JPH02147902A - 光学的探査ヘッドを備えた座標測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、座標測定機の測定腕に取イ・１けられた光学
的探査ヘッドを備えた座標測定ｊに閏する。

［従来の技術］ Ｍｔ％測定機において、測定しようとする工作物に必然
的に接触する、普通に用いられている機械的探査ヘッド
に代えて又はそれに加えて、測定しようとする幾何学的
要素を非接触的に把握することを可能にするいわゆる光
学的探査ヘッドを利用することは既に公知である。この
ために、基本的にいわゆる三角ｘ　ｉｔ法にしたがって
動作して点ごとに測定を行うところの光学的探査ヘッド
、及び、測定しようとする幾何学的要素のある程度完全
な像を記録して、同像をそれ自体公知の画像分析手「党
によって分析するところのいわゆる“ビデオスキャナー
“が組込まれている。

後者の型式のビデオ走査システムにおいて、測定しよう
とする対象物の細部の照射には特別の問題がある。とい
うのは、特に平滑ないし金属的な工作物の表面を十分な
コントラストをもって無反射的に照射するには、照射手
段が光を放射する時の角度を、使用された対物レンズの
焦点距離に適合させなければならないからである。この
ことは、多大なコストを費やして初めて可能である。そ
の上、使用された光源の大部分において、８１緘的座ｔ
ｓ測定機の意図せざる変形をもたらすところの損失熱が
発生する。

この【Ｘ８′Ｉ題を回避するために、ビデオスキャナー
に関連させて光学ｍ　１１のリング照明装置を座標測定
機に組込むことが既に提案されている。

例えば、米国特許第４７０６１６８号明細書には、この
種のビデオスキャナーを備えた座標測定機が記載されて
いる。しかしながらそこでは、リング照明装置へのエネ
ルギ供給は、不動に設置された光源から柔軟な光導波体
を介して行われている。使用された対物レンズの焦点距
離に照射角度を適合させるには、複イＬな調節機構が必
要である。さまざまな注視方向にビデオスキャナーを設
定することは、不可能である。

例えば三角測置スキャナー又はビデオスキャナーのよう
に、さまざまな注視方向を実現するために、光学的探査
ヘッドを、いわゆる回転−旋回−継手を介して、座標測
定機の測定腕に取付けることも既に提案されている。こ
のような探査システムは例えば米国特許第４６８８１８
４号明４ａＩ書に記載されている。しかしながら、この
公知の探査システムは非常に高値である。

なぜなら、比較的買置の大きいビデオスキャナーを高精
度に位置決めすることができる回転−族同一継手は、構
造的にも￥Ａ造技術的にも多大の費用を要するからであ
る。

［１ｉｌ際特許出願ＷＯ３７１０１７９８の明細書には
、ｔａ械内的探査ヘッド光学的探査ヘッドと交換するこ
とを可能にするスキャナー交換手段が記載されている。

しかしながらこの明ｍＷにおいては、光学的スキャナー
用の照射装置の形態に関しては何等言及されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、例えば探査システムのさまざまな動作
間隔又は直径又は注視方向を要件とするさまざまな測定
課題に簡単かつ迅速に適合させることができ、そしてそ
の場合に同測定課題に照射装置が常に最適に適合せしめ
られるところの、測定腕に取付けられた光学的探査ヘッ
ドを備える座ａ測定機を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この課題は、請求項１の上位概念に記載の光学的探査ヘ
ッドを備える座標測定機において、特徴事項に記載の方
策にしたがって、探査ヘッドには、交換可能な前面光学
系が備えられており、該前面光学系は、対物レンズ並び
に該対物レンズに適合せしめられた照射光学系を含み、
光導波体は交換面を越えて案内されていて、該交換面に
よって前面光学系が探査ヘッドに再現可能に保持されて
おり、そして交換面に光導波体の端部を低損失的に接続
するための手段が備えられていること、によって解決さ
れる。

