DE3540596A1 - Coordinate measuring instrument having defined height adjustment of a scanning or measuring unit - Google Patents
Coordinate measuring instrument having defined height adjustment of a scanning or measuring unitInfo
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Abstract
Description
Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einerCoordinate measuring machine with a defined height adjustment
Abtast- oder Meßeinheit Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder Meßeinheit, insbesondere optisch und fotoelektrisch arbeitende Eoordinatenmeßgeräte, z.B. Meßmikroskope.Scanning or measuring unit The invention relates to a coordinate measuring device with defined height adjustment of a scanning or measuring unit, in particular optically and photoelectrically operating coordinate measuring devices, e.g. measuring microscopes.
Bei der bekannten und speziell für die optische Antastung und Messung der Meßobjekte ausgelegten Gerätegruppe der Werkstattmikroskope, die auch als Zweikoordinaten-Keßgeräte bezeichnet werden, ist die Meßeinheit mit Hilfe eines an einem Ständer (Stativ) vertikal gelehrten Schlittens verschiebbar angeordnet, wobei die Meßeinheit ein Meßmikroskop mit mono- oder binokularem Einblick und aufsetzbarer oder fest montierter Projektionseinrichtung bzw. Videokamera mit Monitor sein kann. (irmendruckschrift ZEITZ UWMT, Nr. 810-10f, "Universelles Meßmikroskop als Baustein für Werkstatt und Meßraum". Firmendruckschriften Nr. 24-255f-1 "Großes Werkzeugmikroskop" oder Nr. 24-251a-1 "Universalmeßmikroskop P1" von Carl Zeiss Jena). Bei allen diesen und daraus weiterentwickelten Geräten ist die Beleuchtungseinrichtung ortsfest mit dem Ständer verbunden. Durch Realisierung sowohl einer telezentrischen Beleuchtung als auch telezentrischen Abbildung der Meßebene werden Abbildungsgrößenunterschiede bei der zur Objektfokussierung notwendigen Verschiebung der Meßeinheit längs des Standers ausgeschlossen und somit Meßfehler vermieden.With the well-known and especially for optical probing and measurement The device group of workshop microscopes designed for the objects to be measured, also known as two-coordinate measuring devices are designated, the measuring unit with the help of a on a stand (tripod) vertically taught slide arranged displaceably, the measuring unit a Measuring microscope with monocular or binocular view and attachable or permanently mounted Projection device or video camera with monitor can be. (company print ZEITZ UWMT, No. 810-10f, "Universal measuring microscope as a component for workshop and Messraum ". Company publications No. 24-255f-1" Large tool microscope "or No. 24-251a-1 "Universal measuring microscope P1" from Carl Zeiss Jena). With all of these and The lighting device is stationary with the devices that have been further developed from this Stand connected. By realizing both telecentric lighting and also telecentric imaging of the measuring plane are imaging size differences in the case of the displacement of the measuring unit along the, which is necessary for object focusing Standers excluded and measurement errors avoided.
Nachteil bei diesen Geräten ist es, daß bei räumlich ausgedehnten Meßobaekten mit einer Höhenverschiebung der Meßeinheit infolge der feststehenden Beleuchtungseinrichtung erhebliche Ausleuchtungsunterschiede in der Meßobjektebene und damit auch in der Zwischenbildebene der Meßeinheit wirksam werden, die insbesondere bei fotoelektrischer Messung bzw. Bildauswertung zu Meßfehlern führen, Gleichfalls ist mit der Verschiebung der Meßeinheit infolge von Ptihrungs fehlern des am Ständer gerührten Schlittens eine Verknäpfung der in unterschiedlichen Höhenstellungen erfaßten Meßwerte x; und eine Erfassung der Werte z infolge der krassen Verletzung des Abbeschen Komparatorprinzips nicht mit hoher Präzision möglich.The disadvantage of these devices is that they are spatially extensive Messobaekten with a height shift of the measuring unit as a result of the fixed Illumination device significant differences in illumination in the target plane and thus also become effective in the intermediate image plane of the measuring unit, in particular the lead to measurement errors in photoelectric measurement or image evaluation, likewise is related to the displacement of the measuring unit as a result of errors on the stand agitated carriage a linkage of the detected in different height positions Measured values x; and a detection of the values z as a result of the blatant Abbe violation Comparator principle not possible with high precision.
Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Genauigkeit im Durchlicht arbeitender Koordinatenmeßgeräte zu erhöhen.It is the aim of the invention to overcome the disadvantages of the prior art eliminate and increase the accuracy of coordinate measuring machines working in transmitted light raise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Eoordinatenmeßgerät mit definierter Höhenverstellung der Abtast- und Meßeinheit zu schaffen, bei dem bei der Höhenverstellung unter Einhaltung des Abbeschen Komparatorprinzips die Beleuchtungsverhältnisse unbeeinflußt bleiben und eine Verkniipfung der in unterschiedlichen H5henstellungen der Abtast- oder Meßeinheit erfaßten Meßwerte mit hoher Präzision möglich ist.The invention is based on the object of a coordinate measuring device to create with a defined height adjustment of the scanning and measuring unit in which the lighting conditions when adjusting the height in compliance with the Abbe comparator principle remain unaffected and a combination of those in different heights the measured values detected by the scanning or measuring unit is possible with high precision.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem EoordinatenmeB-gerät mit definierter Höhenverstellung einer Abtast- oder MeB-einheit, umfassend ein Grundbett, an welchem ein senkrechter, Führungen aufweisender Ständer angeordnet ist, an dem die Abtast- oder Meßeinheit verschiebbar gelagert ist; eine im Grundbett angeordnete, vorzugsweise telezentrische Beleuchtungseinrichtung und ein auf dem Grundbett in den zwei Eoordinaten der Ebene verschiebbarer Plleßschlitten, dadurch gelöst, daß die Abtast- oder Meßeinheit und die Beleuchtungseinrichtung an Haltearmen angeordnet sind, die starr und in einem, optimale Beleuchtungsverhältnisse gewährleistenden Abstand voneinander an einem, in Führungen des Ständers verschiebbar gelagerten Vertikalschlitten befestigt sind, derart, daß die optischen Achsen von Abtast- oder Meßeinheit und Beleuchtungseinrichtung in einem Abstand parallel zu den Pährungen des Ständers fluchten, daß vorzugsweise an dem, die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm eine, eine Drehung des Tertikalschlittens um seine Achse verhindernde und parallel zu den Fubrungen des Ständers angeordnete, in einem Lager geführte Führungsschiene und ein, die Verschiebung des Vertikalschlittens erfassender Maßstab eines Meßsystems angeordnet sind, wobei die längsachse dieses Maßstabes mit der optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung fluchtet.According to the invention, this object is achieved in a coordinate measuring device with defined height adjustment of a scanning or measuring unit, comprising a base bed, on which a vertical stand having guides is arranged on which the scanning or measuring unit is slidably mounted; one arranged in the base bed, preferably telecentric lighting device and one on the base bed in the two coordinates of the plane movable Plleßschlitten, thereby solved, that the scanning or measuring unit and the lighting device are arranged on holding arms are that are rigid and in one, ensure optimal lighting conditions Distance from each other on a slidably mounted in guides of the stand Vertical slides are attached in such a way that the optical axes of scanning or Measuring unit and lighting device at a distance parallel to the currencies of the stand that is preferably aligned with the one carrying the lighting device Holding arm one that prevents rotation of the vertical slide about its axis and Guide rail arranged parallel to the pedestal and guided in a bearing and a scale of a measuring system that detects the displacement of the vertical slide are arranged, the longitudinal axis of this scale with the optical axis of the Lighting device is aligned.
