DE9404503U1 - Measuring device - Google Patents

Description

MeßvorrichtungMeasuring device

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring device according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, Oberflächen mittels eines Moire-Meßsystems zu messen. Dabei wird die Oberfläche von eine Strahlungsquelle über ein erstes Gitter beleuchtet und über ein zweites Gitter unter einem Winkel zur Beleuchtungsrichtung betrachtet. Durch die Überlagerung der Gitter ergeben sich Moire-Linien, die Höhenlinien der Oberfläche entsprechen und über einen Empfänger, beispielsweise eine Video-Kamera, und einen angeschlossenen Rechner ausgewertet werden. Einer derartige Technik ist beispielsweise in der DE-OS 33 28 753 beschrieben. Damit ist es möglich, eine große Zahl von Meßstellen mit einer Einstellung berührungsfrei auszuwerten; allerdings ist die Genauigkeit nicht immer zufriedenstellend, und insbesondere können nur relative Oberflächendaten erhalten werden.It is known to measure surfaces using a moiré measuring system. The surface is illuminated by a radiation source via a first grid and viewed via a second grid at an angle to the direction of illumination. The superposition of the grids produces moiré lines that correspond to the contour lines of the surface and are evaluated via a receiver, for example a video camera, and a connected computer. Such a technique is described, for example, in DE-OS 33 28 753. This makes it possible to evaluate a large number of measuring points with one setting without contact; however, the accuracy is not always satisfactory and, in particular, only relative surface data can be obtained.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Meßvorrichtung zu schaffen, mit der schnell und genau auch absolute Oberflächendaten erhalten werden können.It is the object of the invention to create a compact measuring device with which absolute surface data can be obtained quickly and accurately.

Diese Aufgabe wird erfindunggemäß mit einer Meßvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mittels des ebenfalls im Meßkopf untergebrachten, an sich bekannten Lasertriangulations-Meßsystems - bei diesem System erfolgt eine Abstandsmessung durch den je nach Abstand variierendenThis object is achieved according to the invention with a measuring device with the features of claim 1. By means of the also housed in the measuring head, known laser triangulation measuring system - in this system a distance measurement is carried out by the varying depending on the distance

Auftreffort eines schräg auf eine Fläche projezierten, reflektierten Strahls auf einen Sensor - kann dabei eine Absolutmessung der Oberflächendaten zur Kalibrierung der Moire-Meßdaten erfolgen. Dabei ist der zusätzliche apparative Aufwand gering, da gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform für beide Meßsysteme derselbe Empfänger verwendet werden kann. Damit ist eine besonders kompakte Bauweise des Meßkopfes möglich.The point at which a reflected beam projected obliquely onto a surface hits a sensor can be used to take an absolute measurement of the surface data to calibrate the moiré measurement data. The additional equipment required is minimal, since according to a particularly preferred embodiment, the same receiver can be used for both measurement systems. This enables a particularly compact design of the measuring head.

Die Erfindung soll im weiteren unter Bezug auf eine in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschrieben werden. Von den Figuren zeigen:The invention will be described below with reference to an embodiment shown in the figures. The figures show:

Fig. 1: eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Meßkopfes vonFig. 1: a view of a measuring head according to the invention of

vorne; und
Fig. 2: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Meßkopf bei weggelassener Abdeckung.front; and
Fig. 2: a plan view of a measuring head according to the invention with the cover omitted.

