WO2006114165A1 - Device and method for the optical measurement of objects to be measured - Google Patents

Device and method for the optical measurement of objects to be measured Download PDF

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WO2006114165A1
WO2006114165A1 PCT/EP2006/002366 EP2006002366W WO2006114165A1 WO 2006114165 A1 WO2006114165 A1 WO 2006114165A1 EP 2006002366 W EP2006002366 W EP 2006002366W WO 2006114165 A1 WO2006114165 A1 WO 2006114165A1
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WO
WIPO (PCT)
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measuring
illumination
measurement
data
light
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/002366
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dietmar Ernst
Wolfhard Bohm
Konrad Friedrich
Holger Hage
Original Assignee
Mahr Okm Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahr Okm Gmbh filed Critical Mahr Okm Gmbh
Publication of WO2006114165A1 publication Critical patent/WO2006114165A1/en

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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

Definitions

  • the invention relates to a measuring device and a measuring method, each for the optical measurement of measuring objects under suitable lighting.
  • a surface contour can be detected with a camera if the distance between the object and the camera is continuous. ierlich or in steps is changed and for each distance value is assigned to each sharp image areas of just current distance value.
  • a pattern can be projected onto the measurement object whose distortion caused by the shape of the measurement object then provides information about the shape of the measurement object.
  • the measurement object must be provided with unstructured, e.g. illuminated by diffused light.
  • the measurement object is illuminated with structured light, for example a line or grid pattern.
  • the illumination of the test object can have a significant impact on the quality of the image acquisition. Therefore, it has already been considered to light sources that serve to illuminate a measurement object to store movable in order to set the optimal lighting position for each measurement can. However, this requires a certain skill of the operator. In the worst case, a wrongly adjusted illumination can lead to incorrect measurements, or at least to measurement uncertainties.
  • the measuring device contains a lighting device, which is carried by a positioning device.
  • a control device moves the illumination device by corresponding actuation of the positioning device in accordance with predetermined data assigned to the measurement object.
  • the measuring direction can be used in particular, for example, to measure tools, such as milling tools, which are described by a record.
  • the data record may have been created in CAD, for example. From the geometry of the measurement object, ie, for example, the cutting tool, the desired illumination data can now be determined. In the preferred case, this is done automatically by a program or program part that extracts the illumination data from the CAD data set. Alternatively it can be provided that the data describing the illumination, which belong to the measurement object, are created manually in advance. It is also possible to provide that the machine-generated data be changed manually.
  • the data associated with the measurement object for controlling the illumination when carrying out the measurement process can be kept ready as a data set in the control device.
  • the control device for example a suitable computer with conventional storage medium, such as a hard disk or the like, can keep the data sets of several different measurement objects, for example in a database, on demand.
  • the data records can contain further data for carrying out a measurement procedure. In order to measure a measurement object, it is merely necessary to call up and activate the data set associated with the measurement object from the database in order to control the measurement procedure, including the illumination of the measurement object.
  • the data record for a measurement object can also be kept ready on a separate data carrier, such as a CD-ROM, floppy disk or the like, and used as a basis for the measurement procedure. For example, one after the other If several measuring objects of the same type, for example milling cutters or drills of the same design and size, are measured, these are also assigned the same data set. After activating the data set, for example by reading it into the computer or by calling it from a memory, the measuring objects in question can be measured one after the other without resetting the measuring device.
  • a separate data carrier such as a CD-ROM, floppy disk or the like
  • the data set can alternatively be provided via a remote data connection, for example in the context of a local network or via the Internet.
  • the measurement reliability can be increased.
  • the data relating to the illumination describe at least the spatial direction with which the illumination is aligned in relation to the measurement object. Furthermore, the data may be directed, for example, to the luminous intensity or other characteristics of the illumination.
  • the illumination device is preferably connected to the measuring head. Positioning of the measuring head thus always results in positioning of the illumination device.
  • the positioning device carrying the illumination device is preferably arranged between the measurement head and the illumination device, so that the illumination device can be aligned with the measurement object while the measurement head otherwise rests.
  • the illumination device has at least two light exit openings arranged substantially opposite each other. This makes it possible to illuminate the rake surface and the free surface of a measuring object indepen- dently of one another. ⁇
  • Each light exit opening is preferably associated with at least one light source, for example a light-emitting diode.
  • a white light LED can be used here.
  • the illumination device is preferably designed such that it emits light directed along an illumination axis, preferably with a small opening angle.
  • the luminance is preferably determined according to a Gaussian distribution.
  • the illumination device can have a plurality of light-emitting diodes or other light sources for each illumination direction (illumination axis). This makes it possible to achieve an enlargement of the illuminated field of view.
  • the positioning device allows a movement of the illumination device preferably at least about an axis of rotation, which coincides with the optical axis of the measuring head.
  • the illumination axis can always be aligned, if necessary, substantially at right angles to a cutting edge to be measured, lying transversely in the field of view of the camera.
  • the positioning device preferably has at least one pivot axis, which is directed transversely to the optical axis of the measuring head. This allows the lighting device if necessary be pivoted so • that as much reflected by the measured object light in the Measuring head falls.
  • at least one second Sch.wenkach.se is provided for moving the positioning, said second pivot axis is in turn preferably aligned parallel to the first pivot axis. This allows the lighting to be adjusted even more finely to the given conditions predetermined by the measured object.
  • the pivot axes as well as the rotation axis are preferably each assigned a remotely controllable drive, which is controlled by the control device according to the data associated with the measurement object in order to set up the illumination as desired.
  • the illumination device is preferably guided by the positioning device such that the light beams emanating from the illumination device and reflected by the surface of the measurement object are directed substantially parallel to the optical axis of the measuring head. This results in a high light output. You can work with relatively low-light lighting equipment.
  • a focusing method is preferably used as the measuring method, in which only those areas of a measuring object which are located in a measuring plane are sharply imaged and recorded by a camera.
  • the measuring plane is directed transversely to the optical axis of the lens of the measuring head.
  • each sharp-focused pixel is assigned to each of the current distance value between the measuring plane and lens.
  • the lighting device can work with continuous light. It is also possible to pulse the lighting if necessary. This can be part of the data used to control the lighting.
  • the data controlling the positioning device then carry corresponding information via an actuation of the positioning device during the measuring procedure. Such positioning can be done in stages or continuously. It is furthermore possible to repeat a measurement run in which the object surface is guided through the measurement plane one or more times with different illuminations, ie to carry out the measurement in several passes.
  • the data controlling such a measuring process in particular with regard to the lighting, can be pre-determined determined and held ready as a record for measuring a given measurement object.
  • the present invention makes it possible to carry out complicated workpieces and critical measurement processes reliably and without special knowledge of the operator.
  • FIG. 1 shows a measuring device according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows the measuring head and a part of the test object in a schematic principle representation
  • FIG. 3 shows the measurement object according to FIG. 2 and its illumination in a schematic representation
  • FIG. 4 is a schematic representation of the measurement object and the illumination axes of its illumination device from the perspective of the measuring head;
  • FIG. 5 shows the illumination of a test object with a curved surface in a schematic principle illustration.
  • Figure 1 illustrates a measuring device 1 in the measurement of a cutting tool 2, which forms the measuring object 3 here.
  • the measuring device 1 has an optical measuring head 4 with a lens 5 and not further illustrated components for mounting, storage, guidance and targeted movement of the measuring head 4 of the objective 5 and the measuring object 3.
  • a lighting device 6, which serves to illuminate the region of interest of the measuring object 3, is held on the measuring head 4.
  • the lighting device 6 is supported by a positioning device 7 with the aid of which it is movable relative to the measuring head 4 and relative to the measuring object 3.
  • the direction of the object illumination can be set in a targeted manner.
  • Measuring head 4 supplied data is a control device 8, for example in the form of a computer 9 with the usual components and an input device 10 and a display device 11 is provided.
  • the input device 10 may be a keyboard and the display device 11 a screen.
  • the computer 9 is preferably a PC with processing means and mass storage.
  • the lighting device 6 includes at least one, but preferably two lights 12, 13, each having a Lichtaustrittso réelle 14, 15.
  • the light outlet openings 14, 15 are directed towards the region of interest of the measurement object 3 in the field of view of the objective 5.
  • the luminaires 12, 13 are, for example, LED luminaires, which in each case comprise one or possibly also a plurality of high-intensity light-emitting diodes, for example white-light LEDs or also colored LEDs.
  • the lights 12, 13 are arranged substantially opposite one another, ie they lie on two diametrically opposite positions with respect to an optical axis 16 fixed by the objective 5.
  • Both lamps 12, 13 emit their light toward the optical axis 16 and in each case generate a light spot which lies at the optical axis 16 , Illuminated by the lens 5 sharply imaged area of an imaginary measuring plane.
