DE102015205615A1

DE102015205615A1 - Optische Koordinatenmesseinrichtung

Info

Publication number: DE102015205615A1
Application number: DE102015205615.5A
Authority: DE
Inventors: c/o KEYENCE CORPORATION Ikebuchi Masayasu
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-10-01
Also published as: JP6325871B2; US9557159B2; JP2015190927A; US20150276377A1

Abstract

Es wird eine optische Koordinatenmesseinrichtung bereitgestellt, welche einer Verschlechterung der Messgenauigkeit vorbeugt. Ein Halteelement ist aus einem Material hergestellt, das niedrige Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften und einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Ein Markerelement wird durch das Halteelement gehalten. Das Markerelement schließt ein Plattenelement ein, das aus Glas hergestellt ist. Eine Lichtschutzmaske wird durch Drucken auf einer Fläche des Plattenelements mit Ausnahme einer Vielzahl von kreisförmigen Bereichen ausgebildet. Ein lichtabstrahlendes Substrat ist unter dem Markerelement angeordnet. Eine Vielzahl von lichtabstrahlenden Elementen ist auf den oberen Flächen der lichtabstrahlenden Substrate montiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Koordinatenmesseinrichtung, welche eine Sonde verwendet.
2. Beschreibung des in Bezug stehenden Standes der Technik
Es wird eine optische Koordinatenmesseinrichtung mit einer Sonde zum Kennzeichnen einer Messposition bereitgestellt. Eine beliebige Position eines Messziels wird durch die Sonde als Messposition gekennzeichnet und Koordinaten der Messposition werden berechnet. Durch Berechnen von Koordinaten einer Vielzahl von Messpositionen an dem Messziel wird eine Größe eines gewünschten Abschnitts des Messziels gemessen.
JP 06-511555 A beschreibt ein System für eine Punkt-zu-Punkt-Messung von Raumkoordinaten, das einen Datenprozessor, eine Kontaktsonde und einen Winkelsensor aufweist. Die Kontaktsonde ist mit einer Vielzahl von Punktlichtquellen in Ergänzung zu einem Kontaktpunkt bereitgestellt. Der Winkelsensor ist so bereitgestellt, dass er eine Beobachtung eines wesentlichen Abschnitts eines Messziels ermöglicht und eine Beobachtung der Vielzahl von Punktlichtquellen der Kontaktsonde ermöglicht.
Eine Raumrichtung von dem Winkelsensor in Richtung jeder Lichtquelle wird aufgezeichnet. Basierend auf der aufgezeichneten Raumrichtung werden eine Position und eine Ausrichtung der Kontaktsonde in Bezug auf den Winkelsensor durch einen Datenprozessor berechnet. Die Position der Kontaktsonde und eine Position des Kontaktpunkts werden mit einer Position des Messziels in Zusammenhang gebracht.
Bei dem System für eine Punkt-zu-Punkt-Messung der JP 06-511555 A besteht die Möglichkeit, dass die Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von Lichtquellen sich geringfügig ändert. In diesem Fall wird es unmöglich, die Position der Kontaktsonde genau zu bestimmen. Als Ergebnis verschlechtert sich die Genauigkeit der Messung der Koordinaten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Koordinatenmesseinrichtung bereitzustellen, welche einer Verschlechterung der Messgenauigkeit vorbeugt.

(1) Eine optische Koordinatenmesseinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Sonde, die eine Vielzahl von Markern aufweist und eingerichtet ist, eine Messposition zu kennzeichnen; eine Abbildungseinheit, die Bilder der Vielzahl von Markern der Sonde aufnimmt, um Bilddaten zu erzeugen; und eine Berechnungseinheit, welche Koordinaten einer durch die Sonde gekennzeichneten Messposition auf Grundlage der durch die Abbildungseinheit erzeugten Bilddaten berechnet, wobei die Sonde eine Lichtquelle, eine Vielzahl von Lichtübertragungsabschnitten, die jeweils einen Lichtübertragungsbereich aufweisen, der den jeweiligen Marker ausbildet, und aus Glas hergestellt ist, das durch die Lichtquelle abgestrahltes Licht überträgt, einen Lichtschutzfilm bzw. einen Lichtabschirmfilm, der auf den Flächen der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten mit Ausnahme von jedem der lichtübertragenden Bereiche ausgebildet ist, um eine äußere Form der Marker auszubilden, und ein Halteteil aufweist, welches die Vielzahl von Lichtübertragungsabschnitten hält.

Bei dieser optischen Koordinatenmesseinrichtung werden Bilddaten durch ein Aufnehmen von Bildern der Vielzahl von Markern der Sonde durch die Abbildungseinheit erzeugt. Basierend auf den erzeugten Bilddaten wird eine durch die Sonde gekennzeichnete Messposition durch die Berechnungseinheit berechnet.
Der Marker wird durch den Lichtübertragungsbereich von jedem Lichtübertragungsabschnitt ausgebildet und der Lichtschutzfilm ist auf der Fläche eines Bereichs von jedem Lichtübertragungsabschnitt mit Ausnahme des Lichtübertragungsbereichs ausgebildet. Von dem durch die Lichtquelle abgestrahlten Licht wird Licht, welches durch die Lichtübertragungsbereiche der Vielzahl von Lichtübertragungsabschnitten hindurchgeht, zu der Außenseite der Sonde abgestrahlt, ohne durch den Lichtschutzfilm abgeschirmt zu werden.
In diesem Fall ist jeder Lichtübertragungsabschnitt aus Glas hergestellt, wodurch eine zeitabhängige Formänderung bei jedem lichtübertragenden Abschnitt aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme vorgebeugt wird. Da die Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten durch das Halteteil gehalten werden, kann die Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten darüber hinaus konstant gehalten werden.
Darüber hinaus ist die äußere Form des Markers durch den Lichtschutzfilm ausgebildet, der auf der Glasfläche ausgebildet ist, wobei eine Dicke des Lichtschutzfilms geringer ist und verhindert, dass die äußere Form des Bilds des Markers, welches durch die Abbildung bzw. Bildgebung erhalten wird, durch eine Kante des Lichtschutzfilms verzerrt wird. Folglich ist es möglich, ein Bild einer Position von jedem Marker genau aufzunehmen.
Es ist dadurch möglich, Koordinaten der durch die Sonde gekennzeichneten Messposition basierend auf den Bilddaten der Vielzahl von Markern genau zu berechnen.

(2) das Halteteil kann aus einem oder einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, die aus Glas, Metall, einer Legierung, Keramik und Glaskeramik ausgewählt sind.

Da das Halteteil niedrige Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften und einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wird einer Formänderung des Halteteils aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme und Wärme vorgebeugt. Daher wird die Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten konstant gehalten und die Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von Markern wird konstant gehalten. Es ist somit möglich, Koordinaten der durch die Sonde gekennzeichneten Messposition auf der Grundlage der Bilddaten der Vielzahl von Markern genau zu berechnen.

(3) Das Halteteil kann aus Quarzglas hergestellt sein.

In diesem Fall wird der Formänderung bei dem Halteteil aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme und Wärme besser vorgebeugt. Folglich wird die Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten beibehalten.

(4) die Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten und das Halteteil können aus dem gleichen Material hergestellt sein.

In diesem Fall tritt kaum eine Verzerrung zwischen der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten und dem Halteteil aufgrund eines Unterschieds bei dem linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen ihnen auf, wodurch einer Formstabilität der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten und des Halteteils erhöht wird.

(5) Jeder der lichtübertragenden Abschnitte kann aus Plattenglas hergestellt sein und der Lichtschutzfilm kann nur auf einer Fläche von jedem der lichtübertragenden Abschnitte ausgebildet sein.

In diesem Fall wird verhindert, das Licht, welches schräg durch den lichtübertragenden Bereich hindurchgeht und zu der Außenseite der Sonde abgestrahlt wird, durch die Kante des Lichtschutzfilms abgeschirmt wird. Dies beugt einer Verzerrung des Markerbilds ausreichend vor.

(6) der Lichtschutzfilm kann ein auf gedampfter Film sein.

In diesem Fall kann die Dicke des Lichtschutzfilms extrem dünn hergestellt werden. Hierdurch wird verhindert, das Licht, welches schräg durch den lichtübertragenden Bereich hindurchgeht und zu der Außenseite der Sonde abgestrahlt wird, durch die Kante des Lichtschutzfilms abgeschirmt wird. Dies beugt einer Verzerrung des Bilds von dem Marker ausreichend vor.

(7) Die Sonde kann ferner ein Diffusionselement aufweisen, das zwischen der Lichtquelle und jedem der lichtübertragenden Abschnitte bereitgestellt ist, und das durch die Lichtquelle abgestrahltes Licht streut und überträgt.

In diesem Fall kann Licht durch den lichtübertragenden Bereich in verschiedene Richtungen abgestrahlt werden.

(8) Die Sonde kann ferner ein Gehäuse aufweisen, welches das Halteteil aufnimmt, und ein Pufferelement mit einer Flexibilität bzw. Anpassungsfähigkeit kann zwischen dem Halteteil und dem Gehäuse angeordnet sein.