この方策によって、光学的探査ヘッドの前面光学系を、
機械的探査ヘッドの探針と全く同様に、後で目盛定めす
ることなく簡単かつ迅速に自動的に交１負することが可
能となる。この場合照射装置は、同様に一緒に交換され
、したがって使用される対物レンズに常に適合せしめら
れている。照射のために光導波体を使用しているにもか
かわらず、四元導波体は前面光学系と探査ヘッドの残り
の部分との間の分離面を越えて案内されているために、
交換作業を自動化することができる。

それゆえ、探査ヘッドの照射装置は、測定腕の他端部に
有利にも断熱的に取付けられた光源からエネルギの供給
を受けるのであり、しかも光伝導ケーブルが、座標測定
機の測定領域において邪魔になることはない。

多数の種々の測定課題に対処するべく、さまざまな動作
間隔又はさまざまな直径又はさまざまな注視方向を持つ
対物レンズをイｒする複数の前面光学系を用意すること
は有利である０粍々の注視方向は、連続的に又は一定の
間隔で回転可能な保持手段を前面光学系のなめに備える
ことによっても、効果的に達成され得る。

さらに、探査ヘッドが、柔軟な屈曲部を介して座標測定
機の測定腕に支承されている場合には有利である。この
屈曲部は、１Ｂ突の保護として役立つのであって、例え
ば測定しようとする工作物との衝突によって探査ヘッド
が破壊することを予防する。

探査ヘッドの照射光学系は、さらに、探査ヘッドの対物
レンズの回りに配設された複数のコリメータを含み得る
。このコリメータは、暗領域照射に必要な角度をもって
、対物レンズの光軸線に対して光を放射する。このよう
にして、金属表面の段部を非常に良好に把握することが
できる。ここでは、各々のコリメータが１つの固有の光
導波体から光の供給を受け、そして、該光導波体が個別
に切り替え可能である場合には、特に有利である。なぜ
なら、それによって、一定の表面構造を明瞭にするか、
もしくは比較的鮮明に写し出すところの特定方向が照射
のために設定されるからである。

前面光学系の交換面近傍の光導波体の分かｊ位置におけ
る光損失を可能な限り小さく維持するには、光導波体の
端部がそこにおいて案内スリーブ内に収容されているこ
とが必要である。前面光学系自体の内部に含まれる光導
波体に対して中実横断面の光伝導棒を使用することも、
この同じ目的に寄与する。このようにして、複数の個別
繊維から成る２つの光導波体が端面側で上下に配置され
ている場合に発生していたくさび損失は回避される。

本発明のその池の利点は、添付図面の第１〜９図に基づ
いて、実施例についての以下の記載から明らかになる。

を実施例］ 第１図において、符号（１）で表された部分は５座標測
定機の垂直の主軸の下端部を示している。主軸（１）の
四角形の横断面は、そこにおいて比較的大きな直径を有
する環状の鍔（３１）に移行しており、同鍔は、内側に
おいて１２０”の角度間隔で３個のボール対を支持して
おり、同ボール対の上には、中間部材（２）が、３つの
半径方向に突出するシリンダ（４ａ〜Ｃ）をもって位置
している。第１図の表示においては、前記ボール対の２
１Ｗのボールだけが示されている。前記３つのシリンダ
（４ａ〜Ｃ）と３つのボール対によって構成された３点
支承部は街突保設に役立つ。

中間部材（２）の中心には、鏡胴管（５）が取付けられ
ており、同鏡胴管上にはビデオカメラ（６）が設置され
ている。このビデオカメラ（６）は、ケーシング部分（
２）及び（１０）から成る光学的探査ヘッドのセンサー
であり、同ビデオカメラ（６）の接続線は、中空の主軸
（１）の内側を通して案内されている。同様に主軸を通
して、５本の光導波体（９ａ〜Ｃ）が案内されており、
第１Ｑの表示においては、その内の３本の光導波体、即
ち光導波体（９ａ。

