-
Die
Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung
von Objekten mit einem optischen Sensor, welcher an einem Portal über
das Messobjekt verschoben wird.
-
Aus
der
DE 10 2004
047 928 A1 ist ein Messverfahren zur 3-D-Vermessung räumlicher
Objektoberflächen bekannt, bei welchem mit einem optischen
Bildsensor in unterschiedlichen Z-Positionen einer Fokusfläche
des Bildsensors (also mit veränderlichem Abstand zwischen
Fokusfläche und vermessenem Bildpunkt) eine Serie von Bildern
erzeugt wird, die zur Bestimmung der X- und Y-Koordinaten als auch
der Z-Koordinate eines jeden Punktes auf der Objektoberfläche
herangezogen wird. Die durch die X-Y-Koordinaten aufgespannte Ebene
liegt im Idealfall parallel zur Fokusebene. Die Fokusebene weist
nur einen sehr geringen Tiefenschärfebereich auf, sodass
durch eine scharfe Abbildung eines Punktes der Objektoberfläche
bei einem bestimmten Abstand der Fokusebene einen Rückschluss
auf die Z-Position dieses Punktes zulässt. Diese Druckschrift
zeigt weiterhin eine Koordinatenmessmaschine, bei welcher das erwähnte
Verfahren angewendet wird. Weiterführende Angaben zur mechanischen bzw.
konstruktiven Realisierung einer solchen Koordinatenmessmaschine
werden dabei nicht aufgezeigt.
-
Die
WO 03/029752 A2 zeigt
ein Koordinatenmessgerät mit einem Portal umfassend zwei
Seitenstützen mit einem zwischen diesen verlaufenden Querträger
sowie zumindest einem entlang dieses Querträgers verschiebbaren
Schlitten, von dem seinerseits zumindest ein Sensor wie ein optisch
oder optisch taktil arbeitender Sensor ausgeht. Das Koordinatenmessgerät
umfasst weiterhin einen ein zu messendes Objekt aufnehmenden optisch
durchlässigen Messtisch sowie eine beabstandet zu diesem verlaufende
Grundplatte, wobei zwischen Messtisch und Grundplatte eine Durchlichtquelle
angeordnet ist, die von der optischen Achse des Sensors durchsetzt
ist. Die Durchlichtquelle geht von einer zwischen den Seitenstützen
verlaufenden Halterung aus und ist synchron mit dem Sensor verstellbar.
Die in den Figuren dieser Druckschrift gezeigte Ausführungsform
weist einen Schlitten auf, der entlang des Querträgers
verschiebbar ist. Von dem Schlitten geht eine Pinole mit einem eine
Optik aufweisenden Sensor, z. B. in Form einer CCD-Kamera aus. Die
Pinole ist einseitig an dem Querträger befestigt. Eine
derartige Anbringung und Führung des Sensors führt
zu mechanischen Toleranzen, die nur eine begrenzte Messgenauigkeit
ermöglichen.
-
Die
EP 1 381 823 B1 zeigt
ein Koordinatenmessgerät mit einem entlang einer Führung
in vertikaler Richtung verstellbaren Messsensor, welcher an einem
Element über zumindest ein Luftlager gleitend abstützbar
ist. Die für das axial verschiebbare Element benötigte
Vorspannung des abstützenden Luftlagers wird durch eine
zwischen einer Halterung und dem axial verschiebbaren Element wirkende
und von einem Magneten hervorgerufene Zugkraft kompensiert. Die
in dieser Druckschrift gezeigte Lösung widmet sich der
Lagerung in vertikaler Richtung, wohingegen keine Verbesserung der
horizontalen Lagerung und Führung aufgezeigt wird. Die
Luftlagerung in vertikaler Richtung ist zum einen sehr aufwändig und
zum anderen werden dadurch Messfehler, die beispielsweise aufgrund
einer Kippung des Messsensors entstehen können, nicht verhindert.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der
EP 1 381 823 B1 darin,
ein Koordinatenmessgerät zum Ver messen von Objekten bereitzustellen,
bei welchem der Sensor mit geringen Toleranzen vertikal an einem
Querträger eines Portals verfahren werden kann, wobei eine
hohe Messgenauigkeit erzielbar ist.