In diesem Fall wird Spannung nicht direkt von außen auf das Halteteil ausgeübt. Selbst wenn ein Stoß auf das Gehäuse aufgrund eines Falls, einer Kollision oder Ähnlichem der Sonde auf das Gehäuse ausgeübt wird, wird der zu dem Halteteil übertragende Stoß durch das Pufferelement vermindert. Dies beugt einer Beschädigung des Halteteils vor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird einer Verschlechterung der Messgenauigkeit aufgrund einer Formänderung der Sonde vorgebeugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer optischen Koordinatenmesseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Messkopfs der optischen Koordinatenmesseinrichtung aus 1 zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Sonde des Messkopfes aus 2 zeigt;
Die 4A und 4B sind Ansichten zum Beschreiben eines Aufbaus einer Hauptabbildungseinheit;
5 ist eine schematische Ansicht zum Beschreiben der Beziehungen zwischen der Hauptabbildungseinheit und einer Vielzahl von Markern;
6 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die Elemente zeigt, welche in einem Gehäuse der Sonde aufgenommen sind;
7 ist eine schematische Schnittansicht eines Markerelements;
8 ist eine Schnittansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen dem Markerelement, einer Diffusionsplatte und eines lichtabstrahlenden Substrats zeigt;
9 ist eine Ansicht zum Beschreiben von Infrarotstrahlen, die von jedem lichtabstrahlenden Element abgestrahlt werden;
Die 10A und 10B sind schematische Ansichten zur Beschreibung von Infrarotstrahlen, die auf die Hauptabbildungseinheit einfallen;
Die 11A und 11B sind schematische Ansichten zum Beschreiben von Infrarotstrahlen, die auf die Hauptabbildungseinheit einfallen;
12 ist eine schematische Schnittansicht zum Beschreiben einer Haltestruktur eines Halteelements in dem Gehäuse;
13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Bilds zeigt, das auf einer Anzeigeeinheit aus 2 angezeigt wird;
14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Messziels zeigt;
Die 15A und 15B sind Ansichten zum Beschreiben des Messbeispiels;
16 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Messbeispiels;
Die 17A und 17B sind Ansichten zum Beschreiben eines Messbeispiels;
18 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Messbeispiels;
19 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Messbeispiels; und
20 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem eine Messinformation überlagert und auf einem aufgenommenen Bild angezeigt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(1) Aufbau einer optischen Koordinatenmesseinrichtung
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer optischen Koordinatenmesseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Messkopfes einer optischen Koordinatenmesseinrichtung 300 aus 1 zeigt. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Sonde eines Messkopfes 100 aus 2 zeigt. Hiernach wird die optische Koordinatenmesseinrichtung 300 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist die optische Koordinatenmesseinrichtung 300 mit dem Messkopf 100 uns einer Verarbeitungseinrichtung 200 bereitgestellt. Der Messkopf 100 schließt ein Halteteil 110, einen Platzierungstisch 120, eine Hauptabbildungseinheit 130, eine Sonde 140, eine Unterabbildungseinheit 150, eine Anzeigeeinheit 160, eine Betätigungseinheit 170 und eine Schalttafel 180 ein.
Wie in 2 gezeigt, schließt das Halteteil 110 des Messkopfes 100 einen Installationsteil 111 und einen Ständerteil 112 ein. Der Installationsteil 111 weist eine horizontale flache Form auf und ist auf der Installationsfläche installiert. Der Ständerteil 112 ist so bereitgestellt, dass er sich von einem Ende des Installationsteils 111 nach oben erstreckt.
Der Platzierungstisch 120 ist bei dem anderen Ende des Installationsteils 111 bereitgestellt. Der Platzierungstisch 120 ist beispielsweise eine optische Messplatte. Ein Messziel S ist auf dem Platzierungstisch 120 platziert. In diesem Beispiel weist der Platzierungstisch 120 eine im Wesentlichen quadratische Form auf. Auf dem Platzierungstisch 120 ist eine Vielzahl von Schraubenlöchern ausgebildet, sodass sie in regelmäßigen Abständen in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet bzw. verteilt sind. Folglich ist es möglich, das Messziel S an dem Platzierungstisch 120 mittels eines Klammerelements und Befestigungsschrauben zu befestigen. Der Platzierungstisch 120 kann magnetisch sein. In diesem Fall ist es möglich, das Messziel S an dem Platzierungstisch 120 mittels eines Befestigungselements zu befestigen, das einen Magnet, wie zum Beispiel einen Magnetfuß aufweist. Ferner kann die obere Fläche des Platzierungstischs 120 haftend sein. Auch in diesem Fall kann das Messziel S auf einfache Weise an dem Platzierungstisch 120 befestigt werden.
Die Hauptabbildungseinheit 130 ist an einem oberen Teil des Ständerteils 112 bereitgestellt. Die Hauptabbildungseinheit 130 kann abnehmbar an dem oberen Teil des Ständerteils 112 bereitgestellt sein oder kann integral mit dem Ständerteil 112 bereitgestellt sein. Die Hauptabbildungseinheit 130 schließt ein Abbildungselement 131 (später in den 4A und 4B beschrieben) und eine Vielzahl von Linsen 132 (später in 4A beschrieben) ein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Abbildungselement 131 ein CMOS-Bildsensor (complementary metal-oxide-semiconductor), der imstande ist, Infrarotstrahlen zu erfassen. Die Hauptabbildungseinheit ist so angeordnet, dass sie schräg nach unten gedreht ist, um Infrarotstrahlen erfassen zu können, die von einem zuvor eingestellten Abbildungsbereich V (später in 5 beschrieben) abgestrahlt werden.
Der Abbildungsbereich V (5) ist ein bestimmter Bereich, der den Platzierungstisch 120 des Installationsteils 111 und seine Umgebung einschließt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Platzierungstisch 120 aus 1 und ein Bereich, der von dem Platzierungstisch 120 nur um ein Maß der Gesamtlänge der Sonde 140 aus 1 hervorsteht, als Abbildungsbereich V definiert. Es ist anzumerken, dass die Gesamtlänge der Sonde 140 beispielsweise in etwa 150 mm beträgt. Ein analoges elektrisches Signal (hierauf wird nachfolgend als Lichtempfangssignal Bezug genommen), das einer erfassten Lichtmenge entspricht, wird von jedem Pixel der Hauptabbildungseinheit 130 an die Schalttafel 180 ausgegeben.
Wie in 3 gezeigt, schließt die Sonde 140 ein Gehäuse 141, einen Griffteil 142, eine Vielzahl von Markern 143 einen Stift 144, eine Netzteilplatine 145 und einen Verbindungsanschluss 146 ein. Das Griffteil 142 erstreckt sich in einer ersten Richtung D1 und das Gehäuse 141 erstreckt sich in einer zweiten Richtung D2, die sich mit der ersten Richtung D1 schneidet. Ein Benutzer greift das Griffteil 142 und bedient die Sonde 140.
Hiernach weisen, außer es wird speziell angemerkt, die Oberseite, die Unterseite, die Vorderseite und Hinterseite der Sonde 140 auf die Oberseite, die Unterseite, die Vorderseite und Hinterseite der Sonde 140 in einem Zustand hin, in dem der Benutzer das Griffteil 142 vertikal hält (ein Zustand, in dem die erste Richtung D1 eine vertikale Richtung ist).
Das Gehäuse 141 ist bei dem oberen Ende des Griffteils 142 bereitgestellt. Das Griffteil 142 erstreckt sich von dem mittigen Teil der unteren Fläche des Gehäuses 141 so nach unten, dass ein vorderer Abschnitt des Gehäuses 141 auf der Vorderseite des Griffteils 142 hervorsteht und ein hinterer Teil des Gehäuses 141 hinter dem Griffteil 142 hervorsteht. Dabei wird ein Winkel, der durch die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 ausgebildet wird, als ein Winkel Ф definiert, der durch das Griffteil 142 und dem vorderen Abschnitt des Gehäuses 141 ausgebildet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Winkel Ф ein spitzer Winkel, der größer als 0° und kleiner als 90° ist.
In dem Zustand, in dem das Griffteil 142 vertikal gehalten wird, befindet sich das vordere Ende des Gehäuses 141 unter dem hinteren Ende des Gehäuses 141 und die obere Fläche des Gehäuses 141 ist von dem hinteren Ende zu dem vorderen Ende schräg nach unten geneigt. In diesem Fall kann der Benutzer die obere Fläche des Gehäuses 141 auf einfache Weise schräg nach oben drehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform schließt die obere Fläche des Gehäuses 141 eine obere Fläche des vorderen Teils 141a, eine obere Fläche des mittigen Teils 141b und eine obere Fläche des hinteren Teils 141c ein. Die obere Fläche des vorderen Teils 141a, die obere Fläche des mittigen Teils 141b und die obere Fläche des hinteren Teils 141c sind parallel zu der zweiten Richtung D2. Ferner sind die obere Fläche des vorderen Teils 141a, die obere Fläche des mittigen Teils 141b und die obere Fläche des hinteren Teils 141c zu einer Ebene vertikal, welche die erste und zweite Richtung D1, D2 einschließt. Die obere Fläche des vorderen Teils 141a und die obere Fläche des hinteren Teils 141c sind auf der gleichen Ebene und die obere Fläche des mittigen Teils 141b ist an einer Position, die höher ist als die obere Fläche des vorderen Teils 141a und die obere Fläche des hinteren Teils 141c.
Ein Halteelement 400 mit einer Vielzahl von kreisförmigen Markern 143 ist in dem Gehäuse 141 aufgenommen. In diesem Beispiel ist die Form von jedem Marker 143 nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt und kann andere Formen, wie zum Beispiel eine Dreiecksform, eine quadratische Form oder eine Sternform aufweisen. Das Gehäuse 141 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen bereitgestellt, durch die die Vielzahl von Markern 143 in dem Gehäuse 141 exponiert bzw. freigelegt sind. Details des Halteelements 400 und der Marker 143 werden nachfolgend beschrieben.
In dem Beispiel aus 3 sind sieben Marker 143 in dem Halteelement 400 bereitgestellt. Drei Marker 143 sind bei dem vorderen Ende des Gehäuses 141 angeordnet, zwei Marker 143 sind bei der Mitte angeordnet und zwei Marker 143 sind bei dem hinteren Ende angeordnet. Die obere Fläche des vorderen Teils 141a ist mit einer Öffnung OPa bereitgestellt, durch die die drei Marker 143 bei dem vorderen Ende exponiert sind bzw. freiliegen. Die obere Fläche des mittigen Teils 141b ist mit einer Öffnung OPb bereitgestellt, durch die die zwei Marker 143 in der Mitte exponiert sind. Die obere Fläche des hinteren Teils 141c ist mit einer Öffnung OPc bereitgestellt, durch welche die zwei Marker 143 bei dem hinteren Ende exponiert sind.
