DE4442787C1

DE4442787C1 - Coordinate table for coordinate measuring device

Info

Publication number: DE4442787C1
Application number: DE19944442787
Authority: DE
Inventors: Nico Dipl Ing Correns; Juergen Loebel
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2014-12-02

Abstract

The coordinate table (1) is displaced in at least one coordinate direction and incorporates a transparent element (5) used for illuminating the examined object (4). The illuminated area of the coordinate table is provided with a measuring scale (7) detected by a photoelectric measuring system, or a measuring camera (6).The measuring scale may be self-reflective or coated with a self-reflective layer, with scanning by a sensor head of the measuring system for determining the position of the measuring table.

Description

Die Erfindung betrifft einen Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.The invention relates to a coordinate table for coordinate measuring machines according to the preamble of the first claim.

Bei Zweikoordinatenmeßgeräten (ZKM), die mit einem in zwei Koordinaten meßbar verschieb baren Tisch ausgerüstet sind, wird die Verschiebung des Tisches mittels linearer Meßsysteme mit Maßstäben gemessen, die den einzelnen Koordinaten zugeordnet sind.With two-coordinate measuring devices (ZKM), which can be measured with one in two coordinates bar table are equipped, the displacement of the table by means of linear measuring systems measured with scales assigned to the individual coordinates.

An Koordinatentischen, die in den Koordinaten X und Y der Ebene schwimmend gelagert sind, ist die Montage von linearen Meßsystemen mit festen Maßstäben problematisch. Nur durch Verwendung von Koppelgliedern ist der Anbau von linearen Meßsystemen möglich. Die Kop pelglieder führen jedoch unvermeidlich zu einer Zwangsführung des Tisches, die bei schwim mend gelagerten Tischen ja vermieden werden soll. Weiterhin bringt jede Koppelstelle zwi schen Tisch und Meßsystem im Bezug auf die Meßgenauigkeit zusätzliche Nachteile, weil die Meßsysteme bei derartigen Koordinatenmeßgeräten meistens an der Peripherie, also entfernt von der Position der zu vermessenden Meßobjekte, angeordnet sind, so daß die Bedingungen am Ort des Meßsystems und am Ort des Meßobjektes erhebliche Unterschiede aufweisen können. Durch Verletzung des Abbe′schen Komparatorprinzips entstehen erhebliche Meßfeh ler.At coordinate tables that are floating in the coordinates X and Y of the plane, the assembly of linear measuring systems with fixed scales is problematic. Only by The use of coupling elements enables linear measuring systems to be attached. The cop fel limbs, however, inevitably lead to forced guidance of the table, which is the case with swimming tables should be avoided. Furthermore, each coupling point brings rule table and measuring system in terms of measurement accuracy additional disadvantages, because the Measuring systems in such coordinate measuring machines mostly on the periphery, that is, removed from the position of the measurement objects to be measured, so that the conditions show considerable differences at the location of the measuring system and at the location of the object to be measured can. By violating the Abbe's comparator principle, considerable measuring errors occur ler.

Eine Einrichtung zum Messen und Einstellen der Lagekoordinaten eines Objektträgers nach zwei Koordinatenrichtungen ist aus der CH-PS 601 769 bekannt, bei der zwei rechtwinklig zueinander fest angeordnete Meßraster vorgesehen sind, die mit jeweils einem mit dem Objekt träger verbundenen Ableseindex zusammenwirken. Hierbei ist jeder Ableseindex als Abtastra ster ausgebildet, das sich über die gesamte Meßlänge der anderen Koordinatenrichtung erstreckt. Einem jeden Abtastraster ist ein fotoelektrischer Sensor zur Detektion der Lage gegenüber dem zugeordneten Meßraster zugeordnet.A device for measuring and setting the position coordinates of a slide after two coordinate directions is known from CH-PS 601 769, in which two are at right angles mutually fixed measuring grids are provided, each with one with the object interacting associated reading index. Here, each reading index is a scanstra ster trained, which extends over the entire measuring length of the other coordinate direction extends. Each scanning grid has a photoelectric sensor for detecting the position assigned to the assigned measurement grid.

Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß zur Beleuchtung eines jeden Meßrasters eine geson derte Lichtquelle vorzusehen ist, da eine Abzweigung von Licht aus dem telezentrischen Strahlengang, z. B. einer bei Koordinatenmeßgeräten verwendeten Durchlichtbeleuchtungs einrichtung, nur mit zusätzlichen optischen Bauelementen möglich ist, was zu einem erhöhten technischen Aufwand führt.The disadvantage of this device is that a separate one for illuminating each measuring grid derte light source is to be provided, since a branch of light from the telecentric Beam path, e.g. B. a transmitted light illumination used in coordinate measuring machines device, is only possible with additional optical components, which leads to an increased technical effort leads.

