DE102012103502A1

DE102012103502A1 - Anordnung zur Befestigung von Sonden eines Sensors an einem Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE102012103502A1
Application number: DE201210103502
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-10-25

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Befestigung von wechselbaren Sonden (2) unterschiedlicher Abmessungen eines interferometrischen Sensors (3) an einem Koordinatenmessgerät. Um die Möglichkeit zu schaffen, dass im Wesentlichen unabhängig von der Dimensionierung des Sensors, insbesondere dessen Länge, die Gefahr einer Kollision mit einem Werkstück erfassbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Sonde (2) mittels eines Halters (4) im Strahlengang einer Optik, vorzugsweise einer Zoom-Optik (1) mit variablem Arbeitsabstand angeordnet ist, welche auf das von der Optik entfernte Ende der jeweils eingesetzten Sonde (2) fokussierbar ist, wobei der Halter (4) vom Strahlengang der Optik durchdrungen wird und für die optische Abbildung praktisch unwirksam ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Befestigung von wechselbaren Sonden unterschiedlicher Abmessungen eines interferometrischen Sensors an einem Koordinatenmessgerät.
Interferometrische Sensoren mit Messsonden werden vorzugsweise zur Messung der Innenwände von tiefen Bohrungen kleinen Durchmessers eingesetzt. Diese meist niederkoherenz-interferometrischen Sensoren beinhalten dazu dünne stabförmige Messsonden, an deren unteren Enden optional Strahlumlenkelemente angebracht sind. Ein entsprechendes Verfahren und Gerät ist beispielsweise in der DE-A-10 2004 012 426 beschrieben.
Um am gleichen Sensorkopf verschieden lange und für verschiedene Messabstände geeignete Sonden zu betreiben, müssen diese wechselbar mit dem Sensorkopf verbunden werden. Ein entsprechendes Wechseloptiksystem beschreibt beispielsweise die DE-A-10 2004 014 153 .
Beim Einsatz interferometrischer Sensoren in Koordinatenmessgeräten ist es aufgrund des kleinen Arbeitsabstandes der Sonden notwendig, das untere Ende der Sonden des Sensors beim Positionieren und während der Messung zu beobachten, um z. B. Kollisionen mit dem Messobjekt zu vermeiden. Entsprechende Vorrichtungen sind jedoch nur für taktile Tastsysteme unter Verwendung eines Beobachtungsstrahlenganges konstanten Arbeitsabstandes für eine einzelne Taststiftlänge des taktilen Tastsystems bekannt, wie beispielsweise in der DE-A-0 108 774 beschrieben. Diese beschreibt eine bereichsweise lichtdurchlässige Halterung für einen taktilen Tastkopf. Diese Halterung ermöglicht es einer oberhalb des Tastkopfes angeordneten Beobachtungskamera, durch die zur Befestigungen und Auswertung der Auslenkung eines Taststiftes notwendigen Trägerkomponente hindurch die Spitze des Taststiftes zu beobachten, um die taktile Messung, insbesondere die sonst schwer zu beobachtende Annährung an die Werkstückoberfläche zu verfolgen. Hierbei ist jedoch weder die Tastspitze wechselbar noch handelt es sich um einen interferometrischen Sensor mit der hierfür notwendigen Zuführung eines weiteren optischen Strahlenganges.
Außerdem ist es durch den Einsatz einer Optik mit festen Parametern, insbesondere festem Arbeitsabstand nach dem Stand der Technik nicht möglich, die Beobachtung des Sondenendes für verschiedene, insbesondere verschieden lange Sonden bzw. Taststifte, welche auswechselbar am Sensorkopf befestigt werden, zu realisieren. Dies ist jedoch in einem komplexen Messablauf bei Verwendung unterschiedlicher Sonden bzw. Taststifte im Sinne effektiven Vorgehens notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere die Möglichkeit zu schaffen, dass im Wesentlichen unabhängig von der Dimensionierung des Sensors, insbesondere dessen Länge, die Gefahr einer Kollision mit einem Werkstück erfassbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß u. a. dadurch gelöst, dass die Sonde mittels eines Halters im Strahlengang einer Optik, vorzugsweise einer Zoom-Optik mit variablem Arbeitsabstand angeordnet ist, welche auf das von der Optik entfernte Ende der jeweils eingesetzten Sonde fokussierbar ist, wobei der Halter vom Strahlengang der Optik durchdrungen wird und für die optische Abbildung praktisch unwirksam ist.