Bei diesem Beispiel sind die drei Marker 143 in dem vorderen Ende des Gehäuses 141 und die zwei Marker 143 in dem hinteren Ende so angeordnet, dass sie auf der gleichen Ebene angeordnet sind. Ferner sind die zwei Marker 143 in der Mitte so angeordnet, dass sie auf einer Ebene angeordnet sind, die höher ist als die Ebene, wo die anderen Marker 143 angeordnet sind.
Bei diesem Beispiel strahlt jeder Marker 143 regelmäßig Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge von 860 nm ab. Die Infrarotstrahlen, die von der Vielzahl von Markern 143 abgestrahlt werden, gehen durch die Vielzahl von Öffnungen OPa, OPb, OPc des Gehäuses 141 hindurch und Bilder der Infrarotstrahlen werden durch die Hauptabbildungseinheit 130 aus 2 aufgenommen.
Die Hauptabbildungseinheit 130 aus 2 ist schräg über dem Platzierungstisch 120 angeordnet. Wie oben beschrieben kann der Benutzer die obere Fläche des Gehäuses 141 auf einfache Weise schräg nach oben drehen. Daher kann die Hauptabbildungseinheit 130 wirkungsvoll ein Bild der Infrarotstrahlen aufnehmen, die von der Vielzahl von Markern 143 der Sonde 140 zu dem Zeitpunkt einer Formmessung des Messziels S auf dem Platzierungstisch 120 abgestrahlt werden.
Wie in 3 gezeigt, ist der Stift 144 ein Stabelement, das einen Kontaktteil 144a aufweist, der mit dem Messziel S in Kontakt gebracht werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein kugelförmiger Kontaktteil 144a an der Spitze des Stifts 144 bereitgestellt. Ein nicht gezeigter Anbringteil zum Anbringen des Stifts 144 ist an der vorderen Endfläche und der unteren Fläche des Gehäuses 141 ausgebildet. Der Benutzer kann eine Anbringposition des Stifts 144 zwischen der vorderen Endfläche und der unteren Fläche des vorderen Endes von dem Gehäuse 141 entsprechend der Form des Messziels S beliebig verändern. In dem Beispiel aus 3 ist der Stift 144 an der vorderen Endfläche des Gehäuses 141 angebracht.
Die Netzteilplatine 145 führt den lichtabstrahlenden Substraten 431, 432, 433 (6) elektrischen Strom zu, was später erläutert wird. Die Netzteilplatine 145 ist in dem Griffteil 142 aufgenommen. Der Verbindungsanschluss 146 ist an einem unteren Teil des Griffteils 142 angeordnet. Lichtabstrahlvorgänge der Vielzahl von Markern 143 werden durch die Steuerplatine 180 aus 1 über ein mit dem Verbindungsanschluss 146 verbundenes Kabel gesteuert. Es ist anzumerken, dass die Sonde 140 und die Steuerplatine 180 so bereitgestellt sein können, dass sie drahtlos miteinander kommunizieren.
Die Unterabbildungseinheit 150 ist zum Beispiel eine CCD-Kamera (charge coupled device). Eine Auflösung der Unterabbildungseinheit 150 kann niedriger sein als eine Auflösung der Hauptabbildungseinheit 130. Die Unterabbildungseinheit 150 ist bei einer Position angeordnet, deren Positionsbeziehung mit dem Kontaktteil 144a des Stifts 144 von der Sonde 140 bekannt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Unterabbildungseinheit 150 an der Endfläche des vorderen Endes von dem Gehäuse 141 der Sonde 140 angeordnet. Ein Lichtempfangssignal wird von jedem Pixel der Unterabbildungseinheit 150 an die Steuerplatine 180 abgegeben.
Wie in 2 gezeigt, ist die Anzeigeeinheit 160 durch den Ständerteil 112 des Halteteils 110 unterstützt und ist an dem Installationsteil 111 bereitgestellt, sodass ein Anzeigebildschirm der Anzeigeeinheit 160 schräg nach oben gedreht ist. Dementsprechend kann der Benutzer das Messziel S und die Anzeigeeinheit 160 mittels einer minimalen Bewegung seiner oder ihrer Augen gezielt betrachten oder das Messziel S und die Anzeigeeinheit 160 gleichzeitig betrachten.
Die Anzeigeeinheit 160 ist beispielsweise durch ein Flüssigkristallanzeigepanel oder ein organisches EL-Panel (Elektrolumineszenz) ausgebildet. Auf der Anzeigeeinheit 160 werden ein durch die Verarbeitungseinrichtung 200 erzeugtes Bild, eine Betriebsvorgangsanzeige für die optische Koordinatenmesseinrichtung 300, ein Messergebnis und Ähnliches auf Basis einer Steuerung durch die Steuerplatine 180 angezeigt.
Die Betätigungseinheit 170 weist beispielsweise eine Vielzahl von Betätigungsknöpfen auf. Die Betätigungseinheit 170 kann durch den Benutzer während der Zeit des Kennzeichnens eines Abschnitts des zu messenden Messziels S oder zu einem anderen Zeitpunkt betätigt werden. Die Betätigungseinheit 170 kann integral mit der Sonde 140 bereitgestellt sein. Beispielsweise kann an dem Griffteil 142 aus 2 ein oder eine Vielzahl von Betätigungsknöpfen als Betätigungseinheit bzw. Betätigungseinheit 170 bereitgestellt sein. In diesem Fall kann der Benutzer die Betätigungseinheit 170 während des Haltens des Griffteils 142 mit einer Hand betätigen.
Die Steuerplatine 180 ist in dem Installationsteil 111 des Halteteils 110 vorgesehen. Die Steuerplatine 180 ist mit der Hauptabbildungseinheit 130, der Sonde 140, der Unterabbildungseinheit 150, der Anzeigeeinheit 160 und der Betätigungseinheit 170 verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung 200 steuert den Betrieb der Hauptabbildungseinheit 130, der Sonde 140, der Unterabbildungseinheit 150, der Anzeigeeinheit 160 und der Betätigungseinheit 170 über die Steuerplatine 180.
Die Steuerplatine 180 ist mit einem A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) und einem FIFO-Speicher (first in, first out) montiert, die nicht gezeigt werden. Lichtempfangssignale, die von der Hauptabbildungseinheit 130 und der Unterabbildungseinheit 150 ausgegeben werden, werden durch den A/D-Wandler der Steuerplatine 180 mit einem konstanten Abtastintervall abgetastet und auch zu digitalen Signalen umgewandelt. Die von dem A/D-Wandler ausgegebenen digitalen Signale werden nacheinander in dem FIFO-Speicher gespeichert. Die digitalen Signale, die in dem FIFO-Speicher gespeichert sind, werden nacheinander als Pixeldaten zu der Verarbeitungseinrichtung 200 übertragen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Zeitabfolge für eine Lichtabgabe durch die Vielzahl von Lichtmarkern 143 aus 3 mit der Zeitabfolge für das Abbilden durch die Hauptabbildungseinheit 130 aus 2 synchronisiert. Pixeldaten, die während eines Lichtabstrahlzeitraums der Vielzahl von Markern 143 gespeichert werden, werden von der Steuerplatine 180 zu der Verarbeitungseinrichtung 200 während einem nächsten Löschzeitraum (quenching period) der Marker 143 übertragen.
Wie in 1 gezeigt schließt die Verarbeitungseinrichtung 200 eine Speichereinheit 210, eine Steuereinheit 220 und eine Betätigungseinheit 230 ein. Die Speichereinheit 210 schließt einen ROM (read only memory), einen RAM (random access memory) und eine Festplatte ein. Ein Systemprogramm ist in der Speichereinheit 210 gespeichert. Ferner wird die Speichereinheit 210 zum Verarbeiten verschiedener Daten und Speichern verschiedener Daten, wie zum Beispiel Pixeldaten von dem Messkopf 100, verwendet.
Die Steuereinheit 220 schließt eine CPU (Central Processing Unit) ein. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Speichereinheit 210 und die Steuereinheit 220 durch einen Personal Computer umgesetzt. Die Steuereinheit 220 erzeugt Bilddaten auf Grundlage der Pixeldaten vom dem Messkopf 100. Die Bilddaten sind eine Datenmenge bzw. Zusammensetzung einer Vielzahl von Pixeldatenstücken. Die Steuereinheit 220 berechnet eine Position des Kontaktteils 144a des Stifts 144 von der Sonde 140 basierend auf den erzeugten Bilddaten.
Die Betätigungseinheit 230 schließt eine Tastatur und eine Zeigereinrichtung ein. Die Zeigereinrichtung schließt eine Maus, einen Joystick oder Ähnliches ein. Die Betätigungseinheit 230 wird durch den Benutzer betätigt.
(2) Aufbau einer Hauptabbildungseinheit
Die 4A und 4B sind Ansichten zum Erläutern eines Aufbaus der Hauptabbildungseinheit 130. 4A ist eine schematische Schnittansicht der Hauptabbildungseinheit 130 und 4B ist eine äußere perspektivische Ansicht der Hauptabbildungseinheit 130.
Wie in 4A gezeigt, ist die Hauptabbildungseinheit 130 mit einem Elementhalteteil 130a, einem Linsenhalteteil 130b, einem Abbildungselement 131 und einer Vielzahl von Linsen 132 bereitgestellt. Das Elementhalteteil 130a und das Linsenhalteteil 130b sind beispielsweise aus einem Metallmaterial hergestellt. Das Elementhalteteil 130a und das Linsenhalterteil 130b können als gemeinsames Element durch integrales Gießen oder Pressen bereitgestellt sein oder können als getrennte Körper bereitgestellt sein.
Eine Aussparung 133 mit einem rechtwinkligen Querschnitt ist an einer Fläche des Elementhalteteils 130a ausgebildet. Das Abbildungselement 131 ist in die Aussparung 133 eingepasst. Um einer Positionsverschiebung des Abbildungselements 131 vorzubeugen, kann das Abbildungselement 131 in der Aussparung 133 befestigt werden. Ein Durchgangsloch 134 ist von der Bodenfläche der Aussparung 133 zu der anderen Fläche des Elementhalteteils 130a, die parallel zu der obigen einen Fläche ist, ausgebildet.
Das Linsenhalteteil 130b weist eine zylindrische Form auf. Ein Ende des Linsenhalteteils 130b ist an der anderen Fläche des Elementhalteteils 130a befestigt. Die Vielzahl von Linsen 132, die verschiedene Größen aufweisen, werden in dem Linsenhalteteil 130b gehalten. Die Vielzahl von Linsen 132 überlappen mit dem Durchgangsloch 134 des Elementhalteteils 130a und sind so angeordnet, dass deren optischen Achsen miteinander übereinstimmen. Licht fällt auf das Abbildungselement 131 von dem anderen Ende des Linsenhalteteils 130b durch die Vielzahl von Linsen 132 ein.
(3) Erfassung durch die Hauptabbildungseinheit
Wie oben beschrieben, erfasst die Hauptabbildungseinheit 130 Infrarotstrahlen, die von der Vielzahl von Markern 143 der Sonde 140 abgestrahlt werden. 5 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Beziehungen zwischen der Hauptabbildungseinheit 130 und einer Vielzahl von Markern 143. In Zusammenhang mit 5 wird eine Beschreibung unter Verwendung eines optisch vereinfachten Modells gegeben, das eine ähnliche Wirkweise wie die eines Lochkameramodells aufweist, um das Verständnis zu erleichtern. 5 zeigt nur eine Linse 132 von der Vielzahl von Linsen 132 der Hauptabbildungseinheit 130 und Licht wird zu dem Abbildungselement 131 geführt, sodass es durch einen Hauptpunkt 132a der Linse 132 hindurchgeht.