  • the lights 12, 13 preferably each give off a light beam with a small opening width and approximately Gaussian luminance distribution. In the simplest case, the light emitted directly by the LEDs is used without the aid of further optical elements. If necessary, however, additional lenses, mirrors or the like can be used to produce a nearly parallel light beam for illuminating the measuring object 3.
  • the measuring device 1 according to Figure 1 is illustrated again schematically.
  • the positioning device 7 is connected directly to the objective 5, wherein it also differs therefrom with a measuring head
  • the positioning device 7 comprises for each lamp 12, 13 each have an arm 17, 18 which carries the lamp 12, 13.
  • the arm 17 is subdivided into an upper part 17a connected to the objective 5 and into a lower part 17b connected to the lamp 12. Accordingly, the arm 18 is divided into the parts 18a, 18b.
  • the carrier 5a is mounted so that it can rotate around the optical axis 16, so that the optical axis 16 simultaneously marks an axis of rotation.
  • a not further illustrated engine is used by the control device 8 is controlled and belongs to the positioning device 7.
  • a not further illustrated, preferably electric drive controls a pivoting of the part 17 a about a pivot axis 19, which is directed transversely to the optical axis 16 and passes at a radial distance to this at her.
  • the part 18a is mounted pivotably on a pivot axis 20 lying opposite the axis 19 and preferably parallel to it.
  • a corresponding drive for example an electric servomotor, is connected to the control device 8 like the aforementioned motors for the carrier 5a and the part 17a.
  • the pivot axes 19, 20 form first pivot axes, which are arranged at radially equal distances from the optical axis 16.
  • the pivot axes 21, 22 are again actuators, e.g. electric servomotors, assigned, which are controlled by the control device 8.
  • the actuators of the rotation axis and the pivot axes 19 to 22 are preferably position-controlled or position-controlled drives, such as servomotor drives or stepping motor drives, via which the control device 8, the respective position of the lamp 12, 13 and the alignment of their illumination axis 23, 24 can set as desired.
  • the data may contain information about the desired measurement procedure. In any case, however, they contain information about the desired setting of the illumination device 6 for the measurement object 3.
  • the data contains information at least about the spatial orientation of the illumination axes 23, 24, ie the spatial positioning of the rotation axis and the pivot axes 19, 21 and 20, 22 ,
  • the data may be present as a data record in a database which is present in the computer 9, for example on its hard disk.
  • the corresponding data record can be made available to the computer 9 via a data medium, such as a floppy disk, a removable disk, a CD-ROM or a DVD or other suitable data carriers, and entered into the latter.
  • the computer 9 can be connected via a line 25 or another data connection to an external data memory or a computer network (LAN or Internet) or another data source. It then receives the dataset belonging to the measurement object 3 via the line 25. Automatically or via the input device 10, the corresponding data set can be activated in order to bring the illumination device 6 into the predetermined position before carrying out the pending measurement task.
  • This position has preferably already been defined during the design of the measurement object and thus forms part of a comprehensive data record describing the measurement object 3.
  • This data set may have been created, for example, during the creation of a data model of the measurement object 3, for example in the context of the CAD, prior to its production.
  • This dataset or at least parts of it accompany the measurement Project 3 then on its way to industrial application.
  • the cutting tool 2 then contains entries in a database or data sets held on a separate data carrier or available via computer network, which control the measuring machine when measuring the same or at least the illumination device 6.
  • the acquisition of such a data record for controlling the illumination device 6 can take place manually.
  • data acquisition is preferably carried out automatically, e.g. performed during the CAD design of the cutting tool 2. It is e.g. to assume in advance that the measuring task results in "optical measurement of the circumferential cutting edges of the cutting tool 2."
  • the cutting tool 2 is positioned in the field of view of the objective 5, as illustrated in FIG 16 approximately intersects the peripheral cutting edge 26 to be measured This is illustrated in Figure 2.
  • the peripheral cutting edge 26 is followed by a side on one side
  • Measuring plane M is the plane on which the optical axis 16 is perpendicular and in which a defined by the lens focus point F is located. To carry out the measurement the measuring object 3 and the measuring plane M are adjusted relative to each other. Regardless of the lights 12, 13 are aligned according to the inclination of the free surface 27 and the clamping surface 28 or the cutting edge phase 29. To determine the position of the luminaire 12 and / or 13, the solder L 1 and L 2 are respectively precipitated on the area of interest.
  • the lights 12, 13 are preferably arranged so that their illumination axes 23, 24, as illustrated in FIG. 4, are oriented substantially perpendicular to the peripheral cutting edge 26 (or at a corresponding other cutting edge) from the viewpoint of the objective 5.
  • the measuring device 1 described so far operates as follows: For measuring the cutting tool 2, this is, as indicated schematically in Figure 1, placed on a not further illustrated receptacle, so that its means or axis of rotation 30 is aligned transversely to the optical axis 16. Instead of the cutting edge 26 of the cutting edge, cutting edges of the cutting tool 2 should be measured, whereas the cutting tool 2 is placed so that its center or axis of rotation 30 coincides with the optical axis 16 or is oriented parallel thereto. In any case, the lens 5 looks at the cutting edge of interest approximately as illustrated in FIG. It covers the entire cutting edge or a part of it.
  • the data record relating to the cutting tool 2 is now called on the computer 9. This is obtained, for example, via a database system stored on the hard disk of the computer 9 and resident data there. The data may also be provided via a data link such as line 25 or a volume associated with the cutting tool 2 or tool type.
  • the computer 9 is provided with corresponding drives.
  • the computer 9 After calling the data set belonging to the cutting tool 2, the computer 9 supplies corresponding positioning commands to the positioning device 7, which moves the lights 12, 13 into positions specified by the data record and specific to the cutting tool 2 and the respective measuring task. These are, as indicated in FIGS. 3 and 4, oriented in such a way that light reflected by the cutting tool 2 is substantially removed. borrowed parallel to the optical axis 16 to the lens 5 runs.
  • a so-called focus-seeking method is used.
  • the measuring plane M when the cutting edge 26 is to be measured, for example, initially moved to the illustrated in Figure 3 lower position. In this only those areas of the cutting tool 2 are shown sharply, which are in the measurement plane M.
  • the camera connected to the objective 5 now assigns the Z-position (ie position along the optical axis 16) of the measuring plane M to the pixels shown in sharp focus.
  • the objective 5 and / or the cutting tool 2 are adjusted in relation to each other in such a way that the measuring plane M is moved ever closer to the cutting edge 26 and beyond it.
  • pictures are taken continuously while the respective sharp Z pixels are assigned the respective current Z position.
  • the surface of the cutting tool 2 reflects the light of the lamps 12, 13 substantially parallel to the optical axis 16 to the objective 5 ,
  • FIG. 5 illustrates an extended embodiment for measuring a measuring object 3, in particular for the. Case that it has a more curved surface 31.
  • Various positions of the measuring plane M can here be assigned to different positions of the lamps 12, 13, which are each distinguished by a letter index in FIG.

Abstract

The invention relates to a measuring device provided with an illuminating device (6), the at least one light (12) thereof being displaceable into different positions by means of a positioning device (7). Said measuring device (1) also comprises a control device (8) for controlling the positioning device (7). Data for determining the position of the light (12) is provided in the control device (8) or supplied thereto. Said data relates to the measuring object and is activated before carrying out a measurement. The control device (8) adjusts the respective desired illumination position for each measuring object (3) in as optimum a manner as possible. This can be achieved by the preliminary provision of data, for example during the computer-aided design of machining tools that subsequently form the object to be measured (3). The data of the objects to be measured is then collected, and the data for controlling the measuring device, especially for adjusting the illuminating device, is prepared. Preferably, said data is automatically generated, for example, by a program.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum optischen Vermessen von Mess- obi ektenDevice and method for the optical measurement of measurement obj ekten
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung sowie ein Messverfahren, jeweils zur optischen Vermessung von Mess- Objekten unter geeigneter Beleuchtung.The invention relates to a measuring device and a measuring method, each for the optical measurement of measuring objects under suitable lighting.
Zum optischen Messen von Messobjekten sind verschiedene optische Messverfahren bekannt, die beispielsweise der DE 100 30 809 Al entnommen werden können. Beispielsweise kann eine Oberflächenkontur mit einer Kamera erfasst werden, wenn der Abstand zwischen Objekt und Kamera kontinu- ierlich oder in Schritten verändert wird und für jeden Abstandswert den jeweils scharfen Bildbereichen der gerade aktuelle Abstandswert zugeordnet wird. Alternativ kann auf das Messobjekt ein Muster projiziert werden, dessen von der Form des Messobjekts verursachte Verzerrung dann Auskunft über die Form des Messobjekts gibt.For the optical measurement of measuring objects, various optical measuring methods are known which can be found, for example, in DE 100 30 809 A1. For example, a surface contour can be detected with a camera if the distance between the object and the camera is continuous. ierlich or in steps is changed and for each distance value is assigned to each sharp image areas of just current distance value. Alternatively, a pattern can be projected onto the measurement object whose distortion caused by the shape of the measurement object then provides information about the shape of the measurement object.