Dabei ist es vorteilhaft, daß die Beleuchtungseinrichtung in einem abgewinkelten, rohrförmigen Gehäuse untergebracht ist, an welchem die Führungsschiene und der Eabstab des Meßsystems angeordnet sind.It is advantageous that the lighting device in one angled, tubular housing is housed on which the guide rail and the Eabstab of the measuring system are arranged.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn Mittel zum Antrieb und zur Gewichtsentlastung der aus Vertikalschlitten, Haltearmen, Beleuchtungseinrichtung, Maßstab und Abtast- oder Meßeinheit bestehenden Baugruppe vorgesehen sind, wobei die Wirkungsrichtung der durch den Antrieb und die Gewichtsentlastung eingeleiteten kräfte parallel zur Verschieberichtung des Vertikalschlitten und durch den Masseschwerpunkt der Baugruppe verläuft.It is also advantageous if means for driving and for weight relief consisting of vertical slide, holding arms, lighting device, scale and scanning or measuring unit existing assembly are provided, the direction of action of the forces introduced by the drive and the weight relief parallel to the Direction of displacement of the vertical slide and through the center of gravity of the assembly runs.
Eine konstruktiv einfache Lösung ergibt sich, wenn die, die Gewichtsentlastung realisierenden Mittel Massestücke sind, die über ein Zugmittel und Umlenkrollen auf den die Meßeinheit tragenden Haltearm wirken, und daß als Antrieb ein motorgetriebener Bandantrieb vorgesehen ist, der mit dem die Beleuchtungseinrichtung tragenden Haltearm verbunden ist.A structurally simple solution results when the weight relief Realizing means are pieces of mass, which have a traction means and pulleys act on the holding arm carrying the measuring unit, and that as a drive motorized Belt drive is provided with the holding arm carrying the lighting device connected is.
Um eine präzise und leichtgängige Verschiebung des Vertikalschlittens zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß die den Vertikalschlitten und die Führungsschiene führenden Lager aerostatische Lager sind.A precise and smooth movement of the vertical slide to achieve, it is advantageous that the the vertical slide and the guide rail leading bearings are aerostatic bearings.
Durch die Anordnung der Abtast- oder Meßeinheit und der Beleuchtungseinrichtung in einem stets konstanten Abstand sind stets, unabhängig vom Ort der Messung in vertikaler Riecht tung, konstante, optimale Beleuchtungsverhältnisse gegeben, die bei einer fotoelektrischen Messung und Bildauswertung hoher Genauigkeit unbedingt notwendig sind, um Meßfehler zu vermeiden. Eine Verknüpfung von Meßsignalen, die in unterschiedlichen Höhenlagen gewonnen wurden, ist jederzeit möglich. Durch die erfindungsgemäße fluchtende Anordnung der Meßeinheit, der Beleuchtungseinrichtung und des Maßstabes ist das Abbesche Komparatorprinzip bei allen Messungen in vertikaler Richtung erfüllt und Meßfehler erster Ordnung werden vermieden.Due to the arrangement of the scanning or measuring unit and the lighting device are always at a constant distance, regardless of the location of the measurement in vertical direction, constant, optimal lighting conditions given that absolutely for a photoelectric measurement and image evaluation of high accuracy are necessary to avoid measurement errors. A combination of measurement signals that won at different altitudes is possible at any time. Through the according to the invention aligned arrangement of the measuring unit, the lighting device and the scale is the Abbe comparator principle for all measurements in the vertical Direction fulfilled and measurement errors of the first order are avoided.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 den schematischen Aufbau des Koordinatenmeßgerätes, Fig. 2 in einem Schnitt h-A den Antrieb des Vertikalachlittens und Fig. 3 in einer Draufsicht B-B die Beleuchtungsoptik und das Meßsystem mit Maßstab.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment explained. In the drawing: Fig. 1 shows the schematic structure of the coordinate measuring machine, FIG. 2 shows the drive of the vertical carriage in a section h-A and FIG. 3 shows the drive in one Top view B-B the lighting optics and the measuring system with scale.
