DE102018202625A1

DE102018202625A1 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102018202625A1
Application number: DE102018202625.4A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Iijima
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2038-02-22
Also published as: DE102018202625B4; US10203201B2; CN108620954A; CN108620954B; DE102018202625B8; JP2018151353A; JP6457574B2; US20180266816A1

Abstract

Um eine Struktur bereitzustellen, welche in einer Maschinenmessvorrichtung für ein Bearbeitungswerkzeug zu verwenden ist und zum Messen der Form einer Oberflächenfeinstruktur eines Messziels in einer Tiefenrichtung genau geeignet ist. Eine Maschinenmessvorrichtung 1 , umfassend: eine Verschiebungsvorrichtung 30, welche eine Abtastbestrahlung mit einem Laserstrahl durch Verschieben eines Schneidziels 51 als ein Messziel relativ zu einer Laserquelle 20 ausführt; ein Halbspiegel 31, welcher veranlasst, dass der Strahl von der Laserquelle 20 in das Schneidziel 51 vertikal eintritt; eine Linse 32, welche den an dem Schneidziel 51 gestreuten, gebeugten und reflektierten Strahl fokussiert; eine Projektionsebene 33 für ein Fokalbild des durch die Linse 32 hindurchgetretenen Strahls; eine Lichtempfangselementanordnung 41, welche ein optisches Signal bei der Projektionsebene 33 in ein elektrisches Signal umwandelt und ein analoges Signal ausgibt; und eine Berechnungseinheit 43, welche durch die Lichtempfangselementanordnung 41 über die Abtastbestrahlung mit dem Laserstrahl erfasste empfangene Strahlinformation in chronologischer Reihenfolge speichert, basierend auf einem durch Umwandeln des analogen Signals von der Lichtempfangselementanordnung 41 erzeugten digitalen Signal, die in chronologischer Reihenfolge gespeicherte empfangene Strahlinformation in eine Rauminformation umwandelt, um ein optisches Beugungsbild zu erzeugen, und eine Strahlintensitätsverteilung basierend auf dem erzeugten optischen Beugungsbild erfasst.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, welche ein Ziel, welches durch ein Bearbeitungswerkzeug zu bearbeiten ist, als ein Messziel misst.
Stand der Technik
Es ist eine Technik konventionell bekannt zum Messen eines Oberflächenprofils durch Analysieren eines reflektierten Strahls eines auf eine Oberfläche eines Messziels angelegten Lesers. Eine solche Technik ist beispielsweise durch die Patent Dokumente 1-3 beschrieben. Patent Dokument 1 beschreibt eine Technik zum Messen von Oberflächeneigenschaften unter Verwendung eines gestreuten Strahl, resultierend von einer Bestrahlung eines durch ein NC Bearbeitungswerkzeug zu bearbeitendes Ziel mit einem Laserstrahl. Patent Dokument 2 beschreibt eine Technik zum Erfassen einer Oberflächeninformation über ein Testziel durch erfassen einer Lichtintensitätsverteilung unter Verwendung eines reflektierten Strahls eines Bestrahlungsstrahls. Patentdokument 3 beschreibt eine Technik zum Detektieren eines Defekts auf einer Ebene der inneren Oberfläche eines Testziels unter Verwendung eines reflektierten Strahls.

Patentdokument 1 : japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer H08-166214
Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2013-29350
Patentdokument 3: japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer H01-193631

Zusammenfassung der Erfindung
Eine Messvorrichtung für ein Bearbeitungswerkzeug, welches für ein Werkstück zu verwenden ist, wie beispielsweise Schneiden, weist Schwierigkeiten bei einem Messen einer Oberfläche durch direktes Beobachten der Oberfläche in einem Bild auf. Somit war es für eine zu verwendende Messvorrichtung notwendig, dass diese geeignet ist zum Beobachten einer Oberfläche eines Ziels ohne empfänglich für einen Einfluss von physikalisch-chemischen Eigenschaften einer Schneidflüssigkeit zu sein. Zusätzlich, während es wichtig war, die Gleichmäßigkeit einer feinen Struktur auf einer Oberfläche eines Messziels zu bewerten, gab es bei den konventionellen Techniken Raum für Verbesserungen in Bezug auf eine genaue Messung des Zustands der gesamten Oberfläche in einer Tiefenrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist dazu gedacht eine Struktur bereitzustellen, welche in einer Maschinenmessvorrichtung für ein Bearbeitungswerkzeug zu verwenden ist, und zum Messen der Form einer Oberflächenfeinstruktur eines Messziels genau in einer Tiefenrichtung geeignet ist.