Aus der DE 39 09 855 A1 ist ein Lagegeber zur Lagebestimmung einer positionierbaren Fläche relativ zu einer Bezugsfläche bekannt, wobei auf der positionierbaren Fläche und/oder der Bezugsfläche in zwei Koordinatenrichtungen Marken angeordnet sind und diesen Marken Abtaster gegenüberstehen, welche mit einem Koordinatenrechner verbunden sind. Dabei sind die Marken gleicher Koordinatenrichtung in diagonal zum Mittelpunkt der positionierbaren Fläche liegenden Feldern in den äußeren Bereichen der positionierbaren Fläche, die mit einem Koordinatenmeßtisch vergleichbar ist, angeordnet. Auch müssen gesonderte Lichtquellen für die Markenabtastung vorgesehen werden. Für die Ermittlung der Tischverschiebung in den einzelnen Koordinaten sind jeweils gesonderte Meßsysteme notwendig, was ebenfalls den Aufwand erhöht. Nach der DD 1 08 147 und der DE 37 12 958 C1 sind die Maßverkörperun gen Bestandteil eines lichtdurchlässigen Koordinatentisches, der so eine gemeinsame Beleuch tung von Meßobjekt und Maßverkörperung erlaubt, wobei jedoch jeweils eine außerhalb des Koordinatentisches liegende Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist. Die DE 88 02 791 U1 zeigt einen Koordinatentisch mit selbstleuchtendem Element, jedoch ohne Maßverkörperung.DE 39 09 855 A1 describes a position encoder for determining the position of a positionable surface known relative to a reference surface, being on the positionable surface and / or the Reference surface in two coordinate directions marks are arranged and these marks Facing scanner, which are connected to a coordinate calculator. Are there the marks of the same coordinate direction in diagonal to the center of the positionable Fields lying in the outer areas of the positionable surface with a Coordinate measuring table is comparable, arranged. Also need separate light sources for the mark scanning can be provided. For the determination of the table displacement in the individual coordinates, separate measuring systems are necessary, which is also the Effort increased. According to DD 1 08 147 and DE 37 12 958 C1, the measuring standards are part of a translucent coordinate table, which is a common lighting device of measurement object and material measure allowed, but one outside the Coordinate lying lighting device is provided. DE 88 02 791 U1 shows a coordinate table with self-illuminating element, but without measuring standard.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte zu schaffen, der rückwirkungsfrei mit einem Meßsystem verbunden ist und in welchem Teile eines solchen Meßsystems integriert sind.The invention has for its object a coordinate table for coordinate measuring machines to create, which is connected to a measuring system and in which parts of such a measuring system are integrated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Koordinatentisch mit den Merkmalen des ersten Anspruches gelöst. In den Unteransprüchen sind nähere Ausführungen und Einzelheiten der Erfindung beschrieben.According to the invention, this task is performed on a coordinate table with the features of first claim solved. In the subclaims are more detailed explanations and details described the invention.

Um eine Beleuchtung des Meßobjektes, z. B. in Durchlichtbeleuchtung, und der Maßverkörpe rung mit einer einzigen Beleuchtungseinrichtung zu erreichen, ist die Maßverkörperung für jede Koordinate auf einem selbstleuchtenden Element aufgebracht oder angeordnet, welches im Koordinatentisch eingesetzt ist und auf dem das Meßobjekt angeordnet wird. Die Maßver körperung stellt vorteilhaft einen Maßstab eines optoelektronischen Meßsystems dar. Es ist auch möglich, die Maßverkörperung oder Maßverkörperungen auf der oberen Fläche des selbstleuchtenden Elementes vorzusehen oder anzubringen und diese mit einer verschleißfesten, durchsichtigen Beschichtung zu versehen. Damit wird erreicht, daß die auszuwertenden Maß verkörperungen in etwa gleicher Höhe wie die auszuwertenden Meßobjektkanten, z. B. flacher Meßobjekte, liegen und somit sowohl Maßverkörperung als auch Meßobjekt gleichzeitig mit einer Abtast- oder Auswerteeinheit erfaßt werden können. Bei entsprechender Tiefenschärfe des Meßobjektives ist so eine gleichzeitige Fokussierung auf das Meßobjekt und auf die Maßverkörperung möglich. Um eine Unterscheidung der Maßverkörperung von der Kante des Meßobjektes zu erreichen, ist jedoch eine selektive Bildauswertung notwendig. Die optische Auswertung der Meßobjektkante erfolgt in einem Spektralbereich, in welchem die Maßverkörperung nicht sichtbar ist.To illuminate the measurement object, e.g. B. in transmitted light, and the measuring scale Reaching with a single lighting device is the embodiment for each coordinate applied or arranged on a self-illuminating element, which in the Coordinate table is used and on which the test object is arranged. The measure ver Body advantageously represents a yardstick of an optoelectronic measuring system. It is also possible to use the material measure or material measures on the upper surface of the to provide or attach self-illuminating element and this with a wear-resistant, transparent coating. This ensures that the measure to be evaluated Embodiments at approximately the same height as the edges of the measurement object to be evaluated, e.g. B. flatter Objects to be measured, and therefore both material measure and object to be measured at the same time a scanning or evaluation unit can be detected. With appropriate depth of field the measurement objective is a simultaneous focus on the measurement object and on the Measuring standard possible. To differentiate the material measure from the edge of the To reach the object to be measured, however, a selective image evaluation is necessary. The optical The edge of the measurement object is evaluated in a spectral range in which the Material measure is not visible.

