DE102014218642B4

DE102014218642B4 - Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102014218642B4
Application number: DE102014218642.0A
Authority: DE
Inventors: c/o Mitutoyo Corporation 20-1 Yamagata Masaoki
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: DE102014218642A1; US20150077761A1; JP2015059825A; US9354041B2; CN104457609A; CN104457609B

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung mit einer berührungslosen Messsonde (17), wobei die berührungslose Messsonde (17) aufweist:
ein emittierendes Optiksystem (172), das zum Emittieren von Licht entlang einer bestimmten Ebene (S3) auf ein Werkstück (5) eingerichtet ist,
eine Bildaufnahmevorrichtung (173), die mehrere auf einer Bildaufnahmeebene (S1) angeordnete Bildaufnahmeelemente aufweist und zur Aufnahme eines Bilds (L') des Werkstücks (5) aus einer anderen Position als derjenigen der bestimmten Ebene (S3) eingerichtet ist, und
eine Steuerung (174), die das emittierende Optiksystem (172) in Antwort auf ein Ausgabesignal der Bildaufnahmevorrichtung (173) steuert,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bestimmen ob die Bildaufnahmeelemente, die in einer bestimmten Bildaufnahmeregion (312) auf der Bildaufnahmeebene (S1) angeordnet sind, ein auftreffendes Licht erfassen, das auf einer Fläche des Werkstücks (5) aufgrund des emittierten Lichts vom emittierenden Optiksystem (172) auftrifft,
gekennzeichnet durch
kontinuierliches Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172), wenn die innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht erfassen,
Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172) mit einer bestimmten Periodizität als Blitzen, wenn die innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht nicht erfassen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Konventionell ist eine Gestaltmessvorrichtung bekannt, bei der eine Flächengestalt eines Messobjekts (hiernach als ein „Werkstück“ oder „Arbeitsstück“ bezeichnet) gemessen wird, indem eine Fläche des Werkstücks mit einer Messsonde/ einem Tester gescannt wird und Positionskoordinaten von zum Beispiel jedem Abschnitt des Werkstücks importiert werden. Bekannte Beispiele einer solchen Gestaltmessvorrichtung umfassen eine Gestaltmessvorrichtung, die Positionskoordinaten eines Werkstücks misst und eine Messeinrichtung (Stift) umfasst, die eine Fläche des Werkstücks berührt, und eine berührungslose Gestaltmessvorrichtung, bei der eine Messeinrichtung durch ein optisches System durchgeführt wird, ohne dass eine Messeinrichtung (Stift) eine Fläche des Werkstücks berührt.
Eine berührungslose Flächengestaltmessvorrichtung dieser Art umfasst ein emittierendes Optiksystem und eine berührungslose Messsonde, wobei das emittierende Optiksystem Licht entlang einer bestimmten Ebene an einem Werkstück von einer bestimmten Emittereinrichtung emittiert, und die berührungslose Messsonde durch eine Bildaufnahmevorrichtung eingerichtet ist, ein Bild einer Gestalt des Lichts aufzunehmen, das auf die Fläche des Werkstücks trifft. Das emittierende Optiksystem umfasst eine Lichtquelle, die geradliniges Laserlicht (einen Punktlaser) zum Werkstück emittiert, und einen Emittierlichteinsteller, der das durch die Lichtquelle in eine planare Gestalt (blattförmige Gestalt) emittierte Laserlicht einstellt. Gemäß diesem emittierenden Optiksystem wird ein emittiertes Licht (ebenso als ein Linienlaser, ein Laserblatt, ein Laserlichtblatt, usw. bezeichnet) entlang der bestimmten Ebene zur Werkstückfläche emittiert, und Licht trifft an Positionen auf, wo das emittierte Licht und die Werkstückfläche kreuzen, wobei das auftreffende Licht einer Gestalt hiervon entspricht (d.h., Licht mit einer Gestalt in einer Kontur des Werkstücks). Die Bildaufnahmevorrichtung nimmt ein Bild des Werkstücks (das auftreffende Licht, das auf die Fläche auftrifft) von einer bestimmten Bildaufnahmerichtung auf, die sich von der Emitterrichtung der Lichtquelle unterscheidet.
Mit dem zuvor erwähnten Aufbau kann das an die Werkstückfläche auftreffende Licht (d.h., die Raumkoordinaten einer Konturgestalt des Werkstücks) unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens, basierend auf der Emitterrichtung des emittierenden Optiksystems, der Bildaufnahmerichtung der Bildaufnahmevorrichtung, eines Abstands zwischen dem emittierenden Optiksystem und dem Bildaufnahmesystem und dem aufgenommenen Bild, berechnet werden.
Bei einer berührungslosen Flächengestaltmessvorrichtung dieser Art sind die Emitterrichtung des emittierenden Optiksystems und die Bildaufnahmerichtung, wie zuvor angemerkt, verschieden. Demnach trifft in einem Fall, wo ein Abstand zwischen der Messsonde zum Beispiel zu klein oder zu groß wird, das an die Werkstückfläche auftreffende Licht nicht innerhalb einer Bildaufnahmeregion der Bildaufnahmevorrichtung auf, und eine Bildaufnahme ist nicht möglich. Eine Verifikation, ob der Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück geeignet ist, kann an einem Bildschirm durchgeführt werden; allerdings muss in einem solchen Fall ein Arbeiter visuell sowohl den Bildschirm als auch den Probenständer registrieren, was zu einer verringerten Bedienbarkeit führt.
Konventionell wurde, um diesen Punkt zu lösen, ein Instruktionslichtemitter zusätzlich zur Messsonde bereitgestellt, der ein Instruktionslicht mit einer Wellenlänge emittiert, die sich von derjenigen des Lasers unterscheidet, und in einem Fall, wo sich der Laser außerhalb des Bereichs befindet, wo eine Messung möglich ist, wird der Instruktionslichtemitter angeschaltet, und das Instruktionslicht zum Werkstück emittiert, wodurch eine Verifikation möglich wird, ob das Laserlicht innerhalb des Bereichs positioniert ist, wo eine Messung des Werkstücks möglich ist ( JP 2012-127805 A ).
Allerdings muss bei dem in der JP 2012-127805 A beschriebenen Verfahren, um zu verifizieren, ob das Laserlicht innerhalb einer Bildaufnahmeregion des Werkstücks positioniert ist, der Instruktionslichtemitter mit einer Wellenlänge, die sich von der des Laserlichts unterscheidet, separat bereitgestellt werden, was die Herstellungskosten der Vorrichtung erhöhen kann. Zusätzlich wird der Instruktionslichtemitter separat vom Laserlicht angeschaltet, wodurch ein Energieverbrauch erhöht wird, was zu einer Wärmeverschiebung oder Fehlfunktion aufgrund von durch einen Beleuchtungslichtemitter erzeugte Wärme führen kann. Selbst wenn ein Kühlgebläse angebracht wird, kann eine durch das Kühlgebläse erzeugte Vibration zur Messsonde übertragen werden, und demnach kann die Messgenauigkeit reduziert werden. Darüber hinaus müssen in einem solchen Fall Luftausnehmungen bereitgestellt werden, um die Messprobe zu kühlen, und dies ist ebenso mit einer Verringerung der Umweltbeständigkeit verknüpft.
Ferner offenbart DE 10 2007 045 528 A1 ein medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem, zum Beispiel ein Röntgengerät mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor. Ferner sind ein Laserscanner als Konturenerfassungseinheit zur Positionserfassung der Röntgenquelle bzw. des Röntgendetektors sowie, von dem Laserscanner entkoppelt, Projektionsvorrichtungen in Form von Videoprojektoren vorgesehen. Die Videoprojektoren projizieren eine farbige oder gemusterte Fläche, welche den Überwachungsbereich darstellt, auf den Fußboden unterhalb des Röntgengeräts. Wird durch den Laserscanner eine kritische Bewegung oder ein Objekt im Überwachungsbereich festgestellt, kann eine Warnfunktion, zum Beispiel durch Blinken, realisiert durch die Videoprojektoren, ausgelöst werden.