(1) Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (beispielsweise eine später zu beschreibende Maschinenmessvorrichtung 1), welche ein durch ein Bearbeitungswerkzeug zu bearbeitendes Ziel als ein Messziel (beispielsweise einen später zu beschreibendes Schneidziel 51) mist, umfassend: eine Laserquelle (beispielsweise eine später zu beschreibende Laserquelle 20), welche einen Laserstrahl emittiert; eine Verschiebungsvorrichtung (beispielsweise eine später zu beschreibende Verschiebungsvorrichtung 30, eine Zuführungsachse 10), welche eine Abtastungsbestrahlung mit dem Laserstrahl durch Verschieben des Messziels relativ zu der Laserquelle ausführt; einen Halbspiegel (beispielsweise einen später zu beschreibenden Halbspiegel 31), welcher veranlasst, dass der Strahl von der Laserquelle vertikal in das Messziel eintritt; eine Linse (beispielsweise eine später zu beschreibende Linse 32), welche den an dem Messziel gestreuten, gebrochenen und reflektierten Strahl fokussiert; eine Projektionsebene (beispielsweise eine später zu beschreibende Projektionsebene 33) für ein Fokalbild des durch die Linse getretenen Strahls; eine Lichtempfangselementeinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Lichtempfangselementanordnung 41), welche ein optisches Signal an der Projektionsebene in ein elektrisches Signal umwandelt und ein analoges Signal ausgibt; einen A/D Konverter (beispielsweise eine später zu beschreibende A/D Konverteranordnung 42), welche das analoge Signal von der Lichtempfangselementeinheit in ein digitales Signal umwandelt; und eine Berechnungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Berechnungseinheit 43), welche mit dem A/D Konverter verbunden ist, wobei die Berechnungseinheit empfangene Strahlinformation in einer chronologischen Reihenfolge speichert, welche durch die Lichtempfangselementeinheit erfasst ist, durch die Abtastbestrahlung mit dem Laserstrahl, die in chronologischer Reihenfolge gespeicherte empfangene Strahlinformation in Rauminformation umwandelt, um ein optisches Beugungsbild zu erzeugen, und eine Strahlintensitätsverteilung basierend auf dem erzeugten optischen Beugungsbild erfasst.
(2) Bei der in (1) beschriebenen Messvorrichtung kann die Verschiebungsvorrichtung zulassen, dass die Positionen des Halbspiegels, der Laserquelle, der Linse und der Projektionsebene relativ zueinander, um eine vorbestimmte Brennweite beizubehalten.
(3) Bei der in (1) oder (2) beschriebenen Messvorrichtung kann die Laserquelle zum emittieren einer gepulsten Welle oder einer kohärenten kontinuierlichen Welle geeignet sein.
(4) Bei der in einem von (1) bis (3) beschriebenen Messvorrichtung kann die Berechnungseinheit die geometrischen Abmessungen und eine Oberflächenrauheit einer Feinstruktur basierend auf der erfassten Strahlintensitätsverteilung berechnen.

Die Maschinenmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist zum Messen der Form einer Oberflächenfeinstruktur des Messziels genau in einer Tiefenrichtung geeignet.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Maschinenmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Flussdiagramm, welches einen Fluss einer Messverarbeitung durch die Maschinenmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Graph, welcher ein Beispiel eines Beugungsmusters und einer Intensitätsverteilung eines gebeugten Strahls zeigt, welche zu dem Beugungsmuster gehört; und
4 ist eine Oberflächenrauigkeitskarte, welche eine Verteilung einer Oberflächenrauigkeit auf einer Oberfläche eines Schneidziels schematisch zeigt.

Detailbeschreibung der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
1 zeigt schematisch eine Maschinenmessvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Maschinenmessvorrichtung 1 ist in einem numerisch-gesteuerten (NC) Bearbeitungswerkzeug anzuordnen, welches durch einen Motor wie beispielsweise einen Stellmotor zu betreiben ist. Die Maschinenmessvorrichtung 1 dient zum Messen der Abmessungen einer Feinstruktur auf einer Metallbearbeitungsoberfläche mittels eines optischen Effekts, welche mit einem Schneidwerkzeug oder einem Schneidschleifer bearbeitet ist.
