EP0931240A1 - Instrument for measuring coordinates - Google Patents

Instrument for measuring coordinates

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Publication number
EP0931240A1
EP0931240A1 EP97910407A EP97910407A EP0931240A1 EP 0931240 A1 EP0931240 A1 EP 0931240A1 EP 97910407 A EP97910407 A EP 97910407A EP 97910407 A EP97910407 A EP 97910407A EP 0931240 A1 EP0931240 A1 EP 0931240A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coordinate measuring
ccd
lens
measuring device
signals
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97910407A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Nico Correns
Klaus Spring
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Original Assignee
Carl Zeiss Jena GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical Carl Zeiss Jena GmbH
Publication of EP0931240A1 publication Critical patent/EP0931240A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/028—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring lateral position of a boundary of the object

Definitions

  • the invention relates to a coordinate measuring machine with an optical probe system for contactless probing of edges and surface structures of measuring objects.
  • the field of application is optical coordinate measuring technology.
  • it is the measurements on measuring objects by means of single or multi-coordinate measuring devices.
  • a sensor array is provided, onto which the structures of the Object to be mapped.
  • the image of the measurement object on the sensor arrangement is analyzed by sequential scanning of the individual sensors of the array. The moment the structure reaches a predetermined sensor of the sensor arrangement, a trigger signal is generated and sent to a control system of the coordinate measuring device for determining the position of the movable arm relative to the structure.
  • a disadvantage of this device is the high level of technical complexity involved in evaluating the signals for obtaining measured values.
  • DE 40 18 333 A1 describes a method and a device for automatically detecting edges of hardness impressions, the hardness impression being recorded by a TV camera and the video signal obtained being fed to a comparator which has an adjustable level.
  • the output signal of the comparator is differentiated and the contour signals obtained are loaded into a memory.
  • the geometric data of the measurement impressions are calculated from these contour signals. From publication no.
  • This crosshair composed of two lines is generated by a so-called “line or crosshair generator”, whereby a quartz-controlled time base is provided, and therefore there is no exact relationship to the pixels.
  • this object is achieved in a coordinate measuring machine with an optical probe system for contactless probing of edges and structures of measurement objects by the features set out in the first claim, the probe system being displaceable in at least one coordinate and being part of the coordinate measuring machine.
  • the touch probe comprises a CCD camera with a lens and a CCD matrix in its image plane, the distance between the lens and the image plane being varied to adjust the magnification.
  • a pin is arranged on the housing of the objective, which is brought into operative connection with a pin receptacle arranged on the coordinate measuring machine or on a slide of the coordinate measuring machine.
  • the entire touch probe is moved in a direction perpendicular to the object plane with the drive of the coordinate measuring machine.
  • the displacement of the touch probe relative to the object is then also carried out with the drive of the coordinate measuring machine for the assigned coordinate.
  • an actuating element is provided on the lens and a driving element dimensioned as a function of the magnification to be realized, which can be brought into operative connection with one another for the purpose of the enlargement position and are adjustable with the help of the drive of the coordinate measuring machine.
  • the actuator can in the case of a pin z. B. a pin or in the case of a rotating element, a toothed or friction wheel.
  • the matching counterpart on the coordinate measuring machine is then z. B. a fork-shaped pin receptacle or a rack or friction rail.
  • actuating elements can, for example, be known rotary or sliding elements, such as rotary or slide switches, which can be coupled to corresponding driving elements.
  • the touch probe further comprises a crosshair generator and a circuit arrangement for additively mixing the crosshair signals generated in line generators with the signals of the CCD elements, the time base for the crosshair signals being formed being the readout clock of the CCD elements (pixels) of the CCD matrix.
  • a logic circuit for linking the CCD elements representing the vertical and horizontal lines is also provided, this circuit being connected on the output side to a first input of a flip-flop circuit.
  • the second input of this flip-flop circuit is connected to an output of a comparator.
  • the output of the comparator is connected to a second comparator input via a feedback resistor, which is also connected to a threshold value adjuster.
  • a pulse logic is present at the output of the flip-flop circuit, which delivers switching pulses for the coordinate measuring machine.
  • a video transmitter on the touch probe is provided for the display device and for displaying the measured values.
  • the horizontal and the vertical line of the line generator are linked in such a way that a selective signal is generated with which the state of the comparator can be displayed in the flip-flop circuit as a function of the video signal and which is used to set or control the switching threshold of the comparator can be used.
  • the switching signal generated by the edge detector can be routed via the signal line of the touch probe of the coordinate measuring machine.
  • the edge detector itself is a point flashing in the switching signal cycle in the crossover area of the lines of the crosshair detector. It can be created from a logical link between the lines.
  • the optical touch probe Due to the compact design of the optical touch probe with integration of the edge detector in the touch probe and the CNC-compatible design of the control elements on the touch probe, the CNC-compatible zoom lens and the LED lighting, a device has been created that can be exchanged for a tactile touch probe on tactile coordinate measuring machines is or can be applied in parallel.
  • This compactness is also achieved in that no separate drives are provided for the operating elements and for the zoom adjustment, but rather the existing drives of the coordinate measuring machines are used for highly precise positioning.
  • the coordinate measuring machine positions the appropriate controls, e.g. B. the pin of the lens against a frame-fixed recording, for. B. against the pin receptacle.
  • the compact structure also offers advantages in terms of the transmission of high frequencies.
