DE10349946A1 - Tastschnittnadel - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Messung von Oberflächeneigenschaften eines Objekts (15) wie Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgerätes (10) umfassend ein auf der Oberfläche sich abstützendes und relativ zu dieser bewegbares Antastformelement (30, 52, 60), dem eine Marke (34, 58, 74) zugeordnet ist, deren Position mit einem optischen Sensor (60, 78) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Marke (34, 58, 74) und das Antastformelement (30, 52, 60) über eine starre um eine Achse (38, 46, 76) schwenkbar gelagertes Verbindungselement (36, 40, 68) verbunden sind.arrangement for measuring surface properties an object (15) such as a workpiece by means of a coordinate measuring machine (10) comprising a surface-supporting one and relative to this movable sensing element (30, 52, 60), which is associated with a brand (34, 58, 74) whose position with a optical sensor (60, 78) is detectable, characterized in that the mark (34, 58, 74) and the probe-forming element (30, 52, 60) are connected via a rigid about an axis (38, 46, 76) pivotally mounted connecting element (36, 40, 68) are connected.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Oberflächeneigenschaften eines Objekts wie Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgerätes umfassend ein auf der Oberfläche sich abstützendes und relativ zu dieser bewegbares Antastformelement, dem eine Marke zugeordnet ist, deren Position mit einem optischen Sensor erfassbar ist.The The invention relates to an arrangement for measuring surface properties an object like a workpiece by means of a coordinate measuring machine comprising one on the surface itself support end and relative to this movable sensing element having a mark is assigned, whose position can be detected with an optical sensor.
Die Bestimmung der Oberflächenqualität dient zur Beurteilung der Begrenzungsfläche eines Objekts wie Werkstücks. Dabei können Tastschnittgeräte zur Anwendung gelangen, wobei mittels z. B. einer Saphir-, Diamant- oder einfachen Stahlspitze als Tastnadel die Oberfläche abgetastet wird. Die Auslenkung der Tastnadel kann z. B. induktiv oder aber laserinterferometrisch aufgenommen werden.The Determination of surface quality is used for evaluating the boundary surface of an object such as workpiece. there can stylus instruments come to the application, by means of z. A sapphire, diamond or simple steel tip as a stylus scanned the surface becomes. The deflection of the wand can z. B. inductive or but be recorded by laser interferometry.
So wird nach der DE.Z: Techniker 5/96. Seiten 13 bis 20, zur Bestimmung der Oberflächengenauigkeit eine Tastspitze auf einer Probenfläche geführt. Die Tastspitze geht von einem Cantilever aus. Auf die Außenfläche des Cantilevers wird ein Laserstrahl gerichtet, dessen Reflexion mittels eines PSD-Sensors erfasst wird. Laser und PSD-Sensor bilden folglich einen optischen Sensor.So becomes after DE.Z: technician 5/96. Pages 13 to 20, for determination the surface accuracy a stylus tip guided on a sample surface. The probe tip goes from a cantilever. On the outer surface of the cantilever is a Laser beam directed, its reflection by means of a PSD sensor is detected. Laser and PSD sensor thus form an optical Sensor.
In
der
Verfahren und Geräte zur Ermittlung der Oberflächenqualität von Werkstücken sind beschrieben in der DE.Z: T. Pfeifer, Fertigungsmesstechnik, Verlag Oldenbourg, 2. Auflage, Seite 289 bis 298.method and devices for determining the surface quality of workpieces described in DE.Z: T. Pfeifer, production metrology, publishing house Oldenbourg, 2nd edition, pages 289 to 298.
Ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften eines Werkstückes ist auch der WO 98/30866 zu entnehmen. Dabei werden mit völlig getrennten optischen und mechanischen Messsystemen die Oberflächeneigenschaften gemessen.One Method for determining surface properties of a workpiece is also see WO 98/30866. It will be completely separate optical and mechanical measuring systems the surface properties measured.