Wie in 1 gezeigt umfasst die Maschinenmessvorrichtung 1 dieser Ausführungsform einen Werkstücktisch 52, eine Laserquelle 20, einen Halbspiegel 31, eine Linse 32, eine Projektionsebene 33, eine Verschiebungsvorrichtung 30, eine Lichtempfangselementanordnung 41, eine A/D Konverteranordnung 42 und eine Berechnungseinheit 43.
Der Werkstücktisch 52 ist ein Tisch, auf welchem ein Werkstück als ein Ziel einer Messung durch die Maschinenmessvorrichtung 1 zu platzieren ist. In dieser Ausführungsform ist ein Schneidziel 51 als ein Ziel einer Bearbeitung durch das NC Bearbeitungswerkzeug auf dem Werkstücktisch 52 platziert.
Die Laserquelle 20 dient zum Emittieren eines Laserstrahl zur Messung. Ein in dieser Ausführungsform verwendeter Laserstrahl ist ein sichtbarer Strahl (in einem Bereich von 300-800 nm beispielsweise) und ist zum Reflektieren des Niveaus einer Ebenenqualität (Gleichförmigkeit einer Strahlreflektion auf einer Oberfläche) verwendbar, welche durch eine visuelle Inspektion an einem Messergebnis erkennbar ist. Während ein Laserstrahl nicht auf einen sichtbaren Strahl beschränkt ist, ist der Laserstrahl bevorzugt in einem Wellenlängenband, in welchem ein Metall und eine Schneidflüssigkeit nicht absorbiert werden. Eine als die Laserquelle 20 zu verwendende Laserquelle ist zum Emittieren eines Laserstrahls als eine gepulste Welle oder eine kohärente kontinuierliche Welle geeignet.
Der Halbspiegel 31 ist ein optisches Element zum Veranlassen, dass ein Strahl vertikal in das Schneidziel 51 eintritt. Ein Laserstrahl von der Laserquelle 20 tritt durch den Halbspiegel 31 hindurch und tritt dann in das Schneidziel 51 ein. Der Halbspiegel 31 ist einstellbar in einem Rotationswinkel, um zu veranlassen, dass der Laserstrahl vertikal in das Schneidziel 51 eintritt. Dies ermöglicht eine genaue Messung einer Unebenheit einer Feinstruktur auf einer Oberfläche des Schneidziels 51 in einer Tiefenrichtung.
Die Linse 32 ist eine Fouriertransformationslinse zum Fokussieren eines an dem Schneidziel 51 gestreuten, gebeugten und reflektierten Strahls. Der durch die Linse 32 fokussierte Strahl wird auf die Projektionsebene 33 projiziert.
Die Projektionsebene 33 umfasst eine Anordnung von Mikrolinsen (in den Figuren nicht gezeigt), welche zu Pixeln in der Lichtempfangselementanordnung 41 gehören, und ist ausgebildet, um ein Bild auf einem Lichtempfangselement über die Mikrolinse in dem Brennpunkt P zu bilden. In dieser Ausführungsform erzeugt die später zu beschreibende Berechnungseinheit 43 ein optisches Beugungsbild basierend auf einer empfangenen Strahlinformation, projiziert auf die Projektionsebene 33 entsprechend der Fraunhofer'sehen Beugungstheorie, und berechnet eine Strahlintensitätsverteilung.
Die Verschiebungsvorrichtung 30 umfasst eine Zuführungsachse 10, welche durch die Antriebskraft eines Stellmotors (in den Figuren nicht gezeigt) des Bearbeitungswerkzeugs zu verschieben ist. Die Zuführungsachse 10 ist ausgebildet, um zum Verschieben des Schneidziels 51 geeignet zu sein, welches auf dem Werkstücktisch 52 platziert ist, Mittels der Antriebskraft des Stellmotors und zum Einstellen der Position des Schneidziels 51 geeignet ist.
Die Verschiebungsvorrichtung 30 dieser Ausführungsform umfasst einen Stellmotor (Antriebsvorrichtung) zum Einstellen des Rotationswinkels des später beschriebenen Halbspiegels 31, der Position der Linse 32 und der Position der Projektionsebene 33. Die Verschiebungsvorrichtung 30 ermöglicht eine Abtaststrahlung des Schneidziels 51 mit einem Laserstrahl, während eine vorab bestimmte Brennweite beibehalten wird.