  • Fig. 2 is a block diagram for the objectified position determination.
  • the optical probe system 1 shown in simplified form in FIG. 1 is arranged on the slide that can be moved perpendicularly to the table 2 or on a quill of the coordinate measuring machine that can be moved in this direction and comprises an objective 3 that places the test object 4 arranged on the table 2 on CCD elements of a CCD - Matrix 5 of a CCD camera.
  • the touch probe 1 further comprises a unit that includes a crosshair generator 6 and an edge detector 7.
  • a video transmitter 8 is also part of the touch probe 1 for the wireless transmission of signals to a receiver of an evaluation device 9. This connection is made via antennas 8.1 and 9.1, which are assigned to the transmitter and the receiver.
  • the evaluation device 9 can comprise a display unit 10 or one can be arranged after it.
  • the coordinate measuring machine is electrically connected to the touch probe 1 by a signal line 11.
  • the test object 4 can be illuminated by an illumination source 1 2 arranged at the end of the touch probe 1 facing the test object 4.
  • an Illumination source (not shown) arranged below the table 2 in the coordinate measuring machine KMG
  • an actuating element 13 is attached, which can be brought into operative connection with a driving element 14 which is dimensioned as a function of the magnification to be set and which is preferably fixedly arranged on the table 2 of the coordinate measuring machine CCD-Mat ⁇ x in a direction running perpendicular to the object plane for the purpose of focusing on the measurement object 4
  • the actuating element 13 can be designed as a pin (FIG. 1) or also as a rotating element, for example as a lever.
  • the driving element 14 is, for example, a fork-shaped pin receptacle (Ftg 1) or a Rack or friction rail In any case, these two components that are assigned to one another must be able to be easily coupled in and out of one another. Further driving and actuating elements can also be provided for performing further switching functions, which comprise rotary and / or slide switches known per se
  • the optical touch system 1 is compact, in that no separate drives are provided for the operating elements (actuating element 13 and driving element 14) and for adjusting the magnification (zoom adjustment). These adjustments are made by the adjusting drives of the coordinate measuring machine , which are used for high-precision positioning, for example, of the table 2.
  • This compactness also has an advantageous effect on the crosshair generation in the crosshair generator 6 and for the edge detector 7
  • the objectified determination of the position of a structure or edge on the object under test 4 is carried out with the aid of a circuit shown in FIG. 2 Linking arrangement 1 5 is generated, which is connected to one of the inputs of a downstream flip-flop circuit 19. Circuit 19 stored. This flip-flop circuit 19 is connected with a second input 20 to the output of the associated comparator 21, the comparator 21 having one input 22 via a feedback resistor 23 to the output of the flip-flop circuit 19 connected is. With its second input 24, the comparator 21 is connected to the output of the
  • Video receiver 25 connected.
  • this feedback resistor 23 stabilizes the switching behavior of the comparator 21.
  • an adjusting resistor 27 which is connected to the input 22 of the comparator 21, the switching threshold of the comparator 21 is changed.
  • Each edge change at the output of the flip-flop circuit 19 generates in a downstream pulse logic 28 a switching pulse 29, which is equivalent to a tactile touch probe, for the coordinate measuring machine.
  • the output 31 is also displayed by means of a provided LED 30, because this signal simultaneously represents a light-dark signal for a current detector position in relation to a light-dark structure (crossing point of the lines of the line cross) and also as an adjustment aid for the threshold value setting the adjusting resistor 27 is used.

Abstract

The present invention pertains to an instrument for measuring coordinates, provided with an optical touch-sensing probe for contactless sounding the structures and edges of the objects to be measured (4). The instrument includes a CCD camera with a lens (3) and a CCD matrix (5) on which the object to be measured is reproduced. The spacing between the lens (3) and the matrix plane (5) is adjustable depending on the blow-up desired. For adjusting the blow-up, a control member (13) is provided on the touch-sensing device (1), which can be connected with a driving member (14) mounted on the inventive instrument. The movement for adjusting the blow-up involves the driving member corresponding to the coordinate concerned. Furthermore, a switching device is provided for mixing both the electronically engineered cross-line signals and the CCD matrix (5) signals. A logic switch (15) for connecting the CCD elements representing the vertical and horizontal lines is provided. The signals from the touch-sensing device are transmitted either by cable or wireless through a video transmitter (8) to a video receiver which is part of an evaluation or display system (9).

Description

KoordinatenmeßgerätCoordinate measuring device
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit einem optischen Tastsystem für eine berührungslose Antastung von Kanten und Oberflächenstrukturen von Meßobjekten. Das Anwendungsgebiet ist die optische Koordinatenmeßtechnik. Insbesondere sind es die Messungen an Meßobjekten mittels Ein- oder Mehrkoordinatenmeßgeräten.The invention relates to a coordinate measuring machine with an optical probe system for contactless probing of edges and surface structures of measuring objects. The field of application is optical coordinate measuring technology. In particular, it is the measurements on measuring objects by means of single or multi-coordinate measuring devices.
