DE4232236C2

DE4232236C2 - Method for non-contact measurement of the contour of a piece

Info

Publication number: DE4232236C2
Application number: DE19924232236
Authority: DE
Inventors: Gottlieb Dipl Ing Hoark; Andres Ing Buerki
Original assignee: HORAK GOTTLIEB OBERBURG CH
Current assignee: HORAK GOTTLIEB OBERBURG CH
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2012-09-26
Also published as: DE4232236A1; CH683031A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum be rührungslosen Ausmessen der Kontur eines Stückes mit ei nem streifenförmigen Laserstrahl gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.The invention relates to a method for be contactless measurement of the contour of a piece with egg nem strip-shaped laser beam according to the preamble of claims 1 and 2.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen und Verfahren bekannt, die unter der Verwendung von Laser strahlen, insbesondere von streifenförmigen Laserstrah len, ein berührungsloses Ausmessen von Werkstücken oder Werkzeugen gestatten.There are already various facilities and Process known using lasers radiate, in particular from strip-shaped laser beam len, a contactless measurement of workpieces or Allow tools.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist in EP 0 346 288 A1 offenbart. Auf einer Tischplatte sind ein Kreuzschlitten mit einem Spindelstock sowie eine Laser lichtschranke angeordnet. Ein in einer Spannzange des Spindelstockes eingespanntes Werkstück ist um seine Drehachse drehbar und in eine Y-Richtung längs seiner Drehachse und in eine X-Richtung quer zu seiner Drehach se verschiebbar. Ein streifenförmiger Laserstrahl der Laserlichtschranke steht senkrecht zu den genannten Ver schieberichtungen. Das Werkstück wird, ausgehend von ei ner Meßausgangsstellung, in Y-Richtung verschoben, bis es den streifenförmigen Laserstrahl teilweise unter bricht. Durch Rotation des Werkstückes um seine Drehach se werden, indem der streifenförmige Laserstrahl unter schiedlich abgedeckt wird, die Polarkoordinaten des Werkstückes bestimmt. Nach einer Umdrehung um 360° wird das Werkstück um einen Betrag in der Y-Richtung verscho ben und die Bestimmung der Polarkoordinaten wiederholt. Die Bewegungen des Werkstückes sind mittels eines Pro zessors steuerbar. Die Meßwerte werden in einem Ar beitsspeicher gespeichert und mit eingegebenen Sollwer ten verglichen. Der maximale Ist-Wert des Durchmessers, das effektive Zentrum und die Abweichung des Zentrums von der Drehachse (Exzentrizität) des Werkstückes werden jeweils berechnet, gespeichert und angezeigt. Die offen barte Einrichtung ist nicht geeignet, um Längen von Werkstücken, Breiten von in das Werkstück eingeschnitte nen Nuten oder die Länge von vorstehenden Zapfen mit ge nügender Genauigkeit zu messen. Da der Laserstrahlstrei fen eine Dicke von typischerweise etwa 0,02 mm aufweist, können insbesondere Kanten eines Werkstückes, deren Ver lauf mit dem streifenförmigen Laserstrahl eine schlei fende Schnittstelle bilden, nicht mit der gewünschten Präzision gemessen werden. Die Genauigkeit entspricht ungefähr der Dicke des Laserstrahlstreifens.A generic method is in EP 0 346 288 A1. On a table top are a Cross slide with a headstock as well as a laser arranged light barrier. One in a collet of the Headstock clamped workpiece is around his Axis of rotation rotatable and in a Y direction along it Axis of rotation and in an X direction transverse to its axis of rotation slidable. A strip-shaped laser beam Laser light barrier is perpendicular to the Ver shooting directions. The workpiece is, starting from egg ner measurement starting position, shifted in the Y direction until it partially underneath the striped laser beam breaks. By rotating the workpiece around its axis of rotation se by placing the striped laser beam under is covered differently, the polar coordinates of the Workpiece determined. After a rotation of 360 ° shifted the workpiece by an amount in the Y direction ben and the determination of the polar coordinates repeated. The movements of the workpiece are by means of a pro cessors controllable. The measured values are in one ar memory and saved with entered target value compared. The maximum actual value of the diameter, the effective center and the deviation of the center of the axis of rotation (eccentricity) of the workpiece calculated, saved and displayed. The open barte facility is not suitable to lengths of Workpieces, widths cut into the workpiece NEN grooves or the length of protruding pins with ge to measure sufficient accuracy. Because the laser beam streak fen typically has a thickness of about 0.02 mm, can in particular edges of a workpiece, the ver run a loop with the striped laser beam form the interface, not with the desired one Precision can be measured. The accuracy corresponds approximately the thickness of the laser beam stripe.

Weiterhin ist aus der DE 37 09 598 A1 eine Vor richtung zum berührungslosen dreidimensionalen Messen von Verformungen bei Festigkeitsuntersuchungen von Prüfkörpern bekannt, bei der eine Quelle zum Aussenden von zwei gleich gerichteten Laserstrahlstreifen, die sich kreuzförmig schneiden, vorgesehen und die Detektorvorrichtung so aus gebildet ist, daß jeder Laserstrahlstreifen einzeln detek tierbar ist.Furthermore, from DE 37 09 598 A1 is a front direction for non-contact three-dimensional measurement of Deformations when testing specimens known in which one source for sending two is the same directed laser beam stripes that are cross-shaped cut, provided and so the detector device is formed that each laser beam strip detek individually is animal.