Die Verschiebungsvorrichtung 30 ist ausgebildet, um zum Verändern des Rotationswinkels des Halbspiegels 31 in Reaktion auf die Geschwindigkeit des durch die Zuführungsachse 10 zu verschiebenden Schneidziels 51 geeignet zu sein. Der oben beschriebene Stellmotor zum Einstellen des Rotationswinkels des Halbspiegels 31 weist eine Leistungsfähigkeit derart auf, dass der Rotationswinkel des Halbspiegels 31 bei einer Geschwindigkeit in Reaktion auf zumindest eine durch die Positionseinstellung durch die Zuführungsachse 10 bestimmte Geschwindigkeit einstellbar ist. Dies ermöglicht es, einen vertikalen Einfall eines Laserstrahls auf das Schneidziel 51 während einer Abtastbestrahlung beizubehalten.
Die Lichtempfangselementanordnung 41 ist eine Lichtempfangselementeinheit, welche ein optisches Signal bei der Projektionsebene 33 in ein elektrisches Signal umwandelt und das elektrische Signal an die A/D Konverteranordnung 42 überträgt. Die Lichtempfangselementanordnung 41 ist aus einer CMOS Anordnung oder einem CCD Bildsensor beispielsweise gebildet.
Die A/D Konverteranordnung 42 ist eine A/D Konverteranordnung, welche ein von der Lichtempfangselementanordnung 41 ausgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt. Das digitale Signal von der A/D Konverteranordnung 42 wird an die Berechnungseinheit 43 übertragen.
Die Berechnungseinheit 43 ist ein Computer, welcher eine CPU, einen Speicher, usw. umfasst. Die Berechnungseinheit 43 führt eine Messverarbeitung zum Berechnen von Abmessungen und einer Oberflächenrauigkeit einer Feinstruktur auf einer Oberfläche des Schneidziels 51 basierend auf dem von der A/D Konverteranordnung 42 empfangenen digitalen Signal aus.
Ein Berechnungsfluss der Dimensionen und einer Oberflächenrauigkeit einer Feinstruktur auf einer Oberfläche des Schneidziels 51, welche durch die Maschinenmessvorrichtung 1 gefolgt wird, wird als nächstes beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, welches den Fluss der Messverarbeitung durch die Maschinenmessvorrichtung 1 entsprechend dieser Ausführungsform tagt.
Wenn die Messverarbeitung gestartet wird, wird die Oberfläche eines Schneidziels 51 mit einem Laser bestrahlt. Dann wird bestimmt, ob die Oberfläche des Schneidziels 51 mit einem Laser bestrahlt und abgetastet wird oder nicht (Schritt S101). Falls ein von der Laserquelle 20 emittierter Laserstrahl eine gepulste Welle ist, wird eine Bestrahlungsabtastung durch eine Wiederholungsoperation einer Bestrahlung an einem gegebenen Punkt in einem vorab bestimmten Bestrahlungsbereich auf dem Schneidziel 51 mit der gepulsten Welle ausgeführt, dann wird die gepulste Welle auf einen nächsten Punkt verschoben und der nächste Punkt wird mit der gepulsten Welle bestrahlt. Falls ein von der Laserquelle 20 emittierter Laserstrahl eine kohärente kontinuierliche Welle ist, wird die Bestrahlungsabtastung dauerhaft ausgeführt, um der Form des Schneidziels 51 zu folgen.
Falls als ein Ergebnis des Prozess im Schritt S101 bestimmt wird, dass die Laserbestrahlungsabtastung ausgeführt wird, werden die jeweiligen Positionen des Halbspiegels 31, der Laserquelle 20, des Schneidziels 51 und der Linse 32 durch die Zuführungsachse 10 bestimmt (Schritt S102).
Nachdem diese Positionen im Schritt S102 bestimmt sind, emittiert die Laserquelle 20 einen Laserstrahl auf das Schneidziel 51 über den Halbspiegel 31 (Schritt S103). Ein gestreuter Strahl an dem Schneidziel 51 wird durch die Linse 32 fokussiert. Ein Beugungsbild, welches auf der Projektionsebene 33 durch den durch die Linse 32 hindurchgetreten Strahl auf der Projektionsebene 33 gebildet wird, wird bei der Lichtempfangselementanordnung 41 detektiert (Schritt S104, Schritt S105).