Eine Auswertung basierend auf Schwellwerten ist in der DE 198 55 478 A1 beschrieben.
GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Mit Blick auf die obige Beschreibung zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung bereitzustellen, welches eine Koordinatenmessvorrichtung mit geringen Kosten und exzellenter Bedienbarkeit und Umweltbeständigkeit ermöglicht.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Zusätzlich kann die Steuerung ebenso bestimmen, dass die in der Bildaufnahmeregion angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht erfassen, wenn unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion angeordneten Bildaufnahmeelementen Bildaufnahmeelemente vorliegen, für die eine empfangene Lichtmenge größer ist als ein Schwellwert (nimmt auf eine minimale, empfangene Lichtmenge Bezug, um den Lichtempfang durch das Bildaufnahmeelement zu bestimmen, und gleichermaßen hiernach in der momentanen Spezifikation), und bestimmt, dass die in der Bildaufnahmeregion angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht nicht erfassen, wenn es unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion angeordneten Bildaufnahmeelemente keine Bildaufnahmeelemente gibt, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert.
Insbesondere kann das vom emittierenden Optiksystem emittierte Licht angeschaltet werden, wenn die Bildaufnahmeelemente, die innerhalb der Bildaufnahmeregion angeordnet sind, das auftreffende Licht erfassen, und das vom emittierenden Optiksystem emittierte Licht blitzt in einer bestimmten Periodizität, wenn die Bildaufnahmeelemente, die innerhalb der Bildaufnahmeregion angeordnet sind, kein auftreffendes Licht erfassen. Demnach blitzt das vom emittierenden Optiksystem emittierte Licht, wenn der Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück außerhalb des bestimmten Abstandsbereichs liegt und das auftreffende Licht nicht mehr an den Bildaufnahmeelementen abgebildet wird, die in der Bildaufnahmeregion der Lichtempfangsfläche der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet sind. Demnach kann eine Koordinatenmessvorrichtung bereitgestellt werden, die eine exzellente Bedienbarkeit aufweist und es einem Arbeiter ermöglicht, zu verifizieren, ob der Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück geeignet ist, indem einfach die Messsonde und das Werkstücks betrachtet werden. Wenn die an den Bildaufnahmeelementen empfangene Lichtmenge, die in der Bildaufnahmeregion an der Lichtempfangsfläche der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet sind, geringer ist als der Schwellwert, kann eine Gestalt des Werkstücks nicht gemessen werden, und deshalb gibt es, selbst wenn das Licht, das vom emittierenden Optiksystem emittiert wird, blitzt, keine Auswirkung auf die Messung.
Darüber hinaus ist es mit der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, die Messsonde mit einem Instruktionslichtemitter zu versehen, und deshalb können verschiedene wärmebeeinflusste Punkte, die zuvor beschrieben wurden, verhindert werden, und ferner kann die Messsonde kleiner hergestellt werden und Kosten können durch Verringern der Anzahl der Komponenten verringert werden.
Bei der Koordinatenmessvorrichtung kann der Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück gemäß einer Position des Bildaufnahmeelements erfasst werden, welches das auftreffende Licht in einer bestimmten Überwachungsregion erfasste, welche breiter ist als die bestimmte Bildaufnahmeregion an der Bildaufnahmeebene, und wenn die Bildaufnahmeelemente, die in der Bildaufnahmeregion angeordnet sind, kein auftreffendes Licht erfassen, blitzt das vom emittierenden Optiksystem emittierte Licht in einer Periodizität, die dem erfassten Abstand entspricht. Daher wird der Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück durch die Bildaufnahmeelemente in der Überwachungsregion erfasst, und deshalb kann der Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück noch geeigneter eingestellt werden.
Eine Koordinatenmessvorrichtung kann für einen selektiven Betrieb in einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart eingerichtet sein. Die Steuerung erfasst die Lichtmenge, die durch jedes der Bildaufnahmeelemente empfangen wird, die in der Bildaufnahmeregion angeordnet sind, und schaltet in der ersten Betriebsart das vom emittierenden Optiksystem emittierte Licht an, wenn unter den in der Bildaufnahmeregion angeordneten Bildaufnahmeelementen Bildaufnahmeelemente sind, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als ein Schwellwert, und lässt das vom emittierenden Optiksystem emittierte Licht mit einer bestimmten Periodizität blitzen, wenn es unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion angeordneten Bildaufnahmeelementen keine Bildaufnahmeelemente gibt, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert. In der zweiten Betriebsart, wenn es Bildaufnahmeelemente gibt, die durch die empfangene Lichtmenge gesättigt sind, wenn jedes der Bildaufnahmeelemente in der Bildaufnahmeregion Licht empfängt, reduziert die Steuerung die Lichtintensität des vom emittierenden Optiksystem emittierte Lichts während des nachfolgenden Lichtempfangs, und wenn es keine Bildaufnahmeelemente gibt, die durch die empfangene Licht gesättigt sind, erhöht die Steuerung die Lichtintensität des vom emittierenden Optiksystem emittierten Lichts während des nachfolgenden Lichtempfangs. Darüber hinaus, wenn die Bildaufnahmeelemente Licht empfangen, wird wenn die Lichtintensität des vom emittierenden Optiksystem emittierten Lichts eine maximale Intensität erreicht und die empfangene Lichtmenge geringer ist als der Schwellwert, die Lichtintensität des vom emittierenden Optiksystem ermittelten Lichts auf eine minimale Intensität während des nachfolgenden Lichtempfangs festgelegt.