Bei einer in der US-PS 5 319 442 beschriebenen optischen Sonde an Koordinatenmeßgeräten zur Bestimmung der Lage von Oberflächenstrukturen an Prüflingen und Meßobjekten im Bezug auf den beweglichen Teil des Koordinatenmeßgerätes ist ein Sensorarray vorgesehen, auf welches durch eine aus mehreren Konponenten bestehende Abbildungsoptik die Strukturen des Meßobjektes abgebildet werden. Durch sequentielles Scanning der einzelnen Sensoren des Arrays wird das Bild der Meßobjektes auf der Sensoranordnung analysiert. In dem Augenblick, in welchen die Struktur einen vorbestimmten Sensor der Sensoranordnung erreicht, wird ein Triggersignal generiert und an ein Steuersystem des Koordinatenmeßgerätes zur Positionsbestimmung des beweglichen Armes relativ zur Struktur gegeben. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung des hohe technische Aufwand bei der Auswertung der Signale zur Meßwertgewinnung.In an optical probe described in US Pat. No. 5,319,442 on coordinate measuring machines for determining the position of surface structures on test specimens and measuring objects in relation to the movable part of the coordinate measuring machine, a sensor array is provided, onto which the structures of the Object to be mapped. The image of the measurement object on the sensor arrangement is analyzed by sequential scanning of the individual sensors of the array. The moment the structure reaches a predetermined sensor of the sensor arrangement, a trigger signal is generated and sent to a control system of the coordinate measuring device for determining the position of the movable arm relative to the structure. A disadvantage of this device is the high level of technical complexity involved in evaluating the signals for obtaining measured values.
In der DE 40 18 333 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum automatischen Erfassen von Kanten von Härtemeßeindrücken beschrieben, wobei durch eine TV-Kamera der Härtemeßeindruck erfaßt und das erhaltene Videosignal einem Komparator zugeführt wird, der einen einstellbarem Pegel besitzt. Das Ausgangssignal des Komparators wird differenziert und die dabei erhaltenen Kontursignale in einen Speicher geladen. Aus diesen Kontursignalen werden die geometrischen Daten der Meßeindrücke rechnerisch ermittelt. Aus der Druckschrift Nr. 8942.5m Part.No H1000-31 52-01 -A der Firma Renishaw " VP 2 Video- Tastsystem" , 1994 und das dazugehörende Datenblatt für einen VP 2 Video-Taster für Koordinatenmeßgeräte ist ersichtlich, daß diese Taster Abbildungsoptiken mit fester Brennweite besitzen, bei denen unterschiedliche Vergrößerungen dadurch erreicht werden können, daß die Bildebene des Objektivs je nach gewünschter Vergrößerung mehr oder weniger entfernt vom Objektiv gelegt wird. Die dann notwendige Fokussierung erfolgt durch eine Achsenbewegung (meist in der Z-Achse) des Koordinatenmeßgerätes. Um Positionen auf dem Bild des auf dem Bildschirm abgebildeten Meßobjektes zu markieren oder anzutasten, wird auf dem Bildschirm ein Faden- oder Strichkreuz eingeblendet, welches in zwei Koordinaten X und Y über Drehschalter und Abstimmelemente in die verschiedensten Positionen auf dem Bildschirm gebracht werden kann. (Druckschrift der Fa. HIMMELREICH- elektronik GmbH & Co. KG, Schwaigern, DE, " Einblendbares Video-Fadenkreuz" -Datenblatt-).DE 40 18 333 A1 describes a method and a device for automatically detecting edges of hardness impressions, the hardness impression being recorded by a TV camera and the video signal obtained being fed to a comparator which has an adjustable level. The output signal of the comparator is differentiated and the contour signals obtained are loaded into a memory. The geometric data of the measurement impressions are calculated from these contour signals. From publication no. 8942.5m Part.No H1000-31 52-01 -A by Renishaw "VP 2 video probe system", 1994 and the associated data sheet for a VP 2 video probe for coordinate measuring machines, it can be seen that these probes are imaging optics have a fixed focal length, at which different magnifications can be achieved by placing the image plane of the lens more or less away from the lens, depending on the desired magnification. The then necessary focusing is done by an axis movement (mostly in the Z axis) of the coordinate measuring machine. In order to mark or touch positions on the image of the measurement object shown on the screen, a crosshair or crosshair is shown on the screen, which can be brought into different positions on the screen in two coordinates X and Y using rotary switches and tuning elements. (Document from HIMMELREICH-elektronik GmbH & Co. KG, Schwaigern, DE, "Video Crosshair" that can be faded in "data sheet").
Erzeugt wird dieses aus zwei Strichen zusammengesetzte Strichkreuz durch einen sog. " Strichoder Fadenkreuzgenerator" ,wobei eine quarzgesteuerte Zeitbasis vorgesehen ist, und damit keine genaue Beziehung zu den Pixeln vorhanden ist.This crosshair composed of two lines is generated by a so-called "line or crosshair generator", whereby a quartz-controlled time base is provided, and therefore there is no exact relationship to the pixels.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein optisches Tastsystem für Koordinatenmeßgeräte zu schaffen, welches einen kompakten und technisch einfachen Aufbau besitzt und in einfacher Weise handhabbar ist.It is the object of the invention to provide an optical touch system for coordinate measuring machines, which has a compact and technically simple structure and is easy to handle.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Koordinatenmeßgerät mit optischem Tastsystem zum berührungslosen Antasten von Kanten und Strukturen von Meßobjekten durch die in dem ersten Anspruch dargelegten Merkmale gelöst, wobei das Tastsystem, in mindestens einer Koordinate verschiebbar, Bestandteil des Koordinatenmeßgerätes ist. In den weiteren Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.According to the invention, this object is achieved in a coordinate measuring machine with an optical probe system for contactless probing of edges and structures of measurement objects by the features set out in the first claim, the probe system being displaceable in at least one coordinate and being part of the coordinate measuring machine. Advantageous refinements and embodiments of the invention are described in the further claims.
