JP2004535580A - 表面特性の測定方法及び座標測定装置 - Google Patents

Abstract

表面特性の測定方法及び座標測定装置。座標測定装置（１０）により加工品の表面特性をその材質に関係なく極めて正確に測定するために、座標軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に沿って移動し得る形状探触要素（３０）及び加工品の表面上の形状探触要素（３０）の運動を検出する光学センサ（３２）を提案する。その場合光学センサ（３２）は光電式距離センサであり、形状探触要素（３０）は距離センサが選択に応じて表面を直接に測定するか又は形状探触要素の位置を測定するように、距離センサに対して移動可能に配置されている。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面上に支持され、表面に対して相対的に移動可能な形状探触要素を具備する座標測定装置を使用して、光学センサで形状探触要素の位置を直接に検出するか又は形状探触要素に直接割当てられた少なくとも１個の標識の位置を検出して行う加工品の表面特性の測定方法に関する。また本発明は座標測定装置の座標軸に沿って移動可能な形状探触要素及び加工品の表面上のその運動を検出する光学センサを具備する加工品の表面特性の測定のための座標測定装置に関する。
【０００２】
表面品質の決定は加工品の境界面の判定のために利用される。その場合、触針装置を使用することができ、触針として例えばサファイア、ダイアモンド又は単なる鋼の尖端により表面が走査される。触針の偏りを例えば誘導的に又はレーザ干渉分光法により記録することができる。
【０００３】
ドイツ雑誌「テヒニカ（Ｔｅｃｈｎｉｋｅｒ）」 ５／９６号、１３ないし２０頁によれば、表面あらさの決定のために触針が試料表面上で操作される。触針は片持腕から出ている。片持腕の外面にレーザビームが差し向けられ、その反射がＰＳＤ（位相敏感復調）センサによって検出される。従ってレーザとＰＳＤセンサは１つの光学センサを構成する。
【０００４】
ドイツ特許公開第１９８２４１０７号明細書には表面上に支持される探触要素による供試体表面の測定値決定方法が記載されている。その場合画像処理センサによって探触要素の位置が直接検出されるか又は探触要素に直接割当てられた少なくとも１個の目標標識の位置が検出され、供試体と探触要素の間の相対運動を考慮して表面測定値が決定される。
【０００５】
加工品の表面品質の決定のための方法及び装置はドイツ刊行物：テー・プファイフア（Ｔ．Ｐｆｅｉｆｅｒ）著、「製造測定技術（Ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ）」、フエアラーク・オルデンボウルグ（Ｖｅｒｌａｇ Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ）出版、第２版２８９ないし２９８頁にも記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の根底にあるのは、表面特性が極めて正確に測定され、柔軟な表面又は大きなあらさの表面でも、損傷又は不要に高い測定精度を生じることなく測定が行われるように、冒頭に挙げた種類の方法及び座標測定装置を改良することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、上記の課題は冒頭に挙げた種類の方法によりおおむね次のようにして解決される。すなわち光学センサとして光電式距離センサを使用し、このセンサにより選択に応じて表面特性を直接測定し、もしくは探触要素又はこれに割当てられた標識の位置を直接又は間接に測定するのである。
【０００８】
本発明によれば表面が例えばその上に支持される形状探触要素にとってあまりに柔軟であるか、又は表面あらさに基づき形状探触要素で十分な測定点密度が得られない場合でも、表面特性を十分に正確に測定できる方法が提供される。この場合は形状探触要素が距離センサの光路から離脱させられ、距離センサによって表面が直接測定されるからである。
【０００９】
形状探触要素は周知の構造の触針である。しかし光触覚式ファイバ形プローブを使用することもでき、その位置を画像処理センサ例えばサブピクセル精度を有するＣＣＤカメラで測定することができる。この場合は距離センサが光触覚センサのための光源として利用される。これに対して慣用の触針を使用する時は、距離センサ自体を測定センサとして使用することができる。
【００１０】
距離センサとしてビデオオートフォーカス法、レーザオートフォーカス法又はフーコーのナイフエッジテスト方式で作動する距離センサを使用することができる。その場合距離センサと画像処理センサを組み合わせることができる。
【００１１】
形状探触要素をインタフェースにより距離センサの光路に配置し又は光路から除去することができ、即ち光学式距離センサの前に配置し又はパーキングステーションに収納することができる。その場合インタフェースとして、座標測定装置の現存する探触系で利用されるインタフェースを使用することができる。
【００１２】
冒頭に挙げた種類の座標測定装置は、光学センサが光電式距離センサであり、距離センサが選択に応じて表面を直接に測定するか又は形状探触要素の位置を測定するように、形状探触要素が距離センサに対して調整可能に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