Dabei kann die erste Betriebsart eine manuell betätigte Messbetriebsart sein, bei der die Messsonde manuell betätigt wird, um die Messung auszuführen, während die zweite Betriebsart eine automatisch betätigte Messart sein kann, bei der die Messsonde automatisch betätigt wird, um die Messung auszuführen. Wenn die Koordinatenmessvorrichtung durch einen CNC(Computer-Numerische Steuerung)-Betrieb angetrieben wird, wird bezüglich der Koordinatenmessvorrichtung zum Beispiel zuerst ein Einlernen durchgeführt, dann kann das die Koordinatenmessvorrichtung automatisch betrieben werden. Wenn ein Einlernen durchgeführt wird, muss ein Arbeiter die Messsonde und das Werkstück visuell registrieren und durch Einsatz der ersten Betriebsart kann ein Einlernen direkt durchgeführt werden. Indes wird in einem Fall, in dem die Koordinatenmessvorrichtung durch den CNC-Betrieb angetrieben wird, die Messsonde automatisch in Antwort auf Ergebnisse des Einlernens angetrieben, und deshalb besteht keine Anforderung für den Arbeiter, den Abstand zwischen der Messsonde und dem Werkstück exakt visuell zu registrieren. Ebenso kann eine geeignete Messung durchgeführt werden, indem die zweite Betriebsart in einem solchen Fall eingesetzt wird und die Lichtintensität des vom emittierenden optischen Messsystems emittierten Lichts automatisch eingestellt wird. Zusätzlich wird, zum Beispiel, während des zuvor beschriebenen Einlernens oder des Betriebs der Messsonde durch den Arbeiter ein Umschalten zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart ebenso möglich.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung ebenso bei geringen Kosten unter Verwendung von zum Beispiel Software oder Hardware erreicht werden, und kann bei einer existierenden Koordinatenmessvorrichtung ebenso eingesetzt werden. Zum Beispiel in einem Fall, wo die vorliegende Erfindung mit einer Software erreicht wird und ein an einer existierenden Vorrichtung vorgesehene Instruktionslichtemitter durch die Software ausgeschaltet werden kann, können die zuvor beschriebenen Punkte, die durch Wärme verursacht werden, vermieden werden, während die Bedienbarkeit verbessert wird, selbst wenn eine existierende Vorrichtung verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Koordinatenmessvorrichtung bereitgestellt werden, die geringe Kosten und eine exzellente Bedienbarkeit und Umweltbeständigkeit aufweist.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden detaillierten Beschreibung weiter beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die erwähnten mehreren Zeichnungen im Rahmen nicht beschränkender Beispiele der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen über mehrere Ansichten der Zeichnungen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile kennzeichnen, und bei denen:

1 eine Gesamtansicht eines Systems ist, das eine Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufbaut,
2 einen Aufbau einer optischen Messsonde in der Koordinatenmessvorrichtung zeigt,
3A und 3B schematische Ansichten sind, die die optische Messsonde der Koordinatenmessvorrichtung und ein Licht zeigen, das unter Verwendung der optischen Messsonde emittiert wird,
4 eine schematische Ansicht ist, die ein Positionieren innerhalb der optischen Messsonde eines emittierenden Optiksystems und einer Bildaufnahmevorrichtung der Koordinatenmessvorrichtung zeigt,
5 eine Rahmenansicht eines CMOS-Bildsensors der Koordinatenmessvorrichtung ist,
6 eine Rahmenansicht ist, die eine Bildaufnahmeregion und eine Überwachungsregion des CMOS-Bildsensors zeigt,
7 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuersystem der optischen Messsonde der Koordinatenmessvorrichtung zeigt,
8 ein Flussdiagramm ist, das Betriebe der Koordinatenmessvorrichtung beschreibt,
9 ein Flussdiagramm ist, das Betriebe einer Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt,
10 eine Rahmenansicht ist, die Betriebe der Koordinatenmessvorrichtung zeigt,
11 ein Flussdiagramm ist, das Betriebe der Koordinatenmessvorrichtung beschreibt,
12 ein Flussdiagramm ist, das Betriebe einer Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt, und
13 eine schematische Ansicht ist, die ein Positionieren innerhalb der optischen Messsonde eines emittierenden Optiksystems und einer Bildaufnahmevorrichtung einer Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Besonderheiten sind lediglich als Beispiel und zum Zwecke der illustrativen Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gedacht und werden dazu dargestellt, um zu zeigen, was als am Geeignetsten und am Einfachsten zum Verstehen der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung gedacht ist. Diesbezüglich wurde kein Versuch unternommen, strukturelle Details der Erfindung noch detaillierter als notwendig für das fundamentale Verstehen der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen den Fachleuten ersichtlich machen, wie die Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung praktisch ausgeführt sein können.
(Erste Ausführungsform)
Hiernach wird eine Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Gesamtansicht eines Systems, das eine Koordinatenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform aufbaut. Die Koordinatenmessvorrichtung wird ausgebildet, indem eine berührungslose optische Messsonde 17 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als Messsonde einer Koordinatenmessvorrichtung 1 verwendet wird. Die Koordinatenmessvorrichtung wird ausgebildet durch eine Antriebssteuervorrichtung 2, die ein Antreiben der Koordinatenmessvorrichtung 1 steuert und ebenso notwendige Messkoordinatenwerte von der Koordinatenmessvorrichtung 1 aufnimmt, einem Bedienpaneel 3 zum manuellen Betätigen der Koordinatenmessvorrichtung 1 über die Antriebssteuervorrichtung 2, und einem Host-System 4, das ein Teilprogramm kompiliert/ausführt, welches Befehle für einen Messablauf, der durch die Antriebssteuervorrichtung 2 durchgeführt wird, gibt, wobei das Host-System 4 ebenso Berechnungen zum Einpassen einer geometrischen Gestalt zu den aufgenommenen Messkoordinatenwerten über die Antriebssteuervorrichtung einpasst und die Teilprogramme sammelt und überträgt.
Die Koordinatenmessvorrichtung 1 ist wie folgt aufgebaut. Ein Gestell 11 ist auf einem Antivibrationstisch 10 derart platziert, dass eine obere Fläche des Gestells 11 (als eine Basisfläche) in einer horizontalen Ebene ausgerichtet ist, und eine X-Achsenführung 13 durch obere Enden der Armträgerbauteile 12a und 12b getragen werden, die aufrecht von zwei seitlichen Enden des Gestells 11 vorgesehen sind. Ein Unterende des Armträgerbauteils 12a wird in einer Y-Achsenrichtung durch einen Y-Achsenantriebsmechanismus 14 angetrieben, und ein Unterende des Armträgerbauteils 12b wird durch eine Luftlagerung getragen, um in der Y-Achsenrichtung oberhalb des Gestells 11 versetzbar zu sein. Eine X-Achsenführung 13 treibt eine Z-Achsenführung 15 in einer X-Achsenrichtung an, wobei sich die Z-Achsenführung 15 in einer senkrechten Richtung erstreckt. Ein Z-Achsenarm 16 ist an der Z-Achsenführung 15 so vorgesehen, um entlang der Z-Achsenführung 15 angetrieben zu werden, und eine berührungslose optische Messsonde 17 ist an einem Unterende des Z-Achsenarms 16 befestigt. Darüber hinaus kann die optische Messsonde 17 innerhalb einer horizontalen Ebene drehen, und kann innerhalb einer Ebene senkrecht zur horizontalen Ebene drehen.
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau der optischen Messsonde 17 in der Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3 ist eine perspektivische Ansicht dieser. Die optische Messsonde 17 umfasst ein Gehäuse 171, ein emittierendes Optiksystem 172, das innerhalb des Gehäuses 171 angeordnet ist, eine Bildaufnahmevorrichtung 173, die ein Bild eines Werkstücks aufnimmt, und einen Steuerkreis 174, der eine Lichtmenge, die durch das emittierende Optiksystem 172 emittiert wurde, in Antwort auf eine Ausgabe der Bildaufnahmevorrichtung 173 einstellt.
Das emittierende Optiksystem 172 emittiert Licht zum Werkstück 5, wobei das Licht entlang einer bestimmten Ebene (Emitterebene) S3 emittiert wird. Das emittierende Optiksystem 172 umfasst eine Laserlichtquelle 1721 und einen Strahlaufweiter 1723. Ein von der Laserlichtquelle 1721 emittierter Laser ist das Licht, das entlang der bestimmten Ebene S3 emittiert wird, wobei das Licht in einer Richtung orthogonal zur Papierfläche durch den Strahlaufweiter 1723 aufgeweitet wird. Der Strahlaufweiter 1723 ist zum Beispiel eine Stablinse oder eine zylindrische Linse. Darüber hinaus, wenn auf ein „emittiertes Licht“ in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, ist eine solche Bezugnahme auf ein Licht gerichtet, das vom emittierenden Optiksystem 172 emittiert wurde und noch nicht eine Fläche des Werkstücks 5 erreicht hat. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform eine zylindrische Linse oder ähnliches mit einer Punktlichtquelle gepaart, um ein Licht zu erzeugen, das entlang einer bestimmten Ebene emittiert wird. Allerdings können auch andere Verfahren verwendet werden, wie zum Beispiel Erzeugen von Licht mit einer geradlinigen Gestalt durch Ausrichten von LEDs in einer geradlinigen Gestalt und Paaren dieser mit, zum Beispiel, einem matten Optiksystem.