Wie in 5 gezeigt, weist die Hauptabbildungseinheit 130 einen konstanten Blickwinkel θ auf. Der Abbildungsbereich V ist in dem Bereich des Blickwinkels θ der Hauptabbildungseinheit 130 einbezogen. Wenn jeder der Vielzahl von Markern 143 in dem Abbildungsbereich V angeordnet ist, fallen Infrarotstrahlen, die von diesen Markern 143 abgestrahlt werden, durch den Hauptpunkt 132a der Linse 132 auf das Abbildungselement 131 ein.
In diesem Fall wird eine Richtung von dem Hauptpunkt 132a der Linse 132 zu jedem Marker 143 basierend auf einer Lichtempfangsposition P des Abbildungselements 131 bestimmt. In dem Beispiel aus 5 ist jeder Marker 143, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet, auf jeder geraden Linie angeordnet, die durch jede Lichtempfangsposition P und den Hauptpunkt 132a der Linse 132 hindurchgeht. Ferner ist die relative Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143 beispielsweise zuvor in der Speichereinheit 210 aus 1 gespeichert worden.
Basierend auf der Richtung von dem Hauptpunkt 132a der Linse 132 in Richtung jeden Markers 143 und der Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143, wird eine Position des Mittelpunktes von jedem Marker 143 eindeutig bestimmt. Ferner werden bei der vorliegenden Ausführungsform eine x-Achse, eine y-Achse und einer z-Achse, die senkrecht aufeinander stehen, definiert, und eine absolute Position in dem Abbildungsbereich V wird durch 3-dimensionale Koordinaten wiedergegeben. Die Steuereinheit 220 aus 1 berechnet Koordinaten des Mittelpunktes eines jeden Markers 143 basierend auf der Lichtempfangsposition P des Abbildungselements 131 und der zuvor gespeicherten Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143.
Basierend auf den berechneten Koordinaten des Mittelpunkts eines jeden Markers 143 werden Koordinaten der Kontaktposition zwischen dem Kontaktteil 144a (3) der Sonde 140 und dem Messziel S durch die Steuereinheit 220 aus 1 berechnet.
Beispielsweise wird die Positionsbeziehung zwischen dem Mittelpunkt eines jeden Markers 143 und dem Mittelpunkt des Kontaktteils 144a (3) zuvor in der Speichereinheit 210 aus 1 gespeichert. Basierend auf den berechneten Koordinaten des Mittelpunkts eines jeden Markers 143 und der zuvor gespeicherten Positionsbeziehung zwischen dem Mittelpunkt von jedem Marker 143 und dem Mittelpunkt des Kontaktteils 144a, werden Koordinaten des Mittelpunkts des Kontaktteils 144a bestimmt.
Ferner wird basierend auf den Koordinaten des Mittelpunkts von jedem Marker 143 einer Lage der Sonde 140 bestimmt. Eine Ausrichtung des Stifts 144 wird dadurch bestimmt. Ferner wird basierend auf einer Veränderung der Koordinaten des Mittelpunkts von jedem Marker 143 eine Bewegungsrichtung des Kontaktteils 144a bestimmt. Normalerweise wird das Kontaktteil 144a in vertikaler Richtung nahe an die Ebene des Messziels S gebracht, mit dem es in Kontakt zu bringen ist. Basierend auf der abgeschätzten Ausrichtung des Stifts 144 und der bestimmten Bewegungsrichtung des Kontaktteils 144a wird daher die relative Positionsbeziehung zwischen dem Mittelpunkt des Kontaktteils 144a und der Kontaktposition abgeschätzt. Basierend auf der geschätzten Positionsbeziehung werden Koordinaten der Kontaktposition zwischen dem Kontaktteil 144a und dem Messziel S aus den Koordinaten des Mittelpunkts von dem Kontaktteil 144a berechnet.
Es ist anzumerken, dass ein Sensor zum Erfassen einer Richtung einer Kraft, die von dem Messziel S auf das Kontaktteil 144a ausgeübt wird, in der Sonde 140 vorgesehen sein kann. In diesem Fall ist es möglich, Koordinaten der Kontaktposition zwischen dem Kontaktteil 144a und dem Messziel S basierend auf einem Erfassungsergebnis durch den Sensor zu berechnen.
Die berechneten Koordinaten schwanken, wenn ein einzelner Unterschied bei den Positionsbeziehungen zwischen dem Abbildungselement 131 und der Vielzahl von Linsen 132, der Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143, den Positionsbeziehungen zwischen der Vielzahl von Markern 143 und dem Kontaktteil 144a oder Ähnliches vorliegen. Dementsprechend wird bevorzugt, eine Kalibration zum Vorbeugen gegen eine Schwankung aufgrund des einzelnen Unterschieds vor dem Ausführen einer Messung durch die optische Koordinatenmesseinrichtung 300 auszuführen.
(4) Innerer Aufbau der Sonde
Wie oben beschrieben, wird die Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143 zuvor gespeichert und basierend auf der Positionsbeziehung werden verschiedene Koordinaten aus Bilddaten berechnet, die durch die Hauptabbildungseinheit 130 erzeugt werden. Wenn sich die Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143 ändert, können daher keine genauen bzw. akkuraten Koordinaten berechnet werden. Daher ist die Sonde 140 bei der vorliegenden Ausführungsform so eingerichtet, dass die Positionsbeziehung unter der Vielzahl von Markern 143 konstant gehalten wird.
Ein innerer Aufbau der Sonde 140 wird beschrieben. 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die in dem Gehäuse 141 der Sonde 140 aufgenommene Elemente zeigt. In den Beschreibungen von 6 und den 7 bis 12, die nachfolgend beschrieben werden, ist eine vertikale Richtung eine Richtung, die parallel zu einer Ebene ist, welche die erste und zweite Richtung D1, D2 aus 3 einschließt und vertikal zu der zweiten Richtung D2 ist.
In dem Gehäuse 141 aus 3 sind das in 6 gezeigt Halteelement 400, Markierungselemente 411, 412, 413, die Fusionsplatten 421, 422, 423 und lichtabstrahlenden Substraten 431, 432, 433 aufgenommen.
Das Halteelement 400 ist aus einem Material hergestellt, das niedrige Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften und einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Halteelements 400 ist bevorzugt nicht größer als 30 × 10^–6/K. Als Material für das Halteelement 400 wird zum Beispiel Glas, Keramik, Metall, eine Legierung oder eine Glaskeramik verwendet. Insbesondere wird bevorzugt leichtgewichtiges kostengünstiges Quarzglas verwendet. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas ist 0,5 × 10^–6/K.
Das Halteelement 400 weist eine unten geöffnete Bootsform auf und schließt ein vorderes Halteteil 401a, ein mittiges Halteteil 401b und ein hinteres Halteteil 401c ein. Das vordere Halteteil 401a und das hintere Halteteil 401c weisen rohrförmige Oberflächenteile 405a bzw. 405c auf. Die oberen Flächenteile 405a, 405c sind auf der gleichen Ebene. Das mittige Halteteil 401b weist einen Vorsprung 405b auf, der nach oben hervor steht. Der Vorsprung 405b schließt einen oberen Flächenteil 405x und einen seitlichen Flächenteil 405y ein. Eine Öffnung 402a ist in dem oberen Flächenteil 405a des vorderen Halteteils 401a ausgebildet, eine Öffnung 402b ist in dem oberen Flächenteil 405x des mittigen Halteteils 401b ausgebildet und eine Öffnung 402c ist in dem oberen Flächenteil 405c des hinteren Halteteils 401c ausgebildet.
Die oberen Flächenteile 405a, 405x, 405c des Halteelements 400 überlappen jeweils die obere Fläche des vorderen Teils 141a, die obere Fläche des mittigen Teils 141b und die obere Fläche des hinteren Teils 141c von dem Gehäuse 141 aus 3.
Die Öffnungen 402a, 402b, 402c des Halteelements 400 aus 6 überlappen sich respektive mit den Öffnungen OPa, OPb, OPc des Gehäuses 141 aus 3. Wie in 3 gezeigt, ist die Öffnung 402a kleiner als die Öffnung OPa und die Kante der Öffnung 402a ist innerhalb der Kante der Öffnung OPa. Die Öffnung 402b ist kleiner als die Öffnung OPb und die Kante der Öffnung 402b ist innerhalb der Kante der Öffnung OPb. Die Öffnung 402c ist kleiner als die Öffnung OPc und die Kante der Öffnung 402c ist innerhalb der Kante der Öffnung OPc.
Das Markerelement 411, die Diffusionsplatte 421 und das lichtabstrahlende Substrat 431 sind unter dem oberen Flächenteil 405a des vorderen Halteteils 401a angeordnet. Das Markerelement 412, die Diffusionsplatte 422 und das lichtabstrahlende Substrat 432 sind unter dem oberen Flächenteil 405x des mittigen Halteteils 401b angeordnet. Das Markerelement 413, die Diffusionsplatte 423 und das lichtabstrahlende Substrat 433 sind unter dem hinteren Halteteil 401c angeordnet.
Eine Vielzahl von kreisförmigen Bereichen CR, die respektive die Vielzahl von Markern 143 aus 3 ausbilden, sind an den einen Flächen (Oberflächen in 6) der Markerelemente 411, 412, 413 bereitgestellt. Das Markerelement 411 ist so angeordnet, dass ein Bereich der oberen Fläche, der drei kreisförmige Bereiche CR aufweist, in der Öffnung 402a des vorderen Halteteils 401a exponiert ist. Das Markerelement 412 ist so angeordnet, dass ein Bereich der oberen Fläche, der zwei kreisförmige Bereiche CR aufweist, in der Öffnung 402b des mittigen Halteteils 401b exponiert ist. Das Markerelement 413 ist so angeordnet, dass ein Bereich der oberen Fläche, der zwei kreisförmige Bereiche CR aufweist, in der Öffnung 402c des hinteren Halteteils 401c exponiert ist. Details der Markerelemente 411, 412, 413 werden nachfolgend beschrieben.
Die Diffusionsplatten 421, 422, 423 übertragen Licht, während sie das Licht streuen. Die Diffusionsplatten 421, 422, 423 sind beispielsweise aus einem Harz bzw. Kunststoff hergestellt. Eine Vielzahl von lichtabstrahlenden Elementen L sind an den oberen Flächen der lichtabstrahlenden Substrate 431, 432, 433 montiert. Bei diesem Beispiel ist jedes lichtabstrahlende Element L eine Infrarot-LED (light emitting diode). Anstatt der Infrarot-LEDs kann eine LED verwendet werden, die Licht mit einer anderen Wellenlänge abstrahlt, oder es kann ein anderes lichtabstrahlendes Element, wie zum Beispiel ein Filament, verwendet werden.
Aufbauten der Markerelemente 411, 412, 413 werden am Beispiel des Markerelements 412 beschrieben. 7 ist eine schematische Schnittansicht des Markerelements 412. Die Markerelemente 411, 413 weisen einen Aufbau auf, der dem des Markerelements 412, das in 7 gezeigt wird, ähnelt.
Wie in 7 gezeigt, weist das Markerelement 412 ein Plattenelement GP, das aus Glas hergestellt ist, auf. Das Plattenelement GP weist eine hohe Lichtdurchlässigkeit auf. Als Material für das Plattenelement GP wird beispielsweise Quarzglas oder Sodaglas verwendet. Insbesondere wird Quarzglas, das einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten und niedrige Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften aufweist vorzugsweise als Material für das Plattenelement GP verwendet. Das Plattenelement GP ist vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt, wie das für das Halteelement 400 aus 6. Da der Unterschied bei dem linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Plattenelement GP und dem Halteelement 400 aus 6 kleiner ist, wird die Temperaturkorrektur ferner einfacher, was zu bevorzugen ist. In diesem Beispiel sind sowohl das Halteelement 400 als auch das Plattenelement GP aus Quarzglas hergestellt.
