DE4201482A1 - Optischer tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Tastkopf für Koordinatenmeßgeräte mit einer Frontoptik und einem die Frontoptik umgebenden Teil, das die Beleuchtungseinrichtung des Tastkopfs oder Teile davon enthalt.

Ein derartiger Tastkopf ist beispielsweise aus der DE-OS 38 34 117 bekannt. Der dort beschriebene Tastkopf be­ sitzt auch eine Kollisionsschutzeinrichtung. Diese Kollisionsschutzeinrichtung besteht aus einer nachgiebigen Knickstelle im Meßarm des Koordinatenmeßgerätes, über die der gesamte Tastkopf aufgehängt ist, d. h. bei Kollisionen des Tastkopfs mit dem Werkstück wird der gesamte Tastkopf aus seiner kalibrierten Nullage ausgelenkt, einschließlich der Abbildungsoptik, deren Strahlengang hierdurch verkippt wird. Wenn der Kollisionsfall beseitigt ist, kehrt der Tastkopf zwar wieder in die von der nachgiebigen Knickstelle festge­ legte Nullage zurück, jedoch nicht völlig exakt. Entsprechend muß dann, wenn auf hochgenaue Meßergebnisse Wert gelegt wird, nach einer Kollision die Ausrichtung des optischen Tastkopfes neu kalibriert werden. Das bedeutet eine Zeitverzögerung, während der die Maschine für Meßaufgaben nicht zur Verfügung steht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Tastkopf des eingangs genannten Typs die Kollisionsschutzein­ richtung so zu verbessern, daß nach Kollisionsfällen ohne erneutes Kalibrieren weitergearbeitet werden kann und zwar ohne Genauigkeitseinbuße.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die Frontoptik fest und das die Frontoptik umgebende Teil mit der Beleuchtungseinrichtung radial nachgiebig am Koordinatenmeßgerät befestigt ist.

Mit diesen Maßnahmen ist der die Meßgenauigkeit bestimmende Abbildungsstrahlengang von der Kollisionsschutzeinrichtung völlig getrennt. Entsprechend werden Meßfehler nach einer Kollision ausgeschlossen, weil die Frontoptik und damit der Abbildungsstrahlengang fest mit dem Koordinatenmeßgerät ver­ bunden bleibt, bzw. ungestört seine räumliche Lage in bezug auf das Koordinatensystem des Meßgerätes beibehält und allein die hinsichtlich der Meßgenauigkeit unkritische Beleuchtungs­ einrichtung des Tastkopfes im Kollisionsfalle auslenkt. In diesem Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, wenn das die Frontoptik umgebende Teil mit der Beleuchtungseinrichtung als ringförmige Hülse ausgebildet ist, die den festen Teil des Tastkopfs mit der Abbildungsoptik umgibt. Denn so ist letzterer bei Kollision nach allen Richtungen hin sicher geschützt.

Dadurch, daß die ringförmige Hülse außerdem in Richtung der optischen Achse der Abbildungsoptik über diese hinaus vorsteht, ist auch ein ausreichender Schutz in dieser Antastrichtung gewährleistet.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur in der beigefügten Zeichnung und sind außerdem in den Unteransprüchen genannt.

In der Figur ist mit (1) der Teil des Tastkopfes bezeichnet, der an die im Querschnitt rechteckige Pinole des Koordinatenmeßgerätes angesetzt ist. Der Teil (1) besitzt deshalb ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt, der in einen konischen Bund (31) mit größerem Durchmesser mündet. An die Unterseite des Bundes (31) ist eine obere ringförmige Halteplatte (33) angeschraubt.

Mit der oberen Halteplatte (33) mittels Stegen (8) fest verbunden ist die untere Halteplatte (32), die die Abbildungsoptik des optischen Tastkopfes trägt. Von der Platte (32) wird das Tubusstück (5) getragen, auf das beispielsweise die Fassung eines Strahlteilers (7a) aufgesetzt ist, über den die axiale Auflicht-Hellfeld- Beleuchtung eingekoppelt wird. Weiterhin sind in den Tubusstück (5) Fassungen (7b, 7c) vorgesehen, in die ebenfalls Strahlteiler eingesetzt werden können um ein aktives Lasermeßsystem und weitere Beleuchtungstechniken zur Unterstützung des Videoautofokus in den optischen Abbildungsstrahlengang einzuspiegeln.

In die Platte (32) ist außerdem ein Tubusrohr (15) eingesetzt, das an seinem unteren Ende mittels einer Schraubfassung die Frontoptik (18) des Tastkopfes hält.

Bei der Frontoptik (18) handelt es sich um ein auswechsel­ bares Objektiv, über das die Objektoberfläche auf die Video­ kamera abgebildet wird.

Mit (34) ist eine Abdeckhaube bezeichnet, die das Innere des Tastkopfes und seine Optik gegen das Eindringen von Staub und Schmutz schützt.