Ein auf die Fläche des Werkstücks 5 auftreffendes Licht streut in einer geradlinigen oder kurvenförmigen Gestalt entsprechend entlang einer geraden Linie oder einer gekrümmten Linie, die durch eine Gruppe von Punkten aufgebaut ist, wo die bestimmte Ebene S3 und die Fläche des Werkstücks 5 kreuzen. Mit anderen Worten trifft das Licht in einer Außenlinie eines Querschnitts auf, wo das Werkstück 5 durch die bestimmte Ebene S3 geschnitten ist. Wenn auf ein „auftreffendes Licht“ in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, ist eine solche Bezugnahme auf ein Licht gerichtet, bei dem ein emittiertes Licht die Fläche des Werkstücks 5 erreicht hat und durch diese reflektiert wurde, und das eine lineare Gestalt aufweist, die abgebildet werden kann.
Die Bildaufnahmevorrichtung 173 umfasst ein Optiksystem 1731 mit einem Bandpassfilter 1731a und einer Linse 1731b, durch die eine Wellenlänge des auftreffenden Lichts gelangt, und einen CMOS-Bildsensor 1732, der ein Bild des Werkstücks 5 über das Optiksystem 1731 aufnimmt. Die Bildaufnahmevorrichtung 173 nimmt ein Bild eines Werkstücks 5 von einer anderen Position auf als der Emitterebene S3. Insbesondere wird ein auftreffendes Licht, das an der Fläche des Werkstücks 5 auftrifft und das entlang der Gestalt der Fläche des Werkstücks 5 reflektiert wird, in einem bestimmten Winkel durch die Bildaufnahmevorrichtung 173 empfangen. Darüber hinaus ist der Bandpassfilter 1731a effektiv beim Blockieren von Lichtrauschen, das sich vom auftreffenden Licht unterscheidet, indem er lediglich für auftreffendes Licht transparent ist, und die Messgenauigkeit verbessert. Allerdings ist der Bandpassfilter 1731a nicht essentiell und kann weggelassen werden.
3A und 3B zeigen Licht, das unter Verwendung der optischen Messsonde 17 emittiert wird, und auftreffendes Licht. Wie in 3A gezeigt, wenn ein auftreffendes Licht L auf das Werkstück 5 vom emittierenden Optiksystem 172 auftrifft, verändert das auftreffende Licht eine Gestalt entlang einer unebenen Flächengestalt des Werkstücks 5, und eine Kontur, wo das Werkstück 5 durch die Emitterebene S3 geschnitten wird, wird abgegrenzt. Wie in 3B gezeigt, nimmt die Bildaufnahmevorrichtung 173 ein Bild des Werkstücks 5 an einer anderen Position als der bestimmten Emitterebene S3 auf, und ein Bild des auftreffenden Lichts L wird, von dieser Position betrachtet, als L' erhalten.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Positionieren innerhalb der optischen Messsonde 17 des emittierenden Optiksystems 172 und der Bildaufnahmevorrichtung 173 zeigt. Der Bandpassfilter 1731a ist in 4 weggelassen.
Die Scheimpflug-Regel wird bei der optischen Messsonde 17 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Wie in 4 gezeigt, kreuzen eine Ebene (hiernach als eine „Bildaufnahmeebene S1“ bezeichnet), die eine Bildaufnahmeebene des CMOS-Bildsensors 1732 umfasst, eine Hauptebene S2, die einen Hauptpunkt der Linse 1731b umfasst, und eine Emitterebene S3 des zum Werkstück 5 emittierten Lichts in einer einzelnen Linie, die am Punkt P und orthogonal zur Papierfläche gelegen ist. Mit einer solchen Anordnung ist die gesamte Bildaufnahmeebene S1 des CMOS-Bildsensors 1732 bezüglich der Emitterebene S3 im Fokus. Hier ist ein Abstand zwischen dem emittierenden Optiksystem 172 und der Bildaufnahmevorrichtung 173 bekannt, und ein Winkel zwischen der Bildaufnahmeebene S1 und der Emitterebene S3 ist ebenso bekannt. Darüber hinaus wird ein Abstand zwischen dem emittierenden Optiksystem 172 und einer Position der Fläche des Werkstücks 5, die durch das auftreffende Licht getroffen wird, bezüglich einer Position eines Bildaufnahmeelements definiert, welches das auftreffende Licht empfängt, das an der Fläche des Werkstücks 5 reflektiert wurde. Demnach kann eine Positionsbeziehung zwischen der optischen Messsonde 17 und einem Abschnitt des Werkstücks 5, das durch das auftreffende Licht getroffen wird, unter Bezugnahme auf den Abstand zwischen dem emittierenden Optiksystem 172 und der Bildaufnahmevorrichtung 173, dem Winkel zwischen der Bildaufnahmeebene S1 und der Emitterebene S2 und dem Abstand zwischen dem emittierenden Optiksystem 172 und der Position der Fläche des Werkstücks 5, das durch das auftreffende Licht getroffen wird, berechnet werden. Darüber hinaus wird die Positionsbeziehung zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Gestell 11 durch Geber oder ähnliches definiert, die zum Beispiel innerhalb der X-Achsenführung, dem Y-Achsenantriebsmechanismus 14 und der Z-Achsenführung 15 installiert sind. Demnach kann die Position des Abschnitts des Werkstücks 5, das sich auf dem Gestell 11 befindet und das durch das auftreffende Licht getroffen wird, berechnet werden.
5 ist eine Rahmenansicht des CMOS-Bildsensors 1732 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der CMOS-Bildsensor 1732 umfasst eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen (CMOS-Zellen), die in einer Matrix an einer lichtempfangenden Fläche angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der CMOS-Sensor 1732, zum Beispiel, 1024 Bildaufnahmeelemente in einer Richtung, in der das emittierte Licht streut (eine Verlängerungsrichtung einer Linie der Kreuzung zwischen der Emitterebene S3 und der Bildaufnahmeebene S1 in 4) und, zum Beispiel, 1280 Bildaufnahmeelementen in einer Richtung orthogonal hierzu. Ferner dient der CMOS-Bildsensor 1732 als ein Rollladen. Der Rollladen ist ein Verfahren, bei dem lediglich die Bildaufnahmeelemente, die in einer oder mehreren Reihen (oder Spalten) angeordnet sind, ein Licht simultan empfangen, und der Lichtempfang der Reiheneinheit (oder Spalteneinheit) tritt sequentiell in einer Spaltenrichtung (oder Reihenrichtung) auf. Zum Beispiel tritt in 5 ein Lichtempfang der Bildaufnahmeelemente, die in einer ersten Spalte angeordnet sind (Bildaufnahmeelemente, die mit einem dicken Rahmen hervorgehoben sind), simultan auf. Wenn der Lichtempfangsbetrieb abgeschlossen ist, tritt ein Lichtempfang in Reihe für eine zweite Spalte und eine dritte Spalte auf.
6 ist eine Rahmenansicht, die eine Bildaufnahmeregion 321 und eine Überwachungsregion 322 des CMOS-Bildsensors 1732 zeigt. Bei der Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine bestimmte Region des CMOS-Bildsensors 1732, die primär beim Aufnehmen eines Bildes des Werkstücks 5 verwendet wird, als eine Bildaufnahmeregion 321 behandelt, die gesamte Region des CMOS-Bildsensors 1732 (mit der Bildaufnahmeregion 321) wird als die Überwachungsregion 322 behandelt, und eine Koordinatenmessung wird unter Verwendung von lediglich den Bildaufnahmeelementen, die in der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind, in einem Fall durchgeführt, wo eine detaillierte Messung durchgeführt wird. Dadurch kann eine Bildfrequenz des CMOS-Bildsensors 1732 erhöht werden. Darüber hinaus sind die Bildaufnahmeregion 321 und die Überwachungsregion 322 Regionen an der Bildaufnahmeebene des CMOS-Bildsensors 1732.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der optischen Messsonde 17 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Steuerkreis 174 umfasst eine CPU 1741, einen Programmspeicher 1742, der mit der CPU 1741 verbunden ist, einen Werkstückspeicher 1743 und einen Mehrwertbildspeicher 1744. Bilddaten, die durch den CMOS-Bildsensor 1732 erhalten wurden, werden im Mehrwertbildspeicher 1744 gespeichert. Die CPU 1741 referenziert die Bilddaten, die im Mehrwertbildspeicher 1744 gespeichert wurden, und stellt die Lichtintensität des emittierenden Optiksystems 172 mittels einer Intensitätssteuerung 1724 ein.
