JP2006524806A - 座標測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は少なくとも１個の照明体（１４）と、光軸に沿って測定する対物レンズを備えた映像処理センサ装置（１２）とからなる透過光照明式座標測定装置に関する。照明体と映像処理センサ装置を一緒に位置決め及び移動しないでも、高い精度で測定を行うことができるように、少なくとも１個の照明体（１４）が拡散光を放射するように形成され、照明体と測定物（１０）の間に例えば貫通穴（３２、３４）を有するハニカム体として形成されたフィルタ（１６）が配置され、この貫通穴が光軸（３０）に対して所定の限界角αより小さいビームを通すことを提案する。

Description

本発明は、少なくとも１個の照明体と、光軸に沿って測定する対物レンズを備えた映像処理センサ装置とからなる、特に大きな面積の測定物の測定のための透過光照明式座標測定装置に関する。

映像処理センサ装置を備えた座標測定装置で大きな面積の測定物を測定するには、高い精度の再現性のある測定結果を得るために、大きな面をなるべく平行な光で照明することが必要である。

これは、移動する照明装置とカメラを一緒に位置決めすることによって可能となる。ところがこのために必要な機構部品は高価であり、質量の移動によって全測定装置の動的品質を低下する。

一群の互いに平行な光透過通路を備えた支持体を有する顕微鏡用光束調整装置がドイツ特許公開第２７０１７６４号により周知である。光を所望の範囲で通路に通すために、支持体は軸の回りに回転することができる。

座標測定装置のための透過光照明がドイツ特許公開第１９８０５０４０号に開示されている。光ファイバ、蛍光管及び／又は発光ダイオードを配置することによって、測定物に拡散光又は有向光を放射することができる。

ドイツ実用新案第２０２０５６３１号による、製造装置のための水密の照明装置は、多数の発光ダイオードを有し、そのビームはハニカム状の光ガイドに通される。

本発明の課題は、照明体と映像処理センサ装置を一緒に位置決め及び移動しないでも、高い精度で測定を行うことができるように、冒頭に挙げた種類の座標測定装置を改良することにある。

発明を解決するための手段および発明の効果

本発明において、上記の課題は次のような構成により解決される。即ち、少なくとも１個の照明体が拡散光を放射するように形成され、照明体と測定物の間に通路状の貫通穴を有するフィルタが配置され、貫通穴が光軸と平行であり、光軸に対する所定の限界角αより小さいビームを通す構成としたものである。

特に本発明は、通路状の貫通穴が対物レンズの光学口径に等しいか又はそれより小さい口径を有することを特徴とする。それによって特に回転対称な部材の測定で座標測定装置の像の欠陥、ならびに測定誤差が回避される。

ビームが貫通穴を通過することができる限界角は、原則として１０°以下、好ましくは３°以下、場合によっては１°以下である。

フィルタは、例えば横断面が円形、多角形、例えば四角形又は六角形、特に矩形、例えば正方形の貫通穴を有し、貫通穴は光軸の方向に延びている。その場合、貫通穴は少なくとも４：１ないし１０：１の長さ対直径又は一辺の比で、横断面が矩形、例えば正方形、又は円形の筒形をなす。特に長さと直径又は一辺の比（縦横比）は５０：１≧Ｈ：Ｂ≧２：１である。

機械的に決まる限界角より小さい角を光軸との間に描く照明光を測定物の照明に利用するために、本発明においてはフィルタを測定物と照明装置の間に配置することによって、照明口径が計画的に減少される。これによって特に回転対称な部材の測定で、鮮明な像が可能になる。

本発明によれば、照明面のあらゆる部位に対して、見掛け上点状光源が発生される。その場合、照明体として、例えばガラス板の形の平面放射体を利用することができ、これに横から光が入射される。そのために、例えば蛍光管を使用することができる。

さもなければ光学系、即ち映像処理センサ装置に到達する迷光が、本発明により回避される。それによって特に回転対称な部材の測定で、座標測定装置の像の欠陥、ならびに測定誤差が回避される。

こうして静止照明装置で大きな面を測定することができ、この面はいわば平行なビームにより、又はカメラ、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを有する映像処理センサ装置の光軸に対してごく小さな角を描くビームにより照明される。

本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、図面に見られる好ましい実施例の下記の説明からも明らかである。

図１には回転対称な又は大きな面積の測定物１０を本発明に係る座標測定装置によって測定する原理的構成図が示されている。測定物１０を映像処理センサ装置１２、例えばカメラにより測定するために、拡散光を放射する照明体１４で測定物１０を照射する。この場合、照明体１４は、平面放射体としてのガラス板で構成し得、その側面又は側辺から光が入射される。測定物１０をなるべく平行な光で照明するために、映像処理センサ装置１２の光軸３０に対して測定物１０と照明体１４の間にフィルタ１６が配置されている。フィルタ１６は機械的に確定される限界角αよりも小さい照明光１８、２０、２２、２４、２６、２８を通し、これらの照明光は測定物１０の照明のために利用することができる。こうして特に回転対称な部材、例えば軸、回転部材、ねじ山、工具の測定で鮮明な像が得られる。その場合、回転対称な部材又は物体のそれぞれの縦軸が光軸を横切ることになる。

