DE3886002T2 - Dreidimensionales Messgerät. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft insgesamt ein dreidimensionales Meßgerät und insbesondere ein dreidimensionales Meßgerät, bei dem es möglich ist, einen berührungsfreien Erfassungssensor und einen Sonden-Erfassungssensor je nach Erfordernis zu benutzen, während einer von diesen auf den anderen umschaltet.
BESCHREIBUNG DER RELEVANTEN TECHNIK
• Dreidimensionale Sonden-Meßgeräte werden üblicherweise verwendet, um die Abmessungen mechanischer Bauteile oder dergleichen zu messen. Ein solches Meßgerät ist so angeordnet, daß es die Messung eines Gegenstandes liefert, während es die Sonde eines Sonden-Erfassungssensors in unmittelbarer Berührung mit dem Gegenstand hält.
• Ein solches dreidimensionales Sonden-Meßgerät, das in der DE 31 17 795 offenbart ist, kann verwendet werden, um einen Gegenstand mit einer Spiegelebene zu messen, oder Abmessungen eines Gegenstandes mit einer bestimmten Form (wie etwa eines Würfels oder einer Säule), der kritische Meßgenauigkeit erfordert. Ein solches herkömmliches dreidimensionales Sonden-Meßgerät bietet jedoch die folgenden Probleme. Da es beispielsweise notwendig ist, für eine Kompensierung des Durchmessers der Sonde hinsichtlich der Neigung einer jeden Meßebene eines Gegenstandes zu sorgen, ist es schwierig, ein solches Sonden-Meßgerät zur Messung dreidimensionaler frei gekrümmter Flächen anzuwenden, d.h. zur Messung der Form eines Gegenstandes mit dreidimensionalen frei gekrümmten Flächen. Es besteht die Gefahr, einen Gegenstand während der Messung zu beschädigen oder zu verformen. Es ist auch schwierig, die Geschwindigkeiten der Messung zu erhöhen.
• In den letzten Jahren wurden berührungsfreie dreidimensionale Meßgeräte entwickelt. Diese Art eines Meßgerätes verwendet in typischer Weise anstelle der Sonde des Sonden- Erfassungssensors einen Lichtpunkt-Positions-Erfassungssensor, der ein berührungsfreier Erfassungssensor ist, der dazu eingerichtet ist, einen Abstand zu einem Gegenstand berührungsfrei dadurch zu messen, daß er den Gegenstand mit einem Laserstrahl beleuchtet.
• Ein Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der DE 32 41 710 A1 offenbart. Dieses Dokument offenbart ein Meßgerät mit einem abnehmbaren berührungsfreien Erfassungssensor, der an einem Antriebsmechanismus angebracht ist. Dieser Sensor kann ersetzt werden durch einen Berührungssensor. Das Hauptproblem, das mit der Umschaltung zwischen diesen Sensortypen befaßt ist, ist jenes, daß es bei einem berührungsfreien Sensor erforderlich ist, zu messen, während man die Dreh- und Neigungswinkel der Sensorsonde ändert, während andererseits ein Berührungssensor nicht eine solche zusätzliche Tätigkeit erfordert, sondern Mittel erfordert, um den Durchmesser des Sensors im Hinblick auf die Neigung einer jeden Meßfläche eines Gegenstandes zu kompensieren. Ein berührungsfreier Sensor macht es erforderlich, daß die Ausgangseinstellung des Koordinatensystems jedesmal durchgeführt wird, wenn dieser Sensor an der Z-Achsenspindel eines Antriebsmechanismus angebracht ist, was eine schwierige und zeitraubende Arbeit und deshalb unerwünscht ist.
• Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, für die Möglichkeit der Durchführung der Ursprungseinstellung eines jeden Koordinatensystems von vornherein durch den Hersteller zu sorgen, und es zu ermöglichen, den Zustand der Montage eines berührungfreien Erfassungssensors in der ursprünglichen Einstellung zu reproduzieren. Dieses Ziel wird durch die Erfindung entsprechend dem kennzeichnenden Abschnitt des Anspruchs 1 erreicht.
• Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist ein schematischer Vertikalschnitt längs Linie I-I in Fig. 2 und stellt einen kontaktfreien Erfassungssensor zur Verwendung in einem dreidimensionalen Meßgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie die Anordnung dar, in der der kontaktfreie Erfassungssensor an diesem angebracht ist;
• Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt längs Linie II- II in Fig. 1;
• Fig. 3a ist ein Vertikalschnitt eines Zwischenadapters zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 3b ist eine Vorderansicht des Zwischenadapters zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 4a ist eine Draufsicht auf einen Befestigungsschaft zur Befestigung des berührungsfreien Erfassungssensors der Fig. 1;
• Fig. 4b ist ein Vertikalschnitt längs Linie IVb- IVb in Fig. 4a;
• Fig. 5 ist eine schematische, teilweise vertikal geschnittene Teilansicht, die einen Sonden-Erfassungssensor zur Verwendung im obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie die Anordnung darstellt, in welcher der sondenartige Erfassungssensor an diesem angebracht ist; und
• Fig. 6 ist ein Überblick, der die Anordnung der Hauptkomponenten des dreidimensionalen Meßgeräts zeigt, an dem die vorliegende Erfindung angewandt ist.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
• Fig. 1 bis 6 zeigen ein dreidimensionales Meßgerät gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt ein dreidimensionales Meßgerät, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist, einen Erfassungssensor 2 zum Messen eines Abstands zu einem Gegenstand 1 mit einer dreidimensionalen Gestalt, einen Antriebsmechanismus 3, der so angeordnet ist, daß er den Erfassungssensor 2 antreibt und der rechtwinklige Koordinaten aufweist, die aus drei rechtwinkligen Achsen, der X-, der Y- und der Z-Achse, bestehen, sowie einen Regelabschnitt 4 zum Regeln des Ausmaßes des Antriebs, der durch den Antriebsmechanismus 3 geliefert wird, auf der Grundlage einer vorgegebenen Eingabeinformation und zum Umwandeln einer gemessenen Strecke, die vom Erfassungssensor 2 geliefert wird, in eine Streckeninformation, die dem Koordinatensystem entspricht, und zum Ausgeben der so umgewandelten Streckeninformation. Der Regelabschnitt 4 umfaßt eine Regeleinrichtung 4a zum Antreiben und Steuern des Antriebsmechanismus 3, eine Arithmetik- und Speichervorrichtung 4b, eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung 4c und ein Verbindungskabel 5 zum Anschließen der Regeleinrichtung 4a und der Arithmetik- und Speichereinrichtung 4b. Die Arithmetik- und Speichereinrichtung 4b weist eine Signalumwandlungseinheit, eine arithmetische Einheit, eine Speichereinheit und eine interne Dateieinrichtung sowie deren zugeordnete Komponenten auf (von denen keine gezeigt ist), zum Zweck, arithmetische Operationen infolge einer gemessenen Strecke durchzuführen, die vom Erfassungssensor 2 geliefert wird, um sie in eine Streckeninformation entsprechend dem geforderten Koordinatensystem umzuwandeln, diese Eingabewerte und die gemessene Strecke zu speichern und sie erforderlichenfalls auszugeben.
• Der Erfassungssensor 2 ist von einem berührungsfreien Erfassungssensor 2a und/oder einem Sonden-Erfassungssensor 2b gebildet und ist abnehmbar an einer Z-Achsenspindel 6 des Antriebsmechanismus 3 mittels einer Befestigungseinrichtung angebracht, die noch später beschrieben wird. Die Befestigungseinrichtung wird in Aufbau, Befestigungsvorgang und Befestigungsgenauigkeit in Abhängigkeit davon geändert, ob der berührungsfreie Erfassungssensor 2a oder der Sonden-Erfassungssensor 2b angebracht werden soll.
• Wenn der Gegenstand 1 (siehe Fig. 6) von dem Sonden-Erfassungssensor 2b gemessen werden soll, wird vor der Messung ein Ursprungsblock 1a (siehe Fig. 6), der am Antriebsmechanismus 3 angebracht ist, mittels des Sonden-Erfassungssensors 2b gemessen, um eine Operation (die Koppelung der Koordinatensysteme) durchzuführen, um die Koordinaten einer Sonde 27 (siehe Fig. 5) des Sonden-Erfassungssensors 2b zu veranlassen, mit den Koordinaten des Antriebsmechanismus 3 übereinzustimmen. Der Ursprung der Sonde 27, der somit erhalten wurde, wird nicht geändert, bis die relevante Messung fertiggestellt ist. Da eine solche Operation vor jeder Messung durchgeführt wird, wird die Meßgenauigkeit nicht vom Montagezustand des Sonden-Erfassungssensors 2b beeinträchtigt. Dementsprechend gibt es kein wesentliches Problem, selbst wenn der Montagezustand des Sonden- Erfassungssensors 2b an der Z-Achsenspindel 6 des Antriebsmechanismus 3 sich bei jeder Anbringung ändert. Deshalb ist keine übermäßige Montagegenauigkeit erforderlich.