その場合形状探触要素は触針又は光触覚センサであり、後者の場合は距離センサと画像処理センサを組み合わせることができる。
【００１４】
距離センサは特にフーコーのナイフエッジテスト方式で作動する距離センサ又はレーザ距離センサである。
【００１５】
発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、下記の図面の説明に見られる好ましい実施例からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
例えば花崗岩からなる基枠１２と測定台１４を有する座標測定装置１０のごく概要が図１で明らかである。加工品の表面特性例えばあらさを測定するために、図示しない加工品を測定台１４の上に配置することができる。
【００１７】
基枠に沿って門形フレーム１６をＹ軸方向に移動することができる。そのために支柱又は支脚１８、２０が基枠１２の上に摺支される。支柱１８、２０から横桁２２が出ており、これに沿って、即ち図でＸ軸方向にキャリッジ２４を移動することができる。一方、キャリッジ２４はＺ軸方向に移動可能なスリーブ又は支柱２６を支える。スリーブ又は支柱２６もしくは代替インタフェース（ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２８から形状探触要素３０が出ている。形状探触要素３０は表面特性の決定のために加工品に沿って摺動し、探触要素又はその接触端の位置から表面特性を測定することができる。形状探触要素の運動を測定するために、形状探触要素に対して距離センサ３２が整列され、例えば加工品の表面あらさに従って形状探触要素３０が相応に変位させられ、それとともに距離センサ３２との間隔が変化するから、その結果距離センサによって表面特性を測定することができる。
【００１８】
形状探触要素３０は例えば金属、サファイア又はダイアモンドからなる触針である。この点についてはよく知られている技術を参照されたい。また形状探触要素３０は、国際特許公開ＷＯ９８／５７１２１に記載されているように光触覚ファイバ形プローブであることも可能である。その開示を明確に参照されたい。
【００１９】
距離センサ３２について付言すれば、これは特にビデオオートフォーカス法、レーザオートフォーカス法及びフーコーのナイフエッジテスト方式に従って作動する距離センサである。
【００２０】
光触覚プローブを使用する場合は、座標測定装置は画像編集及び伝送並びに画像処理の機能を備えた画像処理センサ例えばＣＣＤカメラを有し、位置変化が画像処理センサの光軸の方向に起こらない限り、ＣＣＤ領域上の画像の変位から直ちにプローブの位置変化、それとともに表面特性が決定される。その場合ドイツ特許公開第１９８２４１０７号で原理が明らかな装置を使用することができる。その開示も是非参照されたい。
【００２１】
表面があまりに柔軟なため形状探触要素３０の沿面摺動により表面の変形又は損傷が起こるにせよ、表面の幾何学的形状又はあらさに基づき形状探触要素３０による測定が不可能であるにせよ、形状探触要素３０で測定することができない場合は、形状探触要素３０を距離センサ３２の光路から離脱させ、距離センサ３２で直接測定する。
【００２２】
このことを図２及び３に基づきごく概要について明らかにする。図２及び３に表面部分３６、３８を有する加工品３４が見られる。これらの表面部分は相異なる性質を有し、図面左の部分３６はあらさが大きいため、形状探触要素３０による走査が不可能である。この場合は形状探触要素３０を距離センサ３２の光路４０から離脱させ、距離センサ３２で直接測定する。これに対して表面区域３８ではあらさが小さいから、形状探触要素３０で測定することができる。この場合は形状探触要素３０を距離センサ３２の光路４０に旋回し、距離センサ３２によりその位置を測定する。
【００２３】
光触覚プローブを使用する場合は、距離センサ３２と画像処理センサを組み合わせることができる。このことは別として、光触覚センサを使用する時は距離センサ３２が測定センサではなく、照明の機能を果たす。
【００２４】
図４及び５に基づき本発明の別の実施態様を説明しよう。加工品の区域４２の測定のために触覚測定式センサ４４のほかに、画像処理センサ４６とレーザ距離センサ４８からなる光学センサ系が利用される。こうして図１及び３の実施例と比較して、レーザ距離センサ４８に加えて画像処理センサ４６がある。レーザ距離センサ４８も画像処理センサ４６も共通の光学系５０に配属され、光路５２はビーム分割ミラー５４を経てレーザ距離センサ４８又は画像処理センサ４６に導かれる。
【００２５】
画像処理センサ４６もレーザ距離センサ４８も加工品の区域４２を直接測定することができる。ところが光学探触法では表面特性によって結果が歪められる欠点がある。表面測定のために補助触覚センサ４４又はその触針を回し入れることにより同じ装置構成で選択により光学的及び機械的に測定することができる。
【００２６】