Eine Lichtschutzmaske MK ist durch Drucken auf der einen Fläche des Plattenelements GP mit Ausnahme einer Vielzahl von kreisförmigen Bereichen CR ausgebildet. Eine äußere Form von jedem Marker 143 aus 3 wird durch die Maske MK ausgebildet. Das Ausbilden durch Drucken schließt eine Formation durch Sputtern oder Dampfbeschichtung ein. Ferner kann die Maske MK durch ein anderes Druckverfahren, wie zum Beispiel Siebdruck, ausgebildet werden. Als Material für die Maske MK wird ein Metallmaterial mit einer hohen Anlagerungsfähigkeit (starke Haftfähigkeit) an Glas verwendet, und beispielsweise wird Chrom verwendet. Folglich ist es möglich, die Maske MK mit einer hohen Filmfestigkeit und einer geringen Filmdicke auf dem aus Glas hergestellten Plattenelement GP auszubilden. Darüber hinaus kann auf einem Dünnfilm aus einem Metallmaterial, das sich einfach an Glas anlagert, ein dünner Film aus einem anderen Metall ausgebildet werden, um dadurch die Maske MK auszubilden, die aus dem Schichtfilm mit einer hohen Filmfestigkeit hergestellt ist. Darüber hinaus kann die Maske MK unter Verwendung von Emulsionstinte, einer anderen organischen Tinte oder Ähnlichem ausgebildet sein. Eine Dicke der Maske MK kann kleiner sein als eine Dicke des Plattenelements GP. Die Dicke der Maske MK ist bevorzugt nicht größer als 5 µm und bevorzugter nicht größer als 200 nm.
Die Positionsbeziehung zwischen den Markerelementen 411, 412, 413, den Diffusionsplatten 421, 422, 423 und den lichtabstrahlenden Substraten 431, 432, 430 wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die Positionsbeziehung zwischen dem Markerelement 412, der Diffusionsplatte 422 und dem lichtabstrahlenden Substrat 432 erläutert. 8 ist eine Schnittansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen dem Markerelement 412, der Diffusionsplatte 422 und dem lichtabstrahlenden Substrat 432 zeigt. Die Positionsbeziehung zwischen dem Markerelement 411, der Diffusionsplatte 421 und dem lichtabstrahlenden Substrat 431 und die Positionsbeziehung zwischen dem Markerelement 413, der Diffusionsplatte 423 und dem lichtabstrahlenden Substrat 433 sind ähnlich zu der in 8 gezeigten Positionsbeziehung zwischen dem Markerelement 412, der Diffusionsplatte 422 und dem lichtabstrahlenden Substrat 432.
Wie in 8 gezeigt, ist ein innerer Raum des Vorsprungs 405b des mittigen Halteteils 401b so bereitgestellt, dass er sich graduell nach unten weitet. Das seitliche Flächenteil 405y weist eine obere Seitenfläche SP1 und eine untere Seitenfläche SP2 als innere Seitenflächen auf. Die obere Seitenfläche SP1 ist außerhalb der Kante der Öffnung 402b angeordnet. Die untere Seitenfläche SP2 ist außerhalb der oberen Seitenfläche SP1 angeordnet.
Das Markerelement 412 ist in einem Bereich angeordnet, der durch die obere Seitenfläche SP1 umgeben wird. Das Markerelement 412 ist größer als die Öffnung 402b. Ein Stufenteil ST1 ist so ausgebildet, dass er sich von dem unteren Ende der inneren Umfangsfläche der Öffnung 402b nach außen zu dem oberen Ende der oberen Seitenfläche SP1 erstreckt. Eine Umfangskante der oberen Fläche des Markerelements 412 kommt mit dem Stufenteil ST1 in Kontakt. Ein Spalt CL1 wird zwischen der oberen Seitenfläche SP1 und der äußeren Umfangsfläche des Markerelements 412 ausgebildet. Durch Auffüllen des Spalt CL1 mit einem Haftmittel wird das Markerelement 412 so befestigt, dass es die Öffnung 402b überlappt. Eine Umfangskante der oberen Fläche des Markerelements 412 kann durch das Haftmittel an dem Stufenteil ST1 angehaftet werden.
Da der Spalt CL1 zwischen der oberen Seitenfläche SP1 und der äußeren Umfangsfläche des Markerelements 412 vorliegt, ist anzumerken, dass wenn Spannung auf das Haftmittel in dem Spalt CL1 aufgrund von Größenänderungen bei dem Halteelement 400 und dem Markerelement 412 aufgebracht wird, sich eine Position des Markerelements 412 in dem Bereich verlagern kann, der durch die obere Seitenfläche SP1 umgeben wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform und wie später beschrieben, weisen das Halteelement 400 und das Markerelement 412 eine hohe Formstabilität auf. Aus diesem Grund wird kaum Spannung auf das Haftmittel in dem Spalt CL1 ausgeübt, sodass einer Positionsverlagerung des Markerelements 412 vorgebeugt wird.
Es ist anzumerken, dass anstatt der Anhaftung unter Verwendung des Haftmittels die Markerelemente 411, 412, 413 mit dem Halteelement 400 durch ein anderes Verfahren verbunden werden können, wie zum Beispiel eine Fusion oder einen optischen Kontakt.
Die Diffusionsplatte 422 ist bei dem oberen Ende eines Bereichs angeordnet, der durch die untere Seitenfläche SP2 umgeben wird. Ein Stufenteil ST2 ist so ausgebildet, dass er sich von dem unteren Ende der oberen Seitenfläche SP1 zu dem oberen Ende der unteren Seitenfläche SP2 nach außen erstreckt. Die obere Fläche der Diffusionsplatte 422 kommt mit der unteren Fläche des Markerelements 412 und dem Stufenteil ST2 in Kontakt. Eine Umfangskante der oberen Fläche der Diffusionsplatte 422 kann durch das Haftmittel mit dem Stufenteil ST2 verbunden werden. Ein Spalt CL2 ist zwischen der unteren Seitenfläche SP2 und der äußeren Umfangsfläche der Diffusionsplatte 422 ausgebildet. Eine zylindrische Diffusions-Reflexions-Lage RS ist so angeordnet, dass sie sich entlang der unteren Seitenfläche SP2 vertikal erstreckt. Die Diffusions-Reflexions-Lage RS reflektiert Licht, während sie das Licht streut. Die Diffusions-Reflexions-Lage RS kann mit der unteren Seitenfläche SP2 durch das Haftmittel verbunden werden. Darüber hinaus kann eine Spiegellage anstatt der Diffusions-Reflexions-Lage RS verwendet werden. Das obere Ende der Diffusions-Reflexions-Lage RS ist in dem Spalt CL2 angeordnet.
Ein Stufenteil ST3 ist so ausgebildet, dass es sich von dem unteren Ende der unteren Seitenfläche SP2 nach außen erstreckt. Das lichtabstrahlende Substrat 432 ist so angeordnet, dass es mit dem Stufenteil ST3 in Kontakt kommt. Das lichtabstrahlende Substrat 432 kann an dem Stufenteil ST3 durch das Haftmittel oder eine Schraube befestigt werden. Eine Vielzahl von lichtabstrahlenden Elementen L sind im Wesentlichen gleichmäßig in dem gesamten Bereich des lichtabstrahlenden Substrats 432 angeordnet, das die Diffusionsplatte 422 überlappt.
9 ist eine Ansicht zum Erläutern von Infrarotstrahlen, die von jedem lichtabstrahlenden Element L abgestrahlt werden. In 9 sind nur Infrarotstrahlen gezeigt, die von einem lichtabstrahlenden Element L abgestrahlt werden. Wie in 9 gezeigt, werden die Infrarotstrahlen, welche von dem lichtabstrahlenden Element L abgestrahlt werden, durch Reflektion an der Diffusions-Reflexions-Lage RS in verschiedene Richtungen gestreut. Darüber hinaus werden die Infrarotstrahlen in verschiedenen Richtungen gestreut, indem sie durch die Diffusionsplatte 422 übertragen werden. Von diesen Infrarotstrahlen werden nur die Infrarotstrahlen zu der Außenseite des Gehäuses 141 aus 3 abgestrahlt, welche durch den kreisförmigen Bereich CR hindurchgehen, der nicht mit der Maske MK des Markerelements 412 versehen ist, und die anderen Infrarotstrahlen werden durch die Maske MK oder andere Abschnitte in dem Gehäuse 141 abgeschirmt und nicht zu der Außenseite des Gehäuses 141 abgestrahlt. Auf ähnliche Weise werden Infrarotstrahlen, die von den anderen lichtabstrahlenden Elementen L abgestrahlt werden, ebenfalls durch den kreisförmigen Bereich CR zu der Außenseite des Gehäuses 141 abgestrahlt, während sie durch die Diffusions-Reflexions-Lage RS und die Diffusionsplatte 422 gestreut werden. Dadurch werden Infrarotstrahlen mit ausreichender Intensität in verschiedene Richtungen von jedem Marker 143 der Sonde 140 aus 3 abgestrahlt.
Die Diffusionsplatte 422 ist vorzugsweise größer als das Markerelement 412. Ferner sind die Vielzahl von lichtabstrahlenden Elementen L vorzugsweise gleichmäßig in einem größeren Bereich als der kreisförmige Bereich CR des Markerelements 412 angeordnet. Genauer gesagt sind die Vielzahl von lichtabstrahlenden Elementen L in Bezug auf einen kreisförmigen Bereich CR vorzugsweise gleichmäßig in einem Bereich angeordnet, der eine Fläche aufweist, die zweimal größer ist als die des kreisförmigen Bereichs CR. Somit ist es möglich, die Intensität der Infrarotstrahlen in verschiedenen Richtungen, die durch den kreisförmigen Bereich CR ausgestrahlt werden, zu vereinheitlichen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedes der Markerelemente 411, 412, 413 aus dem Plattenelement GP mit der hohen Lichtdurchlässigkeit und der Maske MK hergestellt, die auf einer Fläche des Plattenelements GP durch Drucken ausgebildet ist und lichtabschirmende Eigenschaften aufweist. Die Verwendung solcher Markerelemente 411, 412, 413 kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Markers 143 der Sonde 140 verbessern. Ein Grund hierfür wird nachfolgend beschrieben.
Die 10A und 10B sind schematische Ansichten zum Beschreiben von Infrarotstrahlen, die als Vergleichsbeispiel auf die Hauptabbildungseinheit 130 in dem Fall der Verwendung eines Markerelements einfallen. In diesem Beispiel der 10A und 10B wird ein Plattenelement GPa, das aus einem lichtabschirmenden Material hergestellt ist, als Markerelement verwendet. Ein Durchgangsloch VH, das dem kreisförmigen Bereich CR entspricht, ist in dem Plattenelement GPa ausgebildet. Die obere Fläche und die untere Fläche des Plattenelements GP sind parallel zueinander und das Durchgangsloch VH ist vertikal zu der oberen Fläche und der unteren Fläche des Plattenelements GP. In der folgenden Beschreibung bedeutet senkrecht zu oder schräg senkrecht zu den Plattenelement GP senkrecht zu oder schräg senkrecht zu der oberen Fläche und der unteren Fläche des Plattenelements GP.
Wenn die Hauptabbildungseinheit 130 über dem Plattenelement GPa angeordnet ist, fallen, wie in 10A gezeigt, Infrarotstrahlen, die durch das Durchgangsloch VH in einer im Wesentlichen zu dem Plattenelement GPa senkrechten Richtung hindurchgehen, auf die Hauptabbildungseinheit 130 ein. In diesem Fall stimmt eine Richtung des Durchgangslochs VH nahezu mit der Richtung der Infrarotstrahlen über ein, die auf die Hauptabbildungseinheit 130 einfallen. Aus diesem Grund fallen die Infrarotstrahlen auf die Hauptabbildungseinheit 130 durch die gesamte obere Endöffnung des Durchgangslochs VH ein. Hierdurch werden Bilddaten erhalten, die mit der Querschnittsform des Durchgangslochs VH korrespondieren.