Als nächstes werden Betriebe der Koordinatenmessvorrichtung mit dem obigen Aufbau beschrieben. Wie in 4 gezeigt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Bildaufnahmevorrichtung 173 an einer anderen Position als die Emitterebene S3 angeordnet. Demnach ist die Richtung des Lichts, das zum Abschnitt der Fläche des Werkstücks 5 emittiert wurde, verschieden von der Richtung zur Bildaufnahmevorrichtung 173 eines Abschnitts des auftreffenden Lichts, wobei das auftreffende Licht vom Abschnitt der Fläche des Werkstücks 5 reflektiert wurde. Demnach fällt in einem Fall, wo ein Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5, zum Beispiel, zu klein oder zu groß wird, das auf die Fläche des Werkstücks 5 emittierte, auftreffende Licht außerhalb einer Bildaufnahmeregion der Bildaufnahmevorrichtung 173, und eine Bildaufnahme ist nicht möglich. In einem Fall, wo eine Verifikation an einem Bildschirm eines Host-Systems 4 durchgeführt wird, ob das auftreffende Licht innerhalb der Bildaufnahmeregion 321 der Bildaufnahmevorrichtung 173 empfangen wird, muss ein Arbeiter sowohl den Bildschirm als auch das Werkstück 5 visuell registrieren, welches sich auf dem Gestell 11 befindet, was zu einer verringerten Bedienbarkeit führt.
8 ist ein Flussdiagramm, das Betriebe der Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschreibt. In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Blitzstatus des auftreffenden Lichts anzeigen, ob das auftreffende Licht innerhalb einer Bildaufnahmeregion 321 der Bildaufnahmevorrichtung 173 empfangen wurde. Insbesondere verifiziert die Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ob das emittierte Licht während einer Messung am Werkstück 5 emittiert wird und ob das auftreffende Licht in der Bildaufnahmeebene des CMOS-Bildsensors 1732 innerhalb der Bildaufnahmeregion 321 aufgenommen wurde (verifiziert zum Beispiel, ob eine Menge des Lichts, die durch die Bildaufnahmeelemente empfangen wurde, die innerhalb der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind, größer ist als ein Schwellwert) (Schritt S101). In einem Fall, wo unter den Bildaufnahmeelementen, die innerhalb der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind, Bildaufnahmeelemente vorliegen, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert, wird das vom emittierenden Optiksystem 172 emittierte Licht angeschaltet (Schritt S102). In einem Fall, wo unter den Bildaufnahmeelementen, die innerhalb der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind, keine Bildaufnahmeelemente sind, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert, blitzt das vom emittierenden Optiksystem 172 emittierte Licht mit einer bestimmten Periodizität mit Intensitäten, die durch den Arbeiter visuell registriert werden können (z.B. einer Intensität nahe 0 und einer bestimmten Intensität) (Schritt S103). Darüber hinaus kann in Schritt S101 eine Bestimmung mit Bezugnahme auf eine Proportion relativ zur Gesamtanzahl der Bildaufnahmeelemente innerhalb der Bildaufnahmeregion 321 der Bildaufnahmeelemente durchgeführt werden, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert.
In einer Ausführungsform mit einem solchen Aufbau wird das auftreffende Licht in einem Fall angeschaltet, wo der Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 innerhalb eines Bereichs des Abstands liegt, wo das an der Fläche des Werkstücks 5 auftreffende Licht durch die Bildaufnahmevorrichtung 173 abgebildet werden kann, und das auftreffende Licht blitzt in einem Fall, wo der Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 diesen Bereich überschreitet. Demnach kann eine Koordinatenmessvorrichtung bereitgestellt werden, die eine exzellente Bedienbarkeit aufweist und es dem Arbeiter ermöglicht, zu verifizieren, ob der Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 geeignet ist, indem einfach der Status des auftreffenden Lichts, das auf die Fläche des Werkstücks 5 emittiert wird, einfach visuell registriert wird. In einem Fall, wo der Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 nicht geeignet ist, kann die Gestalt des Werkstücks 5 nicht gemessen werden, und deshalb gibt es keine Auswirkung auf die Messung, selbst wenn das vom emittierenden Optiksystem 172 emittierte Licht zu einer solchen Zeit blitzt.
In der obigen Beschreibung betrifft „angeschaltet“ einen Zustand, wo, von der Perspektive des Arbeiters, sowohl das emittierte Licht als auch das auftreffende Licht kontinuierlich emittiert wird, während „Blitzen“ einen Zustand betrifft, der von der Perspektive des Arbeiters als ein Blitzen wahrnehmbar ist. Selbst in einem Fall, wo das emittierende Optiksystem 172 durch eine PWM (Puls-Weiten-Modulation)-Steuerung gesteuert wird, zum Beispiel, wenn eine Bestimmung von der Perspektive des Arbeiters durchgeführt werden kann, dass ein Licht kontinuierlich emittiert wird, wird dies als „angeschaltet“ statt als „blitzend“ behandelt.
Zusätzlich ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, einen Laserpointer oder eine andere Beleuchtungsquelle an der optischen Messsonde 17 bereitzustellen, und deshalb können verschiedene wärmeinduzierte Punkte, die zuvor beschrieben wurden, verhindert werden, und ferner kann die optische Messsonde 17 kleiner gefertigt werden und Kosten können verringert werden, indem die Anzahl der Komponenten verringert wird. Darüber hinaus, weil das emittierende Optiksystem in Situationen blitzt, wo eine Messung nicht möglich ist, kann ebenso ein Energieverbrauch beschränkt werden.
Darüber hinaus kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mit geringen Kosten unter Verwendung von, zum Beispiel, einer Software oder Firmware erreicht werden, und kann ebenso bei einer existierenden Koordinatenmessvorrichtung eingesetzt werden. Zum Beispiel in einem Fall, wo die vorliegende Erfindung mit einer Software erreicht wird und ein Instruktionslichtemitter, der an einer existierenden Vorrichtung vorgesehen ist, durch die Software ausgeschaltet werden kann, können die zuvor erwähnten Punkte, die durch Wärme verursacht werden, vermieden werden, während eine Bedienbarkeit selbst bei Verwendung einer existierenden Vorrichtung verbessert wird.
(Zweite Ausführungsform)
Hiernach wird eine Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Koordinatenmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschreibt. Das Koordinatenmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin, dass zuerst ein Betriebsartauswahlablauf durchgeführt wird (Schritt S1), und eine erste Betriebsart (Schritt S2) oder eine zweite Betriebsart (Schritt S3) in Antwort auf den Auswahlbetrieb ausgewählt wird und die Lichtintensität des emittierenden Optiksystems 172 eingestellt wird. Die erste Betriebsart ist, zum Beispiel, eine manuell betätigte Messart, bei der die Messsonde manuell betätigt wird, um die Messung auszuführen, während die zweite Betriebsart, zum Beispiel, eine automatisch betätigte Messart ist, bei der die Messsonde automatisch betätigt wird, um die Messung auszuführen. Bei der ersten Betriebsart wird eine Einstellung der Intensität des emittierten Lichts, wie unter Bezugnahme auf 8 beschrieben, durchgeführt.