９ｂ、９ｅ）が示されている。この光導波体は、柔軟な
ファイバーケーブルから成り、そして第９図に示されて
いるように、主軸（１）の上端部に断熱的に取付けられ
た光源（４１）から光の供給を受けている。

光導波体（９ｅ）は、第２図の表示から明らかなように
、中間部材（２）において固定スリーブ（２９ｅ）内で
終了している。同光導波体から出る光は、ｊｆｌ　（２
２）において方向転換した後、コレクター（２３）を介
して案内され、鏡胴管（５）内の分割鏡（ビームスプリ
ッタ）（７）によって観察光伝送路に内に反射せしめら
れ、そして測定しようとする対象物の明領域照射のため
に利用される。

その他の４つの光導波体（９ａ〜ｄ）は、中間部材（２
）の底面の軸方向にばね付勢された案内スリーブ（１１
ａ〜ｄ）内において終了している。さらに中間部Ｎ（２
）の底面は２そこに交換可能に保持された以下で説明さ
れる前面光学系のための交換面を怠味している。

第１図の表示において中間部材（２）に設置された前面
光学系は、そのゲージング（１０）の上面において３個
のボール対（１２ａ〜Ｃ）を支持しており、同ボール対
は、中間部材（２）の底面に埋設された３つのシリンダ
（８ａ。

８ｂ、８ｃ）上にあって、ケーシング（１０）を一義的
に位置決めする。ケーシング（１０）の内側では、中間
部材（２）内の鏡胴管（５）の延長部において第２のｊ
Ａ　ＩＩ管（１５）が把持されており、同鏡胴管は、そ
の底面において前面光学系の対物レンズ（１８）を担持
している。

この対物レンズ（１８）の周囲には、９０°の角度間隔
において、４つのコリメータレンズ　（１７ａ〜ｄ）川
の４つのソケット（２０ａ　−（１）が埋設されている
。このコリメータは、その軸線が、対物レンズ（１８）
の光軸線と、対象物平面内において、暗ｆｌ域照射のた
めに選択された角度αで交差するように方向付番プされ
ている。

コリメータ（１７ａ〜ｄ）は、４つの光導波体（１３ａ
〜１３ｄ）の終端面から出る光で、測定しようとする対
象物を照射する。光線を方向転換させるために、光導波
体の終端面にはそれぞれプリズム（１６ａ〜１６ｄ）が
装着されている。光導波体（１３ａ〜１３ｄ）は、半硬
質のプラスチック棒であり、その他端部は、それぞれケ
ーシング（１０）の上面のソケット　（１４ａ　−ｄ　
）に通じている。第５ａ図の拡大された表示から理解さ
れるように、このソケット（１４）は内側において（値
かに面取りされており、その結果柔軟な光導波体（９ａ
〜ｄ）が供給側からその内部に進入するところの案内ス
リーブ（１１）の同心状の外表面は、その面取り部にお
いて、交換に際してその都度確実に収容される。ばね（
３２ａ）は、第５ａ図に示された光導波体連結部の２つ
の止めリング（３１ａ。

３０ａ）と関連して、交換に際しての確実な連結に寄与
する。

ケーシング（１０）内の半硬質の光伝導棒（１３ａ）の
コアは、第５Ｃ図の断面図において明らかなように中実
材料から成る。これによって、個別の繊維から成る供給
側の柔軟な光導波体（９）（第５ｂ図参＋ｒｒｌ　）か
ら出る光線は、弱められることなく光導波体（１３ａ）
内に入るようになる。それゆえくさび損失は発生しない
。

前面光学系のケーシング（１０）を中間部材（２）の底
面の３点支承部（１２／８）内に引き込むところの保持
力は、中間部材（２）内の３つの電磁石によって与えら
れる。第２図の表示においては、１つの電磁石（２３ａ
）が示されている。

第９図に示された座標測定機における第１図に示された
前面光学系の注視方向は、測定台の表面に向かって下方
に垂直である。工作物の表面に対して別の注視方向を必
要とするところの測定課題を達成するために、中間部材
（２）の底面の３点支承部（８ａ）の調節に関連して種
々の角度において、対物レンズがビデオカメラ（６）の
光軸線に対して直角に曲げられているところの複数の前
面光学系が用意されている。