• Wenn andererseits der Gegenstand 1 mittels des berührungsfreien Erfassungssensors 2a zu messen ist, ist es notwendig, den Gegenstand 1 zu messen, während man Dreh- und Neigungswinkel einer Sensorsonde 19 (siehe Fig. 1) des berührungsfreien Erfassungssensors 2a ändert. Es ist deshalb unmöglich, die oben beschriebene Tätigkeit (die Koppelung des Koordinatensystems) des Herstellens der Übereinstimmung des Ursprungs der Sensorsonde 19 mit dem des Antriebsmechanismus 3, wie im Fall des Sondenerfassungssensors 2b, durchzuführen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die Ursprungseinstellung des Koordinatensystems jedesmal durchgeführt wird, wenn der berührungsfreie Erfassungssensors 2a an der Z-Achsenspindel 6 des Antriebsmechanismus 3 angebracht wird. Da dieser Vorgang zur Ursprungseinstellung jedoch eine Erfahrung und Zeit fordernde Arbeit ist, ist es in der Praxis für einen Benutzer schwierig, einen solchen Vorgang jedesmal dann durchzuführen, wenn der berührungsfreie Erfassungssensor 2a angebracht wird. Aus diesem Grund wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Ursprungseinstellung eines jeden Koordinatensystems von vornherein durch den Hersteller durchgeführt und die Befestigungseinrichtung ist so aufgebaut, daß der Zustand der Befestigung des berührungsfreien Erfassungssensors 2a bei der Ursprungseinstellung stets zum Zeitpunkt des Ersetzens des Erfassungssensors reproduziert werden kann. Deshalb wird der berührungsfreie Erfassungssensor 2a an der Z-Achsenspindel 6 so angebracht, daß eine optische Achse 24 des berührungsfreien Erfassungssensors 2a genau mit dem Z-Achsen-Koordinatensystem des Antriebsmechanismus 3 übereinstimmen kann, und so, daß eine Neigungsachse 25 der Sensorsonde 19 genau senkrecht die optische Achse 24 an einem Schnittpunkt schneiden kann. Auf diese Weise wurde in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein dreidimensionales Meßgerät mit Merkmalen sowohl des Sonden-Erfassungssensors als auch des berührungsfreien Erfassungssensors vorgesehen.
• Die oben beschriebene Befestigungseinrichtung ist von einem Zwischenadapter 7 gebildet, der an der Z-Achsenspindel 6 des Antriebsmechanismus 3 mittels einer Anzahl von Schrauben 6a befestigt ist, einem Befestigungsschaft 8 für den berührungsfreien Erfassungssensor 2a und/oder einem Befestigungsschaft 9 für den Sonden-Erfassungssensor 2b. Jeder Befestigungsschaft 8 und 9 ist abnehmbar am Zwischenadapter 7 mittels einer abnehmbaren Befestigungsmutter 11 befestigt. Somit bilden der Zwischenadapter 7, der Befestigungsschaft 8 und die abnehmbare Befestigungsmutter 11 die Befestigungseinrichtung zum Befestigen des berührungsfreien Erfassungssensors 2a am Gerät, während der Zwischenadapter 7, der Befestigungsschaft 9 und die abnehmbare Befestigungsmutter 11 die Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Sonden-Erfassungssensors 2b am Gerät bilden.
• Die Z-Achsenspindel 6 des Antriebsmechanismus 3 ist so eingerichtet, daß sie sich in Z-Achsenrichtung durch Antrieb eines Z-Achsen-Antriebsmotors (nicht gezeigt) auf- oder abwärts bewegt, und der Zwischenadapter 7 ist an einem Ende der Z-Achsenspindel 6 mittels einer Anzahl von Schrauben 6a befestigt.