-
Die
genannte Aufgabe wird durch ein Koordinatenmessgerät gemäß dem
beigefügten Anspruch 1 gelöst.
-
Das
erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät
umfasst zunächst ein Portal mit Seitenstützen und
einem Querträger sowie einem unter dem Portal angeordneten
Messtisch zur Aufnahme des Messobjektes. Am Querträger
befindet sich ein optischer Sensor zur punktuellen Vermessung des
Messobjektes in einer optischen Achse des optischen Sensors, welcher
vertikal am Querträger verschiebbar ist. Das Koordinatenmessgerät
umfasst weiterhin mindestens eine Maßverkörperung
zur Bestimmung der vertikalen Position des optischen Sensors. Die
Maßverkörperung wird durch einen mit dem optischen
Sensor verbundenen Lesekopf entlang einer Maßlinie der
Maßverkörperung ausgelesen. Erfindungsgemäß ist
der optische Sensor zwischen zwei mit dem Querträger verbundenen
vertikalen Führungsschienen angeordnet. Der optische Sensor
kann entlang der vertikalen Führungsschienen vertikal gegenüber
dem Querträger verfahren werden. Die als Linien aufgefassten
vertikalen Führungsschienen spannen eine vertikale Führungsebene
auf, in der auch die Maßlinie der Maßverkörperung
und die optische Achse des optischen Sensors angeordnet sind.
-
Die
Führung in den beiden vertikalen Führungsschienen
ermöglicht eine spielarme vertikale Führung des
optischen Sensors. Zudem bewirken dennoch auftretende Kippfehler
keine oder nur eine verschwindend kleine Abweichung des zu messenden
vertikalen Abstandes gegenüber der Maßverkörperung
(Abbe-Fehler), da die Maßlinie der Maßverkörperung
gemeinsam mit der optischen Achse in der Führungsebene
liegt.
-
Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes
besteht darin, dass durch eine einfach zu realisierende konstruktive
Umgestaltung eine wesentliche Verbesserung der Messgenauigkeit erzielt
werden kann.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Koordinatenmessgerätes weisen die vertikalen Führungsschienen
ein Führungsprofil auf, in welches jeweils ein fest mit
dem optischen Sensor verbundener Gleitschuh eingeführt
ist. Die beiden Gleitschuhe weisen ein das Führungsprofil
umschließendes Profil auf, welches eine spielarme Führung
der Gleitschuhe in den vertikalen Führungsschienen ermöglicht.
Die Führungsprofile der beiden vertikalen Führungsschienen
weisen jeweils eine Symmetrieebene auf, die innerhalb der Führungsebene
liegt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die optische Achse
des Sensors und die Maßlinie sich exakt in der potenziellen
Kippebene befinden. Das Führungsprofil der vertikalen Führungsschienen
kann auch so ausgeführt werden, dass es das Führungsprofil
der Gleitschuhe umschließt. Andere gleichwirkende Führungskonstruktionen
sind dem Fachmann bekannt und können ebenfalls verwendet
werden.
-
Der
optische Sensor ist bevorzugt mittig zwischen den vertikalen Führungsschienen
angeordnet, wodurch Verkippungen senkrecht zur Führungsebene
minimiert sind. Die Maßlinie ist im Idealfall in der optischen
Achse des optischen Sensors angeordnet, wodurch ein Abbe-Fehler
vollständig vermieden ist. Bei einer bevorzugten technischen
Realisierung des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes
ist die Maßlinie zwischen dem optischen Sensor und einer der
vertikalen Führungsschienen ange ordnet, wodurch ein Abbe-Fehler
nahezu vollständig vermieden ist. Die Maßlinie
ist parallel zur optischen Achse des Sensors ausgerichtet.
-
Die
Maßverkörperung ist bevorzugt durch ein flaches
Band gebildet, beispielsweise ein Stahlmaßband oder ein
Glasmaßstab. Die durch das flache Band aufgespannte Ebene
ist mit der Führungsebene identisch.