Für das erstgenannte Verfahren muss das Messobjekt mit unstrukturiertem, z.B. diffusem Licht beleuchtet werden. Für das zweitgenannte Verfahren wird das Messobjekt mit strukturiertem Licht, beispielsweise einem Linien- oder Gittermuster beleuchtet .For the former method, the measurement object must be provided with unstructured, e.g. illuminated by diffused light. For the second-mentioned method, the measurement object is illuminated with structured light, for example a line or grid pattern.
Die Beleuchtung des Messobjekts kann erhebliche Bedeu- tung für die Qualität der Bildaufnahme haben. Es ist deshalb bereits darüber nachgedacht worden, Lichtquellen, die zur Beleuchtung eines Messobjekts dienen, beweglich zu lagern, um für jede Messung die jeweils optimale Beleuchtungsposition einstellen zu können. Dies erfordert jedoch ein gewisses Geschick des Bedieners . Im schlimmsten Fall kann eine falsch eingestellte Beleuchtung zu Fehlmessungen, mindestens aber zu Messwertunsicherheiten, führen.The illumination of the test object can have a significant impact on the quality of the image acquisition. Therefore, it has already been considered to light sources that serve to illuminate a measurement object to store movable in order to set the optimal lighting position for each measurement can. However, this requires a certain skill of the operator. In the worst case, a wrongly adjusted illumination can lead to incorrect measurements, or at least to measurement uncertainties.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Messeinrichtung sowie ein Messverfahren anzugeben, mit denen es möglich wird, die Messsicherheit zu erhöhen.On this basis, it is an object of the invention to provide a measuring device and a measuring method, with which it is possible to increase the measurement reliability.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung enthält eine Beleuchtungseinrichtung, die von einer Positioniereinrichtung getragen ist. Eine Steuereinrichtung bewegt die Beleuchtungseinrichtung durch entsprechende Betätigung der Positioniereinrichtung entsprechend vorgegebener, dem Messobjekt zugeordneter Daten. Dies bedeutet, dass die Messein- richtung insbesondere dazu verwendet werden kann, beispielsweise Werkzeuge, z.B. Fräswerkzeuge zu vermessen, die durch einen Datensatz beschrieben werden. Der Datensatz kann beispielsweise im CAD erstellt worden sein. Aus der Geometrie des Messobjekts, d.h. beispielsweise des Zerspanungswerkzeugs, können nun die gewünschten Beleuchtungs- daten ermittelt werden. Im bevorzugten Fall geschieht dies automatisch durch ein Programm oder Programmteil, das oder der die Beleuchtungsdaten aus dem CAD-Datensatz extrahie- ren. Alternativ kann vorgesehen werden, dass die die Beleuchtung beschreibenden Daten, die zu dem Messobjekt gehören, vorab manuell erstellt werden. Außerdem ist es -möglich, vorzusehen, dass die maschinell erstellten Daten manuell verändert werden.The measuring device according to the invention contains a lighting device, which is carried by a positioning device. A control device moves the illumination device by corresponding actuation of the positioning device in accordance with predetermined data assigned to the measurement object. This means that the measuring direction can be used in particular, for example, to measure tools, such as milling tools, which are described by a record. The data record may have been created in CAD, for example. From the geometry of the measurement object, ie, for example, the cutting tool, the desired illumination data can now be determined. In the preferred case, this is done automatically by a program or program part that extracts the illumination data from the CAD data set. Alternatively it can be provided that the data describing the illumination, which belong to the measurement object, are created manually in advance. It is also possible to provide that the machine-generated data be changed manually.
Die dem Messobjekt zugeordneten Daten zur Steuerung der Beleuchtung bei Durchführung des Messvorgangs können als Datensatz in der Steuereinrichtung bereit gehalten werden. Die Steuereinrichtung, beispielsweise ein geeigneter Computer mit üblichem Speichermedium, wie Festplatte oder dergleichen, kann die Datensätze mehrerer verschiedener Messobjekte, beispielsweise in einer Datenbank, auf Abruf bereit halten. Die Datensätze können neben den Beleuchtungsdaten weitere Daten zur Durchführung eines Messablaufs beinhalten. Zur Vermessung eines Messobjekts muss lediglich aus der Datenbank der zu dem Messobjekt gehörige Datensatz aufgerufen und aktiviert werden, um den Messablauf einschließlich der Beleuchtung des Messobjekts zu steuern.The data associated with the measurement object for controlling the illumination when carrying out the measurement process can be kept ready as a data set in the control device. The control device, for example a suitable computer with conventional storage medium, such as a hard disk or the like, can keep the data sets of several different measurement objects, for example in a database, on demand. In addition to the illumination data, the data records can contain further data for carrying out a measurement procedure. In order to measure a measurement object, it is merely necessary to call up and activate the data set associated with the measurement object from the database in order to control the measurement procedure, including the illumination of the measurement object.
Alternativ kann der Datensatz für ein Messobjekt auch auf einem gesonderten Datenträger, wie CD-Rom, Diskette oder dergleichen, bereit gehalten und dem Messablauf zugrunde gelegt werden. Sollen beispielsweise nacheinander mehrere Messobjekte ein und desselben Typs, beispielsweise Fräser oder Bohrer ein und derselben Bauart und Größe, vermessen werden, ist diesen auch der gleiche Datensatz zugeordnet. Nach Aktivierung des Datensatzes, beispielsweise durch Einlesen desselben in den Computer oder durch Aufruf aus einem Speicher, können die betreffenden Messobjekte nacheinander, ohne Neueinstellung der MesSeinrichtung vermessen werden.Alternatively, the data record for a measurement object can also be kept ready on a separate data carrier, such as a CD-ROM, floppy disk or the like, and used as a basis for the measurement procedure. For example, one after the other If several measuring objects of the same type, for example milling cutters or drills of the same design and size, are measured, these are also assigned the same data set. After activating the data set, for example by reading it into the computer or by calling it from a memory, the measuring objects in question can be measured one after the other without resetting the measuring device.
Der Datensatz kann alternativ über eine Datenfernverbindung, beispielsweise im Rahmen eines lokalen Netzwerks oder über das Internet bereit gestellt werden.The data set can alternatively be provided via a remote data connection, for example in the context of a local network or via the Internet.
Durch die feste Zuordnung zwischen Messobjekt und Da- ten, die zumindest die Beleuchtung des Messobjekts während des Messvorgangs, möglicherweise aber auch weitere den Messablauf betreffende Daten beinhalten und automatische Zugrundelegung dieser Daten bei einem Messvorgang, kann die Messsicherheit erhöht werden. Die die Beleuchtung betref- fenden Daten beschreiben zumindest die Raumrichtung, mit der die Beleuchtung in Bezug auf das Messobjekt ausgerichtet wird. Des Weiteren können die Daten beispielsweise auf die Lichtstärke oder andere Eigenschaften der Beleuchtung gerichtet sein.Due to the fixed association between the object to be measured and data, which at least include the illumination of the measurement object during the measurement process, but possibly also other data relating to the measurement procedure and automatic application of this data during a measurement process, the measurement reliability can be increased. The data relating to the illumination describe at least the spatial direction with which the illumination is aligned in relation to the measurement object. Furthermore, the data may be directed, for example, to the luminous intensity or other characteristics of the illumination.
Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise mit dem Messkopf verbunden. Eine Positionierung des Messkopfs hat somit immer auch eine Positionierung der Beleuchtungseinrichtung zur Folge. Die die Beleuchtungseinrichtung tragen- de Positioniereinrichtung ist vorzugsweise zwischen dem Messkopf und der Beleuchtungseinrichtung angeordnet, so dass die Beleuchtungseinrichtung auf das Messobjekt ausgerichtet werden kann während der Messkopf ansonsten ruht . Insbesondere zur Vermessung von Schneidwerkzeugen ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung zumindest zwei einander im Wesentlichen gegenüber liegend angeordnete Lichtaustrittsöffnungen aufweist. Damit lassen sich unab- hängig voneinander Spanfläche und Freifläche eines Mess- objekts beleuchten. ■ The illumination device is preferably connected to the measuring head. Positioning of the measuring head thus always results in positioning of the illumination device. The positioning device carrying the illumination device is preferably arranged between the measurement head and the illumination device, so that the illumination device can be aligned with the measurement object while the measurement head otherwise rests. In particular, for the measurement of cutting tools, it is advantageous if the illumination device has at least two light exit openings arranged substantially opposite each other. This makes it possible to illuminate the rake surface and the free surface of a measuring object indepen- dently of one another. ■
Jeder Lichtaustrittsöffnung ist vorzugsweise zumindest eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode zugeord- net . Insbesondere kann hier eine Weißlicht-LED zur Anwendung kommen. Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie entlang einer Beleuchtungsachse gerichtetes Licht vorzugsweise mit geringem Öffnungswinkel abgibt. Die Leuchtdichte ist dabei vorzugsweise gemäß einer Gaußschen Verteilung festgelegt . Die Beleuchtungseinrichtung kann jedoch für jede Beleuchtungsrichtung (Beleuch- tungsachse) mehrere Leuchtdioden oder sonstige Lichtquellen aufweisen. Damit lässt sich eine Vergrößerung des beleuchteten Sichtfelds erzielen.Each light exit opening is preferably associated with at least one light source, for example a light-emitting diode. In particular, a white light LED can be used here. The illumination device is preferably designed such that it emits light directed along an illumination axis, preferably with a small opening angle. The luminance is preferably determined according to a Gaussian distribution. However, the illumination device can have a plurality of light-emitting diodes or other light sources for each illumination direction (illumination axis). This makes it possible to achieve an enlargement of the illuminated field of view.
Die Positioniereinrichtung gestattet eine Bewegung der Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise zumindest um eine Drehachse, die mit der optischen Achse des Messkopfs übereinstimmt. Damit kann die Beleuchtungsachse bedarfsweise immer im Wesentlichen rechtwinklig zu einer zu vermessenden, quer im Blickfeld der Kamera liegenden Schneidkante ausgerichtet werden.The positioning device allows a movement of the illumination device preferably at least about an axis of rotation, which coincides with the optical axis of the measuring head. Thus, the illumination axis can always be aligned, if necessary, substantially at right angles to a cutting edge to be measured, lying transversely in the field of view of the camera.
Die Positioniereinrichtung weist vorzugsweise wenigs- tens eine Schwenkachse auf, die quer zu der optischen Achse des Messkopfs gerichtet ist. Dadurch kann die Beleuchtungseinrichtung bedarfsweise so geschwenkt werden, • dass möglichst viel von dem Messobjekt reflektiertes Licht in den Messkopf fällt . Vorzugsweise ist wenigstens eine zweite Sch.wenkach.se zur Bewegung der Positioniereinrichtung vorgesehen, wobei diese zweite Schwenkachse wiederum vorzugsweise parallel zu der ersten Schwenkachse ausgerichtet ist. Damit lässt sich die Beleuchtung noch feiner an die gegebenen, durch das Messobjekt vorgegebenen Verhältnisse anpassen.The positioning device preferably has at least one pivot axis, which is directed transversely to the optical axis of the measuring head. This allows the lighting device if necessary be pivoted so • that as much reflected by the measured object light in the Measuring head falls. Preferably, at least one second Sch.wenkach.se is provided for moving the positioning, said second pivot axis is in turn preferably aligned parallel to the first pivot axis. This allows the lighting to be adjusted even more finely to the given conditions predetermined by the measured object.
Den Schwenkachsen wie auch der Drehachse (falls vor- handen) ist vorzugsweise jeweils ein fernsteuerbarer Antrieb zugeordnet, der von der Steuereinrichtung entsprechend der dem Messobjekt zugeordneten Daten gesteuert wird, um die Beleuchtung wie gewünscht einzurichten.The pivot axes as well as the rotation axis (if present) are preferably each assigned a remotely controllable drive, which is controlled by the control device according to the data associated with the measurement object in order to set up the illumination as desired.
Anstelle der beiden quer zu der optischen Achse gerichteten Schwenkachsen kann auch eine beispielsweise parallel zu der Drehachse gerichtete Linearachse, verbunden mit einer dazu quer gerichteten Schwenkachse für die- Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein. Auch damit lässt sich die Beleuchtungsrichtung der Beleuchtungseinrichtung jeweils so einstellen, dass für die durchzuführende Messung relativ viel Licht in den Messkopf fällt .Instead of the two transverse axes directed transversely to the optical axis, it is also possible to provide a linear axis directed, for example, parallel to the axis of rotation, connected to a pivot axis directed transversely thereto for the illumination device. In this way too, the illumination direction of the illumination device can be adjusted in each case so that relatively much light falls into the measuring head for the measurement to be carried out.
Die Beleuchtungseinrichtung wird von der Positionier- einrichtung vorzugsweise derart geführt, dass die von der Beleuchtungseinrichtung ausgehenden und von der Oberfläche des Messobjekts reflektierten Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Messkopfs gerichtet sind. Dies ergibt eine hohe Lichtausbeute . Es kann mit re- lativ Iichtschwachen Beleuchtungseinrichtungen gearbeitet werden. Als Messverfahren wird vorzugsweise ein fokussuchendes Verfahren verwendet, bei dem von einer Kamera lediglich solche Bereiche eines Messobjekts scharf abgebildet und aufgenommen werden, die in einer Messebene liegen. Die Messebene ist dabei quer zu der optischen Achse des Objektivs des Messkopfs gerichtet. Durch Relativbewegung des Messkopfs und des Messobjekts zueinander werden nach und nach alle Bereiche der Oberfläche des Messobjekts scharf abgebildet, wobei jedem scharf abgebildeten Pixel jeweils der aktuelle Abstandswert zwischen Messebene und Objektiv zugeordnet wird. Bei diesem Vorgang kann die Beleuchtungseinrichtung mit Dauerlicht arbeiten. Es ist auch möglich, die Beleuchtung pulsieren zu lassen, falls dies erforderlich ist. Dies kann Teil der zur Steuerung der Beleuchtung dienenden Daten sein.The illumination device is preferably guided by the positioning device such that the light beams emanating from the illumination device and reflected by the surface of the measurement object are directed substantially parallel to the optical axis of the measuring head. This results in a high light output. You can work with relatively low-light lighting equipment. A focusing method is preferably used as the measuring method, in which only those areas of a measuring object which are located in a measuring plane are sharply imaged and recorded by a camera. The measuring plane is directed transversely to the optical axis of the lens of the measuring head. By relative movement of the measuring head and the measuring object to each other, all areas of the surface of the measuring object are gradually displayed sharply, each sharp-focused pixel is assigned to each of the current distance value between the measuring plane and lens. In this process, the lighting device can work with continuous light. It is also possible to pulse the lighting if necessary. This can be part of the data used to control the lighting.
Des Weiteren wird bevorzugt, die Form des Messobjekts in einem einzigen Messdurchlauf aufzunehmen, bei dem die Positioniereinrichtung der Beleuchtungseinrichtung in Ruhe bleibt. Bei komplizierten Objektoberflächen kann es auch erforderlich oder auch nur vorteilhaft sein, die Beleuchtungsrichtung für verschiedene Teile der Messung zu ändern. Die die Positioniereinrichtung steuernden Daten tragen dann entsprechende Information über eine Betätigung der Positio- niereinrichtung während des Messablaufs. Eine solche Positionierung kann in Stufen oder fortwährend durchgeführt werden. Es ist des Weiteren möglich, einen Messdurchgang, bei dem die ObjektOberfläche durch die Messebene geführt wird, ein oder mehrmals mit unterschiedlichen Beleuchtungen zu wiederholen, d.h. die Messung in mehreren Durchgängen durchzuführen. Die einen solchen Messvorgang insbesondere hinsichtlich der Beleuchtung steuernden Daten können vorab bestimmt und als Datensatz zur Vermessung eines gegebenen Messobjekts bereit gehalten werden.Furthermore, it is preferred to record the shape of the measurement object in a single measurement run in which the positioning device of the illumination device remains at rest. For complicated object surfaces, it may also be necessary or even advantageous to change the illumination direction for different parts of the measurement. The data controlling the positioning device then carry corresponding information via an actuation of the positioning device during the measuring procedure. Such positioning can be done in stages or continuously. It is furthermore possible to repeat a measurement run in which the object surface is guided through the measurement plane one or more times with different illuminations, ie to carry out the measurement in several passes. The data controlling such a measuring process, in particular with regard to the lighting, can be pre-determined determined and held ready as a record for measuring a given measurement object.
Die vorliegende Erfindung gestattet es, komplizierte Werkstücke und kritische Messvorgänge prozesssicher und ohne besondere Kenntnis des Bedieners durchzuführen.The present invention makes it possible to carry out complicated workpieces and critical measurement processes reliably and without special knowledge of the operator.
Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen.Advantageous details of embodiments of the invention are the subject of the drawing, the description or claims.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is illustrated. Show it:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in schematisierter Darstellung,1 shows a measuring device according to the invention in a schematic representation,
Figur 2 den Messkopf und einen Teil des Messobjekts in schematisierter Prinzipdarstellung,FIG. 2 shows the measuring head and a part of the test object in a schematic principle representation,
Figur 3 das Messobjekt gemäß Figur 2 und seine Beleuchtung in schematisierter Darstellung,FIG. 3 shows the measurement object according to FIG. 2 and its illumination in a schematic representation,
Figur 4 das Messobjekt und die Beleuchtungsachsen seiner Beleuchtungseinrichtung aus Sicht des Messkopfs in schematisierter Darstellung undFIG. 4 is a schematic representation of the measurement object and the illumination axes of its illumination device from the perspective of the measuring head; and
Figur 5 die Beleuchtung eines Messobjekts mit gekrümmter Oberfläche in schematisierter Prinzipdarstellung. Figur 1 veranschaulicht eine Messeinrichtung 1 bei der Vermessung eines Zerspanungswerkzeugs 2, das hier das Messobjekt 3 bildet. Die Messeinrichtung 1 weist einen optischen Messkopf 4 mit einem Objektiv 5 sowie nicht weiter veranschaulichte Komponenten zur Halterung, Lagerung, Führung und gezielten Bewegung des Messkopfs 4 des Objektivs 5 und des Messobjekts 3 auf. An dem Messkopf 4 ist eine Beleuchtungseinrichtung 6 gehalten, die zur Beleuchtung des interessierenden Bereichs des Messobjekts 3 dient. Die Be- leuchtungseinrichtung 6 ist von einer Positioniereinrichtung 7 getragen, mit Hilfe derer sie relativ zu dem Mess- kopf 4 und relativ zu dem Messobjekt 3 bewegbar ist. Dadurch lässt sich die Richtung der Objektbeleuchtung gezielt einstellen. Zur Steuerung der Positioniereinrichtung 7 und gegebenenfalls zur Steuerung bzw. Auswertung der von demFIG. 5 shows the illumination of a test object with a curved surface in a schematic principle illustration. Figure 1 illustrates a measuring device 1 in the measurement of a cutting tool 2, which forms the measuring object 3 here. The measuring device 1 has an optical measuring head 4 with a lens 5 and not further illustrated components for mounting, storage, guidance and targeted movement of the measuring head 4 of the objective 5 and the measuring object 3. A lighting device 6, which serves to illuminate the region of interest of the measuring object 3, is held on the measuring head 4. The lighting device 6 is supported by a positioning device 7 with the aid of which it is movable relative to the measuring head 4 and relative to the measuring object 3. As a result, the direction of the object illumination can be set in a targeted manner. For controlling the positioning device 7 and optionally for controlling or evaluating the of the
Messkopf 4 gelieferten Daten ist eine Steuereinrichtung 8, beispielsweise in Form eines Computers 9 mit den üblichen Komponenten und einer Eingabeeinrichtung 10 sowie einer Wiedergabeeinrichtung 11 vorgesehen. Die Eingabeeinrichtung 10 kann eine Tastatur und die Wiedergabeeinrichtung 11 ein Bildschirm sein. Der Computer 9 ist vorzugsweise ein PC mit Verarbeitungseinrichtung und Massenspeicher.Measuring head 4 supplied data is a control device 8, for example in the form of a computer 9 with the usual components and an input device 10 and a display device 11 is provided. The input device 10 may be a keyboard and the display device 11 a screen. The computer 9 is preferably a PC with processing means and mass storage.
Zu der Beleuchtungseinrichtung 6 gehören zumindest eine, vorzugsweise aber zwei Leuchten 12, 13, die jeweils eine Lichtaustrittsoffnung 14, 15 aufweisen. Die Lichtaus- trittsöffnungen 14, 15 sind dabei auf den interessierenden Bereich des Messobjekts 3 im Sichtfeld des Objektivs 5 gerichtet. Die Leuchten 12,13 sind beispielsweise LED-Leuch- ten, die jeweils eine oder gegebenenfalls auch mehrere lichtstarke Leuchtdioden, beispielsweise Weißlicht-LEDs oder auch farbige LEDs umfassen. Die Leuchten 12, 13 sind einander im Wesentlichen gegenüber liegend angeordnet, d.h. sie liegen auf zwei diametral gegenüber liegenden Positionen in Bezug auf eine von dem Objektiv 5 festgelegte optische Achse 16. Beide Leuchten 12, 13 senden ihr Licht zu der optischen Achse 16 hin aus und erzeugen jeweils einen Lichtfleck, der den bei der optischen Achse 16 gelegenen, von dem Objektiv 5 scharf abgebildeten Bereich einer gedachten Messebene beleuchtet. Die Leuchten 12, 13 geben vorzugsweise jeweils ein Lichtbündel mit geringer Öffnungs- weite und ungefähr Gaußscher Leuchtdichteverteilung ab . Im • einfachsten Fall wird dazu das von den LEDs direkt ausgesandte Licht ohne Zuhilfenahme weiterer optischer Elemente genutzt. Bedarfsweise können jedoch auch Vorsatzlinsen, Spiegel oder dergleichen dazu verwendet werden, ein nahezu paralleles Lichtbündel zur Beleuchtung des Messobjekts 3 zu erzeugen.The lighting device 6 includes at least one, but preferably two lights 12, 13, each having a Lichtaustrittsoffnung 14, 15. The light outlet openings 14, 15 are directed towards the region of interest of the measurement object 3 in the field of view of the objective 5. The luminaires 12, 13 are, for example, LED luminaires, which in each case comprise one or possibly also a plurality of high-intensity light-emitting diodes, for example white-light LEDs or also colored LEDs. The lights 12, 13 are arranged substantially opposite one another, ie they lie on two diametrically opposite positions with respect to an optical axis 16 fixed by the objective 5. Both lamps 12, 13 emit their light toward the optical axis 16 and in each case generate a light spot which lies at the optical axis 16 , Illuminated by the lens 5 sharply imaged area of an imaginary measuring plane. The lights 12, 13 preferably each give off a light beam with a small opening width and approximately Gaussian luminance distribution. In the simplest case, the light emitted directly by the LEDs is used without the aid of further optical elements. If necessary, however, additional lenses, mirrors or the like can be used to produce a nearly parallel light beam for illuminating the measuring object 3.
In Figur 2 ist die Messeinrichtung 1 gemäß Figur 1 nochmals schematisiert veranschaulicht . Die Positioniereinrichtung 7 ist hier unmittelbar mit dem Objektiv 5 verbun- den, wobei sie auch abweichend davon mit einem dem MesskopfIn Figure 2, the measuring device 1 according to Figure 1 is illustrated again schematically. In this case, the positioning device 7 is connected directly to the objective 5, wherein it also differs therefrom with a measuring head
4 zugeordneten Träger 5a verbunden sein kann, der seinerseits das Objektiv 5 trägt. Die Positioniereinrichtung 7 umfasst für jede Leuchte 12, 13 jeweils einen Arm 17, 18, der die Leuchte 12, 13 trägt. Der Arm 17 untergliedert sich in einen oberen, mit dem Objektiv 5 verbundenen Teil 17a und in einen unteren, mit der Leuchte 12 verbundenen Teil 17b. Entsprechend ist der Arm 18 in die Teile 18a, 18b untergliedert.4 associated carrier 5a may be connected, which in turn carries the lens 5. The positioning device 7 comprises for each lamp 12, 13 each have an arm 17, 18 which carries the lamp 12, 13. The arm 17 is subdivided into an upper part 17a connected to the objective 5 and into a lower part 17b connected to the lamp 12. Accordingly, the arm 18 is divided into the parts 18a, 18b.