Außerdem ist in der DE 32 19 389 A1 ein optisch- elektrisches Meßverfahren zur Erfassung von unrunden Quer schnitten insbesondere strangartiger Gegenstände offen bart, bei dem Drehmittel zum Verschwenken einer Laser- Strahlungsquelle und einer Detektorvorrichtung verwendet werden.In addition, DE 32 19 389 A1 describes an optically electrical measuring method for the detection of non-circular cross especially cut open strand-like objects beard, with the rotating means for pivoting a laser Radiation source and a detector device used will.

Jedoch wird im Gegensatz zur vorliegenden Erfin dung sowohl bei dem Verfahren nach der DE 32 19 389 A1 als auch bei dem Verfahren nach der DE 37 09 598 A1 ein auszumessendes Stück voll in einen Lichtvorhang einge taucht. Abgesehen davon, daß dadurch die maximale Größe eines auszumessenden Stückes von der Dimension des Licht vorhangs abhängt, treten dort die obengenannten Probleme insofern auf, als insbesondere Kanten eines Werkstücks, deren Verlauf mit dem streifenförmigen Laserstrahl eine schleifende Schnittstelle bildet, nicht mit der gewünsch ten Präzision gemessen werden können. Würde beispiels weise der in der DE 37 09 598 A1 gezeigte zylindrische Körper irgendwo auf seiner Mantelfläche einen rechteck förmigen Einschnitt, beispielsweise in der Form einer um laufenden Nut aufweisen, so könnte mit dem dort ange wandten Verfahren zwar die Tiefe der Nut mit hinreichen der Genauigkeit gemessen werden. Für die Breite der Nut wäre dies jedoch nicht möglich, weil schleifende Schnitt punkte des Laserstrahlbandes mit den Seitenflächen der Nut auftreten würden. Beim Bewegen des Laserstrahlbandes in der zur Zylinderachse parallelen Richtung gäbe es bei den Seitenflächen der Nut einen kleinen Bereich, wo der Laserstrahl nicht eindeutig unterbrochen und auch nicht eindeutig vorhanden ist. Das Gleiche gilt für das Ver fahren nach der DE 32 19 389 A1, wenn dort ein Einschnitt oder eine umlaufende Nut in dem gezeigten Körper vorhan den ist, dessen bzw. deren Breite sich in Richtung der Längsachse dieses Körpers erstreckt.However, in contrast to the present inven dung both in the method according to DE 32 19 389 A1 as well as in the method according to DE 37 09 598 A1 Piece to be measured fully inserted into a light curtain dives. Aside from being the maximum size of a piece of the dimension of light to be measured depends on the curtain, the problems mentioned above occur there insofar as, in particular, edges of a workpiece, whose course with the strip-shaped laser beam grinding interface forms, not with the desired th precision can be measured. Would for example as the cylindrical shown in DE 37 09 598 A1 Body somewhere on its lateral surface a rectangle shaped incision, for example in the form of a have running groove, could be with the there the depth of the groove was sufficient the accuracy can be measured. For the width of the groove however, this would not be possible because of a grinding cut points of the laser beam band with the side surfaces of the Groove would occur. When moving the laser beam band in the direction parallel to the cylinder axis there would be the side surfaces of the groove a small area where the Laser beam is not clearly interrupted and neither is clearly present. The same applies to Ver drive according to DE 32 19 389 A1 if there is an incision or a circumferential groove existing in the body shown is the whose width is in the direction of Longitudinal axis of this body extends.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfah ren der im Prinzip aus der EP 0 364 288 A1 bekannten, gat tungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, welches ein derart berührungsloses Ausmessen der Kontur von Werkstücken oder Werkzeugen mit Laserstrahlen gestattet, daß die ört liche Lage aller Kanten des auszumessenden Stückes unabhän gig von der Richtung ihres Verlaufs mit einer gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöhten Genauigkeit bestimmt werden kann.The object of the invention is accordingly a method ren of the gat known in principle from EP 0 364 288 A1 to provide the appropriate type, which one such non-contact measurement of the contour of workpieces or tools with laser beams allows the local independent position of all edges of the piece to be measured gig of the direction of their course with one opposite State of the art determined significantly increased accuracy can be.

Diese Aufgabe wird sowohl mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 als auch mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmalen gelöst.This task is accomplished with both those in the indicator of claim 1 and with the in the mark of claim 2 specified features solved.

Durch diese beiden erfindungsgemäßen Lösungen wird es ermöglicht, die Konturen von Werkstücken oder Werkzeugen mit einer wesentlich höheren Genauigkeit als 0,02 mm berührungslos mit Laserstrahlen so auszumessen, daß mit der vorgenannten wesentlich höheren Genauigkeit insbesondere die örtliche Lage aller Kanten von Werk stücken oder Werkzeugen unabhängig von der Richtung ihres Verlaufs ausmeßbar ist. Through these two solutions according to the invention it allows the contours of workpieces or Tools with a much higher accuracy than 0.02 mm non-contact with laser beams so that with the aforementioned much higher accuracy especially the location of all edges of the work pieces or tools regardless of the direction of their Course is measurable.