Es ist vorteilhaft, wenn die Maßverkörperungen mit einer selektiv reflektierenden Schicht belegt sind oder selbst aus einer solchen bestehen. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zur Abtastung der Maßverkörperung durch die Abtasteinheit bzw. durch das Meßsystem ein anderer Wellenlängenbereich des Lichtes benutzt wird als zur Beleuchtung es Meßobjektes. In diesem Falle treten keine gegenseitigen Störungen bei der optischen Abtastung der Maßverkörperung und der Auswertung des Meßobjektes auf. Mit dem selbstleuchtenden Element kann ein Leuchttisch geschaffen werden, der auch die Größe des maximalen Verfahrbereiches besitzt.It is advantageous if the material measures with a selectively reflective layer are occupied or consist of one. Such an arrangement is special then advantageous if for scanning the material measure by the scanning unit or a different wavelength range of light is used by the measuring system than for Illumination of the measuring object. In this case, there is no mutual interference with the optical scanning of the measuring standard and the evaluation of the measurement object. With The self-illuminating element can be created a light table, which is also the size of the maximum travel range.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeich nung zeigenThe invention will be explained below with reference to the drawing. In the drawing show

Fig. 1 schematisch einen Koordinatentisch mit Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, Fig. 2 einen Meßtisch mit einer Maßverkörperung an der oberen Seite, Fig. 1 shows schematically a coordinate table with transmitted light illumination device, Fig. 2 is a measurement table with a measuring scale on the upper side,

Fig. 3 einen nach oben selbstleuchtenden Koordinatentisch und Fig. 3 an upward self-illuminating coordinate table and

Fig. 4 einen nach oben und unten selbstleuchtenden Koordinatentisch als Ausführungsbeispiel. Fig. 4 an up and down self-illuminating coordinate table as an embodiment.

Ein in Fig. 1 dargestellter Koordinatentisch 1 eines Koordinatenmeßgerätes ohne selbstleuchtendes Element ist mit einer Beleuchtungseinrichtung, bestehend aus einer Licht quelle 2 und einer Beleuchtungsoptik 3, ausgerüstet und besitzt einen den Lichtdurchtritt zur Beleuchtung des Meßobjektes 4 gewährleistenden Bereich, z. B. ein durchsichtiges Element 5 in Form einer Glasplatte. Der Koordinatentisch 1 selbst ist in den zwei Koordinaten X und Y der Ebene auf nicht dargestellten Führungen verschiebbar. Die Verschieberichtungen sind in der Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Unterhalb des Koordinatentisches 1 ist eine ortsfeste Auswerteeinheit 6, z. B. eine Meßkamera eines vorzugsweise flächenhaften Auflichtmeßsy stems, vorgesehen. Die abzutastende Maßverkörperung 7 des Meßsystems, die vorteilhaft Teilungen in den zwei Koordinaten X und Y besitzt, ist auf der Unterseite des Koordinatenti sches 1 und/oder des durchsichtigen Elementes 5 angeordnet und wird durch die Beleuch tungseinrichtung beleuchtet. Das von der Teilung reflektierte Licht wird der ortsfesten optoelektronischen Auswerteeinheit 6 zugeführt.An illustrated in Fig. 1 coordinate table 1 of a coordinate without self-luminous element is provided with a lighting device comprising a light source 2 and an illumination optical system 3, equipped and has an guaranteeing the passage of light to illuminate the measurement object 4 region, for. B. a transparent element 5 in the form of a glass plate. The coordinate table 1 itself can be moved in the two coordinates X and Y of the plane on guides, not shown. The displacement directions are indicated by arrows in FIG. 1. Below the coordinate table 1 there is a stationary evaluation unit 6 , e.g. B. a measuring camera of a preferably flat Auflichtmeßsy stems provided. The measuring scale 7 of the measuring system to be scanned, which advantageously has divisions in the two coordinates X and Y, is arranged on the underside of the coordinate 1 and / or the transparent element 5 and is illuminated by the lighting device. The light reflected by the division is fed to the stationary optoelectronic evaluation unit 6 .