Wenn die Hauptabbildungseinheit 130 im Gegensatz dazu, wie in 10B gezeigt, schräg über dem Plattenelement GPa angeordnet ist, fallen Infrarotstrahlen, die durch das Durchgangsloch VH in der zu dem Plattenelement GPa schrägen senkrechten Richtung hindurchgehen, auf die Hauptabbildungseinheit 130 ein. In diesem Fall unterscheidet sich die Richtung des Durchgangslochs VH von der Richtung der auf die Hauptabbildungseinheit 130 einfallenden Infrarotstrahlen. Aus diesem Grund werden die Infrarotstrahlen durch die innere Umfangsfläche des Durchgangslochs VH abgeschirmt und fallen auf die Hauptabbildungseinheit 130 durch einen Teil der oberen Endöffnung des Durchgangslochs VH ein. Dementsprechend werden keine Bilddaten erhalten, die mit der Querschnittsform des Durchgangslochs VH korrespondieren. Folglich kann die Position des Durchgangslochs VH nicht genau bestimmt werden.
Wenn sich die Drehrichtung des Markers 143 verändert, verändert sich, wie oben in dem Beispiel der 10A und 10B beschrieben, die Genauigkeit beim Bestimmen der Position des Durchgangslochs VH. Da der Winkel, der zwischen der Richtung des Durchgangslochs VH und der Richtung der auf die Hauptabbildungseinheit 130 einfallenden Infrarotstrahlen größer ist, wird die Genauigkeit der Positionsbestimmung niedriger. Darüber hinaus wird die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung niedriger, da die Dicke des Plattenelements GPa größer ist.
Die 11A und 11B sind schematische Ansichten zum Beschreiben von Infrarotstrahlen, die auf die Hauptabbildungseinheit 130 in dem Fall einfallen, bei dem die Markerelemente 411, 412, 413 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform fallen, wie in den 11A und 11B gezeigt, entweder in einem Fall, wo die Hauptabbildungseinheit 130 über dem Plattenelement GPa angeordnet ist oder in einem Fall, indem die Hauptabbildungseinheit 130 schräg über dem Plattenelement GPa angeordnet ist, Infrarotstrahlen auf die Hauptabbildungseinheit 130 durch nahezu den gesamten kreisförmigen Bereich CR ein. Dies liegt daran, dass die Dicke der Maske MK, welche lichtabschirmende Eigenschaften aufweist, extrem gering hergestellt werden kann.
Selbst wenn sich die Drehrichtung des Markers 143 verändert, können dementsprechend Bilddaten erhalten werden, die mit der Form des kreisförmigen Bereichs CR korrespondieren. Dies beugt ein Nachlassen der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung des Markers 143 aufgrund der Drehrichtung des Markers 143 vor, sodass die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung des Markers 143 hoch bleibt.
12 ist eine schematische Schnittansicht zum Erläutern einer Haltestruktur des Halteelements 400 in dem Gehäuse 141. Wie in 12 gezeigt weist das Gehäuse 141 ein oberes Gehäuse 148 und ein unteres Gehäuse 149 auf. Das Halteelement 400 ist in einem Innenraum aufgenommen, der durch das obere Gehäuse 148 und das untere Gehäuse 149 ausgebildet wird.
Durchgangslöcher 148a, 149a sind in dem oberen Gehäuse 148 bzw. dem unteren Gehäuse 149 ausgebildet. Ein zylindrischer Einführteilabschnitt 406 ist in dem Halteelement 400 bereitgestellt. Wie in 6 gezeigt sind zwei Einführteilabschnitte 406 in dem vorderen Halteteil 401a des Halteelements 400 bereitgestellt und ein Einführteilabschnitt 406 ist in dem hinteren Halteteil 401C bereitgestellt. Diese drei Einführteilabschnitte 406 und deren Umfangsabschnitte weisen zueinander ähnliche Ausführungen auf.
Wie in 12 gezeigt, ist beispielsweise ein aus Metall hergestellter zylindrischer Ring 406a in den Einführteilabschnitt 406 eingeführt. Eine Schraube SC ist durch ein Durchgangsloch 148a des oberen Gehäuses 148, einen Ring 406a und ein Durchgangsloch 149a des unteren Gehäuses 149 eingeführt und eine Mutter NT ist an dem vorderen Ende der Schraube SC angebracht. Eine Scheibe W1 ist zwischen der oberen Fläche des oberen Gehäuses 148 und einem Kopf der Schraube SC angeordnet, und eine Scheibe W2 ist zwischen der unteren Fläche des unteren Gehäuses 149 und der Mutter NT angeordnet.
Eine Buchse B1 mit Flexibilität ist in einem Spalt angeordnet, der zwischen der unteren Fläche des oberen Gehäuses 148 und den oberen Enden des Einführteilabschnitts 406 und dem Ring 406a ausgebildet ist. Darüber hinaus ist eine Buchse B2, die flexibel bzw. anpassungsfähig ist, in einem Spalt angeordnet, der zwischen der oberen Fläche des unteren Gehäuses 149 und den unteren Enden des Einführteilabschnitts 406 und des Rings 406a ausgebildet ist. Die Buchsen B1, B2 sind zum Beispiel jeweils aus einem Gelmaterial hergestellt. Die Buchsen B1, B2 können aus anderen Materialien, wie zum Beispiel Kautschuk oder einem Schwamm, ausgebildet sein.
Selbst wenn ein Stoß aufgrund eines Falls, einer Kollision oder Ähnlichem auf das Gehäuse 141 der Sonde 140 ausgeübt wird, wird in diesem Fall der Stoß, welcher von dem Gehäuse 141 zu dem Halteelement 400 übertragen wird, durch die Buchsen B1, B2 vermindert. Dies beugt einer Beschädigung des Halteelements 400 vor.
(5) Messbeispiele
Es werden Beispiele für das Messen einer Größe des Messziels S durch die optische Koordinatenmesseinrichtung 300 beschrieben. 13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines auf der Anzeigeeinheit 160 aus 2 angezeigten Bilds zeigt. 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Messziels S zeigt.
13 zeigt ein Bild VI (hierauf wird nachfolgend als virtuelles Bild des Abbildungsbereichs Bezug genommen), das den Abbildungsbereich V virtuell wiedergibt. Wie oben beschrieben, sind die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse jeweils in dem Abbildungsbereich V festgelegt. In diesem Beispiel sind die x-Achse und die y-Achse so festgelegt, dass sie parallel zu der oberen Fläche des Platzierungstischs 120 und senkrecht zueinander sind, und die z-Achse ist vertikal zu der oberen Fläche des Platzierungstischs 120 festgelegt. Ferner ist der Mittelpunkt des Platzierungstischs 120 auf einen Ursprung O eingestellt. Das virtuelle Bild des Abbildungsbereichs VI aus 13 schließt Linien (gestrichelte Linien aus 13) ein, die einen äußeren Umfang des Platzierungstischs 120 wiedergeben, genauso wie den Ursprung O, die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse.
Das Messziel S aus 14 weist eine rechtwinklige parallel flache Form auf. Bei diesem Beispiel wird ein Abstand zwischen einer Seitenfläche Sa des Messziels S und einer Seitenfläche Sb, welche der Seitenfläche Sa gegenüberliegt, gemessen. Die Seitenflächen Sa, Sb des Messziels S sind jeweils vertikal zu der x-Achse.
Die 15 bis 19 sind Ansichten zum Beschreiben spezifischer Messbeispiele bei dem Messziel S aus 14. Die 15A und 17A sind Vorderansichten, welche die Positionsbeziehung zwischen dem Platzierungstisch 120, der Hauptabbildungseinheit 130, der Sonde 140 und dem Messziel S zeigt und die 15B und 17B sind perspektivische Ansichten der Sonde 140 und des Messziels S von außen. Die 16, 18 und 19 zeigen Beispiele des virtuellen Bilds des Abbildungsbereichs VI, der auf der Anzeigeeinheit 160 angezeigt wird.
Wie in den 15A und 15B gezeigt wird der Kontaktteil 144a des Stifts 144 mit der Seitenfläche Sa des Messziels S so in Kontakt gebracht, dass die Vielzahl von Markern 143 der Sonde 140 in dem Abbildungsbereich V angeordnet sind. Dadurch, dass die Betätigungseinheit 170 aus 1 in diesem Zustand betätigt wird, wird die Kontaktposition zwischen dem Messziel S und dem Kontaktteil 144a als Messposition M1a, wie in 15B gezeigt, festgelegt. In diesem Fall werden Koordinaten der Messposition M1a bestimmt.
Auf ähnliche Weise werden drei Positionen auf der Seitenfläche Sa des Messziels S als Messpositionen M2a, M3a, M4a festgelegt und Koordinaten der Messpositionen M2a, M3a, M4a werden bestimmt. Nachfolgend wird durch die Betätigung der Betätigungseinheit 170 oder der Betätigungseinheit 230 aus 1 eine Ebene, die durch die Messpositionen M1a bis M4a geht, als Messebene ML1 festgelegt, die der Seitenfläche Sa des Messziels S entspricht. Wie in 16 gezeigt, wird in diesem Fall die festgelegte Messebene ML1 auf dem virtuellen Bild des Abbildungsbereichs VI überlagert.
Wie in den 17A und 17B gezeigt, wird der Kontaktteil 144a des Stifts 144 nachfolgend mit der Seitenfläche Sb des Messziels S so in Kontakt gebracht, dass die Vielzahl von Markern 143 der Sonde 140 in dem Abbildungsbereich V angeordnet sind. Durch die Betätigung der Betätigungseinheit 170 aus 1 in diesem Zustand wird die Kontaktposition zwischen dem Messziel S und dem Kontaktteil 144a als Messposition M1b, wie in 17B gezeigt, festgelegt. In diesem Fall werden Koordinaten der Messposition M1b bestimmt.
Auf ähnliche Weise werden drei Positionen auf der Seitenfläche Sb des Messziels S als Messpositionen M2b, M3b, M4b festgelegt und Koordinaten der Messpositionen M2b, M3b, M4b werden bestimmt. Nachfolgend wird durch die Betätigung der Betätigungseinheit 170 oder der Betätigungseinheit 230 aus 1 eine Ebene, die durch die Messpositionen M1b bis M4b hindurchgeht, als Messebene ML2 festgelegt, die der Seitenfläche Sb des Messziels S entspricht. In diesem Fall wird die festgelegte Messebene ML2, wie in 18 gezeigt, auf dem virtuellen Bild des Abbildungsbereichs VI zusätzlich zu der Messebene ML1 überlagert.
Nachfolgend wird durch Betätigung der Betätigungseinheit 170 oder der Betätigungseinheit 230 aus 1 ein Abstand zwischen den bestimmten Messebenen ML1 und ML2 in der Steuereinheit 220 aus 1 berechnet und, wie in 19 gezeigt, wird das Berechnungsergebnis auf dem virtuellen Bild des Abbildungsbereichs VI angezeigt. Es ist anzumerken, dass das Berechnungsergebnis auf der Anzeigeeinheit 160 getrennt von dem virtuellen Bild des Abbildungsbereichs VI angezeigt werden kann. Darüber hinaus kann eine Bedingung zum Berechnen des Abstands zwischen den zwei Messebenen und Ähnlichem angemessen durch den Benutzer eingestellt werden.
Obwohl eine Messebene basierend auf den vier Messpositionen in diesem Beispiel bestimmt wird, kann eine Messebene basierend auf minimal drei Messpositionen festgelegt werden. Jedoch ist es durch Festlegen mittels vier oder mehr Messpositionen möglich, die Messebene, welche dem Messziel S entspricht, genauer festzulegen. Darüber hinaus ist es basierend auf vier oder mehr Messpositionen auch möglich, die Planheit der Ebene des Messziels S zu erhalten.