Als nächstes wird die zweite Betriebsart beschrieben. 10 ist eine Rahmenansicht, die die zweite Betriebsart zeigt. Ein oberer Abschnitt von 10 zeigt ein Bild, das durch die Bildaufnahmevorrichtung 173 aufgenommen wurde, während ein unterer Abschnitt von 10 eine Beziehung zwischen einer Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 und einer Zeit in einem Bildaufnahmezyklus für einen Rahmen des CMOS-Bildsensors 1732 zeigt. Der obere Abschnitt und der untere Abschnitt von 10 entsprechen einander, und ein Bild für eine Spalte im oberen Abschnitt zeigt an, dass ein Bild unter Verwendung der Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 aufgenommen wurde, das im unteren Abschnitt zu der Zeit angezeigt wird, die im unteren Abschnitt angezeigt wird.
Bei einer Koordinatenmessvorrichtung, die ein Triangulationsverfahren verwendet, kann in einem Fall, wo sich, zum Beispiel, eine Reflexion um einen Ort an der Fläche des Werkstücks 5 unterscheidet, eine Fluktuation der empfangenden Lichtmenge zu verschiedenen Punkten führen. Zum Beispiel in einem Fall, wo eine Reflexion eines Abschnitts einer Fläche des Werkstücks 5 extrem angehoben ist, kann eine Intensität des auftreffenden Lichts von der Fläche des Werkstücks 5, das am CMOS-Bildsensor 1732 auftrifft, eine maximale Lichtintensität überschreiten, für die eine optimale Bildaufnahme möglich ist, was zu einer Sättigung und Verschlechterung der Messgenauigkeit führt. Ebenso in einem Fall, wo eine Reflexion eines Abschnitts der Fläche des Werkstücks 5 extrem gering ist, kann die Menge des empfangenen auftreffenden Lichts, die am CMOS-Bildsensor 1732 auftrifft, nicht den Schwellwert erreichen, und ein Lichtempfang kann nicht auftreten. Allerdings stellt in einer zweiten Betriebsart, wie in einem rechtsseitigen Abschnitt von 10 gezeigt, der Steuerkreis 174 die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 in Antwort auf die im CMOS-Bildsensor 1732 empfangene Lichtmenge ein. Demnach werden die verschiedenen, zuvor aufgeführten Punkte gelöst, die aufgrund von Fluktuationen der empfangenen Lichtmenge auftreten.
Ferner kann bei der Koordinatenmessvorrichtung, die das Triangulationsverfahren verwendet, in einem Fall mit einer bestimmten Ungleichheit oder mehr an der Fläche des Werkstücks 5 zum Beispiel ein Abschnitt des auftreffenden Lichts nie am CMOS-Bildsensor 1732 auftreffen und ein Lichtempfang für diesen Abschnitt kann unmöglich sein. In einem solchen Fall besteht ein Risiko, dass der Steuerkreis 174 bestimmen kann, dass ein Lichtempfang aufgrund einer unzureichenden Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 nicht auftritt, die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 auf einen maximalen Wert erhöht und einen solchen Zustand hält, was möglicherweise zu einer Verschlechterung der Lichtquelle und eine Erhöhung des Energieverbrauchs führt. Allerdings wird in einer zweiten Betriebsart in einem Fall, wo ein Lichtempfang durch den CMOS-Bildsensor 1732 nicht auftritt, obwohl das emittierende Optiksystem 172 eine maximale Ausgabe aufweist, wie im linksseitigen Abschnitt von 10 gezeigt (eine Seite des oberen Abschnitts mit ohne Bild des reflektierten Lichts, und eine Seite des unteren Abschnitts, wo eine Laserausgabe „0“ ist), die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 auf einen Minimalwert festgelegt war, wodurch eine längere Lebenszeit für die Lichtquelle und ein reduzierter Energieverbrauch erreicht wird.
11 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsarten beschreibt. In der zweiten Betriebsart wird ein Lichtempfang zuerst für eine Spalte (oder eine Reihe) der CMOS-Bildsensoren 1732 durchgeführt, und eindimensionale Bilddaten werden erhalten (S201), dann wird eine Verifikation durchgeführt, ob die Bildaufnahmeelemente eine Sättigung erfahren haben (S202). In einem Fall, wo ein Bildaufnahmeelement eine Sättigung erfahren hat, wird die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 verringert (S203). In einem Fall, wo keine Sättigung in Schritt S202 erfasst wurde, wird die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 bestätigt (S205), und in einem Fall, wo die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 weder eine maximale Ausgabe noch eine minimale Ausgabe ist, wird die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 an dieser Position beim nachfolgenden Scannen erhöht (S204). In einem Fall, wo die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 die maximale Ausgabe ist, wird eine weitere Verifikation durchgeführt, ob die durch den CMOS-Bildsensor 1732 empfangene Lichtmenge gleich oder weniger als ein Schwellwert (S206) ist. Darin kann eine minimale Menge des empfangenen Lichts, die eine Messung ermöglicht, als der Schwellwert festgelegt werden. In einem Fall, wo die Menge des durch den CMOS-Bildsensor 1732 empfangene Lichtmenge gleich oder weniger als der Schwellwert ist, wird die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 an dieser Position während eines nachfolgenden Scannens auf eine minimale Ausgabe festgelegt (S207), und in einem Fall, wo die durch den CMOS-Bildsensor 1732 empfangene Lichtmenge nicht gleich oder weniger als der Schwellwert ist, bleibt die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 bei der maximalen Ausgabe. Der obige Ablauf ermöglicht es, die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 auf einen minimalen Wert festzulegen, wenn ein Nichterfassungsabschnitt des Werkstücks 5 gemessen wird, und eine Wärmeerzeugung kann verhindert werden, ein Energieverbrauch kann verringert werden und die Lebenszeit der Lichtquelle kann verlängert werden. Ebenso in einem Fall, wo die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 in Schritt S205 bei der minimalen Ausgabe ist, wird die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 während eines nachfolgenden Scannens auf die maximale Ausgabe an dieser Position festgelegt (S208).
Die obigen Betriebe werden für jede Spalte des CMOS-Bildsensors 1732, der in 5 gezeigt ist, nacheinander durchgeführt. Darüber hinaus können die Bildaufnahmeelemente, die primär in der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind, in der zweiten Betriebsart ebenso verwendet werden, jedoch können die Bildaufnahmeelemente, die in der Überwachungsregion 322 angeordnet sind, ebenso verwendet werden.
Darüber hinaus kann die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 im Nichterfassungsabschnitt, wie zuvor angemerkt, zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert für jeden Scan pendeln; allerdings in einem Fall, wo n Anzahlen der Scans mit der minimalen Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 durchgeführt werden (wobei n eine ganze Zahl ist), kann zum Beispiel die Ausgabe zum maximalen Wert geschaltet werden. Zusätzlich kann ein Schalten vom minimalen Ausgabewert des emittierenden Optiksystems 172 die Ausgabe auf einen Zwischenwert zwischen dem minimalen Wert und den maximalen Wert festlegen, anstatt den maximalen Wert festzulegen.
Darüber hinaus können zum Beispiel ebenso CAD-Daten vorab eingegeben werden und dadurch eine Messstartposition und eine Messendposition definiert werden. In einem solchen Fall können die CAD-Daten vorab ins Hostsystem 4 eingegeben werden und durch den Antriebssteuerkreis 2 gelangen, um im Programmspeicher 1742 gespeichert zu werden. Eine Festlegung, die im Programmspeicher 1742 vorab gespeichert wurde, kann ebenso wieder aufgerufen werden.