Folglich wird eine Zoom-Optik, optional mit variablem Arbeitsabstand mit einem interferometrischen Sensor mit Messsonden kombiniert. Hierdurch ist es möglich, Sonden unterschiedlicher Größe (Durchmesser und/oder Länge) durch Änderung der Vergrößerung und/oder des Arbeitsabstandes der Zoom-Optik zu beobachten.
Die entsprechende Halterung der Sonden muss dazu vom Strahlengang der Zoom-Optik durchdrungen werden.
Der Halter wird dazu entweder transparent oder in Form von schmalen, steifen Stegen ausgeführt, welche zudem außerhalb der Fokusebene der Zoom-Optik liegen. Der Halter muss steif ausgeführt sein, damit die Befestigung des interferometrischen Sensors auch bei Bewegung im Koordinatenmessgerät ortstabil bleibt und nicht schwingt.
In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Halter der Sonde durch zumindest drei Verbindungselemente ausgehend von einer stabilen Ringstruktur gebildet ist.
Ferner kann der Halter der Sonde über eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise magnetisch, mit dem Koordinatenmessgerät verbunden sein.
Vorzugsweise verfügt die Wechselschnittstelle über zumindest eine optische Faserschnittstelle.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf das von der Optik entfernte Ende der jeweiligen Sonde durch Einstellen verschiedener Arbeitsabstände einer Zoom-Optik für die verschiedenen Abmessungen, insbesondere Längen der Sonden, fokussiert wird und/oder dass auf das von der Optik entfernte Ende der jeweiligen Sonde durch Einstellen verschiedener Vergrößerungen einer Zoom-Optik für die verschiedenen Abmessungen der Sonden eingestellt wird.
In der erfindungsgemäßen Anordnung wird in bevorzugter Ausführungsform eine Optik, vorzugsweise Zoom-Optik Optik eingesetzt, deren Arbeitsabstand so veränderbar ist, dass das von der Optik entfernte Ende der Sonde beim Positionieren des Koordinatenmessgerätes und Messen mit dem interferometrischen Sensor beobachtbar ist. Dabei verläuft die Messstrahlung des interferometrischen Sensors vorzugsweise durch zumindest einen Teil des Strahlengangs der Zoom-Optik, um anschließend in die Sonde eingekoppelt zu werden.
Die Anordnung zeichnet sich des Weiteren vorteilhaft dadurch aus, dass mindestens zwei Sonden über eine Sondenablagestation automatisch gegeneinander auswechselbar sind und/oder vollständig abgelegt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass im Wechsel zwischen interferometrischem Sensor und einem mittels der Beobachtungsoptik messenden Bildverarbeitungssensor gemessen werden kann.
Anstelle des interferometrischen Sensors kann vorzugsweise ein taktiler Sensor mit auswechselbaren und unterschiedlich langen Taststiften eingesetzt werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Befestigung von wechselbaren Sonden unterschiedlicher Abmessungen eines Sensors an einem Koordinatenmessgerät und
2 eine Ausführungsform eines Verbindungselementes in Form einer ringförmigen Struktur.