Der Träger 5a ist um die optische Achse 16 herum gezielt verdrehbar gelagert, so dass die optische Achse 16 zugleich eine Drehachse markiert. Zum Antrieb des Trägers 5a dient ein nicht weiter veranschaulichter Motor, der von der Steuereinrichtung 8 gesteuert wird und zu der Positioniereinrichtung 7 gehört. Des Weiteren steuert ein nicht weiter veranschaulichter, vorzugsweise elektrischer Antrieb ein Schwenken des Teils 17a um eine Schwenkachse 19, die quer zu der optischen Achse 16 gerichtet ist und in einem radialen Abstand zu dieser an ihr vorbeiläuft. Entsprechend ist der Teil 18a an einer der Achse 19 gegenüber liegenden, zu ihr vorzugsweise parallelen Schenkachse 20 gezielt verschwenkbar gelagert. Ein entsprechender Antrieb, z.B. ein elektrischer Stellmotor, ist wie die vorgenannten Motoren für den Träger 5a und den Teil 17a mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Schwenkachsen 19, 20 bilden erste Schwenkachsen, die in radial gleichen Abständen zu der optischen Achse 16 angeordnet sind.The carrier 5a is mounted so that it can rotate around the optical axis 16, so that the optical axis 16 simultaneously marks an axis of rotation. To drive the carrier 5a, a not further illustrated engine is used by the control device 8 is controlled and belongs to the positioning device 7. Furthermore, a not further illustrated, preferably electric drive controls a pivoting of the part 17 a about a pivot axis 19, which is directed transversely to the optical axis 16 and passes at a radial distance to this at her. Correspondingly, the part 18a is mounted pivotably on a pivot axis 20 lying opposite the axis 19 and preferably parallel to it. A corresponding drive, for example an electric servomotor, is connected to the control device 8 like the aforementioned motors for the carrier 5a and the part 17a. The pivot axes 19, 20 form first pivot axes, which are arranged at radially equal distances from the optical axis 16.
Parallel zu den ersten Schwenkachsen 19, 20 sind die Teile 17b, 18b um zweite Schwenkachsen 21, 22 an den ersten Teilen 17a, 18a gelagert. Den Schwenkachsen 21, 22 sind wiederum Stellantriebe, z.B. elektrische Stellmotoren, zu- geordnet, die von der Steuereinrichtung 8 angesteuert werden. Die Stellantriebe der Drehachse sowie der Schwenkachsen 19 bis 22 sind vorzugsweise positionsgeregelte oder positionsgesteuerte Antriebe, beispielsweise Servomotorantriebe oder Schrittmotorantriebe, über die die Steuerein- richtung 8 die jeweilige Position der Leuchte 12, 13 und die Ausrichtung ihrer Beleuchtungsachse 23, 24 wunschgemäß einstellen kann.Parallel to the first pivot axes 19, 20, the parts 17b, 18b are mounted about second pivot axes 21, 22 on the first parts 17a, 18a. The pivot axes 21, 22 are again actuators, e.g. electric servomotors, assigned, which are controlled by the control device 8. The actuators of the rotation axis and the pivot axes 19 to 22 are preferably position-controlled or position-controlled drives, such as servomotor drives or stepping motor drives, via which the control device 8, the respective position of the lamp 12, 13 and the alignment of their illumination axis 23, 24 can set as desired.
Zur Einstellung der Beleuchtungseinrichtung 6 dienen Daten, die in den Computer 9 als Datensatz bereit gehalten werden. Diese Daten sind dem Messobjekt 3 zugeordnet. Handelt es sich um ein Einzelstück, sind die Daten dem Messobjekt 3 individuell zugeordnet. Ist das Messobjekt 3 ein Exemplar einer Serie baugleicher Messobjekte sind die vorhandenen Daten dieser Serie individuell zugeordnet. Die Daten können Informationen über den gewünschten Messablauf enthalten. Jedenfalls aber enthalten sie Informationen über die gewünschte Einstellung der Beleuchtungseinrichtung 6 für das Messobjekt 3. Die Daten beinhalten dabei Informationen mindestens über die räumliche Ausrichtung der Beleuchtungsachsen 23, 24, d.h. die räumliche Positionierung der Drehachse sowie der Schwenkachsen 19, 21 bzw. 20, 22.To set the lighting device 6 is data that is kept ready in the computer 9 as a record. These data are assigned to the measurement object 3. If it is an individual item, the data is assigned to the measuring object 3 individually. Is the measuring object 3 on A copy of a series of identically constructed measurement objects is individually assigned to the existing data in this series. The data may contain information about the desired measurement procedure. In any case, however, they contain information about the desired setting of the illumination device 6 for the measurement object 3. The data contains information at least about the spatial orientation of the illumination axes 23, 24, ie the spatial positioning of the rotation axis and the pivot axes 19, 21 and 20, 22 ,
Die Daten können als Datensatz in einer Datenbank vorhanden sein, die in dem Computer 9 beispielsweise auf dessen Festplatte vorhanden ist. Alternativ kann der entsprechende Datensatz über ein Datenträgermedium, wie beispiels- weise eine Diskette, eine Wechselplatte, eine CD-ROM oder eine DVD oder andere geeignete Datenträger für den Computer 9 verfügbar gemacht und in diesen eingegeben werden. Ergänzend oder alternativ kann der Computer 9 über eine Leitung 25 oder eine sonstige Datenverbindung mit einem externen Datenspeicher oder einem Rechnernetzwerk (LAN oder Internet) oder einer sonstiger Datenquelle verbunden sein. Er erhält dann den zu dem Messobjekt 3 gehörigen Datensatz über die Leitung 25. Automatisch oder über die Eingabeeinrichtung 10 kann der entsprechende Datensatz aktiviert wer- den, um die Beleuchtungseinrichtung 6 vor Durchführung der anstehenden Messaufgabe in die vorgegebene Position zu bringen. Diese Position ist vorzugsweise schon beim Entwurf des Messobjekts festgelegt worden und bildet somit einen Teil eines umfassenden, das Messobjekt 3 beschreibenden Datensatzes. Dieser Datensatz kann z.B. bei der Erstellung eines Datenmodells des Messobjekts 3 z.B. im Rahmen des CAD vor dessen Herstellung erstellt worden sein. Dieser Datensatz oder zumindest Teile desselben begleiten das Messob- jekt 3 dann auf seinem Wege bei der industriellen Anwendung. Beispielsweise gehören zu dem Zerspanungswerkzeug 2 dann Einträge in einer Datenbank oder auf gesondertem Datenträger gehaltene oder über Rechnernetz verfügbare Daten- sätze, die die Messmaschine beim Vermessen desselben oder zumindest die Beleuchtungseinrichtung 6 steuern.The data may be present as a data record in a database which is present in the computer 9, for example on its hard disk. Alternatively, the corresponding data record can be made available to the computer 9 via a data medium, such as a floppy disk, a removable disk, a CD-ROM or a DVD or other suitable data carriers, and entered into the latter. Additionally or alternatively, the computer 9 can be connected via a line 25 or another data connection to an external data memory or a computer network (LAN or Internet) or another data source. It then receives the dataset belonging to the measurement object 3 via the line 25. Automatically or via the input device 10, the corresponding data set can be activated in order to bring the illumination device 6 into the predetermined position before carrying out the pending measurement task. This position has preferably already been defined during the design of the measurement object and thus forms part of a comprehensive data record describing the measurement object 3. This data set may have been created, for example, during the creation of a data model of the measurement object 3, for example in the context of the CAD, prior to its production. This dataset or at least parts of it accompany the measurement Project 3 then on its way to industrial application. For example, the cutting tool 2 then contains entries in a database or data sets held on a separate data carrier or available via computer network, which control the measuring machine when measuring the same or at least the illumination device 6.