Es kann entweder die Neigung des Laserstrahl streifens, mit dem die Messung durchgeführt wird, so nachgeführt werden, daß keine schleifenden Schnitt punkte mit dem Stück entstehen oder es kann aus mehreren Laserstrahlstreifen mit fest vorgegebener Neigungsrich tung zur Längsachse des Stückes zum Durchführen einer Messung jeweils derjenige ausgewählt werden, der zur entsprechenden Kante des Stückes günstig geneigt ist.It can either tilt the laser beam strip with which the measurement is carried out, so be tracked that no grinding cut points arise with the piece or it can consist of several Laser beam strips with a predefined inclination tion to the longitudinal axis of the piece to perform a Measurement, the one selected for the corresponding edge of the piece is inclined favorably.

Anhand von Figuren werden zwei Ausführungsbei spiele in der Folge näher beschrieben. Es zeigenTwo figures are used to illustrate the figures games described in more detail below. Show it

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in isometrischer Darstellung; Figure 1 is an overall view of a device for performing the method according to the invention in an isometric representation.

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Laserlichtschranke in der Einrichtung gemäß der Fig. 1 in einer Seitenansicht; FIG. 2 shows a side view of a first embodiment of a laser light barrier in the device according to FIG. 1;

Fig. 3 die Laserlichtschranke gemäß der Fig. 2 in einem Schnitt III-III; Fig. 3, the laser light barrier according to Figure 2 in a section III-III.

Fig. 4 eine Vergrößerung des in der Fig. 3 mit A be zeichneten Ausschnittes; Fig. 4 is an enlargement of the detail shown in Figure 3 with A be;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Laserlicht schranke in der Einrichtung gemäß der Fig. 1 in ei ner Seitenansicht; Fig. 5 shows a second embodiment of a laser light barrier in accordance with the device of Figure 1 in side view ei ner.

Fig. 6 die Laserlichtschranke gemäß der Fig. 5 in einem Schnitt VI-VI und Fig. 6 shows the laser light barrier according to FIG. 5 in a section VI-VI and

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der Detektorvor richtung gemäß der Fig. 5 und 6. Fig. 7 is an enlarged representation of the Detektorvor direction of Fig. 5 and 6.