In der Ansicht nach Figur 1 ist eine Basisplatte 1 dargestellt, die über eine Halterung 2 mit einer (nicht gezeigten) Positioniervorrichtung, beispielsweise einer 5-Achsen-Positionierung zur Drehung, Schwenkung und Einstellung in 3 Koordinaten an einer im wesentlichen mittigen oder davon leicht seitlich verschobenen Stelle 3 verbunden ist. Auf der Basisplatte 1 sind ein aus einer Beleuchtungseinrichtung 4, einem mit einer Einrichtung 5a zur hochpräzisen seitlichen Verschiebung verbundenes Gitter 5 und einem Empfänger 6 bestehendes Moire-Meßsystem 7 und ein aus einem Laser 8 und dem Empfänger 6 gebildetes Lasertriangulations-Meßsystem 9 nebeneinander angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 4 weist entlang einer ersten optischen Achse 11, die auf einer Seite der Stelle 3 verläuft, einen Weißlichtprojektor 10 mit Hohlspiegel 12, eine Projektionsoptik 13 mit Projektionsobjektiv 13a und das Projektionsgitter 5 auf. Neben der Beleuchtungseinrichtung 4 auf derselben Seite der Stelle 3 ist der Laser 8 mit einem (nicht gezeigten) Strahlteiler, der den Laserstrahl in eine Mehrzahl vonIn the view according to Figure 1, a base plate 1 is shown, which is connected via a holder 2 to a (not shown) positioning device, for example a 5-axis positioning for rotation, pivoting and adjustment in 3 coordinates at a location 3 that is essentially central or slightly offset to the side. A moiré measuring system 7 consisting of an illumination device 4, a grating 5 connected to a device 5a for high-precision lateral displacement and a receiver 6 and a laser triangulation measuring system 9 formed from a laser 8 and the receiver 6 are arranged next to one another on the base plate 1. The illumination device 4 has a white light projector 10 with a concave mirror 12, a projection optics 13 with a projection lens 13a and the projection grating 5 along a first optical axis 11 that runs on one side of the location 3. Next to the illumination device 4 on the same side of the location 3, the laser 8 is provided with a beam splitter (not shown) which divides the laser beam into a plurality of

beispielsweise 5 Strahlen verschiedener Richtung aufteilt, so auf der Basisplatte befestigt, daß seine (zweite) optische Achse 14 neben der ersten optischen Achse 11 und in derselben Ebene liegt. Auf der anderen Seite der Stelle 3 ist der Empfänger 6 auf der Basisplatte 1 derart befestigt, daß die (dritte) optische Achse 15 seiner Abbildungsoptik 16 ebenfalls in der Ebene der ersten und zweiten optischen Achsen 11,14 liegt und sich mit diesen in einem Punkt schneidet. Der Empfänger 6 weist auf der Achse 15 angeordnet ein Betrachtungsobjektiv 16a und eine CCD-Sensor 17 auf, der mit einer Kameraelektronik 18 verbunden ist. Mit dieser ist über den CCD-Sensor 17 eine Auswertung der von einem zu messenden Objekt reflektierten, entweder von der Beleuchtungseinrichtung 4 oder vom Laser 8 emittierten Strahlung möglich. Während die optischen Achsen 11, 14 und 15 im wesentlichen in einer Ebene liegen, aber zueinander derart schräg angeordnet sind, daß sie sich in einem Punkt schneiden, sind das Projektionsobjektiv 13a und das Betrachtungsobjektiv 16a zwar auf den jeweiligen Achsen 11,15, aber mit zueinander paralleler und ebenfalls im wesentlichen in der Ebene der Achsen 11, 14 und 15 liegender optischer Achse angeordnet.for example, splits 5 beams of different directions, is attached to the base plate in such a way that its (second) optical axis 14 lies next to the first optical axis 11 and in the same plane. On the other side of the point 3, the receiver 6 is attached to the base plate 1 in such a way that the (third) optical axis 15 of its imaging optics 16 also lies in the plane of the first and second optical axes 11, 14 and intersects with them at a point. The receiver 6 has a viewing lens 16a and a CCD sensor 17 arranged on the axis 15, which is connected to a camera electronics 18. This enables an evaluation of the radiation reflected by an object to be measured, either emitted by the lighting device 4 or by the laser 8, via the CCD sensor 17. While the optical axes 11, 14 and 15 lie essentially in one plane, but are arranged at an angle to one another such that they intersect at one point, the projection lens 13a and the viewing lens 16a are arranged on the respective axes 11, 15, but with the optical axis parallel to one another and also lying essentially in the plane of the axes 11, 14 and 15.