An der Unterseite der unteren Halteplatte (32) ist konzen­ trisch zum Tubusrohr (15) ein ringförmiger, nach innen vor­ springender Bund (2) befestigt, auf dem in radialen Winkelab­ ständen von 120° drei Kugelpaare eingelassen sind. In der Darstellung ist die Kugel (4b) eines der drei Kugelpaare zu sehen. Die Kugeln sind in den Ringbund isoliert eingeklebt und elektrisch so miteinander verbunden, daß die Kugeln jedes Paares jeweils die Kontakte eines elektrischen Schalters bilden und die drei so gebildeten Schalter in Reihe, d. h. hintereinander geschaltet sind. Die Zuleitungskabel zu dieser Reihenschaltung sind mit (12) bezeichnet.

Auf den drei Kugelpaaren liegt ein ringförmiges, die Frontoptik (18) umgebendes Tubusrohr (10) auf, und zwar mittels dreier radial nach außen abstehender isolierter Zylinderkörper, von denen in der Figur der Zylinderkörper (3b) dargestellt ist. Der Tubusring (10) verbreitert sich an seinem unteren Ende. Dort sind in den Tubusring vier Projektionsoptiken (17a-d) unter einem Winkel zur optischen Achse (A) der Frontoptik (18) eingelassen und zwar so, daß dieser Winkel α für eine Dunkelfeldbeleuchtung des Objekts (O) bzw. der Objektoberfläche ausreicht. Versorgt werden die vier Optiken (17a-d) durch Lichtleiter (13a-d), deren Enden unter einem Winkel von 90° in die Fassungen der Optiken (17a-d) eingeführt sind. Auf die Lichtleiterenden aufgesetzte Umlenkprismen (16a-d) spiegeln das von den Lichtleitern ge­ lieferte Beleuchtungslicht in die optischen Achsen der Optiken (17a-d) ein.

Die ringförmige Hülse (10) mit der vorstehend beschriebenen Beleuchtungsoptik liegt unter ihrem eigenen Gewicht und mittels 6 Federn (9), die symmetrisch zu den Lagerungen angeordnet sind, mit einer definierten Druckkraft über die Zylinderkörper (3) auf den drei Kugelpaaren (4) auf und kann bei Kollision z. B. mit dem Werkstück nachgeben, wobei einer der Zylinderkörper aus dem so gebildeten Dreipunktlager aushebt.

Hierbei öffnet mindestens einer der drei vorstehend beschriebenen Schaltkontakte der Reihenschaltung.

Die Federn (9) halten die Hülse (10) bei dynamischen Be­ wegungen in den Lagerungen, zur Vermeidung von Fehlmeldungen, und führen die Hülse (10) nach einer Kollision in die Ruhe­ lage zurück.

Die Zuleitungskabel (12) zu der Reihenschaltung sind an die Kollisionsschutzschaltung des Koordinatenmeßgerätes ange­ schlossen und diese Kollisionsschutzschaltung stellt sicher, daß das Koordinatenmeßgerät abgebremst wird, wenn die Hülse (10) auslenkt, d. h. wann einer der drei Kontakte im Drei­ punktlager des Teils (10) öffnet. Dieses Abbremsen geschieht so ausreichend schnell und der Freihub für die Auslenkbe­ wegung des Teils (10) ist so ausreichend groß bemessen, daß die Teile der Beleuchtungsoptik im ringförmigen Teil (10) des Tastkopfes die Frontoptik (18) bzw. das Tubusrohr (15) bei einer Kollision nicht berühren. Die für die Abbildung des Objekts auf die Videokamera nötigen Komponenten werden des­ halb mechanisch nicht beansprucht, die Abbildungsverhältnisse bleiben auch im Kollisionsfalle ungestört und deshalb ist eine Kalibrierung des optischen Tastkopfes nach einer Kollision nicht mehr erforderlich.

Claims (7)

1. Optischer Tastkopf für Koordinatenmeßgeräte mit einer Frontoptik (18) und einem die Frontoptik umgebenden Teil (10), das die Beleuchtungseinrichtung des Tastkopfs oder Teile davon enthält, wobei die Frontoptik (18) fest und das die Frontoptik umgebende Teil (10) mit der Be­ leuchtungseinrichtung (16-17) nachgiebig am Koordinaten­ meßgerät befestigt sind.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, wobei zusätzlich eine auf Auslenkbewegungen des Teils (10) ansprechende Kollisions­ schutzschaltung vorgesehen ist.

3. Tastkopf nach Anspruch 1, wobei das die Frontoptik (18) umgebende Teil (10) als ringförmige Hülse ausgebildet ist.

4. Optischer Tastkopf nach Anspruch 3, wobei das ringformige Teil (10) in Richtung der optischen Achse (A) der Frontoptik (18) über diese hinaus vorsteht.

5. Optischer Tastkopf nach Anspruch 1, wobei die Frontoptik (18) auswechselbar an einem starr mit dem Koordinaten­ meßgerät verbundenen Tubus befestigt ist.

6. Optischer Tastkopf nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung (16-17) im nachgiebig befestigten Teil (10) durch Lichtleiter (13a, b) versorgt ist.

7. Optischer Tastkopf nach Anspruch 1, wobei der optische Tastkopf eine Videokamera (6) enthält und die Be­ leuchtungseinrichtung (16-17) unter einem für Dunkelfeldbeleuchtung erforderlichen Winkel a zur optischen Achse (A) der Frontoptik (18) strahlt.