1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung zur Befestigung von wechselbaren Sonden 2 unterschiedlicher Abmessungen bzw. Längen eines interferometrischen Sensors 3 an einem Koordinatenmessgerät. Die Anordnung umfasst eine Zoom-Optik 1, eine Sonde 2 eines interferometrischen Sensors 3, einen Halter 4, welcher mit der Sonde 2 und einem Verbindungselement 5 verbunden ist, sowie eine Wechselschnittstelle 6. Die Zoom-Optik 1 bzw. dessen Gehäuse ist entlang Achsen eines Koordinatenmessgerätes verstellbar. Der Strahlengang 7 der Zoom-Optik 1 durchdringt den Halter 4 und fokussiert das untere Ende der Sonde 2. Über einen teiltransparenten Umlenkspiegel 8 wird die Messstrahlung des interferometrischen Sensors 3 in das obere Ende der Sonde 2 eingekoppelt. Ringstruktur 5, Halter 4 und Sonde 2 können an der Wechselschnittstelle 6 getrennt und durch einen Aufbau mit abweichender Sondengeometrie ausgetauscht werden.
In 2 wird eine mögliche Ausgestaltung der ringförmigen Struktur 5 und des an dieser befestigten Halters 4 in Form dünner Stege gezeigt. Die Sonde 2 ist dabei an drei in 120°-Stellung befindlichen Halteelementen 4' befestigt. Drei Magnete 9 stellen die Verbindung zur Wechselschnittstelle 6 aus 1 her.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004012426 A [0002]
DE 102004014153 A [0003]
DE 0108774 A [0004]

Claims

Anordnung zur Befestigung von wechselbaren Sonden (2) unterschiedlicher Abmessungen eines interferometrischen Sensors (3) an einem Koordinatenmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (2) mittels eines Halters (4) im Strahlengang einer Optik, vorzugsweise einer Zoom-Optik (1) mit variablem Arbeitsabstand angeordnet ist, welche auf das von der Optik entfernte Ende der jeweils eingesetzten Sonde (2) fokussierbar ist, wobei der Halter (4) vom Strahlengang der Optik durchdrungen wird und für die optische Abbildung praktisch unwirksam ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das von der Optik entfernte Ende der jeweiligen Sonde (2) durch Einstellen verschiedener Arbeitsabstände einer Zoom-Optik (1) als die Optik für die verschiedenen Abmessungen, insbesondere Längen der Sonden (2), fokussierbar ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das von der Optik entfernte Ende der jeweiligen Sonde durch Einstellen verschiedener Vergrößerungen einer Zoom-Optik (1) als die Optik für die verschiedenen Abmessungen der Sonden einstellbar ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (4) der Sonde (2) optisch transparent ist und/oder aus zumindest einem steifen, schmalen Steg gebildet ist, wobei insbesondere der Halter (4) der Sonde (2) durch zumindest drei Verbindungselemente (4') ausgehend von einer stabilen Ringstruktur (5) gebildet ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (4) der Sonde (2) über eine Wechselschnittstelle (6), vorzugsweise magnetisch, mit dem Koordinatenmessgerät verbunden ist, wobei vorzugsweise die Wechselschnittstelle (6) über zumindest eine optische Faserschnittstelle verfügt.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Optik (1), vorzugweise Zoom-Optik als die Optik einsetzbar ist, deren Arbeitsabstand so veränderbar ist, dass das von der Optik entfernte Ende der Sonde (2) beim Positionieren des Koordinatenmessgerätes und Messen mit dem interferometrischen Sensor (3) beobachtbar ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstrahlung des interferometrischen Sensors (3) durch zumindest einen Teil des Strahlengangs der Zoom-Optik (1) verläuft, um anschließend in die Sonde (2) eingekoppelt zu werden.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sonden (2) über eine Sondenablagestation automatisch gegeneinander auswechselbar sind und/oder vollständig abgelegt werden.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wechsel zwischen interferometrischen Sensor (3) und einem mittels der Beobachtungsoptik messenden Bildverarbeitungssensor umschaltbar ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des interferometrischen Sensors (3) ein taktiler Sensor mit auswechselbaren und unterschiedlichen langen Taststiften einsetzbar ist.