Die Lichtempfangselementanordnung 41 wandelt ein optisches Signal in ein elektrisches Signal um und überträgt das elektrische Signal an die A/D Konverteranordnung 42 (Schritt S106, Schritt S107). Die Berechnungseinheit 43 speichert von der A/D Konverteranordnung 42 empfangene Strahlintensitätsdigitalwerte in einer chronologischen Reihenfolge (Schritt S108). Nachdem der Prozess in Schritt S108 abgeschlossen ist, kehrt der Fluss zu Schritt S101 zurück und es wird bestimmt, ob eine Laserbestrahlungsabtastung ausgeführt wird oder nicht. Falls die Abtastung ausgeführt wird, wird der Fluss von dem Schritt S102 zu dem Schritt S108 wiederholt.
Falls als ein Ergebnis des Bestimmungsprozess im Schritt S101 bestimmt ist, dass die Laserbestrahlungsabtastung nicht ausgeführt wird, geht der Fluss zum Schritt S201 und den nachfolgenden Schritten. In Schritt S201 wandelt die Berechnungseinheit 43 in chronologischer Reihenfolge gesammelte Strahlintensitäten in Koordinaten für die Laserbestrahlungsabtastung um. Als Nächstes lagert die Berechnungseinheit 43 Strahlintensitäten bei jedem Punkt auf der Oberfläche des Schneidziels 51 übereinander (Schritt S202). Bei dem Überlagerungsprozess wird eine Strahlintensität bei jedem Punkt berechnet während Strahlintensitäten in einem Bereich, welcher von der Mitte eines Laserstrahl Bestrahlungsbereichs verschoben ist, zu dem Zeitpunkt des Überlagerungsprozesses bei jedem Punkt (in chronologischer Reihenfolge) berücksichtigt werden. Eine Strahlungsintensität wird bei jedem Punkt in dem gesamten Bereich der Oberfläche des Schneidziels 51 berechnet, um eine Strahlintensitätsverteilung zu erhalten (Schritt S203).
Nachdem der Prozess in Schritt S203 beendet ist, führt die Berechnungseinheit 43 einen Prozess zum Umwandeln der Strahlintensitätsverteilung bei jedem Punkt auf der Oberfläche des Schneidziels 51 in die Abmessungen einer Feinstruktur bei jedem Punkt aus (Schritt S204). Ein Beispiel des Umwandlungsprozess in die Feinstruktur mittels der Strahlintensitätsverteilung wird mit Bezug zu 3 beschrieben. 3 ist ein Graph, welcher ein Beispiel eines Beugungsmusters und einer zu dem Strahlungsmuster gehörigen Intensitätsverteilung eines Beugungsstahls zeigt.
In der Darstellung von 3 umfasst die Intensitätsverteilung eines Beugungsstrahls in dem Graph bei dem unteren Abschnitt der Ebene der Figur I₁, I₀ und I₁ von Intensitäten eines stark gebeugten Strahls, welche Positionen in Bezug auf Pixel (Pixelnummern) bedeuten, welche zu Bereichen (Feinstrukturen) 61, 62 und 63 jeweils in dem Beugungsmuster bei dem oberen Abschnitt der Ebene der Figur gehören, wo eine Oberflächenrauigkeit hoch ist. Die Oberfläche ist in den anderen Bereichen flach und eine Intensität eines gebeugten Strahls ist in diesen Bereichen gering. Durch Kalibrieren einer Beziehung zwischen einer Strahlintensität und einer Höhe vorab durch vorteilhaftes Verwenden dieser Merkmale, können Daten über die Strahlintensitätsverteilung einfach in die Abmessungen einer Feinstruktur umgewandelt werden.
Nachdem die Abmessungen der Feinstruktur bei jedem Punkt auf der Oberfläche des Schneidziels 51 als ein Ergebnis des Prozesses im Schritt S204 erfasst sind, wird eine Oberflächenrauigkeit basierend auf den erfassten feinen Abmessungen berechnet (Schritt S205). Ein Beispiel einer Visualisierung der Oberflächenrauigkeit wird mit Bezug zu 4 beschrieben. 4 ist eine Oberflächenrauigkeitskarte, welche eine Verteilung einer Oberflächenrauigkeit auf der Oberfläche des Schneidziels 51 schematisch zeigt.