Das Tastsystem umfaßt eine CCD-Kamera mit einem Objektiv und in dessen Bildebene eine CCD-Matrix, wobei zur Einstellung der Vergrößerung der Abstand zwischen dem Objektiv und der Bildebene variiert wird.The touch probe comprises a CCD camera with a lens and a CCD matrix in its image plane, the distance between the lens and the image plane being varied to adjust the magnification.
Hierzu ist am Gehäuse des Objektivs ein Zapfen angeordnet, welcher mit einer am Koordinatenmeßgerät bzw. an einem Schlitten des Koordinatenmeßgerätes angeordneten Zapfenaufnahme in Wirkverbindung gebracht wird. Um auf das Objekt scharf einzustellen, wird das ganze Tastsystem in einer senkrecht zur Objektebene verlaufenden Richtung mit dem Antrieb des Koordinatenmeßgerätes bewegt. Die Verschiebung des Tastsystems relativ zum Objekt erfolgt danach ebenfalls mit dem Antrieb des Koordinatenmeßgerät für die zugeordnete Koordinate.For this purpose, a pin is arranged on the housing of the objective, which is brought into operative connection with a pin receptacle arranged on the coordinate measuring machine or on a slide of the coordinate measuring machine. In order to focus on the object, the entire touch probe is moved in a direction perpendicular to the object plane with the drive of the coordinate measuring machine. The displacement of the touch probe relative to the object is then also carried out with the drive of the coordinate measuring machine for the assigned coordinate.
Es ist also zur automatischen Verstellung des Tastsystems entsprechend der zu realisierenden Vergrößerung des Objektbildes auf der CCD-Matrix vorteilhaft, wenn am Objektiv ein Betätigungselement und am Koordinatenmeßgerät ein in Abhängigkeit von der zu realisierenden Vergrößerung dimensioniertes Mitnahmeelement vorgesehen sind, welche zwecks Vergrößerungstellung miteinander in Wirkverbindung bringbar und mit Hilfe des Antriebs des Koordinatenmeßgerätes einstellbar sind. Zwecks Scharfeinstellung wird das gesamte Tastsystem in einer senkrecht zur Objektebene verlaufenden Richtung mit Hilfe des zugeordneten Antriebs des Koordinatenmeßgerätes durchgeführt. Dabei können das Betätigungselement im Falle eines Zapfens z. B. ein Stift oder im Falle eines Drehelementes ein Zahn- oder Reibrad sein. Das passende zugehörige Gegenstück am Koordinatenmeßgerät ist dann z. B. eine gabelförmige Zapfenaufnahme oder eine Zahnstange oder Reibschiene. Diese einzelnen Teile können auch in geeigneter Weise vertauscht werden.It is therefore advantageous for the automatic adjustment of the touch probe in accordance with the magnification of the object image to be realized on the CCD matrix if an actuating element is provided on the lens and a driving element dimensioned as a function of the magnification to be realized, which can be brought into operative connection with one another for the purpose of the enlargement position and are adjustable with the help of the drive of the coordinate measuring machine. For the purpose of focusing the entire touch probe is carried out in a direction perpendicular to the object plane with the help of the assigned drive of the coordinate measuring machine. The actuator can in the case of a pin z. B. a pin or in the case of a rotating element, a toothed or friction wheel. The matching counterpart on the coordinate measuring machine is then z. B. a fork-shaped pin receptacle or a rack or friction rail. These individual parts can also be swapped in a suitable manner.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn weitere Bedienelemente ebenfalls über Wirkverbindungen von Betätigungs- und Mitnahmeelementen mit Hilfe zugeordneter Antriebe des Koordinatenmeßgerätes zur Ausführung weiterer Schaltfunktionen betätigbar sind. Diese Betätigungselemente können beispielsweise an sich bekannte Dreh- oder Schiebeelemente, wie Dreh- oder Schiebeschalter, sein, die mit entsprechenden Mitnahmeelementen koppelbar sind.Furthermore, it is advantageous if further operating elements can also be actuated via active connections of actuating and driving elements with the aid of assigned drives of the coordinate measuring machine for executing further switching functions. These actuating elements can, for example, be known rotary or sliding elements, such as rotary or slide switches, which can be coupled to corresponding driving elements.
Das Tastsystem umfaßt ferner einen Strichkreuzgenerator und eine Schaltungsanordnung zur additiven Mischung der in Liniengeneratoren erzeugten Strichkreuzsignale mit den Signalen der CCD-Elemente, wobei die Zeitbasis für die gebildeten Strichkreuzsignale der Auslesetakt der CCD-Elemente (Pixel) der CCD-Matrix ist.The touch probe further comprises a crosshair generator and a circuit arrangement for additively mixing the crosshair signals generated in line generators with the signals of the CCD elements, the time base for the crosshair signals being formed being the readout clock of the CCD elements (pixels) of the CCD matrix.