-
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Koordinatenmessgerätes ist der optische Sensor weiterhin
horizontal entlang des Querträgers verschiebbar. Der Querträger
weist zwei horizontale Führungsschienen zur Lagerung und
horizontalen Führung des optischen Sensors auf. Die horizontalen
Führungsschienen bestimmen den Verschiebeweg des optischen Sensors
entlang des Querträgers. Der optische Sensor befindet sich
in einer vertikalen Ebene zwischen den horizontalen Führungsschienen.
Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der optische Sensor
unmittelbar zwischen den horizontalen Führungsschienen
angeordnet ist. Alternativ kann der optische Sensor unterhalb eines
Punktes angeordnet sein, der sich zwischen den horizontalen Führungsschienen
befindet, vorzugsweise auf der Symmetrieebene zwischen den horizontalen
Führungsschienen. Durch die genannte Anordnung des Sensors
ist gewährleistet, dass sich die Gewichtskraft und die Trägheitskraft
des Sensors beidseitig auf beide horizontale Führungsschienen
verteilen können, sodass einem gegebenenfalls vorhandenen
Kippmoment über die zweite horizontale Führungsschiene
entgegengewirkt wird. Die für die Vermessung erforderliche
Ausrichtung des Sensors wird in einem hohen Maße gewährleistet,
sodass eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht wird.
-
Eine
einseitige Aufhängung des Sensors am Querträger
eines Portals gemäß dem Stand der Technik führt
zu einer Begrenzung der Messgenauigkeit, da durch die einseitige
Aufhängung zwangsläufig ein Kippmoment auf den
Sensor wirkt. Das Kippmoment führt dazu, dass der Sensor
leicht kippt und somit nicht mehr exakt senkrecht gegenüber
einem das Messobjekt aufnehmenden Messtisch ausgerichtet ist. Folglich
erfasst der Sensor einen Punkt des Messobjektes, welcher nicht vertikal
unter dem Sensor angeordnet ist. Der durch den gekippten Sensor
hervorgerufene Fehler kommt besonders bei denjenigen Koordinatenmessgeräten
zum Tragen, bei denen der Sensor vertikal verfahren wird. Wird beispielsweise
der Abstand zwischen dem Sensor und dem zu vermessenden Punkt des
Messobjektes bestimmt, ist dieser Abstand gegenüber der
Maßverkörperung verfälscht, da der Abstand
nicht genau fluchtend oder parallel zur Maßverkörperung
ist. Dieser als Kippfehler oder Abbe-Fehler bezeichnete Messfehler
wirkt sich bekanntermaßen wesentlich stärker auf
die Messungenauigkeit aus, als ein linearer Fehler.
-
Weiterhin
kann das bei Lösungen gemäß dem Stand
der Technik vorhandene Kippmoment auf den Sensor zu einer Verklemmung
des Sensors in dessen horizontaler Führung am Portal führen.
Wirkt dann eine Kraft zum Verschieben des Sensors entlang des Querträgers
auf den Sensor, so muss durch diese zunächst diese Verklemmung überwunden werden,
wodurch sich die Ausrichtung des Sensors zumindest geringfügig ändert.
Dies kann zu einem kurzzeitigen Pendeln oder Schwingen des Sensors
in der Verschieberichtung führen, wodurch die Messgenauigkeit
während des Verschiebens des Sensors und bis zum vollständigen
Auspendeln des Sensors gemindert ist.
-
Bevorzugt
ist die Gewichtskraft des Sensors auf Kräfte, welche vertikal
auf die horizontalen Führungsschienen wirken, verteilt.
Folglich wirken auf die horizontalen Führungsschienen keine
Kräfte in horizontaler Richtung, welche ein Kippmoment
auf den Sensor bewirken würden. Somit kommt es weder zu einem
Kippen noch zu einem Pendeln des Sensors, beispielsweise zu einem
Zeitpunkt, in welchem die Bewegung des Sensors entlang des Querträgers
einsetzt.
-
Die
horizontalen Führungsschienen sind bevorzugt parallel und
in einer einzigen horizontalen Ebene angeordnet. Eine derartige
Anordnung erleichtert eine Gleichverteilung der Gewichts- und Trägheitskräfte
des Sensors auf die horizontalen Führungsschienen.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Koordinatenmessgerätes weist der Querträger eine
längs des Querträgers verlaufende Ausnehmung auf.