限界角αはフィルタ１６の構造によって機械的に確定される。そのためにフィルタ１６は通過孔又は貫通穴３２、３４を備えたハニカム状構造を有するのが望ましい。この貫通穴３２，３４は所定の長さＬ対直径Ｄ比（縦横比）を有し、フィルタ１６を通過の後に開口角が減少される。こうして測定物１０は口径角をなす限界角αで決まる照明口径NAだけで照明される。従って測定技術的目的で測定物１０を映像処理センサ装置１２又はカメラで撮影するために、フィルタ１６の後方で測定物１０もしくは映像処理センサ装置１２又はカメラを互いに相対運動させることができ、照明体１４の移動は必要でない。その場合、貫通穴３２、３４の内面は、口径の拡大をもたらす反射が起こらないように形成されている。例えば内面を反射防止形の無光沢にすることができる。

貫通穴は任意の横断面、特に矩形、例えば正方形、又は円形の横断面とすることができる。

限界角α≦１０°、特にα≦３°、場合によっては≦１°であることが好ましい。長さと直径又は一辺の長さの比（縦横比）Ｈ：Ｂは少なくとも４：１ないし１０：１の範囲内でなければならない。該縦横比は５０：１≦Ｈ：Ｂ≦２：１、特にＨ：Ｂ≧１０であることが好ましい。

本発明を限定するものではないが、単なる一例として具体的数値を挙げれば、例えば貫通穴３２、３４は、２０ｍｍの長さＨと１ｍｍの直径又は一辺の長さＢ、又は６．５ｍｍの長さＨと１ｍｍの直径又は一辺の長さＢを有することができる。

換言すれば、本発明によって照明の口径（口径角α）は、使用される対物レンズ、即ちその光学口径に適応させられる。その場合、照明口径NAは対物レンズ口径に等しいか又はそれより小さくなければならない。対物レンズ口径の代表的な値は０．０２ないし０．８である。但しこれによって本発明を制限するものではない。

一般に照明口径ＮＡは下記の関係に基づき、貫通穴３２、３４の一辺の長さ又は直径Ｂとその長さＬの比によって調整される。
ＮＡ＝sin（arctan（Ｂ／Ｈ））

前記の値Ｂ＝１ｍｍ及びＨ＝２０ｍｍでの代表的な比から照明口径ＮＡは０．０５となる。これは倍率０．２の対物レンズ口径に相当する。倍率１０の対物レンズでは照明口径ＮＡ＝０．５となるから、前述の関係を考慮してＢ＝１ｍｍ及びＨ＝６．５ｍｍである。これらの値は単なる一例として挙げたものであり、本発明を限定するものではない。

本発明に係る座標測定装置による回転対称な又は大きな面積の測定物の測定を行うための原理的構成図である。

Claims (10)

1. 少なくとも１個の照明体（１４）と、光軸（３０）に沿って測定する対物レンズを備えた映像処理センサ装置（１２）とからなる、測定物（１０）の測定のための透過光照明式座標測定装置において、
   少なくとも１個の照明体（１４）が拡散光を放射するように形成され、照明体（１４）と測定物（１０）の間に、通路状の貫通穴（３２、３４）を備えたフィルタ（１６）が配置され、貫通穴（３２、３４）が光軸（３０）と平行であり、光軸（３０）に対する所定の限界角αより小さいビームを通すことを特徴とする座標測定装置。
2. 通路状の貫通穴（３２、３４）が対物レンズの光学口径に等しいか又はこれより小さい照明口径（ＮＡ）を有することを特徴とする請求項１に記載の座標測定装置。
3. 限界角αが、好ましくはα≦１０°、特にα≦３°、場合によってはα≦１°であることを特徴とする請求項２に記載の座標測定装置。
4. 照明口径（ＮＡ）が０．０３≦ＮＡ≦０．１８、特に０．０５≦ＮＡ≦０．１５であることを特徴とする請求項２に記載の座標測定装置。
5. フィルタが貫通穴（３２、３４）を有する特にセラミック製のハニカム体であることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の座標測定装置。
6. 貫通穴（３２、３４）が特に横断面が円形又は長方形、例えば正方形の筒形を有し、長さ（Ｈ）と直径又は一辺の長さ（Ｂ）の比が特に５０：１≦Ｈ：Ｂ≦２：１、特にＨ：Ｂ≧１０であることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の座標測定装置。
7. 照明体（１４）が平面放射体、例えばガラス板であり、これに又はその側面に光が入射されることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の座標測定装置。
8. ハニカム体の貫通穴（３２、３４）が円形又は多角形、特に矩形、例えば正方形の横断面を有することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の座標測定装置。
9. 貫通穴（３２、３４）が少なくとも４：１、好ましくは、少なくとも１０：１の口径比を有することを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の座標測定装置。
10. 貫通穴（３２、３４）の内側が反射防止形に形成されていることを特徴とする上記請求項の少なくとも１つに記載の座標測定装置。
    

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