Die Fig. 1 zeigt die Gesamtübersicht einer Einrich tung zum Durchführen des hier vorgeschlagenen Verfahrens des berührungslosen Ausmessens der Kontur eines Stückes, insbesondere eines Werkzeuges wie eines Fräsers, Bohrers oder einer Reibahle, oder ei nes Werkstückes wie eines Fräs- oder Drehteiles. Eine Tischplatte 1 ruht auf Stützen 2. Auf der Tischplatte 1 ist eine Aufspannvorrichtung 3, 4, welche im wesentli chen einen Kreuzschlitten 3 und einen Spindelstock 4 umfaßt, angeordnet. Der Spindelstock 4 weist eine drehba re Spindel mit einer einsetzbaren Spannzange 9 zum Ein spannen eines auszumessenden Stückes 10 auf. Der Kreuz schlitten seinerseits besteht auf einem Y-Schlitten 6, der auf der Tischplatte 1 montiert ist, sowie aus einem X-Schlitten 5, der auf dem Y-Schlitten 6 angeordnet ist. Auf dem letzteren ist der Spindelstock 4 befestigt. Der Y-Schlitten 6 ist in einer Y-Richtung, welche sich längs zur Spindellängsachse bzw. zur Längsachse des auszumes senden Stückes 10 erstreckt, verschiebbar gebaut. Der X-Schlitten 5 ist in einer X-Richtung, welche rechtwink lig zur Y-Richtung verläuft, bewegbar. Die durch ein Verschieben des auszumessenden Stückes 10 in der X- und Y-Richtung aufgespannte Ebene verläuft parallel zur Oberfläche der Tischplatte 1. Die Schlittenführungen des Y-Schlittens 6 als auch des X-Schlittens 5 sind mit Ab deckbälgen 8 gegen Verschmutzungen und Staubablagerungen geschützt. Der Spindelstock 4 ist mit einer Haube 7 ab gedeckt. Im weiteren ist auf der Tischplatte 1 eine La serlichtschranke 11 angeordnet. Diese umfaßt einen Schrankenträger 21, der mit der Tischplatte 1 verbunden ist und der sich im wesentlichen senkrecht von der Tischplatte abhebt. Am Schrankenträger 21 ist eine sich nach seitwärts erstreckende und im wesentlichen in der X-Richtung verlaufende U-förmige Gabel 18 dem auszumes senden Stück 10 zugeneigt montiert. Die letztere weist einen ersten Schenkel 19 auf, in dessen Endbereich eine Laserstrahlstreifenquelle eingebaut, ist und besitzt ei nen zweiten Schenkel 20, in dem eine Detektorvorrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins mindestens eines Tei les eines streifenförmigen Laserstrahles angeordnet ist. Die Laserstrahlstreifenquelle sendet mindestens einen streifenförmigen Laserstrahl 12 in einer Richtung, die sich im wesentlichen rechtwinklig zu der durch die X- und Y-Richtungen aufgespannten Ebene erstreckt, gegen die Detektorvorrichtung. Zwischen den genannten Schenkeln 19, 20 der Gabel 18 kann das auszumessende Stück 10 der art bewegt werden, daß ein Teilbereich des wenigstens einen Laserstrahlstreifens von derjenigen Kante des Stückes unterbrochen wird, an welcher eine Messung vor zunehmen ist. In der gezeigten Gesamtübersicht ist seit lich der einen Stütze 2 ein Schrank 13 angebaut, in wel chem Rechenmittel 15 und Steuermittel 16 untergebracht sind. Eine nicht näher dargestellte Bedienungskonsole für die Einrichtung kann beispielsweise auf der mit 14 bezeichneten Frontseite der Tischplatte 1 untergebracht sein. Wie weiter aus der Fig. 1 ersichtlich ist, besteht der streifenförmige Laserstrahl 12 aus einem ersten La serstrahlstreifen 26 und einem zweiten Laserstrahlstrei fen 27. Die Strahlungsrichtung der beiden Laserstrahl streifen ist gleich. Sie bilden ein Laserstrahlkreuz. Fig. 1 shows the overall overview of a Einrich device for performing the proposed method of contactless measuring the contour of a piece, in particular a tool such as a milling cutter, drill or reamer, or egg nes workpiece such as a milling or turned part. A table top 1 rests on supports 2 . On the table top 1 , a clamping device 3 , 4 , which comprises a cross slide 3 and a headstock 4 in wesentli Chen, is arranged. The headstock 4 has a rotary spindle with an insertable collet 9 for clamping a piece 10 to be measured. The cross slide in turn consists of a Y-slide 6 , which is mounted on the table top 1 , and an X-slide 5 , which is arranged on the Y-slide 6 . On the latter, the headstock 4 is attached. The Y-carriage 6 is slidably constructed in a Y-direction, which extends longitudinally to the longitudinal axis of the spindle or to the longitudinal axis of the piece 10 to be sent. The X carriage 5 is movable in an X direction, which is perpendicular to the Y direction. The plane spanned by displacing the piece 10 to be measured in the X and Y directions runs parallel to the surface of the table top 1 . The slide guides of the Y-slide 6 and the X-slide 5 are protected with cover bellows 8 against dirt and dust deposits. The headstock 4 is covered with a hood 7 . Furthermore, a La light barrier 11 is arranged on the table top 1 . This comprises a barrier support 21 which is connected to the table top 1 and which stands out essentially perpendicularly from the table top. On the barrier support 21 , a sideways-extending and substantially in the X-direction extending U-shaped fork 18 is inclined to the piece 10 sent out . The latter has a first leg 19 , in the end region of which a laser beam strip source is installed, and has a second leg 20 in which a detector device for determining the presence of at least a part of a strip-shaped laser beam is arranged. The laser beam stripe source sends at least one stripe-shaped laser beam 12 against the detector device in a direction that is substantially perpendicular to the plane spanned by the X and Y directions. Between the legs 19 , 20 of the fork 18 , the piece 10 to be measured can be moved in such a way that a portion of the at least one laser beam strip is interrupted by that edge of the piece at which a measurement is to be taken. In the overall view shown, a cupboard 13 has been added since the one support 2 , in which chemical computing means 15 and control means 16 are accommodated. A control console for the device, which is not shown in any more detail, can be accommodated, for example, on the front side of the table top 1 , designated by 14. As can further be seen from FIG. 1, the strip-shaped laser beam 12 consists of a first laser beam strip 26 and a second laser beam strip 27 . The direction of radiation of the two laser beams is the same. They form a laser beam cross.

Das Rechenmittel 15 und das Steuermittel 16 sind dazu bestimmt, einerseits die relativen Positionen des X-Schlittens und des Y-Schlittens bzw. die relative Lage des auszumessenden Stückes 10 ausgehend von einem Meß nullpunkt einerseits dauernd zu ermitteln und anderer seits neue Stellungen vorzugeben. Dies kann beispiels weise so geschehen wie es in der eingangs bereits er wähnten europäischen Patentanmeldung EP-A-0 346 288 be schrieben ist.The computing means 15 and the control means 16 are intended, on the one hand, to continuously determine the relative positions of the X-slide and the Y-slide or the relative position of the piece 10 to be measured, on the one hand, from a zero measurement point and, on the other hand, to specify new positions. This can be done, for example, as described in the European patent application EP-A-0 346 288 already mentioned at the beginning.