Das in Fig. 1 dargestellte Koordinatenmeßgerät umfaßt ein Grundbett 1, auf dem vorteilhaft eine Hartgesteinplatte 2 angeordnet ist. Ein Meßtisch 3 ist auf der Hartgesteinplatte 2 auf nicht dargestellten Führungen in den zwei Koordinaten der Ebene verschiebbar gelagert. Am Grundbett 1 ist ferner ein Ständer 6 oder eine Säule senkrecht zur Ebene der Hartgesteinplatte 2 angeordnet. Der Ständer 6 ist mit Führungselementen 4; 5, vorzugsweise serostatischen Lagern, versehen. Diese Führen einen Vertikalschlitten 7, vorzugsweise aus wartgestein, an dessen oberen Ende ein, eine mechanische, optische oder fotoelektrische Abtast- oder Meßeinheit 8 oder / und eine Videokamera 10 tragender Haltearm 9 starr befestigt ist.The coordinate measuring machine shown in Fig. 1 comprises a base bed 1, on which a hard stone slab 2 is advantageously arranged. A measuring table 3 is on the hard stone plate 2 on guides, not shown, in the two coordinates displaceable on the plane. On the base bed 1 is also a stand 6 or a Column perpendicular to the plane the hard stone plate 2 arranged. Of the Stand 6 is provided with guide elements 4; 5, preferably serostatic bearings. These guide a vertical slide 7, preferably made of wart rock, on its upper end, a mechanical, optical or photoelectric scanning or measuring unit 8 and / or a holding arm 9 carrying a video camera 10 is rigidly attached.
Am unteren Ende des Vertikalschlittens 7 ist in einem festen Abstand vom Haltearm 9 ein zweiter Haltearm 11 für die Beleuchtungseinrichtung 12 fest angebracht und vorzugsweise als rohrförmiges Gehäuse 13; 18 ausgebildet, in dessen Inneren der Beleuchtungsstrahlengang verläuft. An seinem dem Vertikalschlitten 7 entfernten Ende ist der Haltearm 11 nach oben abgewinkelt. Die optische Achse 14 der Meßeinheit 8 und die optische Achse 15 der Beleuchtungseinrichtung 12 fluchten. Eine vorzugsweise extern vorgesehene Lichtquelle 16 ist über einen Lichtleiter 17 mit der Beleuchtungsein richtung 12 verbunden. Der durch diese Anordnung gegebene feste Abstand zwischen Meßeinheit 8 und Beleuchtungseinrichtung 12 garantiert eine von der Höhenposition der Meßeinheit 8 unabhängige, stets gleichbleibende Beleuchtungsqualität entsprechend der Güte der verwendeten Optik und des realisierten Justiersustandes.At the lower end of the vertical slide 7 is at a fixed distance from the holding arm 9, a second holding arm 11 for the lighting device 12 is firmly attached and preferably as a tubular housing 13; 18 formed inside the illumination beam path runs. At his the vertical slide 7 removed The end of the holding arm 11 is angled upwards. The optical axis 14 of the measuring unit 8 and the optical axis 15 of the lighting device 12 are aligned. One preferably externally provided light source 16 is connected to the illumination unit via a light guide 17 direction 12 connected. The fixed distance between Measuring unit 8 and lighting device 12 guarantee one of the height position the measuring unit 8 independent, always constant lighting quality accordingly the quality of the optics used and the achieved adjustment status.