Die entlang der Ausnehmung neben der Ausnehmung verbleibenden Abschnitte des
Querträgers bilden jeweils einen Teilträger. An
jedem der beiden Teilträger ist eine der horizontalen Führungsschienen
befestigt, wobei der Sensor bevorzugt symmetrisch zwischen den horizontalen
Führungsschienen angeordnet ist. Diese Ausführungsform
erlaubt eine genaue Anordnung der horizontalen Führungsschienen
am Querträger und eine sichere Führung des Sensors
nahe den horizontalen Führungsschienen und dem Querträger.
Beispielsweise kann der Schwerpunkt des optischen Sensors in der
Ebene der horizontalen Führungsschienen angeordnet werden.
-
Das
Koordinatenmessgerät ist bevorzugt so auszuführen,
dass eine Anordnung umfassend den Querträger, die horizontalen
Führungsschienen und den Sensor eine vertikale Symmetrieebene
aufweist. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes
ist gewährleistet, dass sämtliche Kräfte
zwischen dem optischen Sensor und dem Querträger beidseitig
gleichverteilt auf die horizontalen Führungsschienen wirken,
wodurch mechanische Toleranzen nochmals verringert sind. Weiterhin
ist bei dieser Ausführungsform gewährleistet, dass
sich die meisten der thermisch bedingten Veränderungen
nicht derart auswirken, dass sich die Ausrichtung des Sensors ändert.
-
Die
vertikale Symmetrieebene und die vertikale Führungsebene
liegen bevorzugt in einer einzigen Ebene, wodurch der optische Sensor
sowohl horizontal als auch vertikal ausbalanciert ist.
-
Es
ist besonders vorteilhaft, wenn das Messobjekt von unten mit einer
Lichtquelle beleuchtet wird, die sich abschnittsweise ansteuern
lässt, wobei immer nur die Abschnitte aktiviert werden,
die im Erfassungsbereich des optischen Sensors liegen. Dadurch kann
die thermische Belastung der Gesamtanordnung und des Messobjektes
klein gehalten werden und es kann auf eine aufwändige mechanische Kopplung
der horizontalen Bewegung des Sensors mit der Verschiebung der Beleuchtungseinrichtung gemäß den
vorbekannten Lösungen verzichtet werden.
-
Andere
bevorzugte Ausführungsformen des Koordinatenmessgerätes
sind in den Unteransprüchen genannt.
-
Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1:
ein erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät
in einer perspektivischen Darstellung;
-
2:
das in 1 gezeigte Koordinatenmessgerät in einer
Schnittdarstellung; und
-
3:
das in 1 gezeigte Koordinatenmessgerät in einer
Ansicht von oben und in einer Detaildarstellung.
-
1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Koordinatenmessgerätes zur Vermessung eines Objektes. Das
Koordinatenmessgerät umfasst eine Grundplatte 01 und
ein Portal 02, die aus einem Hartgestein, beispielsweise aus
Granit, bestehen. Das Portal 02 umfasst zwei Seitenstützen 03 sowie
einen Querträger 04, welcher an seinen Enden auf
jeweils einer der Seitenstützen 03 aufliegt. Die
Seitenstützen 03 können auch schräg angeordnet
sein oder durch eine einzige Stütze gebildet sein. Der
Querträger 04 ermöglicht ein horizontales
Verfahren eines optischen Sensors in Form einer CCD-Kamera 06.
Die CCD-Kamera 06 wird an zwei parallelen horizontalen
Führungsschienen 07 geführt, welche an
der Unterseite des Querträgers 04 angeordnet sind.
Der Querträger 04 weist eine Ausnehmung 08 auf,
welche parallel zu den horizontalen Führungsschienen 07 ausgerichtet
ist. Die Ausnehmung 08 ermöglicht, dass ein großer
Teil der CCD-Kamera 06 oberhalb der horizontalen Führungsschienen 07 angeordnet
ist und innerhalb der Ausnehmung 08 verfahren werden kann.