Wie bereits einleitend gesagt worden ist, geht es bei der vorliegenden Erfindung darum, Ungenauigkeiten beim Messen, wie sie beispielsweise bei der genannten, zum Stand der Technik gehörenden Einrichtung dann ent stehen, wenn der streifenförmige Laserstrahl die Tangen te an einen gerade auszumessenden Konturpunkt des Stückes, die sich parallel zur X-, Y-Ebene erstreckt, in einem spitzen Winkel schneidet, zu verkleinern. Relativ groß ist bei der zum Stand der Technik zählenden Ein richtung die Meßungenauigkeit dann, wenn Konturpunkte vorhanden sind, deren Tangenten parallel zum Laser strahlstreifen gerichtet sind.As has already been said in the introduction, it works in the present invention, inaccuracies when measuring, such as the one mentioned, Ent then belonging to the prior art stand when the strip-shaped laser beam hits the tang te to a contour point of the Piece, which extends parallel to the X, Y plane, in cuts at an acute angle. Relative is large in the state of the art one direction the measurement inaccuracy when contour points are present, the tangents of which are parallel to the laser beam stripes are directed.

Im folgenden wird anhand von zwei Ausführungsbei spielen gezeigt, welche Maßnahmen getroffen werden kön nen, um die soeben genannten Meßungenauigkeiten zu ver kleinern. Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. Die Fig. 2 zeigt einen Teil der Laserlichtschranke 11 von vorne in der Längsrichtung des auszumessenden Stückes 10 betrachtet, welches in diesem Fall ein Fräswerkzeug ist. Ein Schnitt durch die Laser lichtschranke 11 entlang der strichpunktierten Linie III-III ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 4 schlußendlich zeigt den in der Fig. 3 mit dem Kreis A angedeuteten Ausschnitt vergrößert.In the following it will be shown on the basis of two exemplary embodiments which measures can be taken to reduce the measurement inaccuracies just mentioned. A first embodiment is shown in FIGS. 2, 3 and 4. Fig. 2 shows a part of the laser light barrier 11 from the front in the longitudinal direction of the piece to be measured 10 considered, which is a milling tool in this case. A section through the laser light barrier 11 along the dash-dotted line III-III is shown in FIG. 3. Finally, FIG. 4 shows the detail indicated by the circle A in FIG. 3 enlarged.

Die Laserstrahlstreifenquelle 22, die im Endbe reich des ersten Schenkels 19 der Gabel 18 angeordnet ist, weist zwei im wesentlichen punktförmige Laserlicht quellen auf, deren Licht je mit optischen Mitteln zu zwei Laserstrahlstreifen 26, 27 aufgeweitet werden. Die beiden Laserstrahlstreifen 26, 27 des Gesamtlaserstrah les 12 sind rechtwinklig zueinander angeordnet und bil den zusammen ein Laserstrahlkreuz. Dieses ist insbeson dere in den Fig. 3 und 4 deutlich sichtbar. Im Endbereich des zweiten Schenkels 20 der Gabel 18 ist dem Laser lichtstrahlbündel die Detektorvorrichtung 23 entgegenge richtet. Diese weist ebenfalls optische Mittel auf, um die beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Laser strahlstreifen 26, 27 empfangen zu können. Die optischen Mittel sind derart ausgebildet, daß die Breite von je dem der Laserstrahlstreifen weiter aufgeweitet wird, wo bei das Licht eines jeden Streifens schlußendlich je auf ein einzeiliges Array von lichtempfindlichen Elemen ten projiziert wird. Die Meßgenauigkeit wird durch das Maß der erfolgten Ausweitung und durch den Abstand zweier benachbarter lichtempfindlicher Elemente be stimmt.The laser beam source 22 , which is arranged in the end region of the first leg 19 of the fork 18 , has two essentially point-shaped laser light sources, the light of which is expanded to two laser beam strips 26 , 27 by optical means. The two laser beam strips 26 , 27 of the total laser beam 12 are arranged at right angles to one another and together form a laser beam cross. This is particularly visible in FIGS . 3 and 4. In the end region of the second leg 20 of the fork 18 , the laser light beam is directed towards the detector device 23 . This also has optical means in order to be able to receive the two laser beam strips 26 , 27 arranged at right angles to one another. The optical means are designed in such a way that the width of each of the laser beam strips is widened, where in the light of each strip is finally projected onto a one-line array of photosensitive elements. The measuring accuracy is determined by the extent of the expansion and by the distance between two adjacent photosensitive elements.