• Wie in jeder der Fig. 3a und 3b gezeigt, ist der Zwischenadapter 7 mit einem Außengewindeabschnitt 7a ausgebildet, der rund um den Außenumfang nahe dem unteren Ende des Zwischenadapters 7 vorgesehen ist, einem sektorförmigen Ausschnitt 7b, der in dessen Bodenabschnitt ausgebildet ist, und einem Paar Rändern 7c, von denen sich jeder bogenförmig so erstreckt, daß sie einander diametral gegenüberliegen. Ferner ist der Zwischenadapter 7 mit Fenstern 7f ausgebildet, in denen jeweils Abdeckungen 22 angebracht sind, und einem Loch 7g, in dem ein Kabelanschluß 18 angebracht ist. Der Außengewindeabschnitt 7a des Zwischenadapters 7 ist in die abnehmbare Befestigungsmutter 11 eingeschraubt. Der Zwischenadapter 7 hat eine zylindrische Innenfläche 7d, die genau koaxial zur Z-Achse ist, und eine Bodenfläche 7e, um die Höhenlage des berührungsfreien Erfassungssensors 2a zu definieren. Der Ausschnitt 7b hat Bezugsflächen 7j und 7k, die dazu dienen, die Position des berührungsfreien Erfassungssensors 2a im Hinblick auf die Drehrichtung um die Z-Achse genau zu bestimmen.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen den berührungsfreien Erfassungssensor 2a und die Befestigungseinrichtung zu dessen Befestigung. Der berührungsfreie Erfassungsensor 2a ist mit der Sensorsonde 19, einem Motor 20 zum Drehen der Sensorsonde 19 um die Z-Achse, einem Motor 21 zum Drehen der Sensorsonde 19 um die horizontale Neigungsachse 25 und einem Anschlußmechanismus zum Anschluß der Motoren 20 und 21 an die Sensorsonde 19 versehen. Der Anschlußmechanismus umfaßt ein Gehäuse 30, das am Befestigungsschaft 8 angebracht ist, eine Abdeckung 31, die das Gehäuse 30 umgibt, eine Drehwelle 37, die mit der Ausgangswelle des Motors 20 verbunden ist, einen Motor 32 und einen Lageranschlag 36 zum Hemmen der Drehwelle 37 im Hinblick auf die Richtung ihrer Achse, Lagerungen 33, 34 und 35 zum Führen der Drehwelle 37 und einen Halter 38 zum Koppeln der Drehwelle 37 mit dem Motor 21. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 26 die Lichtaufnahmeachse.
• Wie in Fig. 4a und 4b gezeigt, ist der Befestigungsschaft 8 für den berührungsfreien Erfassungssensor 2a von einem zylindrischen Abschnitt 12 und einem Flanschabschnitt 13 gebildet. Der zylindrische Abschnitt 12 weist eine Innengewindebohrung 12a auf, in die eine Befestigungsschraube 17 eingeschraubt ist, um einen Positionierungsblock 16 zu befestigen, der noch später beschrieben wird. Der Flanschabschnitt 13 hat eine Anzahl von Durchgangsbohrungen 13a zur Aufnahme von Schrauben für die Befestigung des Motors 20 am Flanschabschnitt 13 sowie eine Anzahl abgesetzter Durchgangsbohrungen 13b zum Aufnehmen von Schrauben zur Befestigung des Gehäuses 30 an dem Montageschaft 8. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, sind ein Bezugsstift 14, Befestigungsstücke 15 und ein Positionierungsblock 16 am Montageschaft 8 angebracht. Der Bezugsstift 14 befindet sich im Preßsitz in einer Bohrung 13c, die im Flanschabschnitt 13 des Montageschafts 8 ausgebildet ist. Die jeweiligen Befestigungsstücke 15 sind in einem Paar abgesetzter Durchgangsbohrungen 13d befestigt, die im Flanschabschnitt 13 des Befestigungsschaftes 8 so ausgebildet sind, daß sie einander diametral gegenüberliegen. Der Positionierungsblock 16 ist am Montageschaft 8 durch Einschrauben einer Schraube (nicht gezeigt) in die Innengewindebohrung 12a befestigt, die im zylindrischen Abschnitt 12 des Montageschafts 8 ausgebildet ist. Es muß vermerkt werden, daß, wie im einzelnen später beschrieben wird, dann, wenn der kontaktfreie Erfassungssensor 2a angebracht werden soll, der Positionsierungsblock 16 an dem Montageschaft 8 befestigt wird, bevor man die abnehmbare Montagemutter 11 auf den Außengewindeabschnitt 7a des Zwischenadapters 7 aufschraubt, aber wenn der berührungsfreie Erfassungssensor 2a entfernt werden soll, dann wird der Positionierungsblock 16 vom Befestigungsschaft 8 entfernt, nachdem die abnehmbare Befestigungsmutter 11 vom Außengewindeabschnitt 7a des Zwischenadapters 7 entfernt wurde. Der zylindrische Abschnitt 12 des Befestigungsschafts 8 zur Befestigung des berührungsfreien Erfassungssensors 2a hat eine zylindrische Außenfläche 8d, die genau koaxial liegt zur Z-Achse des berührungsfreien Erfassungssensors 2a, und die zylindrische Außenfläche 8d des Befestigungsschafts 8 ist passend in die zylindrische Innenfläche 7d des Zwischenadapters 7 eingesetzt. Der Flanschabschnitt 13 hat eine obere Fläche 8e, die in Berührung mit der Bodenfläche 7e des Zwischenadapters 7 zu halten ist, um die Höhenposition des berührungsfreien Erfassungssensors 2a zu definieren.
• Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; wenn ein Kabelanschlußteil des berührungsfreien Erfassungssensors 2a am Kabelanschlußteil 18 des Zwischenadapters 7 angeschlossen werden soll, wenn man den berührungsfreien Erfassungssensor 2a benutzt, dann wird eine Schaltung und eine Sensor-Meßschaltung (keine von diesen ist gezeigt) zum Betreiben des berührungsfreien Erfassungssensors 2a, während seine Drehung und Neigung gesteuert werden, aktiviert, und gleichzeitig wird eine Erfassungssensor-Erkennungsschaltung (nicht gezeigt) leitfähig, um ein Signal zum Steuerabschnitt 4 zu übertragen (siehe Fig. 6). Wenn jedoch der Sonden-Erfassungssensor 2b (siehe Fig. 5) in Gebrauch ist, dann ist, selbst wenn sein Kabelanschlußteil mit dem Kabelanschlußteil 18 verbunden ist, die Erfassungssensor-Erkennungsschaltung nicht leitfähig. Eine Anzahl von Kabelanschlußteilen 18 kann den Erfordernissen gemäß vorgesehen werden.
• Die Vorgänge zum Befestigen des berührungsfreien Erfassungssensors 2a werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 nun unten beschrieben.
• Als erstes wird die zylindrische Innenfläche 7d des Zwischenadapters 7 genau passend auf die zylindrische Außenfläche 8d des Befestigungsschafts 8 aufgesetzt. Somit entsprechen die Z-Achse des Antriebsmechanismus 3 und die Achse senkrecht hierzu exakt der Achse des berührungsfreien Erfassungssensors 2a bzw. der Achse senkrecht hierzu. In diesem Fall wird der Positionierungsblock 16 vorher so entfernt, daß die Befestigungsstücke 15, die am Befestigungsschaft 8 zum zwischenzeitlichen Befestigen des berührungsfreien Erfassungssensor 2a befestigt sind, nicht in die Ränder 7c des Zwischenadapters 7 eingreifen. Der Befestigungsschaft 8 wird in den Zwischenadapter 7 eingeführt, nachdem der Befestigungsschaft 8 im Uhrzeigersinn verdreht wurde, wie in Fig. 2 gezeigt ist, bis die Befestigungsstücke 15 von den Rändern 7c des Zwischenadapters 7 entfernt sind, d.h., bis der Bezugsstift 14, der am Befestigungsschaft 8 angebracht ist, in Berührung mit einer Bezugsfläche 7j des Zwischenadapters 7 gelangt. Die Oberseite des zylindrischen Abschnitts 12 des Befestigungsschafts 8 ist bevorzugt so verjüngt, daß der Befestigungsschaft 8 ohne weiteres in den Zwischenadapter 7 eingeführt werden kann. Nachdem das Einführen des Befestigungsschafts 8 in den Zwischenadapter 7 im wesentlichen fertiggestellt wurde, wird der Befestigungsschaft 8 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, wie in Fig. 2 gesehen, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß der Bezugsstift 14 in Berührung mit der Bezugsfläche 7k des Zwischenadapters 7 gelangt. Somit wird der gesamte berührungsfreie Erfassungssensor 2a zeitweise am Zwischenadapter 7 durch den Eingriff der Ränder 7c des Zwischenadapters 7 mit dem Befestigungsstück 15 des Befestigungsschafts 8 befestigt. Als zweites wird der Positionierungsblock 16 zwischen den Bezugsstift 14, der am Befestigungsschaft 8 befestigt ist, und die Bezugsfläche 7j des Zwischenadapters 7 eingesetzt. Dann wird der Positionierungsblock 16 am Befestigungsschaft 8 mittels der Befestigungsschraube 17 befestigt, wodurch die Lagezuordnung zwischen dem Zwischenadapter 7 und dem Befestigungsschaft 8 genau hinsichtlich der Drehrichtung um die Z- Achse festgelegt ist. Dann wird die abnehmbare Befestigungsmutter 11 des berührungsfreien Erfassungssensors 2a auf den Außengewindeabschnitt 7a des Zwischenadapters 7 bis zu einem Punkt aufgeschraubt, an dem die Bodenfläche 7e des Zwischenadapters 7 in Berührung mit der entsprechenden oberen Fläche 8e der Flanschabschnitte 13 des Befestigungsschaftes 8 gebracht ist. Somit wird die Höhenlage des Zwischenadapters 7 bestimmt und in