本実施例では測定区域４２が大きな表面５８でも狭いスロット６０でも同じ表面特性を有する。そこでまず触覚測定式センサ４４で区域５８を測定することができる。光学センサ４８で同じ場所を測定することができるから、実際の材料表面で機械式方法に続いて光学式方法が行われ、こうして校正される。換言すれば機械的探触測定によって無接触光学法の校正が行なわれるのである。次に光学センサ特にレーザ距離センサ４８により、触覚式センサ４４が近づきにくい又は接近不能なスロット区域６０を測定することができる。
【００２７】
画像処理センサ４６によって特に加工品又は区域４２の検定が行われ、一方、レーザ距離センサ４８によって区域４２の表面特性が測定される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】座標測定装置の原理図である。
【図２】図１の座標測定装置の第１の操作方式の図である。
【図３】図１の座標測定装置の第２の操作方式の図である。
【図４】図１の座標測定装置の第３の操作方式の図である。
【図５】測定物の平面図である。

Claims (16)

1. 表面上に支持され、表面に対して相対的に移動可能な形状探触要素を具備する座標測定装置を使用して、光学センサで形状探触要素の位置を直接検出するか又は形状探触要素に直接割当てられた少なくとも１個の標識の位置を検出して行う加工品の表面特性の測定方法において、光学センサとして光電式距離センサを使用し、このセンサにより選択に応じて表面特性を直接測定し、もしくは探触要素又はこれに割当てられた標識の位置を直接又は間接に測定することを特徴とする方法。
2. 形状探触要素として触針を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 形状探触要素として光触覚式ファイバ形プローブを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 光触覚式ファイバ形プローブを使用する場合、走査センサをファイバ形プローブのための照明として使用することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
5. ビデオオートフォーカス法、レーザオートフォーカス法又はフーコーのナイフエッジテスト方式で作動する距離センサを使用することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
6. 距離センサと画像処理センサを組み合わせることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
7. 形状探触要素がインタフェースにより距離センサの光路に配置され又はこの光路から除去されることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
8. インタフェースとして、座標測定装置にある探触系ために利用されるインタフェースを使用することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の方法。
9. 座標測定装置の座標軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に沿って移動可能な形状探触要素（３０、４４）及び加工品の表面（３６、３８、５８、６０）上のその運動を検出する光学センサ（３２、４８）を具備する、加工品（３４）の表面特性の測定のための座標測定装置（１０）において、光学センサ（３２、４８）が光電式距離センサであり、距離センサが選択に応じて表面（３６、３８、５８、６０）を直接測定するか又は形状探触要素の位置を測定するように、形状探触要素（３０、４４）が距離センサに対して調整可能に配置されていることを特徴とする座標測定装置。
10. 形状探触要素（３０、４４）が触針であることを特徴とする請求項９に記載の座標測定装置。
11. 形状探触要素（３０、４４）が光触覚式ファイバ形プローブであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の座標測定装置。
12. 光電式距離センサ（３２、４８）がレーザオートフォーカス法、ビデオオートフォーカス法又はフーコーのナイフエッジテスト方式により作動するセンサであることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の座標測定装置。
13. 座標測定装置（１０）が画像処理センサ（４６）を有し、場合によっては画像処理センサ（４６）が距離センサ（３２、４８）と組み合わされていることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の座標測定装置。
14. 距離センサ（３２、４８）が光触覚式ファイバ形プローブのための照明であることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の座標測定装置。
15. 形状探触要素（３０、４４）がインタフェースにより調整可能であることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１つに記載の座標測定装置。
16. インタフェース（２８）が座標測定装置（１０）にある探触系のために利用されるインタフェースであることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１つに記載の座標測定装置。