Am nach oben abgewinkelten Ende 18 des Haltearme 11 sind eine, eine Drehung des Vertikaischlittens 7 um seine längsachse verhindernde und parallel zu den Führungsflächen des Vertikalschlittens 7 angeordnete Führungsschiene 19 und ein, die Verschiebung des Vertikalschlittens 7 erfassender Maßstab 20 eines Meßsystems 21 angeordnet, wobei die Führungsschiene 19 in aerostatischen Lagern 22 und 23 geführt ist (Fig. 3). Die Längsachse 24 dieses Maßstabes 20 verläuft fluchtend zu den optischen Achsen 14; 15 der Meßeinheit 8, der Beleuchtungseinrichtung 12 und parallel zur Führungs schiene 19, wodurch erreicht wird, daß bei allen Messungen und Einstellungen in vertikaler Richtung das Abbesche Komparatorprinzip unverletzt ist und Meß- und Einstellfehler erster Ordnung vermieden werden. Die großen Fiihrungsbasen,die durch den Abstand der Führungselemente 4; 5 am Ständer 6 und der Führungselemente 22; 23 gebildet werden, sichern einen hochgenauen Ablauf der gemeinsamen Höhenbewegung von Meßeinheit 8 und Beleuchtungseinrichtung 12 und bieten damit die Gewähr dafür, daß die in verschiedenen Höhenstellungen mit dem Meßtisch 3 in der x-g-Ebene erfaßten Meßwerte x und y mit höchster Genauigkeit mit Meßwerten z verknüpft werden können, die durch das Meßsystem 21 geliefert wurden. Damit werden bei einem, vorallem für DurchlichtmeBaufgaben bestimmten Zoordinatenmeßgerät auch der Einsatz eines 3-d-Tastkopfes möglich und dadurch das Meßaufgabenspektrum wesentlich erweitert.At the upwardly angled end 18 of the holding arms 11 are one, one Rotation of the vertical slide 7 about its longitudinal axis preventing and parallel to the guide surfaces of the vertical slide 7 arranged guide rail 19 and a, the displacement of the vertical slide 7 detecting scale 20 of a measuring system 21, the guide rail 19 being guided in aerostatic bearings 22 and 23 is (Fig. 3). The longitudinal axis 24 of this scale 20 is aligned with the optical Axes 14; 15 of the measuring unit 8, the lighting device 12 and parallel to Guide rail 19, whereby it is achieved that in all measurements and settings the Abbe in the vertical direction Comparator principle unharmed and measurement and adjustment errors of the first order are avoided. The large management bases that by the distance between the guide elements 4; 5 on the stand 6 and the guide elements 22; 23 are formed, ensure a highly precise sequence of the common height movement of measuring unit 8 and lighting device 12 and thus guarantee that that recorded in different height positions with the measuring table 3 in the x-g plane Measured values x and y can be linked with measured values z with maximum accuracy, which were supplied by the measuring system 21. With one, especially for The use of a 3-D probe head also determined the zoordinate measuring device for transmitted light measuring tasks possible and thus the range of measurement tasks is significantly expanded.
Um die Belastung der aerostatischen Führungselemente 4; 5 und die auf den Ständer 6 wirkenden Beschleunigungs- und Biegemomente auf ein Minimum zu begrenzen, sind Mittel zum Antrieb und zur Gewichtsentlastung der aus Vertikalschlitten 7, zu Ha Haltearmen 9 und 11, Beleuchtungseinrichtung 12, Maßstab 20 und Meßeinheit 8 bestehenden Baugruppe vorgesehen, wobei die Wirkungsrichtung der durch den Antrieb und die Gewichtsentlastung eingeleiteten Kräfte parallel zur Verschieberichtung des Vertikalschlittens 7 und durch den Masseschwerpunkt der Baugruppe verläuft. Die die Gewichtsentlastung bewirkenden Mittel sind Masse stücke 25, die an einem, am Haltearm 9 befestigten, über Umlenkrollen 26; 27 geführten Zugmittel 28 angeordnet sind CFig. 1).To the load on the aerostatic guide elements 4; 5 and the acceleration and bending moments acting on the stand 6 to a minimum limit, are means to drive and to relieve the weight of the vertical slide 7, to Ha holding arms 9 and 11, lighting device 12, scale 20 and measuring unit 8 existing assembly provided, the direction of action of the drive and the weight relief forces introduced parallel to the direction of displacement of the vertical slide 7 and runs through the center of gravity of the assembly. The weight relief effecting means are mass pieces 25 that are attached to a, attached to the support arm 9, via pulleys 26; 27 guided traction means 28 arranged are CFig. 1).
Als Antrieb für die genannte Baugruppe ist vorteilhaft, ein durch einen Motor 29 über ein Getriebe 30 angetriebener Bandtrieb 31 vorgesehen, der mit dem Haltearm 11 verbunden ist (Fig. 2). Der Antrieb ist im unteren Teil des Koordinatenmeßgerätes untergebracht.As a drive for the said assembly is advantageous a through a motor 29 via a gear 30 driven belt drive 31 is provided with the holding arm 11 is connected (Fig. 2). The drive is in the lower part of the coordinate measuring machine housed.
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