ähnlicher Weise wird die Höhenlage des berührungsfreien Erfassungssensors 2a festgelegt. Schließlich wird das Kabelanschlußteil des berührungsfreien Erfassungssensors 2a an das Kabelanschlußteil 18 des Zwischenadapters 7 angeschlossen, um die Schaltung und die Sensor-Meßschaltung zum Betreiben des berührungsfreien Erfassungssensors 2a zu aktivieren, während dessen Drehung und Neigung gesteuert werden, und um gleichzeitig Strom der Erfassungssensor-Erkennungsschaltung zuzuführen, um diese zu veranlassen, ein Signal an den Steuerabschnitt 4 zu senden (siehe Fig. 6). Es muß vermerkt werden, daß der berührungsfreie Erfassungssensor 2a so aufgebaut ist, daß die optische Achse 24 des Lichtes, das den Sensor 19 beleuchtet, genau mit der Achse des Befestigungsschaftes 8 zusammenfallen kann, und so, daß die Neigungsachse 25 des Sensors 19 genau senkrecht die optische Achse 24 an einem Schnittpunkt schneiden kann.
• Wenn der berührungsfreie Erfassungssensor 2a entfernt werden soll, dann wird als erstes das Kabelverbindungsteil des Erfassungssensors 2a vom Kabelverbindungsteil 18 des Zwischenadapters 7 entfernt. Die nachfolgenden Vorgänge werden in einer Reihenfolge umgekehrt zu den Befestigungsvorgängen durchgeführt, die oben beschrieben sind.
• Fig. 5 zeigt die Befestigungseinrichtung für den Sonden- Erfassungssensor 2b. Im Fall des Sonden-Erfassungssensors 2b muß der Abschnitt des Befestigungsschaftes 9, der passend in Berührung mit der zylindrischen Innenfläche 7d des Zwischenadapters 7 gebracht werden soll, nicht die Befestigungsgenauigkeit aufweisen, die für die Befestigung der zylindrischen Außenfläche 8d des Befestigungsschaftes 8 für den berührungsfreien Erfassungssensor 2a erforderlich ist. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 28 ein Sensor- Befestigungsmetall 28 und das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine abnehmbare Befestigungsmutter zum abnehmbaren Befestigen des Sonden-Erfassungssensors 2b am Zwischenadapter 7. Es ist für die Befestigungseinrichtung des Sonden-Erfassungssensors 2b nicht erforderlich, mit irgendeiner Positionierungseinrichtung versehen zu sein, die dazu dient, den Sensor im Hinblick auf die Drehrichtung um die Z-Achse (die Bezugsflächen 7j und 7k, der Bezugsstift 14, der positionierungsblock 16 oder der Befestigungsblock 17 (siehe Fig. 1 und 2)) zu positionieren, und die in der Befestigungseinrichtung für den berührungsfreien Erfassungssensor 2a erforderlich ist, noch irgendeine zwischenzeitliche Befestigungseinrichtung (die Befestigungsstücke 14 (siehe Fig. 1)), die zeitweise am Zwischenadapter 7 befestigt wird, obwohl jede von diesen von der Befestigungseinrichtung für den berührungsfreien Erfassungssensor 2a gefordert wird. Der Grund hierfür ist: (1) Bevor der Gegenstand 1 vom Sonden-Erfassungssensor 2b gemessen wird, wird der Ursprungsblock 1a (siehe Fig. 6), der am Antriebsmechanismus 3 angebracht ist, vom Sonden-Erfassungssensor 2b gemessen, ungeachtet des Befestigungszustands des Sonden-Erfassungssensors 2b, um zu veranlassen, daß die Koordinaten der Sonde 27 des Sonden-Erfassungssensors 2b den Koordinaten des Antriebsmechanismus 3 entsprechen (die Koppelung des Koordinatensystems) und (2) der Ursprung der Sonde 27, der somit erhalten wurde, wird nicht verändert, bis die relevante Messung fertiggestellt ist. Da der Sonden-Erfassungssensor 2b auch verhältnismäßig leicht ist, verglichen mit dem berührungsfreien Erfassungssensor 2a, ist die zwischenzeitliche Befestigungseinrichtung, die mit dem berührungsfreien Erfassungssensor 2a benutzt wird, d.h., die Befestigungsstücke 14 (siehe Fig. 2), nicht erforderlich (obwohl hier kein Problem vorliegt, selbst wenn sie angebracht wären).