Die Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart für einen selektiven Betrieb eingerichtet. Demnach kann in einem Fall, wo zum Beispiel die Koordinatenmessvorrichtung durch einen CNC-Betrieb angetrieben wird, ein Einlernen zuerst bezüglich der Koordinatenmessvorrichtung durchgeführt werden, und dann kann die Koordinatenmessvorrichtung automatisch arbeiten. Hier muss, wenn ein Einlernen durchgeführt wird, der Arbeiter die optische Messsonde 17 und das Werkstück 5 visuell registrieren; allerdings ist durch Einsatz der ersten Betriebsart keine Notwendigkeit, den Bildschirm des Host-Systems 4 zu betrachten. Demnach muss der Arbeiter lediglich die optische Messsonde 17 und das Werkstück 5 betrachten, und ein Einlernen kann leicht durchgeführt werden. Indes in einem Fall, wo die Koordinatenmessvorrichtung durch den CNC-Betrieb angetrieben wird, wird die optische Messsonde 17 automatisch in Antwort auf Ergebnisse des Einlernens angetrieben, und deshalb besteht keine Notwendigkeit für den Arbeiter, die optische Messsonde 17 oder das Werkstück 5 im kleinsten Detail zu betrachten. Ebenso durch automatisches Einstellen der Intensität des emittierten Lichts in einem solchen Fall kann eine geeignete Messung durchgeführt werden. Zusätzlich ist zum Beispiel während des zuvor beschriebenen Einlernens oder eines Betriebs der optischen Messsonde 17 durch den Arbeiter ein Schalten und selektives Verwenden zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart ebenso möglich.
(Dritte Ausführungsform)
Hiernach wird eine Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen ähnlich zur Koordinatenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eingerichtet. Allerdings unterscheidet sich ein Verfahren zum Einstellen der Lichtintensität des emittierenden Optiksystems 172.
12 ist ein Flussdiagramm, welches die Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschreibt. In der vorliegenden Ausführungsform wird während einer Messung ein emittiertes Licht zum Werkstück 5 emittiert und eine Verifikation wird durchgeführt, ob ein auftreffendes Licht in den Bildaufnahmeelementen empfangen wird, die in der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind (Schritt S301); in einem Fall, wo das auftreffende Licht empfangen wird, wird die Bildaufnahmevorrichtung 173 auf eine Messbetriebsart festgelegt (Schritt S302); und das vom emittierenden Optiksystem 172 emittierte auftreffende Licht wird auf einen eingeschalteten Zustand festgelegt (Schritt S303). Darüber hinaus ist in der Messbetriebsart eine Größe einer ROI (interessante Region/region of interest, d.h., eine Region, wo ein Bild von einem Bildsensor gelesen wird) der Bildaufnahmevorrichtung 173 auf die Bildaufnahmeregion 321 beschränkt und die Bildfrequenz wird auf eine beschleunigte Geschwindigkeit festgelegt.
In einem Fall, wo das auftreffende Licht nicht in den Bildaufnahmeelementen empfangen wird, die in der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet sind, wird die Bildaufnahmevorrichtung 173 in eine Überwachungsbetriebsart versetzt (Schritt S304). In der Überwachungsbetriebsart wird die Größe der ROI der Bildaufnahmevorrichtung 173 auf ein Maximum festgelegt (Überwachungsregion 322) und die Bildfrequenz wird im Vergleich zur Bildfrequenz der Messbetriebsart langsamer festgelegt.
Als nächstes wird eine Verifikation durchgeführt, ob das auftreffende Licht in den Bildaufnahmeelementen empfangen wird, die in der Überwachungsregion 322 angeordnet sind (Schritt S305), und in einem Fall, wo das auftreffende Licht in einem der Bildaufnahmeelemente empfangen wird, die in der Überwachungsregion 322 angeordnet sind, wird das auftreffende Licht in einen Blitzzustand versetzt, der in einer Periode blitzt, die einem Abstand zwischen der Bildaufnahmeregion 321 und dem Bildaufnahmeelement entspricht, wo das auftreffende Licht empfangen wurde (Abstand an der lichtempfangenden Fläche der Bildaufnahmevorrichtung 173) (Schritt S306). Zum Beispiel kann die Periode des Blitzens kürzer eingestellt werden als sich das auftreffende Licht der Bildaufnahmeregion 321 nähert, und länger als sich das Bildaufnahmeelement, das das auftreffende Licht empfängt, von der Bildaufnahmeregion 321 weg bewegt. Das Gegenteil ist ebenso möglich, und verschiedene Betriebsarten können definiert werden, die der Arbeiter visuell identifizieren kann.
In einem Fall, wo das auftreffende Licht ebenso nicht in der Überwachungsregion 322 empfangen wird, blitzt das auftreffende Licht, das vom emittierenden Optiksystem 172 emittiert wurde, in einer bestimmten Periode (Schritt S307).
Insbesondere wird in der Koordinatenmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Periode des Blitzens des auftreffenden Lichts gemäß dem Abstand der Bildaufnahmeebene zwischen der Bildaufnahmeregion 321 und dem Bildaufnahmeelement eingestellt, welches das auftreffende Licht empfängt. Demnach kann in Antwort auf die Periode des Blitzens des auftreffenden Lichts der Arbeiter direkt den Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 einstellen.
Darüber hinaus wird in einem Fall, wo das auftreffende Licht in der zuvor erwähnten Bildaufnahmeregion 321 empfangen wird, die Bildaufnahme durch den CMOS in einer hohen Bildfrequenz durchgeführt, wodurch eine geeignete Messung ermöglicht wird. Zusätzlich wird typischerweise in einem Fall, wo die Bildaufnahmeelemente außerhalb der Bildaufnahmeregion 321 nicht bei einer Messung verwendet werden, das auftreffende Licht nicht in der Bildaufnahmeregion 321 empfangen, und in einem Fall, wo das auftreffende Licht im Überwachungsbereich 322 empfangen wird, wird eine Messung nicht beeinflusst, selbst wenn die Bildfrequenz verringert wird.
(Vierte Ausführungsform)
Hiernach wird eine Koordinatenmessvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Scheimpflug-Optiksystem wurde in den Koordinatenmessvorrichtungen gemäß jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen eingesetzt. Allerdings ist eine Verwendung eines Scheimpflug-Optiksystems nicht unbedingt notwendig. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein telezentrisches Optiksystem verwendet. Wie in 13 gezeigt, kann zum Beispiel eine Bildaufnahmevorrichtung 173' und ein emittierendes Optiksystem 172' ebenso eingesetzt werden. Die Bildaufnahmevorrichtung 173' wird ausgebildet, indem eine Bildaufnahmeebene S1` des CMOS-Bildsensors 1732 oder eines CCD-Bildsensors und eine Hauptebene S2', welche einen Hauptpunkt einer Linse 1731b' umfasst, so angeordnet werden, dass sie parallel sind. Das emittierende Optiksystem 172' emittiert ein Licht entlang einer Ebene S3', die eine Region abdeckt, die ein visueller Feldbereich der Bildaufnahmevorrichtung 173' ist (eher bevorzugt ein visueller Feldbereich eines lichtempfangenden Elements, das in der Bildaufnahmeregion 321 angeordnet ist) und einen Brennbereich der Linse 1731b'.