Die Gewinnung eines solchen Datensatzes zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 6 kann notfalls von Hand erfol- gen. Vorzugsweise wird die Datengewinnung jedoch automatisch z.B. während des CAD-Entwurfs des Zerspanungswerkzeugs 2 durchgeführt. Es ist z.B. im Vorhinein anzunehmen, dass sich die Messaufgabe „optisches Vermessen der Umfangs- schneidkanten des Zerspanungswerkzeugs 2" ergibt. Zur Durchführung einer solchen Messung wird das Zerspanungswerkzeug 2, wie in Figur 1 veranschaulicht, so in dem Sichtfeld des Objektivs 5 positioniert, dass die optische Achse 16 ungefähr die zu vermessende UmfangsSchneidkante 26 schneidet. Dies ist .in Figur 2 veranschaulicht. An die Um- fangsSchneidkante 26 schließt sich an einer Seite eineIf necessary, the acquisition of such a data record for controlling the illumination device 6 can take place manually. However, data acquisition is preferably carried out automatically, e.g. performed during the CAD design of the cutting tool 2. It is e.g. to assume in advance that the measuring task results in "optical measurement of the circumferential cutting edges of the cutting tool 2." To carry out such a measurement, the cutting tool 2 is positioned in the field of view of the objective 5, as illustrated in FIG 16 approximately intersects the peripheral cutting edge 26 to be measured This is illustrated in Figure 2. The peripheral cutting edge 26 is followed by a side on one side
Freifläche 27 und an der gegenüberliegenden Seite eine Spanfläche 28 nebst Schneidkantenfase 29 an. Diese grundsätzliche Geometrie ist schon im CAD-Entwurf des Zerspanungswerkzeugs 2 bekannt. Die von den Leuchten 12, 13 ein- nehmenden Positionen werden nun gemäß Figur 3 und 4 so bestimmt, dass das Objektiv 5 von der Messobjektoberfläche 3 im Wesentlichen mit parallel zu der optischen Achse 16 verlaufenden Lichtstrahlen beleuchtet wird. Dies ist in Figur 3 veranschaulicht. In Figur 3 ist die Messebene M in zwei voneinander verschiedenen Positionen veranschaulicht. DieFree surface 27 and on the opposite side of a clamping surface 28 together with Schneidkantenfase 29 at. This basic geometry is already known in the CAD design of the cutting tool 2. The positions assumed by the lamps 12, 13 are now determined according to FIGS. 3 and 4 such that the objective 5 is illuminated by the measuring object surface 3 substantially with light rays running parallel to the optical axis 16. This is illustrated in FIG. In Figure 3, the measurement plane M is illustrated in two mutually different positions. The
Messebene M ist diejenige Ebene, auf der die optische Achse 16 senkrecht steht und in der ein von dem Objektiv festgelegter Fokuspunkt F liegt. Zur Durchführung der Messung werden das Messobjekt 3 und die Messebene M relativ zueinander verstellt. Unabhängig davon sind die Leuchten 12, 13 entsprechend -der Neigung der Freifläche 27 bzw. der Spanfläche 28 oder der Schneidkantenphase 29 ausgerichtet. Zur Bestimmung der Position der Leuchte 12 und/oder 13 wird auf den interessierenden Flächenbereich jeweils das Lot Ll sowie L2 gefällt. Unter Bedingungen, dass die von den entsprechenden Flächen (Freifläche 27, Spanfläche 28, Schneidkantenfase 29) reflektierten Strahlen parallel zu der opti- sehen Achse 16 laufen und unter der Bedingung Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel werden somit die gewünschten Winkelpositionen für die Schwenkachse 19, 21 bzw. 20, 22 (Figur 2) gefunden. Dabei wird, wenn die Messebene M beispielsweise über den in Figur 3 veranschaulichten Bereich bewegt werden soll, der verschiedene Flächen (Spanfläche 28, Schneidkantenfase 29) überstreicht, eine vermittelnde Position eingenommen, so dass bei Beleuchtung beider Flächen eine ausreichende Lichtmenge auf das Objektiv 5 trifft. Ist insbesondere die Schneidkantenform von Inter- esse, wird die Leuchte 12 in erster Linie und vor allem anhand der Ausrichtung der Schneidkantenfase 29 vorgenommen.Measuring plane M is the plane on which the optical axis 16 is perpendicular and in which a defined by the lens focus point F is located. To carry out the measurement the measuring object 3 and the measuring plane M are adjusted relative to each other. Regardless of the lights 12, 13 are aligned according to the inclination of the free surface 27 and the clamping surface 28 or the cutting edge phase 29. To determine the position of the luminaire 12 and / or 13, the solder L 1 and L 2 are respectively precipitated on the area of interest. Under conditions that the beams reflected from the respective surfaces (flank 27, rake face 28, cutting edge land 29) run parallel to the optical axis 16 and, under the condition angle of incidence equals angle of reflection, the desired angular positions for the pivot axis 19, 21 20, 22 (Figure 2) found. In this case, if the measurement plane M is to be moved, for example, over the area illustrated in FIG. 3, which passes over various surfaces (rake surface 28, cutting edge land 29), a mediating position is assumed so that a sufficient amount of light impinges on the objective 5 when both surfaces are illuminated , If, in particular, the cutting edge shape is of interest, the luminaire 12 is made primarily and above all based on the orientation of the cutting edge chamfer 29.
Des weiteren werden die Leuchten 12, 13 vorzugsweise so eingerichtet, dass ihre Beleuchtungsachsen 23, 24, wie Figur 4 veranschaulicht, aus Sicht des Objektivs 5 im Wesentlichen rechtwinklig zu der UmfangsSchneidkante 26 (oder an einer entsprechenden anderen Schneidkante) orientiert sind.Furthermore, the lights 12, 13 are preferably arranged so that their illumination axes 23, 24, as illustrated in FIG. 4, are oriented substantially perpendicular to the peripheral cutting edge 26 (or at a corresponding other cutting edge) from the viewpoint of the objective 5.
Die insoweit beschriebene Messeinrichtung 1 arbeitet wie folgt : Zur Vermessung des Zerspanungswerkzeugs 2 wird dies, wie in Figur 1 schematisch angedeutet, auf einer nicht weiter veranschaulichten Aufnahme platziert, so dass seine Mittel oder Drehachse 30 quer zu der optischen Achse 16 ausgerichtet ist. Es sollen anstelle der Utnfangsschneidkan- te 26 Stirnschneidkanten des Zerspanungswerkzeugs 2 vermessen werden, wird das Zerspanungswerkzeug 2 hingegen so platziert, dass seine Mittel oder Drehachse 30 mit der optischen Achse 16 zusammenfällt oder parallel zu dieser orientiert ist. In jedem Fall schaut das Objektiv 5 auf die interessierende Schneidkante etwa wie in Figur 4 veranschaulicht. Es erfasst dabei die gesamte Schneidkante oder einen Teil derselben.The measuring device 1 described so far operates as follows: For measuring the cutting tool 2, this is, as indicated schematically in Figure 1, placed on a not further illustrated receptacle, so that its means or axis of rotation 30 is aligned transversely to the optical axis 16. Instead of the cutting edge 26 of the cutting edge, cutting edges of the cutting tool 2 should be measured, whereas the cutting tool 2 is placed so that its center or axis of rotation 30 coincides with the optical axis 16 or is oriented parallel thereto. In any case, the lens 5 looks at the cutting edge of interest approximately as illustrated in FIG. It covers the entire cutting edge or a part of it.
Zur Einrichtung der Messeinrichtung 1 auf das Zerspa- nungswerkzeug 2 wird nun an dem Computer 9 der zu dem Zerspanungswerkzeug 2 gehörige Datensatz aufgerufen. Dieser wird beispielsweise über ein auf der Festplatte des Computers 9 abgelegtes Datenbanksystem und dort residente Daten erhalten. Die Daten können auch über eine Datenverbindung wie beispielsweise die Leitung 25 oder einen zu dem Zerspanungswerkzeug 2 oder diesem Werkzeugtyp gehörigen Datenträger geliefert werden. Dazu ist der Computer 9 mit entsprechenden Laufwerken versehen.To set up the measuring device 1 on the cutting tool 2, the data record relating to the cutting tool 2 is now called on the computer 9. This is obtained, for example, via a database system stored on the hard disk of the computer 9 and resident data there. The data may also be provided via a data link such as line 25 or a volume associated with the cutting tool 2 or tool type. For this purpose, the computer 9 is provided with corresponding drives.
Nach Aufruf des zu dem Zerspanungswerkzeug 2 gehörigen Datensatzes liefert der Computer 9 entsprechende Stellbefehle an die Positioniereinrichtung 7, die die Leuchten 12, 13 in von dem Datensatz vorgegebene und spe- zifische zu dem Zerspanungswerkzeug 2 und der jeweiligen Messaufgabe gehörige Positionen verfährt. Diese sind, wie in Figur 3 und 4 angedeutet, so ausgerichtet, dass von dem Zerspanungswerkzeug 2 reflektiertes Licht im Wesent- liehen parallel zu der optischen Achse 16 zu dem Objektiv 5 läuft . Zur Durchführung des Messvorgangs wird beispielsweise ein so genanntes fokussuchendes Verfahren angewendet. Dazu wird die Messebene M, wenn die Schneid- kante 26 vermessen werden soll, beispielsweise zunächst in die in Figur 3 veranschaulichte untere Position verfahren. In dieser werden nur diejenigen Bereiche des Zerspanungswerkzeugs 2 scharf abgebildet, die in der Messebene M liegen. Die an das Objektiv 5 angeschlossene Ka- raera ordnet nun den scharf abgebildeten Pixeln die Z-Po- sition (d.h. Position entlang der optischen Achse 16) der Messebene M zu. Zur Durchführung des Messvorgangs werden nun das Objektiv 5 und/oder das Zerspanungswerkzeug 2 in Bezug aufeinander so verstellt, dass die Messebene M im- mer näher an die Schneidkante 26 heran und über diese hinaus verstellt wird. Dabei werden laufend Bilder aufgenommen wobei den jeweils scharfen Pixeln die jeweils aktuelle Z-Position zugeordnet wird.After calling the data set belonging to the cutting tool 2, the computer 9 supplies corresponding positioning commands to the positioning device 7, which moves the lights 12, 13 into positions specified by the data record and specific to the cutting tool 2 and the respective measuring task. These are, as indicated in FIGS. 3 and 4, oriented in such a way that light reflected by the cutting tool 2 is substantially removed. borrowed parallel to the optical axis 16 to the lens 5 runs. To carry out the measurement process, for example, a so-called focus-seeking method is used. For this purpose, the measuring plane M, when the cutting edge 26 is to be measured, for example, initially moved to the illustrated in Figure 3 lower position. In this only those areas of the cutting tool 2 are shown sharply, which are in the measurement plane M. The camera connected to the objective 5 now assigns the Z-position (ie position along the optical axis 16) of the measuring plane M to the pixels shown in sharp focus. In order to carry out the measuring process, the objective 5 and / or the cutting tool 2 are adjusted in relation to each other in such a way that the measuring plane M is moved ever closer to the cutting edge 26 and beyond it. During this process, pictures are taken continuously while the respective sharp Z pixels are assigned the respective current Z position.