• Die Vorgänge zur Anbringung des Sonden-Erfassungssensors 2b werden unten unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Als erstes wird der Befestigungsschaft 9 des Sonden-Erfassungssensors 2b in den Zwischenadapter 7 eingesetzt, wobei die zylindrische Außenfläche 8d in Berührung mit der zylindrischen Innenfläche 7d steht. Als zweites wird die abnehmbare Befestigungsmutter 11 auf den Außengewindeabschnitt 7a des Zwischenadapters 7 aufgeschraubt, bis die Bodenfläche 7e des Zwischenadapters 7 in Berührung mit dem entsprechenden Flanschabschnitt des Befestigungsschafts 9 gelangt, wodurch die Höhenposition des Sonden-Erfassungssensors 2b bestimmt ist. Schließlich wird das Kabelanschlußteil des Erfassungssensors 2b an das Kabelanschlußteil 18 des Zwischenadapters 7 angeschlossen.
• Wenn der Sonden-Erfassungssensor 2b, der so angebracht ist, entfernt werden soll, dann wird als erstes das Kabelverbindungsteil des Erfassungssensors 2b vom Kabelverbindungsteil 18 des Zwischenadapters 7 entfernt. Die nachfolgenden Vorgänge werden in der Reihenfolge umgekehrt zu den Befestigungsvorgängen durchgeführt, die oben beschrieben sind.
• Bei dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise der Zwischenadapter 7, der getrennt von der Z-Achsenspindel 6 bereitgestellt ist, an der Z-Achsenspindel 6 angebracht. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine solche Anordnung beschränkt, und der Zwischenadapter 7 kann natürlich auch einstückig mit der Z-Achsenspindel 6 ausgebildet sein.
• Es wird anhand des Voranstehenden ausdrücklich darauf hingewiesen, daß es in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, verschiedenartige Arten von Messungen von Gegenständen jeglicher Form, wie die hochgenaue Messung der Abmessungen eines Gegenstandes mit einer festgelegten Form, die Messung eines Gegenstandes mit einer Spiegelebenel die Hochgeschwindigkeitsmessung der Form eines Gegenstands, der aus dreidimensionalen freigekrümmten Flächen zusammengesetzt ist, die Messung der Form eines weichen Gegenstandes und die Messung eines zusammengesetzten Gegenstandes, der bestimmt geformte Abschnitte, die die hochgenaue Messung ihrer Abmessungen erfordern, und dreidimensionale, freigekrümmte Flächenabschnitte aufweist, die die schnelle Formmessung erfordern, durchzuführen.