4 zeigt eine Oberflächenrauigkeit eines jeden Bereichs eines scheibenförmigen Elements, welches als ein Beispiel des Schneidziels 51 dargestellt ist. Die Tiefe eines jeden Bereichs auf einer Oberfläche eines Messziels wird durch ein Schraffurmuster in der Größenordnung von Nanometern (nm) unterschiedlich gezeigt. Ein Balken in dem oberen Abschnitt der Figur zeigt den Grad einer Oberflächenrauigkeit in Stufen. Wie in dieser Karte gezeigt, ermöglicht die Maschinenmessvorrichtung 1 dieser Ausführungsform eine Visualisierung des Grads einer Unebenheit einer Feinstruktur auf der Oberfläche des Messziels. Das oben beschriebene beispielhafte Beugungsmuster und die Karte, welche eine von einer Umwandlung resultierenden Oberflächenrauigkeit zeigt, sind lediglich als Beispiele angeführt. Verschiedene andere Verfahren zum Visualisieren einer Oberflächenrauigkeit sind anwendbar.
Die oben beschriebene Ausführungsform erzielt die nachstehenden Effekte. Die Maschinenmessvorrichtung 1 umfasst: die Laserquelle 20, welche einen Laserstrahl emittiert; die Verschiebungsvorrichtung 30, welche eine Abtastbestrahlung mit dem Laserstrahl durch Verschieben des Schneidziels 51 relativ zu der Laserquelle 20 ausführt; den Halbspiegel 31, welche den Strahl von der Laserquelle 20 dazu veranlasst, vertikal in das Schneidziel 51 einzutreten; die Linse 32, welche den an dem Schneidziel 51 gestreuten, gebeugten und reflektierten Strahl fokussiert; die Projektionsebene 33 für ein Fokalbild des durch die Linse 32 hindurchgetretenen Strahls; die Lichtempfangselementanordnung 41, welche ein optisches Signal bei der Projektionsebene 33 in ein elektrisches Signal umwandelt und ein analoges Signal ausgibt; die A/D Konverteranordnung 42, welche das analoge Signal von der Lichtempfangselementanordnung 41 in ein digitales Signal umwandelt; und die mit der A/D Konverteranordnung 42 verbundene Berechnungseinheit 43. Die Berechnungseinheit 43 speichert empfangene Strahlinformationen einer chronologischen Reihenfolge, erfasst durch die Lichtempfangselementanordnung 41 durch die Abtastbestrahlung mit dem Laserstrahl, wandelt die in einer chronologischen Reihenfolge gespeicherte empfangene Strahlinformation in eine Rauminformation um, um ein optisches Beugungsbild zu erzeugen, und erfasst eine Strahlintensitätsverteilung basierend auf dem erzeugten optischen Beugungsbild.
Dadurch, dass der Laserstrahl vertikal auf die Oberfläche des Schneidziels 51 einfällt, wird das optische Beugungsbild, welches die Tiefenrichtung einer Feinstruktur reflektiert, erzeugt. Weiter kann eine Ebenenqualität, welche „ein visuell erkanntes „Aussehen““ angibt, durch die Nicht-Kontaktmessung basierend auf dem erzeugten optischen Beugungsbild quantifiziert werden und die Ebenheit der Oberfläche des Schneidziels 51 kann genau bestimmt werden. Diese Messung ist anwendbar selbst auf eine mit einer Schneidflüssigkeit eingefärbte Oberfläche, welche nicht direkt durch eine visuelle Inspektion oder mit einer Kamera beispielsweise gemessen werden kann, sodass ein Oberflächenzustand bewertet werden kann, ohne einen Einfluss durch die allgemeinen physikalischen-chemischen Eigenschaften einer Schneidflüssigkeit bei einer Messung.
In dieser Ausführungsform ist die Verschiebungsvorrichtung 30 ausgebildet, zuzulassen, dass die Positionen des Halbspiegels 31, der Laserquelle 20, der Linse 32 und der Projektionsebene 33 relativ zueinander verschoben werden, um eine vorbestimmte Brennweite beizubehalten.