Um opto-taktil Oberflächeneigenschaften zu messen, wird nach der WO 99/63301 ein Koordinatenmessgerät vorgeschlagen, dass einen entlang zu messender Werkstückoberfläche verfahrbaren Fasertaster aufweist, dessen Position mittels einer Kamera gemessen wird. Kamera und Taster bilden eine gemeinsam verstellbare Einheit, wobei der Taster über eine opto-meschanische Schnittstelle mit einer Justiereinrichtung einer Wechselhalterung verbunden ist.Around opto-tactile surface properties A coordinate measuring machine is proposed according to WO 99/63301, a fiber probe movable along a workpiece surface to be measured whose position is measured by means of a camera. camera and buttons form a jointly adjustable unit, wherein the Push button over an opto-mechanical interface with an adjustment a change holder is connected.
Nach der WO 03/008905 kann ein opto-eleketronischer Abstandssensor unmittelbar die Oberflächeneigenschaften eines Werkstücks messen. Auch ist mit dem Abstandssensor die Position eines Antastformelementes bestimmbar.To WO 03/008905, an optoelectronic distance sensor directly the surface properties a workpiece measure up. Also, with the distance sensor is the position of a sensing element determinable.
Mit den bekannten Verfahren bzw. den entsprechenden Anordnungen ist es grundsätzlich nur möglich, Oberflächenkonturen auf Werkstücken zu messen, wenn Oberflächennormale der Werkstückoberfläche im Messpunkt in Richtung des optischen Messkopfes weist. Ferner ist zwingende Voraussetzung, dass Rückseite des als Tastschnittnadel zu bezeichnenden Antastformelements für eine Optik frei zugänglich ist.With the known method or the corresponding arrangements it basically only possible, surface contours on workpieces to measure when surface normal the workpiece surface at the measuring point points in the direction of the optical measuring head. Furthermore, it is mandatory Prerequisite that backside of the Tastschnittnadel to be designated Antastformelements for optics freely accessible is.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass unabhängig von der Ausrichtung des Antastformelementes auf das zu messende Objekt bzw. dessen Oberflächenkontur eine sichere Bestimmung dieser möglich ist. Auch soll die Möglichkeit geschaffen werden, Messungen in geschlossenen Hohlräumen wie Rohren durchzuführen.Of the The present invention is based on the problem of an arrangement of the aforementioned type so that regardless of the Alignment of the probe element on the object to be measured or its surface contour a safe determination of this possible is. Also, the possibility should be be created, measurements in closed cavities like To carry out pipes.
Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Marke und das Antastformelement über ein starres um eine Achse schwenkbar gelagertes Verbindungselement verbunden sind.According to the invention Problem solved essentially by the fact that the brand and the Antastformelement over a rigid connected about an axis pivotally mounted connecting element are.
Erfindungsgemäß wird mittels des optischen Sensors wie opto-elektronischen Abstandssensors die Auslenkung nicht direkt hinter dem Antastformelement, also der Tastschnittnadel, sondern an einem über ein Gelenk mit dieser starr verbundenen Konstruktion wie Hebelkonstruktion gemessen, die die Marke aufweist. Hierdurch kann sowohl der Arbeitsabstand des Systems erweitert werden, – andere Messebene als direkt messender Strahl bzw. Laserstrahl – als auch in geschlossenen Hohlräumen wie in horizontal liegenden Bohrungen oder Rohren gemessen werden. Es besteht die Möglichkeit, die Messrichtung umzukehren, d. h., ein Messen von nach unten weisenden Flächen ist möglich.According to the invention by means of the optical sensor as opto-electronic distance sensor the Deflection not directly behind the Antastformelement, so the Tastschnittnadel, but at one over a joint with this rigidly connected construction such as lever construction measured by the brand. This allows both the working distance of the system to be extended, - other measurement level as direct measuring beam or laser beam - as well as in closed cavities as measured in horizontal holes or pipes. There is a possibility to reverse the measuring direction, d. h., measuring downwards surfaces is possible.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Marke und das Antastformelement mit seinem das Objekt messenden Bericht auf gleicher Seite des Verbindungselementes angeordnet sind, also sensorseitig. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Antastformelement mit seinem messenden Bereich auf sensorabgewandter Seite des Verbindungselementes wie Hebels angeordnet ist.In a further development of the invention, it is provided that the mark and the probing element with its object-measuring report are arranged on the same side of the connecting element, ie on the sensor side. Alternatively, there is the possibility that the Antastformelement with its measuring range on sensor side facing away from the verbin is arranged element as levers.