Die längs ausgerichtete Ausnehmung 08 teilt den
Querträger 04 in einen ersten Teilträger 09 und
einen zweiten Teilträger 11. Der Querträger
kann alternativ auch zweistückig ausgebildet sein, indem
zwei Teilträger starr miteinander verbunden werden.
-
Unabhängig
von der Ausführung des Querträgers ist es zur
Erzielung geringer mechanischer Toleranzen vorteilhaft, die Flächen
der Teilträger zur Anbringung der horizontalen Führungsschienen
in einem einzigen Arbeitsgang zu bearbeiten.
-
Die
beiden horizontalen Führungsschienen 07 befinden
sich in einer einzigen horizontalen Ebene. An den beiden horizontalen
Führungsschienen 07 ist ein horizontaler Führungsschlitten 12 angebracht,
welcher die CCD-Kamera 06 trägt. Eine Anordnung
umfassend den Querträger 04, die horizontalen
Führungsschienen 07, den horizontalen Führungsschlitten 12 und
die CCD-Kamera 06 weist eine vertikale Symmetrieebene 18 (gezeigt
in 2) auf, sodass sich die Gewichtskraft der CCD-Kamera 06 gleichmäßig
auf die beiden horizontalen Führungsschienen 07 aufteilt.
Zudem teilt sich die vertikal wirkende Gewichtskraft der CCD-Kamera 06 vertikal
auf die horizontalen Führungsschienen 07 wirkenden Teilkräfte
auf.
-
Die
beidseitige Aufhängung der CCD-Kamera 06 erlaubt
eine sichere Führung der CCD-Kamera 06, bei welcher
die auf die CCD-Kamera 06 wirkenden Kräfte oder
auch Kippmomente von beiden horizontalen Führungsschienen 06 aufgenommen
werden. Folglich ist die vertikale Ausrichtung der CCD-Kamera 06 in
einem sehr hohen Maße gewährleistet, was eine
hohe Messgenauigkeit ermöglicht. Durch diese Anordnung
ist sichergestellt, dass die auf der Symmetrieebene 18 verlaufende
Messachse fluchtend mit einer Maßverkörperung 19 (gezeigt
in 3) der CCD-Kamera 06 verläuft,
sodass keine Kippfehler auftreten.
-
Weiterhin
führt die beidseitige Aufhängung der CCD-Kamera 06 im
Gegensatz beispielsweise zu einer einseitigen Aufhängung
der CCD-Kamera am Querträger nicht dazu, dass sich die
Gewichtskraft der CCD-Kamera auch auf horizontal wirkende Teilkräfte
aufteilt, was ein auf die CCD-Kamera wirkendes Kippmoment verursachen
würde. Ein derartiges Kippmoment würde das Verfahren
der CCD-Kamera in den horizontalen Führungsschienen behindern. Beispielsweise
müsste eine durch eine horizontal auf die horizontalen
Führungsschienen wirkende Teilkraft hervorgerufene Reibung überwunden
werden, was zur Folge hätte, dass die CCD-Kamera um ein gewisses
Maß von den horizontalen Führungsschienen abhebt
und so die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgerätes verringert
wäre. Hingegen muss bei einer erfindungsgemäßen
Führung der CCD-Kamera 06 in den horizontalen
Führungsschienen 07 nur die durch die vertikal
wirkende Gewichtskraft hervorgerufene Reibung zwischen dem horizontalen Führungsschlitten 12 und
den horizontalen Führungsschienen 07 überwunden
werden. Diese Reibungskraft ist jedoch sehr klein, da die horizontalen Führungsschienen 07 und
der horizontaler Führungsschlitten 12 für
eine vertikale, d. h. eine einseitige Belastung vorgesehen sind.
Die Führung des horizontalen Führungsschlittens 12 in
den horizontalen Führungsschienen 07 kann beispielsweise
in Gleitlagern oder Luftlagern erfolgen.
-
Unterhalb
des Portals 02 befindet sich ein Messtisch 13 mit
einer optisch transparenten Auflageplatte 14 aus Glas oder
einem anderen transparenten Material. Zur Vermessung eines Objektes (nicht
gezeigt) wird dieses auf der Auflageplatte 14 angeordnet.