Dieses Meßsystem arbeitet nach dem Auflichtprinzip, d. h. es wird von unten beleuchtet, und das von der Maßverkörperung 7 reflektierte Licht wird in die Abtasteinheit 6 zurückgespiegelt. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß der nicht reflektierte Teil des Lichtes das durchsichtige Element 5 durchdringt und gleichfalls zur Beleuchtung des aufgelegten Meßob jektes 4 verwendet werden kann. Der Strahlengang der Beleuchtung ist dabei so geführt, daß das durchdringende Licht koaxial zu der Z-Achse verläuft, die senkrecht auf dem Koordina tentisch 1 steht. Die beleuchtete Kante 8 des Meßobjektes 4 wird durch ein Objektiv 9 in einer Beobachtungsebene oder auf einem Bildschirm oder auf der CCD-Matrix einer Kamera abge bildet (in der Zeichnung nicht dargestellt) und kann dort in an sich bekannter Weise vermessen werden. This measuring system works according to the incident light principle, ie it is illuminated from below, and the light reflected by the measuring standard 7 is reflected back into the scanning unit 6 . It is advantageous in this embodiment that the non-reflected part of the light penetrates the transparent element 5 and can also be used to illuminate the object 4 placed on the measuring object. The beam path of the lighting is guided so that the penetrating light runs coaxially to the Z axis, which is perpendicular to the table 1 coordinate. The illuminated edge 8 of the measurement object 4 is formed by a lens 9 in an observation plane or on a screen or on the CCD matrix of a camera (not shown in the drawing) and can be measured there in a manner known per se.

Der in Fig. 2 dargestellte Koordinatentisch 1 besitzt ein durchsichtiges Element 5, welches an seiner oberen Fläche eine Maßverkörperung 10 besitzt. Die Beleuchtung der Maßverkörperung 10 und des Meßobjektes 4 bzw. dessen Kante 8 erfolgt in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise von unten. Zum Schutz der Maßverkörperung 10 vor Beschädigungen durch das aufgelegte Meßobjekt 4 ist diese mit einer durchsichtigen, verschleißfesten Beschich tung 11 oder Abdeckung versehen. Das Licht der Beleuchtungseinrichtung gelangt von unten her durch die Maßverkörperung 10 hindurch und an dem Meßobjekt 4 vorbei in das Objektiv 9 z. B. einer Meßkamera. Dies gestattet insbesondere bei flachen Meßobjekten die Kante 8 des Meßobjektes 4 und die Maßverkörperung 10 gleichzeitig durch die Meßkamera abzutasten. Um eine Unterscheidung der Maßverkörperung 10 von der Kante 8 des Meßobjektes 4 zu erreichen, ist eine selektive Bildauswertung in zwei Spektralbereichen notwendig. Das kann z. B. erfolgen, indem die Abtastung des Meßobjektes 4 in einem spektralen Bereich durchgeführt wird, in welchem die Maßverkörperung 10 nicht sichtbar ist. Dazu ist es notwendig, daß die Maßverkörperung 7 mit einer selektiv reflektierenden Schicht belegt ist oder aus einer solchen besteht.The coordinate table 1 shown in FIG. 2 has a transparent element 5 , which has a material measure 10 on its upper surface. Illumination of the material measure 10 and the measurement object 4 or its edge 8 takes place in the manner described in connection with FIG. 1 from below. To protect the material measure 10 from damage by the placed object 4 , this is provided with a transparent, wear-resistant coating 11 or cover. The light from the illumination device passes from below through the material measure 10 and past the measurement object 4 into the objective 9 z. B. a measuring camera. This allows the edge 8 of the measurement object 4 and the material measure 10 to be scanned simultaneously by the measurement camera, in particular in the case of flat measurement objects. In order to differentiate the material measure 10 from the edge 8 of the measurement object 4 , a selective image evaluation in two spectral ranges is necessary. That can e.g. B. done by the scanning of the test object 4 is carried out in a spectral range in which the material measure 10 is not visible. For this it is necessary that the measuring standard 7 is covered with a selectively reflecting layer or consists of such a layer.