Von von dem Sensor erfasster Bereich der Marke aufgespannte Ebene kann in Weiterbildung der Erfindung einen oder in etwa einen rechten Winkel zur zum Berührungsbereich des Antastformelements aufgespannten Ebene einschließen, also optische Achse des Sensors und Normale des Antastformelementes rechtwinklig oder in etwa rechtwinklig zueinander verlaufen.From of the sensor detected area of the mark spanned plane can in development of the invention one or about a right Angle to the touch area Include the probe form spanned plane, ie optical axis of the sensor and normal of the Antastformelementes perpendicular or approximately at right angles to each other.
Insbesondere gehen die Marke und das Antastformelement von jeweils einem Schenkel des Verbindungselements aus, wobei die Schenkel einen gewünschten Winkel einschließen können. Des Weiteren kann der antastformelementseitige Schenkel mehrere in Bezug auf das zu messende Objekt voneinander abweichende Antastrichtungen aufweisende Antastformelemente aufweisen.Especially Go the brand and the Antastformelement of one leg of the connecting element, wherein the legs of a desired Include angle can. Furthermore, the antastformelementseitige leg can several with respect to the object to be measured deviating Antastrichtungen having having Antastformelemente.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass zumindest einer, vorzugsweise jeder Schenkel aus einen Winkel, insbesondere einen stumpfen Winkel einschließenden Abschnitten besteht. Dabei sollte die Marke bzw. das Antastformelement vom jeweiligen äußeren Abschnitt der Schenkel ausgehen, wobei die äußeren Abschnitte ggf. parallel zueinander verlaufen können. Dabei können die äußeren Schenkel in voneinander abweichenden Ebenen verlaufen.Of Furthermore, the invention provides that at least one, preferably each leg from an angle, in particular an obtuse angle enclosing sections consists. The brand or the Antastformelement should from the respective outer section go out of the legs, the outer sections, if necessary, parallel can run to each other. It can the outer thighs in divergent planes.
Ferner kann die Anordnung ein Wechselsystem zum Auswechseln von Verbindungselementen wie Hebeln und/oder deren Lagern aufweisen.Further The arrangement can be a change system for replacing fasteners like Have levers and / or their bearings.
Bei dem optischen Sensor handelt es sich erwähntermaßen vorzugsweise um einen optoelektronischen Abstandssensor. Zur optischen Achse des Abstandssensors kann Antastrichtung des Antastformelementes aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre einen gewünschten Winkel beschreiben, so z. B. von oder in etwa von 90°.at The optical sensor is, as mentioned, preferably an opto-electronic one Distance sensor. To the optical axis of the distance sensor can Antastrichtung the Antastformelementes due to the teaching of the invention a desired Describe angle, such. B. from or about 90 °.
Des Weiteren kann der oder ein weiterer optischer Sensor mit einer Bildverarbeitung verbunden sein, um eine Verdrehung des bzw. der Antastformelemente über die Bildverarbeitung mittels Lageerfassung von mehreren an dem Verbindungselement angeordneten Marken zu bestimmen und zu verrechnen. Auch kann ein Kippen des Antastformelementes über die Bildverarbeitung als Lageerfassung von mehreren an dem Verbindungselement angeordneten vorzugsweise satellitenförmig ausgebildeten Marken bestimmt und verrechnet werden.Of Further, the or another optical sensor with an image processing be connected to a rotation of the or the Antastformelemente over the Image processing by means of position detection of several on the connecting element determine and allocate the ordered trademarks. Also can one Tilting the Antastformelementes over the image processing as a position detection of several on the connecting element arranged arranged preferably satellite-shaped brands and be charged.
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 den nachfolgenden Beschreibungen von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the characteristics to be taken from these - alone and / or in combination - but also to be taken from the following descriptions of the drawing preferred embodiments.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
Entlang
dem Grundrahmen ist ein Portal
Hinsichtlich
des Abstandssensors
Erfindungsgemäß gehen
das Antastformelement
In
Wie
der
In
Es
wird somit die Möglichkeit
eines eine vertikal verlaufende optische Achse aufweisenden Laserabstandssensors
des Koordinatenmessgerätes
auf die Messung von extrem geneigten oder sogar in entgegengesetzte
Richtung zeigenden Flächen
ausgedehnt, wie die Erläuterung
zu den
Ist
zusätzlich
ein Bildverarbeitungssensor
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