Claims (10)

1. Dreidimensionales Meßgerät mit

einem Erfassungssensor (2) zur Messung der Entfernung zwischen dein Sensor und einem dreidimensional geformten Gegenstand (1),

einer Antriebsvorrichtung (3), die zum Antrieb des Erfassungssensors (2) vorgesehen ist und ein orthogonales Koordinatensystem aufweist, das aus drei orthogonalen X, Y und Z- Achsen besteht,

einer Regeleinrichtung (4) zur Regelung des van der Antriebsvorrichtung (3) erzeugten Antriebsbetrags auf der Grundlage van vorgegebenen Eingabeinformationen und zur Umwandlung der vom Erfassungssensor (2) bereitgestellten gemessenen Entfernung in eine dem Koordinatensystem entsprechende Entfernungsinformation, und zur Ausgabe der auf diese Weise umgewandelten Entfernungsinformation,

Befestigungseinrichtungen (7-9, 11) zur lösbaren Befestigung entweder eines berührungsfreien Entfernungssensors (2a) oder eines Sonden-Entfernungssenors (2b) an der Antriebsvorrichtung (3) zur Bewegung des Erfassungssensors entbang der orthogonalen Achsen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Berestigungseinrichtungen einen Zwischenadapter (7) mit Bezugsflächen (7e, 7j, 7k) aurweist, die mit entsprechenden Flächen des berührungsfreien Entfernungssensors (2a) zur Festlegung einer genauen Position der Sonde bezüglich der Z- Achsrichtung und zur Drehung um die Z-Achse zusammenwirken,

wobei der lösbare berührungsfreie Entfernungssensor (2a) einen zweiachsigen Antriebsmechanismus, der einen ersten Antriebsmechanismus (21) zum Drehantrieb eines Sensormeßkopfes (19) des berührungsfreien Entfernungssensors (2a) um eine Höhenachse (25) des Sensormeßkopfes (19), die rechtwinklig zu einer optischen Strahlungsachse (24) des Sensormeßkopfes (19) angeordnet ist und in einer gemeinsamen Ebene mit der optischen Strahlungsachse (24) und einer Achse (26) von empfangenein Licht liegt, und einen zweiten Antriebsmechanismus (20) aufweist zum Drehantrieb des Sensormeßkopfes (19) um eine Drehachse, die durch einen Kreuzungspunkt der Höhenachse (25) und der optischen Strahlungsachse (24) verläuft und rechtwinklig zur Höhenachse (25) angeordnet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Befestigungseinrichtungen einen Befestigungsschaft (8, 9) umfassen, der dem Erfassungssensor (2) zugeordnet ist, und einen entfernbaren Gewindering (11) zur lösbaren Befestigung des Befestigungsschaftes (8, 9) am Zwischenadapter.

3. Gerät nach Anspruch 2, wobei der Zwischenadapter (7) an einer Z-Achsenspindel (6) der Antriebsvorrichtung (3) angebracht ist, wobei der Befestigungsschaft (8, 9) entfernbar am Zwischenadapter (7) durch Festschrauben des entfernbaren Gewinderings (11) auf einem mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt (7a) befestigt ist, der auf einem äußeren Umfangsabschnitt des Zwischenadapters (7) gebildet ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei der berührungsfreie Entfernungssensor (2a) an der Z-Achsenspindel (6) der Antriebsvorrichtung (3) durch Befestigungsmittel derartig angebracht ist, daß die optische Achse (24) des berührungsfreien Entfernungssensors (2a) mit einer Z-Achse des Koordinatensystems der Antriebsvorrichtung (3) übereinstimmt.

5. Gerät nach Anspruch 4, umfassend Sicherungsteile (15), die entweder am Zwischenadapter (7) oder am Befestigungsschaft (8) angeformt sind und Stützränder (7c), die am anderen Teil angeformt sind, wobei der Befestigungsschaft (8) temporär an den Sicherungsteilen (15) durch Eingriff der Sicherungsteile mit den Stützrändern (7c) befestigt ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, umfassend Positioniermittel mit

einem Zentrierabschnitt (7d, 8d) zum Ausrichten der Achse des Erfassungssensors (2a) mit der Achse der Z-Achsenspindel der Antriebsvorrichtung (3),

einem Nivellierabschnitt (7e, 13) zur Bestimmung der Höhenlage des Erfassungssensors (2a), und

Mitteln (7j, 7k) zur Bestimmung der Position des Erfassungssensors (2a) bezüglich der Drehrichtung um die Achse der Z-Achsenspindel (6) der Antriebsvorrichtung (3).

7. Gerät nach Anspruch 6, wobei der Zentrierabschnitt aus einem zylindrischen Innenumfang (7d) des Zwischenadapters (7) und einem zylindrischen Außenumfang (8d) des Befestigungsschaftes (8) gebildet ist.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Nivellierabschnitt aus einem Bodenabschnitt (7e), der rechtwinklig die Achse des zylindrischen Innenumfangs (7d) des Zwischenadapters (7) schneidet, und einem Flanschabschnitt (13) besteht, der den zylindrischen Außenumfang (8d) senkrecht schneidet.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Mittel zur Bestimmung der Position des Erfassungssensors (2a) bezüglich dessen Drehrichtung eine sich radial erstreckende Fläche (7j, 7k), die durch einen im Zwischenadapter (7) gebildeten Ausschnitt (7b) definiert ist, einen am Befestigungsschaft (8) angebrachten Bezugsstift (14) und einen Positionierblock (16) umfassen, der entfernbar am Befestigungsschaft (8) mittels eines Bolzens (17) angebracht ist.

10. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Erfassungssensoren mittels eines Bolzens (28) entfernbar am Befestigungsschaft (9) befestigt sind.