Basisplatte 1, Moire-Maßsystem 7 und Triangulationsmeßsystem 9 sind von einem Gehäuse 19 umgeben, in dem ferner ein Lüfter 20 zur Wärmeabfuhr angeordnet ist. über ein Kabel 21 werden sämtliche Anschlüsse zu einer (nicht gezeigten) Steuer- und Auswerteeinheit geführt, insbesondere die Versorgung der Bauteile 8, 10, 17, 18 und 20, die Zufuhr der Steuersignale zu den Bauteilen 5a, 8, 10 und die Ableitung der Meßsignale von der Kameraelektronik 18.Base plate 1, moiré measuring system 7 and triangulation measuring system 9 are surrounded by a housing 19, in which a fan 20 is also arranged for heat dissipation. All connections are led to a control and evaluation unit (not shown) via a cable 21, in particular the supply of the components 8, 10, 17, 18 and 20, the supply of the control signals to the components 5a, 8, 10 and the derivation of the measurement signals from the camera electronics 18.

Claims (9)

SchutzansprücheProtection claims 1. Meßvorrichtung mit einem Meßkopf und einem darin angeordneten Moire-Meßsystem (7), das eine Strahlungsquelle (10) mit einem Gitter (5) und einen Empfänger (6) aufweist,1. Measuring device with a measuring head and a moiré measuring system (7) arranged therein, which has a radiation source (10) with a grid (5) and a receiver (6), dadurch gekennzeichnet, daß im Meßkopf ein Lasertriangulationsmeßsystem (9) untergebracht ist, das eine weitere Strahlungsquelle in Form eines Lasers (8) und einen Empfänger (6) aufweist.characterized in that a laser triangulation measuring system (9) is housed in the measuring head, which has a further radiation source in the form of a laser (8) and a receiver (6). 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1,2. Measuring device according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6) des Moire-Meßsystems (7) und der Empfänger (6) des Triangulationsmeßsystems (9) durch einen einzigen Empfänger (6) gebildet werden.characterized in that the receiver (6) of the moiré measuring system (7) and the receiver (6) of the triangulation measuring system (9) are formed by a single receiver (6). 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2,3. Measuring device according to claim 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einzige Empfänger (6) einen CCD-Sensor (17) aufweist.characterized in that the single receiver (6) has a CCD sensor (17). 4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen (11,14,15) der Strahlungsquellen (10,8) und der Empfänger (6) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical axes (11,14,15) of the radiation sources (10,8) and the receiver (6) lie essentially in a common plane. 5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf über eine Halterung (2) mit einer Positioniervorrichtung, beispielsweise einer 5-Achsen-Positioniervorrichtung, verbunden ist.5. Measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring head is connected via a holder (2) to a positioning device, for example a 5-axis positioning device. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5,6. Measuring device according to claim 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (8,10) und die Empfänger (6) jeweils auf verschiedenen Seiten des Meßkopfes hinsichtlich der Halterung (2) angeordnet sind.characterized in that the radiation sources (8, 10) and the receivers (6) are each arranged on different sides of the measuring head with respect to the holder (2). 7. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf über ein einziges Kabel (21) zur Zufuhr der Versorgungsspannung und der Steuersignale und zur Ableitung der Meßsignale angeschlossen ist.7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring head is connected via a single cable (21) for supplying the supply voltage and the control signals and for deriving the measuring signals. 8. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf von einem Gehäuse (19) umgeben ist.8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring head is surrounded by a housing (19). 9. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasertriangulationsmeßsystem (9) einen Strahlteiler zur Aufteilung des Laserstrahls in eine Mehrzahl von Strahlen mit verschiedener Richtung aufweist.9. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser triangulation measuring system (9) has a beam splitter for dividing the laser beam into a plurality of beams with different directions.