Der Messtisch 13 kann über zwei Führungen 16 in
eine Richtung senkrecht zur Längserstreckung des Querträgers 04 verfahren
werden. Alternativ kann auch das Portal 02 mit einer Führung gegenüber
der Grundplatte 01 versehen werden, welche ein Verfahren
in eine Richtung quer zur Bewegungsrichtung der CCD-Kamera 06 am
Querträger 04 ermöglicht. Die Führung 16 des
Messtisches 13 einerseits und die Führung der
CCD-Kamera 06 in den horizontalen Führungsschienen 07 andererseits ermöglicht
ein relatives Verfahren der CCD-Kamera 06 in zwei horizontalen
Richtungen (X und Y) über das zu vermessende Objekt. Weiterhin
ist es möglich, die CCD-Kamera 06 vertikal gegenüber
dem horizontalen Führungsschlitten 12 in einer
Z-Richtung zu verschieben. Somit kann die CCD-Kamera 06 in alle
drei Richtungen verfahren werden, um räumliche Koordinaten
der zu vermessenden Punkte am Messobjekt aufzuzeichnen. Der Messtisch 13 hat
eine umlaufende Nut (nicht gezeigt), die zur Befestigung von Einrichtungen,
wie beispielsweise zum automatisierten Drehen von zwischen Spitzen
eingespannten rotationssymmetrischen Messobjekten vorgesehen ist.
-
Unterhalb
der Auflageplatte 14 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
eine flache Lichtquelle 17 angeordnet, welche aus einer
Vielzahl von Einzellichtquellen besteht. Als Einzellichtquellen
eignen sich beispielsweise LED. Die Einzellichtquellen beleuchten
durch die Auflageplatte 14 hindurch Teile des zu vermessenden
Objektes. Die beleuchteten Teile der Objektoberfläche,
bei denen es sich beispielsweise auch um Kanten eines nicht transparenten
Messobjektes handelt, können durch die CCD-Kamera 06 aufgenommen
werden. Es können mehrere Aufnahmen mit jeweils einer unterschiedlichen
vertikalen Position der CCD-Kamera 06 angefertigt werden.
Die CCD-Kamera 06 weist in Abhängigkeit vom verwendeten
Objektiv eine sehr geringe Tiefenschärfe auf, sodass eine
scharfe Abbildung nur bei einer sehr eingegrenzten vertikalen Position
ermöglicht ist. Folglich können mithilfe von Bilderkennungsverfahren
Rückschlüsse auf die vertikale Koordinate eines
Bereiches der Objektoberfläche des zu vermessenden Objektes
in Bezug auf die Position der CCD-Kamera 06 gezogen werden.
Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit zur Bestimmung eines Kantenüberganges
besteht auch die Möglichkeit, eine Interpolation benachbarter
Bildpunkte des von der CCD-Kamera 06 aufgenommenen Bildes
durchzuführen. Ggf. ist eine Binarisierung des Bildes bzw. des
Bildbereiches sinnvoll. Die vertikale Position der CCD-Kamera 06 wird
mithilfe der Maßverkörperung 19 (gezeigt
in 3), die beispielsweise durch einen Glasmaßstab
gebildet ist, bestimmt. Durch eine vorangegangene Referenzierung
der relativen Lage des Sensors gegenüber dem Messobjekt
kann dann die vertikale Position des vermessenen Punktes bestimmt
werden.