Somit kann eine Strahlintensitätsinformation bei jedem Punkt auf der Oberfläche des Schneidziels 51 insgesamt als ein Messziel korrekt erfasst werden, um eine genauere Messung zu erzielen.
In dieser Ausführungsform ist die Laserquelle 20 ausgebildet, um geeignet zu sein zum Emittieren einer gepulsten Welle oder einer kohärenten kontinuierlichen Welle .
Falls eine gepulste Welle mit einer gleichzeitig hohen Energiedichte verwendet wird, kann ein von einem gestreuten Strahl resultierendes Rauschen reduziert werden. Dies ermöglicht es, eine korrekte Strahlintensitätsinformation über jeden Bereich der Oberfläche des Schneidziels 51 zu erfassen. Mittels einer kohärenten kontinuierlichen Welle ist eine Anwendung einer vorhandenen Technik zulässig, welche beispielsweise in einem 3D Drucker verwendet wird, sodass die Vorrichtungskonfiguration einfach entworfen werden kann.
In dieser Ausführungsform berechnet die Berechnungseinheit 43 die geometrischen Abmessungen und eine Oberflächenrauigkeit einer Feinstruktur basierend auf der erfassten Strahlungsintensitätsverteilung.
Somit kann die Ebenenqualität der Feinstruktur auf der Oberfläche des Schneidziels 51 als ein Messziel korrekt visualisiert werden.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist, sondern die vorliegende Erfindung geändert werden kann, wo dies notwendig ist. Die Form eines Messziels ist nicht auf eine ebene Form beschränkt, sondern kann eine gekrümmte Form sein.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenmessvorrichtung (Messvorrichtung)
10: Zuführungssachse
20: Laserquelle
30: Verschiebungsvorrichtung
31: Halbspiegel
32: Linse
33: Projektionsebene
41: Lichtempfangselementanordnung (Lichtempfangselementeinheit)
42: A/D Konverteranordnung (A/D Konverter)
43: Berechnungseinheit
51: Schneidziel (Messziel)

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

JP H08166214 [0002]

Claims

Messvorrichtung (1), welche ein durch ein Bearbeitungswerkzeug zu bearbeitendes Ziel als ein Messziel (51) misst, umfassend: eine Laserquelle (20), welche einen Laserstrahl emittiert; eine Verschiebungsvorrichtung (30), welche eine Abtastbestrahlung mit dem Laserstrahl durch Verschieben des Messziels (51) relativ zu der Laserquelle (20) ausführt; einen Halbspiegel (31), welcher veranlasst, dass der Strahl von der Laserquelle (20) vertikal in das Messziel (51) eintritt; eine Linse (32), welche den an dem Messziel (51) gestreuten, gebeugten und reflektierten Strahl fokussiert; eine Projektionsebene (33) für ein Fokalbild des durch die Linse (32) hindurchgetretenen Strahls; eine Lichtempfangselementeinheit (41), welche ein optisches Signal an der Projektionsebene (33) in ein elektrisches Signal umwandelt und ein analoges Signal ausgibt; einen A/D Konverter (42), welcher das analoge Signal von der Lichtempfangselementeinheit in ein digitales Signal umwandelt; und eine mit dem A/D Konverter (42) verbundene Berechnungseinheit (43), wobei die Berechnungseinheit (43) durch die Lichtempfangselementeinheit (41) durch die Abtastbestrahlung mit dem Laserstrahl erfasste empfangene Strahlinformation in chronologischer Reihenfolge speichert, die in chronologischer Reihenfolge gespeicherte empfangene Strahlinformation in eine Rauminformation umwandelt, um ein optisches Beugungsbild zu erzeugen, und eine Strahlintensitätsverteilung basierend auf dem erzeugten optischen Beugungsbild erfasst.
Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Verschiebungsvorrichtung (30) zulässt, dass die Positionen des Halbspiegels (31), der Laserquelle (20), der Linse (32) und der Projektionsebene (33) relativ zueinander, um eine bestimmte Brennweite beizubehalten.
Messvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Laserquelle (20) zum Emittieren einer gepulsten Welle oder einer kohärenten kontinuierlichen Welle geeignet ist.
Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Berechnungseinheit (43) die geometrischen Abmessungen und eine Oberflächenrauigkeit einer Feinstruktur basierend auf der erfassten Strahlintensitätsverteilung berechnet.