DE9205679U1 - Vorrichtung zur Abtastung eines Meßfeldes - Google Patents

Description

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Anm.;

Firma
Z-LASER

Optoelektronik GmbH
Bertoldstraße 47

7800 Freiburg

Unsere AU* * Bitte stets angeben

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Vorrichtung zur AbMtastuna eines Meßfeldes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abtastung eines Meßfeldes oder dergleichen, insbesondere von dreidimensionalen Werkstücken mittels eines Lichtstrahles, wobei die Vorrichtung innerhalb eines ein Austrittsfenster aufweisenden Gehäuses, einen Scanner mit einem motorisch angetriebenen Schwingspiegel für eine erste Bewegung, einen Meßkopf mit einem Lichtstrahlsender und mit einem Lichtstrahlempfänger sowie einen Schwenkantrieb für eine zweite Bewegung des Scanners etwa senkrecht zu dessen Schwingachse aufweist.

Solche, in der Regel mit einem Laser-Lichtstrahl arbeitenden Vorrichtungen können beispielsweise zur Konturvermessung eingesetzt werden, wobei der Laser-Lichtstrahl punktförmig und zeilenweise beziehungsweise mäanderförmig über ein Werkstück oder ein Meßfeld geführt wird. Der scharf gebündelte Lichtstrahl wird dabei über zwei orthogonale Abtastwinkel abgelenkt.

Dazu ist es bereits bekannt, den Lichtstrahl über einen Spiegel mit Hilfe eines schnellen Scanners entlang einer Linie zu bewegen. Durch einen zweiten beweglichen Spiegel erfolgt die Ablenkung rechtwinklig zu der ersten Richtung.
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Insbesondere bei ausgedehnten Meßfeldern sind entsprechend große Auslenkwinkel vorhanden, die hohe Anforderungen an die Umlenkspiegel und dabei insbesondere an die Spiegelebenheit stellen. Je nach Spiegelbeschichtung ergeben sich erhebliche und zu den Auslenkenden hin zunehmende, optische Änderungen, die das Meßergebnis nachteilig beeinflussen können.

In rauher, industrieller Umgebung muß das optische System gekapselt sein. Im Austrittsbereich des Lichtstrahles wird deshalb ein transparentes Austrittsfenster vorgesehen, welches entsprechend der Abtastbewegung des Lichtstrahles dimensioniert sein muß.

Bei großflächigen Meßfeldern kann das Austrittsfenster eine Größe von mehreren Dezimetern jeweils in der Länge und in der Breite aufweisen. Problematisch ist hierbei, daß dieses Fenster aus einer planparallelen, hochebenen geschliffenen Scheibe bestehen muß. Dies ist nur aufwendig und schwierig herstellbar, auch in Anbetracht der notwendigen, großflächigen Entspiegelung, um Mehrfachreflektionen zu vermeiden. Zu beachten ist hierbei auch, daß die Entspiegelung für alle auftretenden Durchtrittswinkel möglichst gleich gut sein soll.
Bei großen abzuscannenden Objekten müssen die Scanwinkel und damit auch das Fenster sehr groß sein. Durch das große Fenster (bedingt durch beide Schwenkbewegungen) entstehen zwangsläufig Meßfehler, die vom Glasmaterial, dessen Form, dessen Beschichtung und dessen Brechungsverhalten abhängen.

Diese Fehler sind, wenn überhaupt, nur sehr aufwendig korrigierbar.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der vorstehenden Nachteile dicht gekapselt ausgebildet sein kann und bei der das Austrittsfenster beziehungsweise die dort befindliche Scheibe vergleichsweise kleinflächig ausgebildet sein kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß der Meßkopf und der Scanner mit dem Gehäuse verbunden sind und daß das gesamte Gehäuse rechtwinklig zur Scanner-Bewegungsachse schwenkbar gelagert und mit dem Schwenkantrieb für diese zweite Bewegung verbunden ist.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen erfolgt relativ zwisehen dem Strahlaustrittsbereich bei dem Gehäuse und dem Lichtstrahl nur noch eine einzige, durch den Scanner bewirkte Bewegung in einer Koordinatenrichtung, wobei dies zweckmäßigerweise die kleinhubige, schnelle Bewegung - zum Beispiel 200 Schwingungen pro Sekunde - ist.

Die zweite, großhubige und langsamere Abtastbewegung führt das gesamte Gehäuse mit dem darin befindlichen Scanner, dem Meßkopf sowie auch dem Austrittsfenster aus. Wegen der vergleichsweise langsamen Bewegung - zum Beispiel zwei Schwingungen pro Sekunde - macht sich die durch das Gehäuse mit Einbauteilen vorhandene Bewegungsmasse nicht nachteilig bemerkbar. Der erhebliche Vorteil besteht darin, daß das Durchtrittsfenster nur noch entsprechend der kleinhubigen Scanner-Bewegung dimensioniert werden braucht, was eine ganze Reihe von Herstellungsvereinfachungen und letztendlich auch Kosteneinsparungen ergibt.

Ein weiterer Vorteil liegt in den besseren Meßwerten, da praktisch keine Meßfehler mehr durch das Fenster auftreten.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt stärker schematisiert:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine Stirnseitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihren wesentlichen Einzelteilen.

Eine in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 1 dient zur Abtastung eines Meßfeldes 2 (Figur 1) in dessen Bereich sich beispielsweise ein dreidimensionales Werkstück befinden kann.