Im folgenden soll nun ein Meßvorgang anhand der Fig. 4 näher beschrieben werden. Das als Beispiel darge stellte Fräswerkzeug 10 ist auszumessen. Seine kennzeich nenden Daten wie der gewünschte Schneidendurchmesser und die Ausbildung des Fräskopfes, beispielsweise dessen mit 36 bezeichneter Radius, werden vorgängig über die Konsole als Abmessungssolldaten eingegeben und im Rechenmittel abgespeichert. Der Kreuzschlitten mit dem eingespannten Fräswerkzeug 10 wird in der X-Richtung verschoben, bis die Längsachse des Fräswerkzeuges 10 den zweiten Laser strahlstreifen 27 quert. Dann wird der Kreuzschlitten in der Y-Richtung soweit verfahren, bis der zweite Laser strahlstreifen 27 vom freien Ende des Fräswerkzeuges 10 teilweise unterbrochen wird. Diese Stellung wird vom Rechenmittel als Meßnullpunkt den nun folgenden Mes sungen zugrunde gelegt. Es leuchtet ein, daß durch die genannte Aufweitung, die jeder der Laserstrahlstreifen 26, 27 in seiner Breite in der Detektorvorrichtung 23 erfährt, ein Meßnullpunkt wesentlich genauer bestimmt und festgelegt werden kann, als wenn nur der erste Laser strahlstreifen 26 vorhanden wäre, der vom freien Ende des Fräswerkzeuges 10 schleifend geschnitten würde, wo durch im einzeiligen Array der lichtempfindlichen Ele mente eines oder mehrere davon abgedeckt würden. Weil nur ein einzeiliges Array vorhanden ist, könnte die Meßgenauigkeit in diesem Fall nicht größer sein als die Dicke des ersten Laserstrahlstreifens 26 von typi scherweise 0,02 Millimeter.A measuring process will now be described in more detail below with reference to FIG. 4. The milling tool 10 shown as an example is to be measured. Its characteristic data, such as the desired cutting edge diameter and the design of the milling head, for example its radius denoted by 36 , are entered beforehand via the console as the nominal dimension data and stored in the computing means. The cross slide with the clamped milling tool 10 is shifted in the X direction until the longitudinal axis of the milling tool 10 crosses the second laser beam strip 27 . Then the cross slide is moved in the Y direction until the second laser beam strip 27 is partially interrupted by the free end of the milling tool 10 . This position is used by the computing means as the measurement zero for the following measurements. It is obvious that the aforementioned widening, which each of the laser beam strips 26 , 27 experiences in its width in the detector device 23 , enables a measurement zero point to be determined and determined much more precisely than if only the first laser beam strip 26 were present, which was from the free one End of the milling tool 10 would be cut by grinding, where one or more of them would be covered by elements in the one-line array of photosensitive elements. Because there is only a one-line array, the measurement accuracy in this case could not be greater than the thickness of the first laser beam strip 26, typically 0.02 millimeters.

Anhand der eingegebenen Abmessungssolldaten wird nun das Fräswerkzeug 10 relativ zum Kreuzungspunkt der beiden Laserstrahlstreifen 26, 27 verfahren. Nach be stimmbaren, kleinen Verfahrstrecken werden neue Messung en durchgeführt. Es kann entweder die Soll-Konturlinie 25 des auszumessenden Stückes 10 abgefahren werden, oder es können nur einzelne gemäß den Abmessungssolldaten festlegbare Koordinatenpunkte vermessen werden. Im we sentlichen ist zu vermerken, daß für jeden der auszu messenden Ist-Konturpunkte, die alle auf der Ist-Kontur linie 24 des Stückes 10 liegen, sowohl ein Meßresultat herrührend vom ersten Laserstrahlstreifen 26 als auch ein Meßresultat herrührend vom zweiten Laserstrahl streifen 27 erfaßt werden. Die Tangente 32 an den aus zumessenden Soll-Konturpunkt 37 kann vom Rechenmittel bestimmt werden. In die Auswertung der Meßreihe mitein bezogen wird dann vom Rechenmittel schlußendlich nur das Meßresultat, das von demjenigen Laserstrahlstreifen 26, 27 herrührt, der die genannte Tangente 32 mit dem größeren Winkel 34, 35 schneidet. In dem in der Fig. 4 gezeigten Ausschnitt wäre dies für den ausgewählten Soll-Konturpunkt 37 dasjenige des ersten Laserstrahl streifens 26. Sein Schnitt- bzw. Neigungswinkel 34 zur Tangente 32 ist größer als der Neigungswinkel 35 des zweiten Laserstrahlstreifens 27 zur genannten Tangente 32. In die Auswertung einbezogen wird hier also die mit 30 bezeichnete X-Wertabweichung zwischen dem Soll-Kon turpunkt 37 auf der Sollkonturlinie 25 und dem mit dem ersten Laserstrahlstreifen 26 gemessenen Ist-Konturpunkt 28. Der mit dem zweiten Laserstrahlstreifen 27 eruierte Ist-Konturpunkt 29 bleibt in diesem Fall unberücksich tigt.Using the entered nominal dimension data, the milling tool 10 is now moved relative to the crossing point of the two laser beam strips 26 , 27 . New measurements are carried out after definable, small travels. Either the target contour line 25 of the piece 10 to be measured can be traversed, or only individual coordinate points that can be determined according to the target dimension data can be measured. In essence, it should be noted that for each of the actual contour points to be measured, which are all on the actual contour line 24 of the piece 10 , both a measurement result originating from the first laser beam strip 26 and a measurement result originating from the second laser beam strip 27 are detected become. The tangent 32 to the target contour point 37 to be measured can be determined by the computing means. Finally, in the evaluation of the series of measurements, the computing means ultimately only determines the measurement result that comes from the laser beam strip 26 , 27 that intersects said tangent 32 with the larger angle 34 , 35 . In the detail shown in FIG. 4, this would be that of the first laser beam strip 26 for the selected target contour point 37 . Its cutting or inclination angle 34 to the tangent 32 is greater than the inclination angle 35 of the second laser beam strip 27 to the said tangent 32 . Included in the evaluation here is the X value deviation designated by 30 between the desired contour point 37 on the desired contour line 25 and the actual contour point 28 measured with the first laser beam strip 26 . The actual contour point 29 determined with the second laser beam strip 27 remains unconsidered in this case.