Es ist ferner eine logische Schaltung zur Verknüpfung der die senkrechten und waagerechten Striche darstellenden CCD-Elemente vorgesehen, wobei diese Schaltung ausgangsseitig mit einem ersten Eingang einer Flip-Flop- Schaltung in Verbindung steht. Diese Flip-Flop-Schaltung ist mit ihren zweiten Eingang an einem Ausgang eines Komparators angeschlossen. Über einen Rückführwiderstand ist der Ausgang des Komparators mit einem zweiten Komparatoreingang verbunden, welcher auch mit einem Schwellwerteinsteller in Verbindung steht. Am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung liegt eine Impulslogik an, welche Schaltimpulse für das Koordinatenmeßgerät liefert.A logic circuit for linking the CCD elements representing the vertical and horizontal lines is also provided, this circuit being connected on the output side to a first input of a flip-flop circuit. The second input of this flip-flop circuit is connected to an output of a comparator. The output of the comparator is connected to a second comparator input via a feedback resistor, which is also connected to a threshold value adjuster. A pulse logic is present at the output of the flip-flop circuit, which delivers switching pulses for the coordinate measuring machine.
Zur drahtlosen Übertragung der Tastsystemsignale zu einem Videoempfänger einer Auswertebzw. Anzeigeeinrichtung und zur Anzeige der Meßwerte ist ein Videosender am Tastsystem vorgesehen.For wireless transmission of the touch probe signals to a video receiver of an evaluation or A video transmitter on the touch probe is provided for the display device and for displaying the measured values.
Es ist vorteilhaft, wenn die waagerechte und die senkrechte Linie des Liniengenerators derart verknüpft sind, daß ein Selektivsignal erzeugt wird, mit welchem der Zustand des Komparators in Abhängigkeit des Videosignals in der Flip-Flop-Schaltung anzeigbar ist und welches zur Einstellung oder Steuerung der Schaltschwelle des Komparators nutzbar ist. Das von dem Kantendetektor erzeugte Schaltsignal kann über die Signalleitung des Tastsystems des Koordinatenmeßgerätes geleitet werden. Der Kantendetektor selbst ist ein im Schaltsignaltakt blinkender Punkt im Kreuzungsbereich der Linien des Strichkreuzdetektors. Er ist aus einer logischen Verknüpfung der Linien erzeugbar.It is advantageous if the horizontal and the vertical line of the line generator are linked in such a way that a selective signal is generated with which the state of the comparator can be displayed in the flip-flop circuit as a function of the video signal and which is used to set or control the switching threshold of the comparator can be used. The switching signal generated by the edge detector can be routed via the signal line of the touch probe of the coordinate measuring machine. The edge detector itself is a point flashing in the switching signal cycle in the crossover area of the lines of the crosshair detector. It can be created from a logical link between the lines.
Durch den kompakten Aufbau des optischen Tastsystems mit Integration des Kantendetektors im Tastsystem und der CNC-fähigen Gestaltung der Bedienelemente am Tastsystem, dem CNC- fähigen Zoomobjektiv und der LED-Beleuchtung ist eine Einrichtung geschaffen worden, die gegen ein taktiles Tastsystem an taktil arbeitenden Koordinatenmeßgeräten austauschbar ist oder parallel angesetzt werden kann. Diese Kompaktheit wird auch dadurch erreicht, daß für die Bedienelemente und für die Zoom-Verstellung keine eigenen Antriebe vorgesehen sind, sondern er werden die bereits vorhandenen Antriebe der Koordinatenmeßgeräte zum hochgenauen Positionieren benutzt. Dazu positioniert das Koordinatenmeßgerät die dafür geeigneten Bedienelemente, z. B. den Zapfen des Objektivs, gegen eine gestellfeste Aufnahme, z. B. gegen die Zapfenaufnahme.Due to the compact design of the optical touch probe with integration of the edge detector in the touch probe and the CNC-compatible design of the control elements on the touch probe, the CNC-compatible zoom lens and the LED lighting, a device has been created that can be exchanged for a tactile touch probe on tactile coordinate measuring machines is or can be applied in parallel. This compactness is also achieved in that no separate drives are provided for the operating elements and for the zoom adjustment, but rather the existing drives of the coordinate measuring machines are used for highly precise positioning. For this purpose, the coordinate measuring machine positions the appropriate controls, e.g. B. the pin of the lens against a frame-fixed recording, for. B. against the pin receptacle.
Der kompakte Aufbau bringt auch Vorteile hinsichtlich der Übertragung hoher Frequenzen.The compact structure also offers advantages in terms of the transmission of high frequencies.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Show in the accompanying drawing
Fig. 1 stark vereinfacht den grundsätzlichen Aufbau,1 greatly simplifies the basic structure,
Fig. 2 ein Blockschaltbild für die objektivierte Positionsbestimmung.Fig. 2 is a block diagram for the objectified position determination.