Die Vorrichtung 1 weist innerhalb eines Gehäuses 3 einen Meßkopf 4 auf, von dem ein Lichtstrahl 5 auf einen Schwingspiegel 6 eines Scanners 7 und von diesem auf das Meßfeld 2 geworfen wird.Der Scanner 7 hat einen Schwing-Antrieb 17 für den Schwingspiegel 6.

Der Schwingspiegel 6 führt eine Schwingbewegung um eine Drehachse 8 gemäß dem Doppelpfeil PfI aus, so daß der Lichtstrahl 5 über das Meßfeld 2 bis in die strichliniert in Figur 1 angedeuteten Endstellung abgelenkt wird. Die Schwingfrequenz des Schwingspiegels 6 kann beispielsweise 200 Hz betragen.

Zum Abtasten eines flächigen Meßfeldes 2 ist es erforderlich, eine weitere, zweite Auslenkbewegung des Lichtstrahles 5 vorzusehen.

Erfindungsgemäß erfolgt dies, in dem das gesamte Gehäuse 3 mit den darin befindlichen Einbauteile um eine im Ausführungsbei-

spiel rechtwinklig zur Scanner-Bewegungsachse 8 orientierte Drehachse 9 verschwenkt wird. Diese Schwenkbewegung ist in Figur 2 durch den Doppelpfeil Pf2 gekennzeichnet. Diese Schwenkbewegung um die Drehachse 9 erfolgt beispielsweise mit einer Schwingfrequenz von wenigen Herz, beispielsweise 2 Hz. Der Schnittpunkt der Drehachse 9 und der Drehachse 8 bilden hier den Drehpunkt des Gesamtsystems. Es sind auch Ausführungen möglich, wo sich die Drehachsen 8, 9 nicht schneiden und/oder auch nicht rechtwinklig zueinander stehen.

Das Gehäuse 3 weist beim Strahlaustritt ein transparentes Austrittsfenster 10 auf, so daß die im Inneren des Gehäuses 3 befindlichen Einbauteile vor Umgebungseinflüssen - Staub, Feuchtigkeit usw. - gut geschützt untergebracht sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung, bei der das gesamte Gehäuse 3 mit den darin befindlichen Einbauteile die Schwingbewegung gemäß dem Doppelpfeil Pf2 um die Drehachse 9 mitmacht, kann das Austrittsfenster 10 vergleichsweise klein dimensioniert sein, da es bezüglich seiner Breite b (vgl. Fig.

2) im wesentlichen nur auf den Querschnitt beziehungsweise die Breite des stationären Lichtstrahles und in seiner Länge auf die Auslenkung des Lichtstrahles 5 durch den Scanner 7 abgestimmt sein muß. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn das abzutastende Meßfeld 2 und die Vorrichtung 1 so zueinander positioniert sind, daß mit Hilfe des Scanners 7 die kleinere Dimension des Meßfeldes und durch die gesamte Bewegung des Gehäuses 3 die größere Dimension des Meßfeldes abgetastet wird. Auch dies trägt mit dazu bei, daß das Austrittsfenster 10 vergleichsweise klein, insbesondere auch bezüglich seiner Länge 1 (Figur 1) klein ausgebildet sein kann.

Ein klein dimensioniertes Austrittsfenster 10 hat den erheblichen Vorteil, daß die Herstellung wesentlich vereinfacht ist, so daß eine erhebliche Kostenersparnis möglich ist und/oder daß Meßfehler vermieden werden.

In Figur 2 ist in dem strichpunktiert umgrenzten Meßkopf noch der innere Aufbau angedeutet. Der Meßkopf 4 beinhaltet eine Lichtstrahlquelle 11, einen Lichtmeßempfänger 12, beispielsweise mit einer Fotodiode sowie eine Linse 13, auf der sich noch eine vorzugsweise durch ein Prisma gebildete Strahlumlenkung 14 für den von der Lichtstrahlquelle 11 kommenden Lichtstrahl befindet.

Das schwenkbare Gehäuse 3 ist im Ausführungsbeispiel durch ein Träger j och 15 gehalten, bei dem sich auch der Schwenkantrieb 16 zur Schwingbewegung des Gehäuses 3 um die Drehachse 9 befindet.

- Ansprüche -

Claims (3)

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Abtastung eines Meßfeldes oder dergleichen, insbesondere von dreidimensionalen Werkstücken mittels eines Lichtstrahles, wobei die Vorrichtung innerhalb eines ein Austrittsfenster aufweisenden Gehäuses einen Scanner mit einem motorisch angetriebenen Schwingspiegel (Polygon oder Prismenscanner) für eine erste Bewegung, einen Meßkopf mit einem Lichtstrahlsender und mit einem Lichtstrahlempfänger sowie einen Schwenkantrieb für eine zweite Bewegung des Scanners etwa senkrecht zu dessen Schwingachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (4) und der Scanner (7) mit dem Gehäuse (3) verbunden sind und daß das gesamte Gehäuse winklig zur Scanner-Bewegungsachse (8) schwenkbar gelagert und mit dem Schwenkantrieb (16) für diese zweite Bewegung verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am Gehäuse befindliche Austrittsfenster (10) in seiner Breite (b) mindestens auf den Querschnitt des stationären Lichtstrahles (5) sowie in seiner Länge (1) auf die Auslenkung des Lichtstrahles durch den Scanner (7) abgestimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Scanner-Antrieb (17) für eine schnelle, kleinhubige erste Abtastbewegung und der Gehäuse-Antrieb (16) für eine im Vergleich zur ersten Abtastbewegung langsamere und bedarfsweise großhubige, zweite Abtastbewegung dimensioniert sind.

(W. Maucher)
Patontenwait