Um festzustellen, ob die einzelnen Schneiden des Fräswerkzeuges 10 deckungsgleich sind und symmetrisch zur Längsachse liegen, können weitere Meßreihen aufge nommen werden, bei denen das Fräswerkzeug um seine Längsachse um bestimmte Winkel gedreht ist.To determine whether the individual cutting edges of the milling tool 10 are congruent and symmetrical to the longitudinal axis, further series of measurements can be taken, in which the milling tool is rotated about its longitudinal axis by certain angles.

Es ist ebenfalls möglich, für vorgegebene Koordi natenpunkte bzw. Soll-Konturpunkte eine erste Meßreihe nur mit dem ersten Laserstrahlstreifen 26 vorzunehmen und anschließend für die gleichen ausgewählten Soll-Konturpunkte die Messungen mit dem zweiten Laser strahlstreifen 27 zu wiederholen. Die Auswahl, welche Meßresultate auszuwerten sind, kann dann anschließend an die Durchführung der beiden Meßreihen vorgenommen werden. Es kann vorgesehen sein, daß die Steuermittel für jede der genannten zwei Meßreihen jeweils nur den einen benötigten der Laserstrahlstreifen 26, 27 aktivie ren, während der andere ausgeschaltet ist. Die Steuer mittel können die zeilenförmigen Arrays der lichtemp findlichen Elemente ebenfalls so steuern, daß dauernd beide davon oder jeweils auch nur das eine, entsprechen de aktiv ist.It is also possible to carry out a first series of measurements for predetermined coordinate points or target contour points only with the first laser beam strip 26 and then to repeat the measurements with the second laser beam strip 27 for the same selected target contour points. The selection of which measurement results are to be evaluated can then be made after the two series of measurements have been carried out. It can be provided that the control means for each of the two series of measurements mentioned activate only one of the required laser beam strips 26 , 27 , while the other is switched off. The control means can also control the line-shaped arrays of the light-sensitive elements so that both of them or only one of them, corresponding to de, is permanently active.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführung der Laserlichtschranke 11 dargestellt. Ein Teil der letzteren mit der Gabel 18 und den beiden Schenkeln 19, 20 ist in der Fig. 5 als Ansicht von der gleichen Rich tung sichtbar, die schon in der Fig. 3 gewählt worden ist. Ein Schnitt durch die Laserlichtschranke gemäß der strichpunktierten Linie VI-VI ist in der Fig. 6 darge stellt. Es ist in diesem Ausführungsbeispiel ein einzi ger streifenförmiger Laserstrahl 12 vorgesehen. Die La serstrahlstreifenquelle 22 ist in einem ersten Drehmit tel 40 eingebaut, welches sich im ersten Schenkel 19 be findet. Die Detektorvorrichtung 23 ist in einem zweiten Drehmittel 41 montiert, das im zweiten Schenkel 20 ange ordnet ist. Die beiden Drehmittel 40, 41 sind, wie dies durch den Pfeil 42 angedeutet ist, verschwenkbar. Die Neigung des Laserstrahlstreifens 12 zur vorgenannten Tangente an einen auszumessenden Konturpunkt eines in dieser Fig. nicht dargestellten Stückes kann durch ein entsprechendes Verschwenken der ersten und zweiten Dreh mittel 40, 41 verändert werden. Die Neigung des Laser strahlstreifens 12 zum auszumessenden Stück kann, ge steuert durch das Rechen- und Steuermittel so vorgenom men werden, daß keine schleifenden Schnittpunkte ent stehen. Es ist dabei notwendig, daß eine interne Kopp lung zwischen den ersten und zweiten Drehmitteln 40, 41 vorhanden ist, wodurch deren Schwenkwinkel synchron zu einander verändert wird. Als Verfahrensvariante ist es auch hier möglich, anhand von vorbestimmten Koordinaten punkten zuerst eine ganze Meßreihe aufzunehmen, bei der der Laserstrahlstreifen 12 rechtwinklig zur Längsachse des auszumessenden Stückes gerichtet ist und anschließend die Meßreihe mit dem um 90° verschwenkten Laser strahl zu wiederholen. Die Auswahl der Meßresultate er folgt nach Beendigung der Meßstreifen in der gleichen Weise, wie dies vorgängig bereits beschrieben worden ist.A further embodiment of the laser light barrier 11 is shown in FIGS. 5 and 6. A part of the latter with the fork 18 and the two legs 19 , 20 is visible in Fig. 5 as a view of the same Rich direction, which has already been selected in Fig. 3. A section through the laser light barrier according to the dash-dotted line VI-VI is shown in Fig. 6 Darge. There is a single strip-shaped laser beam 12 provided in this embodiment. The La serstrahlstreifenquelle 22 is installed in a first Drehmit tel 40 , which is in the first leg 19 be. The detector device 23 is mounted in a second rotating means 41 which is arranged in the second leg 20 . The two rotating means 40 , 41 can, as indicated by the arrow 42 , be pivoted. The inclination of the laser beam strip 12 to the aforementioned tangent to a contour point to be measured of a piece not shown in this figure can be changed by a corresponding pivoting of the first and second rotating means 40 , 41 . The inclination of the laser beam strip 12 to the piece to be measured, ge controls by the computing and control means so vorgenom men that no grinding intersections arise ent. It is necessary that an internal coupling between the first and second rotating means 40 , 41 is present, whereby the pivot angle is changed synchronously with each other. As a process variant, it is also possible here to record a whole series of measurements using predetermined coordinates, in which the laser beam strip 12 is directed at right angles to the longitudinal axis of the piece to be measured and then to repeat the series of measurements with the laser beam pivoted by 90 °. The selection of the measurement results follows after the end of the measuring strips in the same way as has already been described above.