このような前面光学系は第４図に示されている。

ここに、対物レンズ（１１８）とビデオカメラ（６）間
の光伝送路中の方向転換鏡＜１２１）はａＸ光伝送路を
方向転換、させるために利用される。その他の構成要素
は、第１図の前面光学系の構成要素と同−又は類似的に
構成されている０分割位置において重なり合っている光
導波体を９０°一対称にすることにより、中間部材（２
）の底面に３点支承部川のシリンダを追加的に３０°間
隔で設けた場合には、同一の前面光学系（１１０）が４
つの異なる方向、即ちＸ。

−Ｘ、Ｙ、−Ｙ方向において機能し得ることになる。

前面光学系のケーシング（１１０）において半硬質の光
伝導棒（１１３ａ〜ｄ）に代えて柔軟な光導波体を使用
し、そしてくさび損失の発生を許容するならば１例えば
Ｍ線（１２５）で示された箇所に＋　ｎｊｉ面光学系（
１１０）の下部を限定された角度範囲で回転可能とする
回転軸受を取付けることによって、様々な注視方向を実
現させることができる。

第８図に簡単に示したように交換箇所を構成した場合に
は１回転角度を１ｔ１１１限しない連続的な回転が可能
である。ここに、前面光学系のケーシングの上面は、２
つの相互に回転可能な部分から成る。外側リング（３１
０）は、符号（３１２ａ　”　ｃ　）で表された３点支
承部を担持する。

内側リング（３１１）には前面光学系が全体として取付
けられている６回転軸受は２重線（３１４）で示唆され
ている。

内側リング（３１１）には、光学繊維の光導波体（３１
３）の展開された端部が、円形に配置されるとともに、
その端部をもって、同様に円形に配置された１つ又は複
数の供給側光導波体の対応する端部と向き合っている。

このようにして、供給側光導波体から前面光学系への光
の伝送を任意の角度位置において保証する光学的スリー
ｌブリングが生ずる。ここにおいても、光導波体の端面
により構成される円環の個々の部分は、照射の特定方向
を調節可能とするために、供給側において及び／又は前
面光学系間において、別々に切り替え可能ないし別々に
配設され得る。

第６図には本発明の他の、実施例が示されている。この
実施例は、特に孔又は他の狭い工作物の開口の内部にお
けるビデオ技術的な測定に適している。このために、第
１図の中間部材（２）に対して、そこに示された前面光
学系（１０）に代えて内視鏡ないしテクノスコープの形
りの前面光学系（２１５）が装着されている。このテク
ノスコープ（２１５）は保持板（２１０）の中心に取付
けられており、同保持板は、その上面において、第１図
の前面光学系（ｌＯ）のように３つのボール対から成る
３点支承部を担持している。内視鏡（２１５）を中間部
材（２）の内側の鏡胴管に連結せしめる前記板（２１０
）の鏡胴管内には、補助光学系（２１６）が取付けられ
ている。この補助光学系は、内視鏡の末端の対物レンズ
（２１８）によって描かれた像をブレビカメラ（６）の
感光面上に結像させるために寄与する。内視ｍ　（２１
５）の光伝導接続線（２２３＞は板（２１０）の上面側
のスリーブ（２１４）上に設置されている。このスリー
ブ＜２１４）は、第１図のスリーブ（１４ａ）と同様に
して、中間部材く２）内の案内スリーブ（ｌｌａ）とル
ーするとともに、光導波体（２２３）を供給側の光導波
体（３ａ）に低損失的に接続する。様々な軸線方向を有
する孔であっても測定できるようにするために、それぞ
れ対応する別の板（２１０）に、直線の軸部（２１７）
の代わりに屈曲した軸部を有する別の内視鏡が備えられ
ている。このような軸部（２２７）は第７図に例示的に
示されている。