Darüber hinaus kann in einem Fall, wo ein solches Optiksystem eingesetzt wird, um das auf die Fläche des Werkstücks 5 auftreffende Licht zu fokussieren, die Brenntiefe/Abbildungstiefe der Linse 1731b' in 13 größer festgelegt werden als die Brenntiefe/Abbildungstiefe der Linse 1731b in 4. In einem Fall, bei dem ein solcher Aufbau verwendet wird, kann eine Koordinatenmessung unter Verwendung eines Triangulationsprinzips optimal durchgeführt werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen setzte die Bildaufnahmevorrichtung 173 einen CMOS-Bildsensor ein; allerdings können ebenso andere Bildaufnahmevorrichtungen eingesetzt werden, wie ein CCD-Bildsensor. Ferner können die zweite Betriebsart und die erste Betriebsart der zweiten Ausführungsform ebenso zusammen verwendet werden. In einem solchen Fall kann in einem Fall, wo die Ausgabe des emittierenden Optiksystems 172 die maximale Ausgabe ist und die Menge des Lichts, das durch all die Bildaufnahmeelemente empfangen wird, gleich oder weniger als der Schwellwert ist, zum Beispiel der Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 als ungeeignet bestimmt werden, und das auftreffende Licht kann geblitzt werden. Darüber hinaus kann in einem Fall, wo die Koordinatenmessvorrichtung einen anderen Aufbau verwendet (z.B. eine Kamera, einen Sensor, usw.), der die Position der optischen Messsonde 17 erkennen kann, zum Beispiel der Abstand zwischen der optischen Messsonde 17 und dem Werkstück 5 ebenso unter Verwendung dieses Aufbaus erkannt werden.
Darüber hinaus ist bei jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen das Werkstück 5 auf dem Gestell 11 angeordnet, und die Position der optischen Messsonde 17 wird durch die Armträgerbauteile 12a und 12b, die X-Achsenführung 13, den Y-Achsenantriebsmechanismus 14, die Z-Achsenführung 15 und den Z-Achsenarm 16 gesteuert. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt, und kann anstelle auf verschiedene Ausführungsformen einer Koordinatenmessvorrichtung unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens angewandt werden, um die Positionen der optischen Messsonde 17 und des Werkstücks 5 zu erhalten, wie einer Koordinatenmessvorrichtung mit einer optischen Messsonde 17, die am vordersten Ende eines Mehrverbindungsarms oder eines Roboterarms angebracht ist, oder einer Koordinatenmessvorrichtung, welche die Position der optischen Messsonde 17 unter Verwendung anderer Gegenstände, wie einer Kamera, erhält.
Zusätzlich wird in jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen das von der Lichtquelle emittierte Licht durch eine zylindrische Linse oder ähnliches aufgeweitet, wodurch ein emittiertes Licht entlang der bestimmten Ebene S3 erzeugt wird. Allerdings kann das entlang der bestimmten Ebene S3 emittierte Licht ebenso durch, zum Beispiel, ein Scanlicht von einer Lichtquelle mit einem Scanspiegel erzeugt werden (Galvanospiegel, Polygonalspiegel, usw.). Darüber hinaus können in einem Fall, wo das entlang der bestimmten Ebene S3 emittierte Licht durch den Scanspiegel erzeugt wird und wo ein CMOS-Bildsensor als die Bildaufnahmevorrichtung 173 eingesetzt wird, die Periode des Scans des emittierten Lichts und die Periode der Bildaufnahme durch den CMOS-Bildsensor synchronisiert werden.
Es ist anzumerken, dass die vorangegangenen Beispiele lediglich zur Erklärung vorgesehen sind und in keiner Weise die vorliegende Erfindung einschränken. Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass die Worte, die hier verwendet wurden, Worte der Beschreibung und Illustration sind, und keineswegs Worte der Einschränkung. Veränderungen können durchgeführt werden im Rahmen der beigefügten Ansprüche, wie vorliegend erwähnt und wie geändert, ohne vom Bereich und Gedanken der vorliegenden Erfindung mit seinen Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, soll die vorliegende Erfindung nicht auf das hier Offenbarte beschränkt sein; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktionell äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen, welche sich im Bereich der beigefügten Ansprüche bewegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Variationen und Modifikationen sind möglich, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Koordinatenmessvorrichtung mit einer berührungslosen Messsonde (17), wobei die berührungslose Messsonde (17) aufweist: ein emittierendes Optiksystem (172), das zum Emittieren von Licht entlang einer bestimmten Ebene (S3) auf ein Werkstück (5) eingerichtet ist, eine Bildaufnahmevorrichtung (173), die mehrere auf einer Bildaufnahmeebene (S1) angeordnete Bildaufnahmeelemente aufweist und zur Aufnahme eines Bilds (L') des Werkstücks (5) aus einer anderen Position als derjenigen der bestimmten Ebene (S3) eingerichtet ist, und eine Steuerung (174), die das emittierende Optiksystem (172) in Antwort auf ein Ausgabesignal der Bildaufnahmevorrichtung (173) steuert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen ob die Bildaufnahmeelemente, die in einer bestimmten Bildaufnahmeregion (312) auf der Bildaufnahmeebene (S1) angeordnet sind, ein auftreffendes Licht erfassen, das auf einer Fläche des Werkstücks (5) aufgrund des emittierten Lichts vom emittierenden Optiksystem (172) auftrifft, gekennzeichnet durch kontinuierliches Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172), wenn die innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht erfassen, Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172) mit einer bestimmten Periodizität als Blitzen, wenn die innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht nicht erfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen dass die Bildaufnahmeelemente, die in der Bildaufnahmeregion (321) angeordnet sind, das auftreffende Licht erfassen, wenn es unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelementen Bildaufnahmeelemente gibt, für die eine empfangene Lichtmenge größer ist als ein Schwellwert, und Bestimmen dass die in der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht nicht erfassen, wenn es unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelementen keine Bildaufnahmeelemente gibt, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,ferner umfassend: Erfassen des Abstands zwischen der Messsonde (17) und dem Werkstück (5) gemäß einer Position des Bildaufnahmeelements, welches das auftreffende Licht in einer bestimmten Überwachungsregion (322) erfasst, die breiter ist als die bestimmte Bildaufnahmeregion (321) an der Bildaufnahmeebene (S1), und Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172) in einer Periodizität, die dem erfassten Abstand entspricht, wenn die in der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente das auftreffende Licht nicht erfassen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine erste selektive Betriebsart und eine zweite selektive Betriebsart und Erfassen der Lichtmenge, die durch jedes der in der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelemente empfangen wird, und in der ersten selektiven Betriebsart kontinuierliches Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172) wenn es unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelementen Bildaufnahmeelemente gibt, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als ein Schwellwert, und Emittieren von Licht von dem emittierenden Optiksystem (172) in einer bestimmten Periodizität als Blitzen, wenn es unter den innerhalb der Bildaufnahmeregion (321) angeordneten Bildaufnahmeelementen keine Bildaufnahmeelemente gibt, für die die empfangene Lichtmenge größer ist als der Schwellwert, und in der zweiten selektiven Betriebsart Verringern einer Lichtintensität des emittierten Lichts, das von dem emittierenden Optiksystem (172) emittiert wird, während des nachfolgenden Lichtempfangs, wenn es Bildaufnahmeelemente gibt, die durch eine empfangene Lichtmenge gesättigt sind, wenn jedes der Bildaufnahmeelemente in der Bildaufnahmeregion (321) Licht empfängt und Erhöhen der Lichtintensität des emittierten Lichts, das von dem emittierenden Optiksystem (172) emittiert wird, während des nachfolgenden Lichtempfangs, wenn es keine Lichtaufnahmeelemente gibt, die durch die empfangene Lichtmenge gesättigt sind, und ferner Festlegen der Lichtintensität des emittierten Lichts, das von dem emittierenden Optiksystem (172) emittiert wird, auf eine minimale Intensität während des nachfolgenden Lichtempfangs, wenn die Lichtaufnahmeelemente Licht empfangen, wenn die Lichtintensität des emittierten Lichts, das von dem emittierenden Optiksystem (172) emittiert wird, eine maximale Intensität erreicht und die empfangene Lichtmenge geringer ist als der Schwellwert.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei der die erste selektive Betriebsart eine manuelle Betriebsart ist, bei der die Messsonde (17) manuell betätigt wird, um die Messung auszuführen, während die zweite selektive Betriebsart eine automatische Messbetriebsart ist, bei der die Messsonde (17) automatisch betätigt wird, um die Messung auszuführen.