessen Erstreckungsbereich die mindestens eine Maßverkörperung (7; 10; 13; 17) des mindestens einen optoelektronischen Meßsystems liegt, welche durch das selbstleuchtende Element (16) im Durchlicht beleuchtbar ist,
• - und mindestens eine ortsfest im Koordinatenmeßgerät angeordnete, optoelektronische Abtast- oder Auswerteeinrichtung (6; 19) zur Abtastung der mindestens einen Maßverkörp­ erung (7; 10; 13; 17).

2. Koordinatentisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (7; 10; 13; 17) am selbstleuchtenden Element (5) angeordnet ist.

3. Koordinatentisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine flächenhafte Maßverkörperung (7; 10; 13; 17) vorgesehen ist.

4. Koordinatentisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (7; 10; 13; 17) mit einer selektiv reflektierenden Schicht belegt ist oder selbst selektiv reflektierend ausgebildet ist.

5. Koordinatentisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstleuchtende Element (16) aus einer Glasplatte besteht, die mit mindestens einer lichtaussendenden Folie belegt ist.

6. Koordinatentisch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstleuchtende Element (16) die Maßverkörperung (10) auf seiner oberen Fläche trägt und diese mit einer verschleißfesten, durchsichtigen Beschichtung (8) versehen ist.