In Fig. 3 ist ein selbstleuchtendes Element 16 eines Koordinatentisches 1 dargestellt, welches nur nach oben zum aufgelegten Meßobjekt 4 strahlt. Die Maßverkörperung 17 für ein Zwei koordinatenmeßsystem, welches als Auflichtmeßsystem ausgebildet ist, befindet sich an der Unterseite des selbstleuchtenden Elementes 16. Von einer Lichtquelle 18 wird die Teilung der Maßverkörperung 17 im Auflicht beleuchtet, und das von dieser reflektierte Licht wird einer Auswerteeinheit 19 des Zweikoordinatenmeßsystems zugeführt. Die Auswertung der Position der beleuchteten Kante des Meßobjektes erfolgt auch hier in bereits beschriebener Weise.In Fig. 3, a self-illuminating element 16 of a coordinate table 1 is shown, which only radiates upwards to the measurement object 4 placed . The material measure 17 for a two coordinate measuring system, which is designed as an incident light measuring system, is located on the underside of the self-illuminating element 16 . The division of the material measure 17 is illuminated in incident light by a light source 18 , and the light reflected by it is fed to an evaluation unit 19 of the two-coordinate measuring system. The evaluation of the position of the illuminated edge of the measurement object is also carried out here in the manner already described.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Koordinatentisch 1 mit einem selbstleuchten den Element 16 ausgerüstet, welches vorteilhaft so groß dimensioniert ist, wie der Verfahrbe reich des Koordinatentisches 1. Dieses Element 16 strahlt nach oben und unten, wobei das nach oben abgestrahlte Licht das aufgelegte Meßobjekt 4 trifft und das nach unten abgestrahlte Licht im Durchlicht die an der Unterseite des Elementes 16 angeordnete Maßverkörperung 13 durchstrahlt und über eine Abbildungsoptik 14 der Auswerteeinheit 6 zugeführt wird. Diese Ausführung besitzt einen konstruktiv einfachen Aufbau, da hier als lichtaussendende Elemente 16 sogenannte "Light-Pads" verwendet werden können. Die Auswertung der Position der beleuchteten Kante des Meßobjektes 4 erfolgt wieder in bekannter Weise, wie es in Zusam menhang mit Fig. 2 beschrieben ist.In the embodiment according to Fig. 4 of the coordinate table 1 is equipped with a self-illuminate the element 16, which is advantageously dimensioned so large as the area of the Verfahrbe coordinate table 1. This element 16 radiates upwards and downwards, the light emitted upwards hitting the measurement object 4 placed on it and the light emitted downwards in transmitted light shines through the material measure 13 arranged on the underside of the element 16 and is fed to the evaluation unit 6 via imaging optics 14 . This version has a structurally simple structure, since 16 so-called "light pads" can be used as light-emitting elements. The evaluation of the position of the illuminated edge of the measurement object 4 is again carried out in a known manner, as described in conjunction with FIG. 2.

Claims

1. coordinate table for coordinate measuring machines, which is slidably mounted in at least one coordinate on the basic bed or on guides of the coordinate measuring machine, with at least one material measure of at least one optoelectronic measuring system,
marked by

- A self-illuminating element ( 16 ), on which the test object ( 4 ) is to be placed and in the range of which the at least one material measure ( 7 ; 10 ; 13 ; 17 ) of the at least one optoelectronic measuring system lies, which is due to the self-illuminating element ( 16 ) in the Transmitted light can be illuminated,
- And at least one stationary in the coordinate measuring device, optoelectronic scanning or evaluation device ( 6 ; 19 ) for scanning the at least one material measure ( 7 ; 10 ; 13 ; 17 ).

2. Coordinate table according to claim 1, characterized in that the material measure ( 7 ; 10 ; 13 ; 17 ) is arranged on the self-illuminating element ( 5 ).

3. Coordinate table according to claim 1 or 2, characterized in that a planar material measure ( 7 ; 10 ; 13 ; 17 ) is provided.

4. Coordinate table according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material measure ( 7 ; 10 ; 13 ; 17 ) is covered with a selectively reflective layer or is itself designed to be selectively reflective.

5. Coordinate table according to one of claims 1 to 4, characterized in that the self-illuminating element ( 16 ) consists of a glass plate which is covered with at least one light-emitting film.

6. Coordinate table according to one of claims 1 to 5, characterized in that the self-illuminating element ( 16 ) carries the material measure ( 10 ) on its upper surface and this is provided with a wear-resistant, transparent coating ( 8 ).