Obwohl die Ebene (Messebene) durch die gekennzeichnete Vielzahl von Positionen (Messpositionen) als das Ziel für die Messung in diesem Beispiel festgelegt ist, kann darüber hinaus eine andere geometrische Form als das Ziel für die Messung entsprechend der Form des Messziels festgelegt werden. Beispielsweise kann ein Zylinder, eine Kugel oder Ähnliches, die durch die gekennzeichnete Vielzahl von Positionen hindurchgeht, als das Ziel für die Messung festgelegt wird. In diesem Fall kann ein Durchmesser eines Querschnitts des festgelegten Zylinders, ein Radius der festgelegten Kugel oder Ähnliches erhalten werden. Darüber hinaus kann ein Winkel, eine Fläche oder Ähnliches in Bezug auf die festgelegte geometrische Form erhalten werden.
(6) Verwendungsbeispiel einer Abbildungseinheit
Durch Aufnehmen eines Bilds des Messziels S durch die Unterabbildungseinheit 150 aus 3 kann das Bild des Messziels S auf der Anzeigeeinheit 160 angezeigt werden. Nachfolgend wird auf das Bild, welches durch die Unterabbildungseinheit 150 erhalten wird, als aufgenommenes Bild Bezug genommen.
Beispielsweise werden die Positionsbeziehungen zwischen der Vielzahl von Markern 143 und der Unterabbildungseinheit 150 und Merkmalen (Betrachtungswinkel, Verzerrung, etc.) der Unterabbildungseinheit 150 zuvor als Abbildungsinformation in der Speichereinheit 210 aus 1 gespeichert. Wenn die Vielzahl von Markern 143 in dem Abbildungsbereich V sind, wird dementsprechend ein Bild eines durch die Unterabbildungseinheit 150 aufgenommenen Bereichs durch die Steuereinheit 220 aus 1 erkannt. D. h., dass ein dreidimensionaler Raum, der dem aufgenommenen Bild entspricht, durch die Steuereinheit 220 erkannt wird.
Wie oben beschrieben wird Information über die Messung (hierauf wird nachfolgend als Messinformation Bezug genommen), wie zum Beispiel die Messposition und die Messebene, in dem dreidimensionalen Raum festgelegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Messinformation mit dem aufgenommenen Bild verknüpft werden und die Messinformation kann auf dem aufgenommenen Bild überlagert und angezeigt werden.
20 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel zeigt, in dem eine Messinformation auf einem aufgenommenen Bild überlagert und angezeigt wird. In dem Beispiel aus 20 wird ein Bild der Seitenfläche Sa des Messziels S durch die Unterabbildungseinheit 150 aufgenommen. Auf diesem aufgenommenen Bild SI wird ein Bild PL1, welches die Messebene ML1 wiedergibt, überlagert und eine Vielzahl von Kugelbildern P1a bis P4a, welche die Messpositionen M1a bis M4a wiedergeben, werden ebenfalls überlagert.
Durch Überlagern der Messinformation auf dem aufgenommenen Bild, welches durch tatsächliches Aufnehmen des Bildes des Messziels S erhalten wird, kann der Benutzer somit auf einfache Weise die Messinformation visuell erfassen. In dem Fall, dass eine Messung an einem Messziel S und danach eine ähnliche Messung an einem anderen Messziel S ausgeführt wird, kann die Messung an einem anderen Messziel S darüber hinaus auf einfache Weise durch Bezugnahme auf das aufgenommene Bild ausgeführt werden, das mit der Messinformation überlagert wird.
(7) Effekt
Bei der optischen Koordinatenmesseinrichtung 300 in Übereinstimmung mit der obigen Ausführungsform werden die Markerelemente 411, 412, 413, welche die Vielzahl von Markern 143 der Sonde 140 ausbilden, durch das Halteelement 400 gehalten.
In diesem Fall sind die Plattenelemente GP der Markerelemente 411, 412, 413 aus Glas hergestellt, wodurch zeitabhängigen Formabweichungen der Markerelemente 411, 412, 413 aufgrund einer Feuchtigkeitsaufnahme vorgebeugt wird. Darüber hinaus kann die Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von Markerelementen 411, 412, 413 durch das Halteelement 400 konstant gehalten werden.
Darüber hinaus sind das Plattenelement GP und das Halteelement 400 jeweils aus Quarzglas ausgebildet, welches einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten und geringe Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften aufweist, wodurch Formabweichungen bzw. Abweichungen bei den Abmessungen der Markerelemente 411, 412, 413 und dem Halteelement 400 aufgrund von Wärme und Feuchtigkeitsabsorption ausreichend vorgebeugt wird. Darüber hinaus tritt kaum eine Verzerrung zwischen den Markerelementen 411, 412, 413 und dem Halteelement 400 aufgrund eines Unterschieds des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen ihnen auf. Dies erhöht die Formstabilität der Markerelemente 411, 412, 413 und des Halteelements 400.
Darüber hinaus ist bei jedem der Markerelemente 411, 412, 413 die Maske MK mit Lichtabschirmungseigenschaften in einem Bereich auf einer Fläche des Plattenelements GP mit Ausnahme des kreisförmigen Bereichs CR ausgebildet. In diesem Fall kann die Dicke der Maske MK klein ausgeführt sein, wodurch behindert wird, dass die Maske MK die Infrarotstrahlen abschirmt, welche durch den kreisförmigen Bereich CR hindurchgehen sollen und zu der Außenseite der Sonde 140 abgestrahlt werden. Folglich ist es möglich, einer Verzerrung einer äußeren Form eines Bilds des Markers 143, welches durch Bildgebung erhalten wird, vorzubeugen, um ein Bild der Position von jedem Marker 143 genau aufzunehmen.
Es ist dadurch möglich, die durch die Sonde 140 gekennzeichnete Messposition basierend auf den Bilddaten der Vielzahl von Markern 143, die durch die Hauptabbildungseinheit 130 erzeugt werden, genau zu berechnen.
Darüber hinaus sind in der obigen Ausführungsform die Diffusionsplatten 421, 422, 423 zwischen den lichtabstrahlenden Substraten 431, 432, 433 und den Markerelementen 411, 412, 413 angeordnet und die Diffusions-Reflexions-Lage RS ist so angeordnet, dass sie jeweilig Räume zwischen den lichtabstrahlenden Substraten 431, 432, 433 und den Markerelementen 411, 412, 413 umgibt. Folglich ist es möglich, Infrarotstrahlen in verschiedenen Richtungen durch die kreisförmigen Bereiche CR der Markerelemente 411, 412, 413 gleichmäßig abzustrahlen.
(8) Andere Ausführungsformen
(8-1)
Bei der obigen Ausführungsform sind das Halteelement 400 und die Markerelemente 411, 412, 413 getrennte Elemente, jedoch können das Halteelement 400 und die Markerelemente 411, 412, 413 ein integriertes Element sein. In diesem Fall wird einem Auftreten von Verzerrungen zwischen dem Halteelement 400 und den Markerelementen 411, 412, 413 und dem Auftreten einer Positionsverlagerung bei den Markerelementen 411, 412, 413 in Bezug auf das Halteelement 400 vorgebeugt. Dementsprechend wird einer Veränderung der Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von Markern 143 besser vorgebeugt.
(8-2)
Bei der obigen Ausführungsform sind die Diffusionsplatten 421, 422, 423 und die lichtabstrahlenden Substrate 431, 432, 433 jeweils so bereitgestellt, dass sie mit den Markerelementen 411, 412, 413 korrespondieren, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Anzahl von Markerelementen muss nicht mit der Anzahl von Diffusionsplatten übereinstimmen. Auf ähnliche Weise muss die Anzahl von Markerelementen nicht mit der Anzahl von lichtabstrahlenden Substraten übereinstimmen.
Beispielsweise kann Licht, welches von einer Diffusionsplatte gestreut wird, von der Sonde 140 über eine Vielzahl von Markerelementen abgestrahlt werden, oder Licht, das durch eine Vielzahl von Diffusionsplatten gestreut wird, kann von der Sonde 140 durch ein Markerelement abgestrahlt werden. Auf ähnliche Weise kann Licht, das durch ein lichtabstrahlendes Substrat abgestrahlt wird, von der Sonde 140 durch eine Vielzahl von Markerelementen abgestrahlt werden, oder Licht, das durch eine Vielzahl von lichtabstrahlenden Substraten gestreut wird, kann von der Sonde 140 über ein Markerelement abgestrahlt werden.
(8-3)
Bei der obigen Ausführungsform werden die Diffusionsplatten 421, 422, 423 und die Diffusions-Reflexions-Lage RS verwendet, um durch die lichtabstrahlenden Substrate 431, 432, 433 abgestrahltes Licht zu streuen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Wenn Positionen der Vielzahl von Markern 143 erfassbar sind, müssen entweder die Diffusionsplatten 421, 422, 423 oder die Diffusions-Reflexions-Lage RS oder beide nicht verwendet werden.
(8-4)
Die obige Ausführungsform ist ein Beispiel des Anwendens der vorliegenden Erfindung auf eine optische Koordinatenmesseinrichtung mit einer einzigen Kamera, in der ein Bild der Sonde durch eine Abbildungseinheit aufgenommen wird, um Koordinaten einer Messposition zu messen. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf eine optische Koordinatenmesseinrichtung mit mehreren Kameras angewandt werden, in denen ein Bild der Sonde durch eine Vielzahl von Abbildungseinheiten aufgenommen wird, um Koordinaten einer Messposition zu messen.
(9) Korrespondenz zwischen jedem Bestandteil der Ansprüche und jedem Teil der Ausführungsformen
Hiernach werden Beispiele der Beziehung zwischen jedem Bestandteil der Ansprüche und jedem Teil der Ausführungsformen erläutert, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Bei der obigen Ausführungsform ist die optische Koordinatenmesseinrichtung 300 ein Beispiel der optischen Koordinatenmesseinrichtung, der Marker 143 ist ein Beispiel des Markers, die Sonde 140 ist ein Beispiel der Sonde, die Hauptabbildungseinheit 130 ist ein Beispiel der Abbildungseinheit, die Steuereinheit 220 ist ein Beispiel der Berechnungseinheit, das lichtabstrahlende Element L ist ein Beispiel der Lichtquelle, der kreisförmige Bereich CR ist ein Beispiel des lichtübertragenden Bereichs, das Plattenelement GP ist ein Beispiel des lichtübertragenden Abschnitts, die Maske MK ist ein Beispiel des Lichtschutzfilms, das Halteelement 400 ist ein Beispiel des Halteteils, die Diffusionsplatten 421, 422, 423 sind Beispiele des Diffusionselements, das Gehäuse 141 ist ein Beispiel des Gehäuses und die Buchsen B1, B2 sind Beispiele des Pufferelements.
Für jeden Bestandteil der Ansprüche können auch andere verschiedene Elemente mit in den Ansprüchen angegebenen Ausführungen oder Funktionen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann wirkungsvoll für die Messung von Größen und Ähnlichem verschiedener Messziele verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 06-511555 A [0003, 0005]