この場合には、ある特定の測定課題のために、調べよう
とする孔に対応して屈曲された複数の内視鏡を備える必
要数の保持板（２１０）を用意しておいて、同保持板を
、８！誠的な探針と類似の方法で、座６測定機の測定腕
に残された探査ヘッドの一部分に対して自動的に置き換
えることができる０時として、内視鏡ないしテクノスコ
ープの対物レンズは、末端部において交換可能であるた
めに、この場合は池の焦点距離ないし他の注視方向を有
する対物レンズとの交換も更に追加的に可能である。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、座標測定機の測定腕における光学的探査ヘッ
ドの第１の実施例の断面図、第２図は、第１１２のホル
ダー（２）の別の面における断面図、第３図は、第１図
の線ＩＩＩ−ＩＩ＋に沿った前面光学系（１０）の断面
図、第４図は、屈曲された注視方向を持つ前面光学系を
備えた第１図の探査ヘッドの図、第５ａ図は、第１図に
記載の探査ヘッドの１つの光導波体の、交換面の領域に
おける拡大断面図、第５ｂ、５ｃ図は、第５ａ図の光等
波体（９ａ）ないしく１３ａ）の断面図、第６図は、座
標測定機の測定腕における本発明の光学的探査ヘッドの
別の実施例の図、第７図は、第６図の前面光学系の１部
分の択一的な実施形ＩＢの図、第８図は、本発明の別の
実施例における探査ヘッドの交換面の゛ド面図、第９図
は、第１図に示された探査ヘッドを備える座標測定機の
簡単な原理略図である。 ９　ａ　〜９　ｂ　；　１３　ａ　〜１３　（１−光導
波体。 １０；　１１０；２１５；２２５・・・前面光学系、１
１ａ〜ｌｉｄ・・・案内スリーブ、１４・・・ソケット
、　ｌ　７ａ　〜１１ｄ−コリメータ、１８：１１８　
；　２　］、　８　：　２２８・・・対１勿レンズ日９
，２ 】ｂ Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、座標測定機の測定腕に取付けられた光学的探査ヘッ
   ドを備えた座標測定機であって、前記探査ヘッドは、光
   導波体を通じて光の供給を受ける照射装置を有するもの
   において、前記探査ヘッドには、交換可能な前面光学系
   （１０）が備えられており、該前面光学系は、対物レン
   ズ（１８）並びに該対物レンズに適合せしめられた照射
   光学系（１７）を含み、前記光導波体（９ａ〜ｄ、１３
   ａ〜ｄ）は交換面を越えて案内されていて、該交換面に
   よって前記前面光学系が前記探査ヘッドに再現可能に保
   持されており、そして前記交換面に前記光導波体の端部
   を低損失的に接続するための手段（１１／１４）が備え
   られていることを特徴とする、光学的探査ヘッドを備え
   た座標測定機。 ２、相互に交換可能な複数の前面光学系（１０；１１０
   ；２１５；２２５）が用意されていて、該前面光学系は
   、異なる動作間隔又は異なる直径又は異なる注視方向を
   備える対物レンズ（１８；１１８；２１８；２２８）を
   有する、請求項１記載の座標測定機。 ３、前記前面光学系（１０）のために、連続的に又は一
   定の間隔で回転可能な保持手段が備えられている、請求
   項１記載の座標測定機。 ４、前記照射光学系は、前記前面光学系（１０）の前記
   対物レンズ（１８）の回りに配設された複数のコリメー
   タ（１７ａ〜ｄ）を含んでおり、該コリメータは、暗領
   域照射に必要な角度をもって前記対物レンズの光軸線に
   対して光を放射し、該コリメータ（１７ａ〜ｄ）の各々
   は１つの固有の光導波体（９ａ〜ｄ）から光の供給を受
   けるのであって、該光導波体は個別に切り替え可能であ
   り、そして該光導波体（９ａ〜ｄ）の端部は前記交換面
   において案内スリーブ（１１ａ〜ｄ）内に収容されてい
   る、請求項１記載の座標測定機。