Das in Fig. 1 vereinfacht dargestellte optische Tastsystem 1 ist am senkrecht zum Tisch 2 bewegbaren Schlitten oder an einer in dieser Richtung bewegbaren Pinole des Koordinatenmeßgerätes angeordnet und umfaßt ein Objektiv 3, welches das auf dem Tisch 2 angeordnete Meßobjekt 4 auf CCD-Elemente einer CCD-Matrix 5 einer CCD-Kamera abbildet. Das Tastsystem 1 umfaßt ferner eine Einheit, die einen Strichkreuzgenerator 6 und einen Kantendetektor 7 beinhaltet. Zur drahtlosen Übertragung von Signalen zu einem Empfänger einer Auswerteeinrichtung 9 ist ein Videosender 8 ebenfalls Bestandteil des Tastsystems 1 . Diese Verbindung erfolgt über die Antennen 8.1 und 9.1 , die dem Sender und dem Empfänger zugeordnet sind. Die Auswerteeinrichtung 9 kann eine Anzeigeeinheit 10 umfassen oder eine solche kann ihr nachgeordnet sein. Durch eine Signalleitung 1 1 ist das Koordinatenmeßgerät mit dem Tastsystem 1 elektrisch verbunden. Das Meßobjekt 4 ist durch eine am dem Meßobjekt 4 zugewandten Ende des Tastsystems 1 angeordnete Beleuchtungsquelle 1 2 beleuchtbar. Für eine Durchlichtbeleuchtung des Meßobjektes 4 ist eine Beleuchtungsquelle (nicht dargestellt) unterhalb des Tisches 2 im Koordinatenmeßgerat KMG angeordnetThe optical probe system 1 shown in simplified form in FIG. 1 is arranged on the slide that can be moved perpendicularly to the table 2 or on a quill of the coordinate measuring machine that can be moved in this direction and comprises an objective 3 that places the test object 4 arranged on the table 2 on CCD elements of a CCD - Matrix 5 of a CCD camera. The touch probe 1 further comprises a unit that includes a crosshair generator 6 and an edge detector 7. A video transmitter 8 is also part of the touch probe 1 for the wireless transmission of signals to a receiver of an evaluation device 9. This connection is made via antennas 8.1 and 9.1, which are assigned to the transmitter and the receiver. The evaluation device 9 can comprise a display unit 10 or one can be arranged after it. The coordinate measuring machine is electrically connected to the touch probe 1 by a signal line 11. The test object 4 can be illuminated by an illumination source 1 2 arranged at the end of the touch probe 1 facing the test object 4. For transmitted light illumination of the test object 4 is a Illumination source (not shown) arranged below the table 2 in the coordinate measuring machine KMG
Am Objektiv 3 ist ein Betatigungselement 13 angebracht, welches mit einem in Abhängigkeit von der einzustellenden Vergrößerung dimensionierten, und vorzugsweise am Tisch 2 des Koordinatenmeßgerat fest angeordneten Mitnahmeelement 14 in Wirkverbindung bringbar ist Je nach einzustellender Vergrößerung sind dann das Objektiv 3 zusammen mit der mit ihm verbundenen CCD-Matπx in einer senkrecht zur Objektebene verlaufenden Richtung zwecks Fokussieruung auf das Meßobjekt 4 mitOn the lens 3, an actuating element 13 is attached, which can be brought into operative connection with a driving element 14 which is dimensioned as a function of the magnification to be set and which is preferably fixedly arranged on the table 2 of the coordinate measuring machine CCD-Matπx in a direction running perpendicular to the object plane for the purpose of focusing on the measurement object 4
Hilfe des entsprechenden, dieser Richtung oder Koordinate zugeordneten Antriebs des Koordinatenmeßgerates verschiebbar Das Betatigungselement 13 kann als Zapfen (Fig 1 ) oder auch als Drehelement, z B als Hebel, ausgebildet sein Das Mitnahmeelement 14 ist z B eine gabelförmige Zapfenaufnahme (Ftg 1 ) oder eine Zahnstange oder Reibschiene Auf jeden Fall müssen diese beiden einander zugeordneten Bauteile leicht miteinander ein- und auskoppelbar sein Auch können weitere Mitnahme- und Betatigungselemente zur Ausfuhrung noch weiterer Schaltfunktionen vorgesehen sein, welche an sich bekannte Dreh- und/oder Schiebeschalter umfassenThe actuating element 13 can be designed as a pin (FIG. 1) or also as a rotating element, for example as a lever. The driving element 14 is, for example, a fork-shaped pin receptacle (Ftg 1) or a Rack or friction rail In any case, these two components that are assigned to one another must be able to be easily coupled in and out of one another. Further driving and actuating elements can also be provided for performing further switching functions, which comprise rotary and / or slide switches known per se
Bei einer gegebenen CNC-Fahigkeit wird eine Kompaktheit des optischen Tastsystems 1 erreicht, indem für die Bedienelemente (Betatigungselement 13 und Mitnahmeelement 14) und für die Verstellung der Vergrößerung (Zoom- Verstellung) keine eigenen Antriebe vorgesehen sind Diese Verstellungen werden durch die Versteilantriebe des Koordinatenmeßgerates, die zum hochgenauen Positionieren z B des Tisches 2 dienen, übernommen Diese Kompaktheit wirkt sich weiterhin vorteilhaft für die Strichkreuzerzeugung im Strichkreuzgenerator 6 und für den Kantendetektor 7 ausFor a given CNC capability, the optical touch system 1 is compact, in that no separate drives are provided for the operating elements (actuating element 13 and driving element 14) and for adjusting the magnification (zoom adjustment). These adjustments are made by the adjusting drives of the coordinate measuring machine , which are used for high-precision positioning, for example, of the table 2. This compactness also has an advantageous effect on the crosshair generation in the crosshair generator 6 and for the edge detector 7