Claims

Optische Koordinatenmesseinrichtung mit: einer Sonde, die eingerichtet ist, eine Messposition zu kennzeichnen und eine Vielzahl von Markern aufweist; einer Abbildungseinheit, die eingerichtet ist, ein Bild aufzunehmen, das die Vielzahl von Markern aufweist, um Bilddaten zu erzeugen; und einer Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen durch die Sonde gekennzeichneten Koordinatenpunkt einer Messposition basierend auf der Vielzahl von Markern in den durch die Abbildungseinheit erzeugten Bilddaten zu berechnen, wobei die Sonde aufweist: eine Lichtquelle, eine Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten, die jeweils einen lichtübertragenden Bereich aufweisen, der dem jeweiligen Marker entspricht, und Glas aufweist, das durch die Lichtquelle abgestrahltes Licht überträgt, einen Lichtschutzfilm, der auf jeder Fläche der Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten mit Ausnahme von jedem der lichtübertragenden Bereiche ausgebildet ist, um eine äußere Form des Markers auszubilden, und ein Halteteil, das eingerichtet ist, die Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten zu halten.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Halteteil aus einem oder einer Vielzahl von Materialien hergestellt ist, die aus Glas, Metall, einer Legierung, Keramik und Glaskeramik ausgewählt sind.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Halteteil aus Quarzglas hergestellt ist.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vielzahl von lichtübertragenden Abschnitten und das Halteteil aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder der lichtübertragenden Abschnitte aus Plattenglas hergestellt ist, und der Lichtschutzfilm auf einer äußeren Fläche von jedem der lichtübertragenden Abschnitte ausgebildet ist.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Lichtschutzfilm ein aufgedampfter Film ist.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die äußeren Flächen der lichtübertragenden Abschnitte jeweils parallel zueinander angeordnet sind.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die Abbildungseinheit eine einzelne Kamera ist und jede der äußeren Flächen der lichtübertragenden Abschnitte einer gemeinsamen Richtung zugewandt ist.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 8, bei der die Sonde ferner ein Gehäuse mit einer Öffnung aufweist, die mit jedem der Marker auf einer Seite des Gehäuses korrespondiert, und ein Griffteil entlang einer ersten Richtung auf der anderen Seite des Gehäuses hervorsteht.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die Sonde ferner ein Gehäuse aufweist, das eingerichtet ist, das Halteteil abzudecken, und ein Griffteil entlang einer ersten Richtung er vorsteht, die sich von einer zweiten Richtung parallel zu der äußeren Fläche der lichtübertragenden Abschnitte unterscheidet.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Sonde ferner ein Diffusionselement aufweist, das zwischen der Lichtquelle und jedem der lichtübertragenden Abschnitte bereitgestellt ist, und welches durch die Lichtquelle abgestrahltes Licht streut und überträgt.
Optische Koordinatenmesseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Sonde ferner ein Gehäuse aufweist, welches das Halteteil aufnimmt, und ein Pufferelement, welches anpassungsfähig ist, ist zwischen dem Halteteil und dem Gehäuse angeordnet.