-
Die
Beleuchtung des Messobjektes durch die Lichtquelle 17 kann
als Durchlicht oder als segmentiertes Durchlicht realisiert werden,
wobei eine Auswahl während der Messung möglich
ist. Weiterhin weist die CCD-Kamera 06 eine Ringbeleuchtung 20 auf,
die als Auflicht oder als segmentiertes Auflicht realisiert werden
kann, wobei wiederum eine Auswahl während der Messung möglich
ist. Hierfür erfolgt zunächst eine Detektion einer
Kante des Messobjektes bei einer Durchlichtbeleuchtung. Durch geeignete
Verfahren der Bilderkennung ist beispielsweise die optimale Anzahl
an Graustufen zu ermitteln bzw. ein optimaler Farbkontrast eines
farbigen Messobjektes zu bestimmen. Diese Schritte sind anschließend
in gleicher Weise bei einer Auflichtbeleuchtung des Messobjektes
zu wiederholen. Die ermittelten Graustufenwerte bzw. die ermittelten
Farbkontrastwerte für beide Beleuchtungsarten sind miteinander zu
vergleichen, sodass eine optimale Beleuchtung ausgewählt
werden kann. Bei einer Verwendung der Ringbeleuchtung 20 als
segmentierte Auflichtbeleuchtung müssen lediglich einzelne
Gruppen von Einzellichtquellen der Ringbeleuchtung 20 eingeschaltet
werden. Es kann dann wiederum eine Bestimmung der optimalen Anzahl
an Graustufen bzw. eine Bestimmung eines optimalen Farbkontrastes
erfolgen, sodass eine Optimierung der Beleuchtung automatisch erfolgen
kann.
-
Die
Einzellichtquellen der Lichtquelle 17 können derart
angesteuert werden, dass nur diejenigen Einzellichtquellen leuchten,
die sich in einem Bereich unterhalb der CCD-Kamera 06 befinden.
Wird die CCD-Kamera 06 entlang des Querträgers 04 verfahren,
so verändert sich die Beleuchtung der Einzellichtquellen
der Lichtquelle 17 synchron zur Position der CCD-Kamera 06 auf
dem Querträger 04. Hierdurch ist gewährleistet,
dass zu jedem Zeitpunkt nur ein kleiner Anteil der Einzellichtquellen
der Lichtquelle 17 leuchtet, wodurch die von der Lichtquelle 17 abgegebene
Wärme gering ist und es nicht oder nur kaum zu einer thermischen
Ausdehnung des Messobjektes und des Koordinatenmessgerätes
kommt, sodass eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht ist. Weiterhin
kann die Anzahl der leuchtenden Einzellichtquellen der Lichtquelle 17 an
die Größe des von der CCD-Kamera 06 aufgenommenen
Bereiches des Messobjektes angepasst werden. Diese Anzahl kann entsprechend
der verwendeten Brennweite der CCD-Kamera 06 und der jeweils
aktuellen vertikalen Position der CCD-Kamera 06 gewählt
werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass diese spezielle Ansteuerung
der Lichtquelle auch bei anderen Messaufbauten Anwendung finden
kann und unabhängig von der speziellen Konstruktion des
Portals und der Positionierung des optischen Sensors zu einer Erhöhung der
Messwertgenauigkeit beiträgt.
-
Die
Vermessung des Messobjektes mit der CCD-Kamera 06 kann
durch ein Lasermesssystem oder durch einen taktilen Sensor ergänzt
werden, welche ebenfalls am horizontalen Führungsschlitten 12 anzubringen
sind. Anstelle der CCD-Kamera 06 können auch andere
optische Sensoren zum Einsatz kommen.
-
2 zeigt
das Koordinatenmessgerät in einer Schnittdarstellung. Es
ist insbesondere die Anordnung des Querträgers 04 bestehend
aus den beiden Teilträgern 09, 11, der
horizontalen Führungsschiene 07, dem horizontalen
Führungsschlitten 12 und der CCD-Kamera 06 gezeigt,
welche eine vertikale Symmetrieebene 18 aufweist. Lediglich
ein Gehäuse 21 der CCD-Kamera 06 ist
nur näherungsweise symmetrisch gegenüber der vertikalen
Symmetrieebene 18 ausgerichtet. Die CCD-Kamera 06 kann vertikal
gegenüber dem horizontalen Führungsschlitten 12 und
der Maßverkörperung 19 (gezeigt in 3)
verfahren werden.