Die objektivierte Positionsbestimmung einer Struktur oder Kante am Meßobjekt 4 wird mit Hilfe einer in Fig 2 dargestellten Schaltung vorgenommem Auf der Grundlage des Pixeltaktes wird durch eine logische Verknupfungsanordnung 1 5 aus den durch den Strichkreuzgenerator 6 erzeugten Waagerechtlinien 16 und Senkrechtliniensignalen 17 ein Selektivsignal am Ausgang 18 der Verknupfungsanordnung 1 5 erzeugt, welcher mit einem der Eingange einer nachgeordneten Flip-Flop Schaltung 19 verbunden ist Mit Hilfe des Selektivsignals am Ausgang 18 der Verknupfungsanordnung 1 5 wird der Zustand eines Komparators 21 in Abhängigkeit vom Videosignal 26 eines Videoempfangers 25 in der Flip-Flop-Schaltung 19 gespeichert Diese Flip-Flop-Schaltung 19 ist mit einem zweiten Eingang 20 mit dem Ausgang des zugeordneten Komparators 21 verbunden, wobei der Komparator 21 mit seinem einen Eingang 22 über einen Ruckfuhrwiderstand 23 mit dem Ausgang der Flip Flop Schaltung 19 verbunden ist. Mit seinem zweiten Eingang 24 ist der Komparator 21 mit dem Ausgang desThe objectified determination of the position of a structure or edge on the object under test 4 is carried out with the aid of a circuit shown in FIG. 2 Linking arrangement 1 5 is generated, which is connected to one of the inputs of a downstream flip-flop circuit 19. Circuit 19 stored. This flip-flop circuit 19 is connected with a second input 20 to the output of the associated comparator 21, the comparator 21 having one input 22 via a feedback resistor 23 to the output of the flip-flop circuit 19 connected is. With its second input 24, the comparator 21 is connected to the output of the
Videoempfängers 25 verbunden.Video receiver 25 connected.
Dieser Rückführwiderstand 23 sorgt aufgrund der Rauschanteile im Videosignal für eine Stabilisierung des Schaltverhaltens des Komparators 21 . Mit einem Einstellwiderstand 27, der mit dem Eingang 22 des Komparators 21 verbunden ist, wird die Schaltschwelle des Komparators 21 verändert.Due to the noise components in the video signal, this feedback resistor 23 stabilizes the switching behavior of the comparator 21. With an adjusting resistor 27, which is connected to the input 22 of the comparator 21, the switching threshold of the comparator 21 is changed.
Jeder Flankenwechsel am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 19 generiert in einer nachgeschalteten Impulslogik 28 einen, einem taktilen Tastsystem äquivalenten Schaltimpuls 29 für das Koordinatenmeßgerät. Der Ausgang 31 wird ferner mittels einer vorgesehenen LED 30 angezeigt, weil dieses Signal gleichzeitig ein Hell-Dunkel-Signal für eine momentane Detektorposition im Bezug auf eine Hell-Dunkel-Struktur (Kreuzungspunkt der Linien des Strichkreuzes) darstellt und als Einstellhilfe für die Schwellwerteinstellung mit dem Einstellwiderstand 27 dient. Each edge change at the output of the flip-flop circuit 19 generates in a downstream pulse logic 28 a switching pulse 29, which is equivalent to a tactile touch probe, for the coordinate measuring machine. The output 31 is also displayed by means of a provided LED 30, because this signal simultaneously represents a light-dark signal for a current detector position in relation to a light-dark structure (crossing point of the lines of the line cross) and also as an adjustment aid for the threshold value setting the adjusting resistor 27 is used.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Koordinatenmeßgerat mit1 . Coordinate measuring device with
- einem optischen Tastsystem zum berührungslosen Antasten von Kanten oder Strukturen von Meßobjekten mit einer CCD-Kamera, die die Kanten oder Strukturen des Meßobjektes über ein Objektiv auf eine CCD-Matrix abbildet und bei der der Abstand zwischen Objektiv und CCD-Matrix zur Einstellung des Abbildungsmaßstabs veränderbar ist,- An optical touch system for contactless probing of edges or structures of objects to be measured with a CCD camera, which images the edges or structures of the object to be measured on a lens on a CCD matrix and in which the distance between the lens and the CCD matrix for setting the imaging scale is changeable,
- einer Verschiebeeinrichtung für das Tastsystem in wenigstens einer Koordinatenrichtung,a displacement device for the touch probe in at least one coordinate direction,
- einem am Objektiv des Tastsystems angeordneten Betätigungselement und einem am Koordinatenmeßgerät außerhalb des Tastsystems vorgesehenen Mitnahmeelement, die in Wirkverbindung bringbar sind, so daß bei Vorliegen der Wirkverbindung die Betätigung der Verschiebeeinrichtung zu einer Abstandsänderung von Objektiv und CCD-Matrix führt, wogegen bei gelöster Wirkverbindung die Betätigung der Verschiebeeinrichtung eine Scharfstellung auf das Meßobjekt bei gleichbleibenden Objektiv- Matrix- Abstand erlaubt,- An actuating element arranged on the lens of the touch probe and a driving element provided on the coordinate measuring machine outside the touch probe, which can be brought into operative connection, so that when the operative connection is present, the actuation of the displacement device leads to a change in the distance between the lens and the CCD matrix, whereas when the operative connection is released, Actuation of the shifting device allows focusing on the measurement object with constant lens-matrix distance,
- mit Strichgeneratoren und einer Schaltungsanordnung zur additiven Mischung der elektronisch in den Strichgeneratoren erzeugten Strichsignale mit den Signalen der CCD- Elemente der CCD-Matrix, wobei die Zeitbasis für die Strichkreuzsignale der Auslesetakt der CCD-Elemente der CCD-Matrix ist,with line generators and a circuit arrangement for additive mixing of the line signals generated electronically in the line generators with the signals of the CCD elements of the CCD matrix, the time base for the line cross signals being the readout clock of the CCD elements of the CCD matrix,