In der Fig. 7 ist symbolisch dargestellt, wie in der Detektorvorrichtung 23 der empfangene Laserstrahl streifen 12 durch optische Mittel 43 in seiner Breite aufgeweitet und auf eine einzeilige Anordnung oder Array 44 von lichtempfindlichen Elementen 45 projiziert wird.In Fig. 7 it is shown symbolically how in the detector device 23 the received laser beam 12 is expanded in width by optical means 43 and is projected onto a single-line arrangement or array 44 of photosensitive elements 45 .

Bei dem zuerst beschriebenen ersten Ausführungs beispiel mit den zwei kreuzweise angeordneten Laser strahlstreifen wäre das optische Mittel 43 und die zei lenförmige Anordnung 44 mit den lichtempfindlichen Ele menten 45 sinngemäß zweifach vorhanden.In the first embodiment described first, for example, with the two crosswise arranged laser beam strips, the optical means 43 and the line-shaped arrangement 44 with the light-sensitive elements 45 would be present in duplicate.

Claims

1. A method for the contactless measurement of the contour of a piece ( 10 ) with a strip-shaped laser beam ( 12 ) and a clamping device ( 3 , 4 ), in which the piece to be measured is held in such a way that all edges ( 24 ) of the piece to be measured are exposed, wherein the clamping device can be displaced in a plane which extends at right angles to the laser beam, and relative positions of the laser beam ( 12 ) and the clamping device are stored in a computing means ( 15 ) in which the desired dimension data ( 25 ) of the piece to be measured are contained, and wherein the piece to be measured is arranged between a source ( 22 ) for generating the strip-shaped laser beam and a detector device ( 23 ) with which the presence of at least a part of the laser beam strip can be determined, characterized in that the source ( 22 ) two rectified laser beam strips ( 26, 27 ), the s I cut in a cross shape, are emitted and the detector device ( 23 ), which has a short arrangement of photosensitive elements, each of the laser beam strips is detected individually, so that the piece ( 10 ) is shifted to measure one of its contour points as a function of the desired dimension data ( 25 ) that the crossing point of the laser beam strips ( 26, 27 ) lies essentially on a target contour point, that at least one of the laser beam strips there is partially interrupted by the piece and that the location of the transition from the uninterrupted to the interrupted laser beam strip represents an actual contour point of the piece, that an attempt is also made to determine an actual contour point with the other laser beam strip, and that the computing means ( 15 ) for each of the actual contour points determined at a desired contour point evaluates the one as a measurement result in which the corresponding laser beam strip is parallel to named E plane tangent to the corresponding target contour point of the piece with the larger angle.

2. Method for non-contact measurement of the contour of a piece ( 10 ) with a strip-shaped laser beam ( 12 ) and a clamping device ( 3 , 4 ), in which the piece to be measured is held in such a way that all edges ( 24 ) of the piece to be measured are exposed, wherein the clamping device can be displaced in a plane which extends at right angles to the laser beam, and relative positions of the laser beam ( 12 ) and the clamping device are stored in a computing means ( 15 ) in which the desired dimension data ( 25 ) of the piece to be measured are contained, and wherein the piece to be measured is arranged between a source ( 22 ) for generating the strip-shaped laser beam and a detector device ( 23 ) with which the presence of at least a part of the laser beam strip can be determined, characterized in that the source ( 22 ) with first rotating means ( 40 ) and the detector device ( 23 ), which has a line-shaped arrangement of photosensitive elements ( 45 ), can be rotated synchronously with one another with second rotating means ( 41 ), so that the piece ( 10 ) for measuring one of its contour points is shifted as a function of the desired dimension data ( 25 ) such that the Laser beam stripe ( 12 ) runs essentially through a desired contour point and is partially interrupted by the piece and the location of the transition from the uninterrupted to the interrupted laser beam stripe represents an actual contour point of the piece, avoiding a sliding intersection of the laser beam strip ( 12 ) with a parallel to said plane tangent to the desired contour point of the piece ( 10 ), the rotational position of the laser beam strip ( 12 ) and the detector device relative to the piece ( 10 ) is changed.