Während des gesamten Messvorgangs, insbesondere aber während des letzten Abschnitts in dem es um die optische Abbildung und Vermessung der Schneidkante 26 geht, reflektiert die Oberfläche des Zerspanungswerkzeugs 2 das Licht der Leuchten 12, 13 im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 16 zu dem Objektiv 5.During the entire measuring process, but in particular during the last section, in which the optical imaging and measuring of the cutting edge 26 is concerned, the surface of the cutting tool 2 reflects the light of the lamps 12, 13 substantially parallel to the optical axis 16 to the objective 5 ,
Figur 5 veranschaulicht eine erweiterte Ausführungsform zur Vermessung eines Messobjekts 3, insbesondere für den. Fall, dass diese eine stärker gekrümmte Oberfläche 31 aufweist. Verschiedenen Positionen der Messebene M können hier unterschiedliche Positionen der Leuchten 12, 13 zugeordnet sein, die in Figur 5 jeweils durch einen Buchstabenindex unterschieden sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 veranschaulicht, dass es prinzipiell zweckmäßig sein kann, die Beleuchtungsachsen 23, 24 während der Durchführung der Messung so zu verstellen, dass für jede Position der Messebene M das reflektierte Licht jeweils im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 16, d.h. in Figur 5 vertikal nach oben zu dem Objektiv 5 läuft . FIG. 5 illustrates an extended embodiment for measuring a measuring object 3, in particular for the. Case that it has a more curved surface 31. Various positions of the measuring plane M can here be assigned to different positions of the lamps 12, 13, which are each distinguished by a letter index in FIG. The embodiment illustrated that it may be useful in principle to adjust the illumination axes 23, 24 during the performance of the measurement so that for each position of the measuring plane M, the reflected light in each case substantially parallel to the optical axis 16, ie in Figure 5 vertically up to the lens 5 is running.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Messeinrichtung (1)1. Measuring device (1)
mit einem optischen Messkopf (4) zur optischen Vermessung eines Messobjektes (3),with an optical measuring head (4) for the optical measurement of a test object (3),
mit einer Beleuchtungseinrichtung (6) , die wenigs- tens eine Lichtaustrittsöffnung (14) aufweist, undwith an illumination device (6) which has at least one light exit opening (14), and
mit einer die Beleuchtungseinrichtung (6) tragenden Positioniereinrichtung (7) zur Relativpositionierung der Beleuchtungseinrichtung (6) zu dem Messobjekt (3),with a positioning device (7) carrying the illumination device (6) for the relative positioning of the illumination device (6) to the measurement object (3),
mit einer Steuereinrichtung (8) zur Betätigung der Positioniereinrichtung (7) , um die Beleuchtungseinrichtung (6) entsprechend vorgegebener, dem Mess- objekt (3) zugeordneten Daten zu positionieren.with a control device (8) for actuating the positioning device (7) in order to position the illumination device (6) in accordance with predetermined data associated with the measuring object (3).
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (6) mit dem Messkopf (3) verbunden ist.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the illumination device (6) with the measuring head (3) is connected.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (6) zumindest zwei einander im wesentlichen gegenüberliegend angeordnete Lichtaustrittsöffnungen (14, 15) aufweist. 3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the illumination device (6) has at least two mutually substantially oppositely disposed light exit openings (14, 15).
4. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtaustrittsöffnung (14, 15) zumindest eine Lichtquelle zugeordnet ist .4. Measuring device according to claim 1, characterized in that the light exit opening (14, 15) is associated with at least one light source.
5. Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Leuchtdiode ist5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the light source is a light emitting diode
6. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie entlang einer Beleuchtungsachse (23, 24) gerichtetes Licht abgibt.6. Measuring device according to claim 1, characterized in that the illumination device (6) is designed such that it emits directional light along an illumination axis (23, 24).
7. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie im Wesentlichen eine Gaußsche Leuchtdichteverteilung festlegt .7. Measuring device according to claim 1, characterized in that the illumination device (6) is designed such that it essentially defines a Gaussian luminance distribution.
8. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Positioniereinrichtung (7) wenigstens eine Drehachse aufweist, die mit der optischen Achse (16) des Messkopfs (4) übereinstimmt.8. Measuring device according to claim 1, characterized in that the positioning device (7) has at least one axis of rotation which coincides with the optical axis (16) of the measuring head (4).
9. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Positioniereinrichtung (7) wenigstens eine erste Schwenkachse (19) aufweist, die quer zu der optischen Achse (16) des Messkopfs (4) gerichtet ist.9. Measuring device according to claim 1, characterized in that the positioning device (7) has at least one first pivot axis (19) which is directed transversely to the optical axis (16) of the measuring head (4).
10. Messeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (7) wenigstens eine zweite Schwenkachse (21) aufweist, die quer zu der optischen Achse (16) des Messkopfs (4) gerichtet ist.10. Measuring device according to claim 9, characterized in that the positioning device (7) has at least one second pivot axis (21), the is directed transversely to the optical axis (16) of the measuring head (4).
11. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (6) von der Positioniereinrichtung (7) derart geführt ist, dass die von der Beleuchtungseinrichtung (6) ausgehenden und von der Oberfläche des Messobjekts reflektierten Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse (16) des Messkopfs (4) gerichtet sind.11. Measuring device according to claim 1, characterized in that the illumination device (6) is guided by the positioning device (7) in such a way that the light beams emanating from the illumination device (6) and reflected by the surface of the measurement object are substantially parallel to the optical axis (16) of the measuring head (4) are directed.
12. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) in Form eines Computers (9) ausgebildet ist.12. Measuring device according to claim 1, characterized in that the control device (8) in the form of a computer (9) is formed.
13. Messeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Messobjekt (3) zugeordneten Daten als individueller Datensatz in dem Computer (9) bereitgehalten werden.13. Measuring device according to claim 12, characterized in that the measurement object (3) associated data are kept as an individual record in the computer (9).
14. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Daten ein Programm vorgesehen ist, das die Daten anhand der Geometrie des Messobjekts (3) erzeugt.14. Measuring device according to claim 1, characterized in that for generating the data, a program is provided which generates the data based on the geometry of the measuring object (3).
15. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (4) oder Teile desselben und das Messobjekt (3) in Bezug aufeinander ver- stellbar gehalten sind.15. Measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring head (4) or parts thereof and the measuring object (3) are held adjustable with respect to each other.
16. Verfahren zur optischen Vermessung von Messobjekten16. Method for optical measurement of DUTs
(3) unter geeigneter Beleuchtung mittels einer Be- leuchtungseinrichtung (6) , deren Beleuchtungsrich- tung mittels einer Positioniereinrichtung (7) festlegbar ist, wobei die Beleuchtungsrichtung mittels eines dem Messobjekt (3) speziell zugeordneten Da- tensatzes festgelegt wird.(3) under appropriate lighting by means of a Lighting device (6) whose direction of illumination can be determined by means of a positioning device (7), wherein the illumination direction is determined by means of a data set assigned to the measurement object (3).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (4) eine Messebene (M) festlegt, in der das Messobjekt (3) scharf abgebildet wird, und dass die Messebene (M) während der Messung entlang der optischen Achse (16) des Messkopfes (4) bewegt wird.17. The method according to claim 16, characterized in that the measuring head (4) defines a measuring plane (M) in which the measuring object (3) is sharply displayed, and that the measuring plane (M) during the measurement along the optical axis (16 ) of the measuring head (4) is moved.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsrichtung während der Messung konstant bleibt .18. The method according to claim 16, characterized in that the illumination direction remains constant during the measurement.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsrichtung während der Messung verändert wird.19. The method according to claim 16, characterized in that the illumination direction is changed during the measurement.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung aus mehreren Messdurchlaufen besteht und dass die Beleuchtungsrichtung von Mess- durchlauf zu Messdurchlauf verändert wird. 20. The method according to claim 16, characterized in that the measurement consists of several measuring passes and that the illumination direction is changed from measuring cycle to measuring cycle.
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