- einer logischen Verknüpfungsanordnung (1 5) zur Verknüpfung der die senkrechten und waagerechten Striche repräsentierenden CCD-Elemente, wobei diese logische Verknüpfungsanordnung ausgangsseitig mit einem ersten Eingang einer Flip-Flop-Schaltung in Verbindung steht, die mit einem zweiten Eingang an einem Ausgang eines Komperators und mit ihrem Ausgang über einen Schaltwiderstand an einem zweiten Eingang des Komperators anliegt, welcher gleichzeitig mit dem Ausgang für ein Positionserfassungssystem verbunden ist, und- A logic logic arrangement (1 5) for linking the vertical and horizontal lines representing CCD elements, this logic logic arrangement on the output side being connected to a first input of a flip-flop circuit, which has a second input at an output of a comparator and its output is connected via a switching resistor to a second input of the comparator, which is simultaneously connected to the output for a position detection system, and
- einem Videosender zur drahtlosen oder drahtgebundene Übertragung der Tastsystemsignale zu einem Videoempfänger einer Auswerte- und Anzeigeeinheit.- A video transmitter for wireless or wired transmission of the touch probe signals to a video receiver of an evaluation and display unit.
2. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß am Objektiv (3) ein Betätigungselement (13) und am Koordinatenmeßgerät ein Mitnahmeelement (14) vorgesehen sind, welche zwecks Vergrößerungseinstellung miteinander in Wirkverbindung bringbar sind, wobei die Verstellung des Objektivs (3) und der mit ihm verbundenen CCD-Matrix (5) in einer senkrecht zur Objektebene verlaufenden Richtung mit Hilfe des dieser Richtung oder Koordinate zugeordneten Antriebs des Koordinatenmeßgerätes durchführbar ist.2. Coordinate measuring device according to claim 1, characterized in that on the lens (3) an actuating element (13) and on the coordinate measuring device a driving element (14) are provided which can be brought into operative connection with one another for the purpose of magnification adjustment, the adjustment of the lens (3) and the CCD matrix (5) connected to it in a perpendicular to the object plane running direction can be carried out with the aid of this drive or coordinate assigned to the coordinate measuring machine.
3. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (13) ein Zapfen oder Drehelement ist und daß das Mitnahmeelement (14) eine gabelförmige Zapfenaufnahme oder eine Zahnstange oder Reibschiene ist.3. Coordinate measuring device according to claim 2, characterized in that the actuating element (13) is a pin or rotary element and that the driving element (14) is a fork-shaped pin receptacle or a rack or friction rail.
4. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in ihm ein Strichkreuzgenerator (6) und/oder Kantendetektor (7) vorgesehen sind.4. Coordinate measuring device according to claim 1, characterized in that a crosshair generator (6) and / or edge detector (7) are provided in it.
5. Koordinatenmeßgerät nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechte und senkrechte Linie des Strichkreuzgenerators (6) derart verknüpft sind, daß ein Selektivsignal erzeugt wird, mit welchem der Zustand des Komparators in Abhängigkeit des Videosignals in der Flip-Flop-Schaltung (19) anzeigbar ist, welches zur Einstellung (Steuerung) der Schaltschwelle des Komparators (21 ) nutzbar ist und welches als Hell-Dunkel- Signal für eine Richtungsbestimmung und/oder Antastkorrektur verwendbar ist. .5. Coordinate measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the horizontal and vertical line of the crosshair generator (6) are linked such that a selective signal is generated with which the state of the comparator in dependence on the video signal in the flip-flop Circuit (19) can be displayed, which can be used to set (control) the switching threshold of the comparator (21) and which can be used as a light-dark signal for determining the direction and / or probing correction. .
6. Koordinatenmeßgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Kantendetektor (7) bzw. vom Strichkreuzgenerator (6) erzeugte Schaltsignal über die Signalleitung des Tastsystems des Koordinatenmeßgerätes geleitet wird.6. Coordinate measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the switching signal generated by the edge detector (7) or by the crosshair generator (6) is passed via the signal line of the touch probe of the coordinate measuring machine.
7. Koordinatenmeßgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantendetektor (7) ein im Schaltsignaltakt blinkender Punkt im Kreuzungsbereich der Linien des Strichkreuzdetektors aus der logischen Verknüpfung der Linien erzeugt ist.7. Coordinate measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the edge detector (7) is a point flashing in the switching signal clock in the intersection of the lines of the crosshair detector is generated from the logical combination of the lines.
8. Koordinatenmeßgerät nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Bedienelemente ebenfalls über Wirkverbindungen von Betätigungs- und Mitnahmeelementen mit Hilfe von zugeordneten Antrieben des Koordinatenmeßgerätes zur Ausführung weiterer Schaltfunktionen betätigbar sind. 8. Coordinate measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that further control elements can also be actuated via operative connections of actuating and driving elements with the aid of assigned drives of the coordinate measuring device for performing further switching functions.
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