-
3 zeigt
das Koordinatenmessgerät in einer Ansicht von oben, wobei
der Querträger 04 nicht dargestellt ist, sodass
insbesondere die CCD-Kamera 06 und ein sie tragender vertikaler
Führungsschlitten 22 sowie die Maßverkörperung 19 erkennbar sind,
die zusätzlich in einer vergrößerten
Detaildarstellung gezeigt sind. Der vertikale Führungsschlitten 22 weist
zwei Gleitschuhe 23 auf, die in zwei am horizontalen Führungsschlitten 07 befestigten
vertikalen Führungsschienen 24 gleiten. Die vertikalen
Führungsschienen 24 weisen ein Doppel-T-ähnliches Profil
auf, während die Gleitschuhe 23 ein hierzu inverses
Profil aufweisen. Das Profil der Gleitschuhe 23 passt formgenau
in das Profil der vertikalen Führungsschienen 24,
sodass eine nahezu spielfreie Führung ermöglicht
ist. Das Profil der Gleitschuhe 23 und das Profil der vertikalen
Führungsschienen 24 weist jeweils eine vertikal
angeordnete Symmetrieebene auf, welche in der Mitte der Gleitschuhe 23 und der
Mitte der vertikalen Führungsschienen 24 liegt. Die
vertikal angeordneten Symmetrieebenen der Gleitschuhe 23 und
der vertikalen Führungsschienen 24 fallen in eine
Ebene, welche eine vertikale Führungsebene 26 der
CCD-Kamera 06 bildet. Fasst man die vertikalen Führungsschienen 24 als
Linien auf, so sind die beiden Linien parallel und liegen beide
in der vertikalen Führungsebene 26.
-
Die
Maßverkörperung 19 erstreckt sich vertikal
und ist somit parallel zu den vertikalen Führungsschienen 24.
Die Maßverkörperung 19 hat die Form eines
flachen Bandes, sodass sie in der Darstellung als ein schmales Rechteck
erkennbar ist. Das flache Band liegt vorzugsweise ebenfalls in einer
Führungsebene 26. Die Maßverkörperung 19 ist
fest mit dem vertikalen Führungsschlitten 12 verbunden. Über
die Maßverkörperung 19 wird ein Lesekopf 27 verfahren, welcher
am vertikalen Führungsschlitten 24 befestigt ist
und somit auch fest mit der CCD-Kamera 06 verbunden ist
und gemeinsam mit dieser vertikal verfahren wird. Der Lesekopf 27 liest
die Maßverkörperung 19 nicht in ihrer
gesamten Breite, sondern entlang eines schmalen Ausschnittes aus,
der eine Maßlinie bildet. Wesentlich für die Minimierung
des Messfehlers ist, dass die Maßlinie in der Führungsebene 26 liegt.
Die Maßverkörperung 19 kann stattdessen
gegenüber der Führungsebene um ihre Längsachse verdreht
sein, wenn dies konstruktiv günstig erscheint. Die erfindungsgemäße
Anordnung verhindert, dass die Maßlinie zu einer optischen
Achse 28 der CCD-Kamera 06 einen Kippfehler aufweist,
was zu einem Abbe-Fehler führen würde.
-
Die
Führungsebene 26 und die vertikale Symmetrieebene 18 liegen
zweckmäßiger Weise in einer einzigen Ebene. Daher
liegt die optische Achse 28 in der Führungsebene 26 und
in der vertikalen Symmetrieebene 18. Zudem ist die optische
Achse 28 der CCD-Kamera 06 parallel zu den vertikalen Führungsschienen 24 und
parallel zur Maßlinie ausgerichtet.
-
- 01
- Grundplatte
- 02
- Portal
- 03
- Seitenstützen
- 04
- Querträger
- 05
-
- 06
- CCD-Kamera
- 07
- horizontaler
Führungsschienen
- 08
- Ausnehmung
im Querträger
- 09
- erster
Teilträger
- 10
-
- 11
- zweiter
Teilträger
- 12
- horizontaler
Führungsschlitten
- 13
- Messtisch
- 14
- Auflageplatte
- 15
-
- 16
- Führung
für den Messtisch
- 17
- Lichtquelle
- 18
- vertikale
Symmetrieebene
- 19
- Maßverkörperung
- 20
- Ringbeleuchtung
- 21
- Gehäuse
- 22
- vertikaler
Führungsschlitten
- 23
- Gleitschuhe
- 24
- vertikale
Führungsschienen
- 25
-
- 26
- Führungsebene
- 27
- Lesekopf
- 28
- optische
Achse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004047928
A1 [0002]
- - WO 03/029752 A2 [0003]
- - EP 1381823 B1 [0004, 0005]