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WO2001073374A1 - Measuring microscope - Google Patents

Measuring microscope Download PDF

Info

Publication number
WO2001073374A1
WO2001073374A1 PCT/CH2001/000165 CH0100165W WO0173374A1 WO 2001073374 A1 WO2001073374 A1 WO 2001073374A1 CH 0100165 W CH0100165 W CH 0100165W WO 0173374 A1 WO0173374 A1 WO 0173374A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring microscope
microscope according
camera
measuring
drives
Prior art date
Application number
PCT/CH2001/000165
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roman BÜCHLER
Original Assignee
Buechler Roman
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buechler Roman filed Critical Buechler Roman
Priority to AU40397/01A priority Critical patent/AU4039701A/en
Publication of WO2001073374A1 publication Critical patent/WO2001073374A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/04Measuring microscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0016Technical microscopes, e.g. for inspection or measuring in industrial production processes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/26Stages; Adjusting means therefor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/36Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/362Mechanical details, e.g. mountings for the camera or image sensor, housings

Definitions

  • the invention relates to a measuring microscope of the type mentioned in the preamble of claim 1
  • Such measuring microscopes are used when it is important to measure dimensions of small objects. This can involve distances or distances, for example layer thicknesses or diameters of objects, but also area contents, angles and the like
  • Such measuring microscopes are advantageously used in various areas of manufacturing and control departments.
  • the construction of the measuring microscope plays a major role, because it determines the body posture and the risk of fatigue very significant
  • Simple measuring microscopes have an optical system consisting of an objective and an eyepiece. In most cases, the objective and the eyepiece are interchangeable.
  • a glass plate with a structure such as a scale, crosshairs and the like is arranged, which is used to measure objects attached to a movable slide.
  • the slide can be moved in the X and Y directions, while the shift in the Z direction is achieved in that the optical system can be moved in the Z direction relative to the slide by adjusting the corresponding X, Y - And sterndrives, which are operated manually with simple measuring microscopes, can be achieved that the desired object is sharply imaged in the field of view of the measuring microscope.
  • a measuring microscope of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from DE-Al-37 41 735.
  • the movement in the X and Y directions is effected by threaded spindles driven by stepper motors, through which nuts are moved, with which the table is then moved
  • the positioning accuracy depends on the size of a step of the stepper motor.
  • In the Y direction there is a ball length guide.
  • the microscope is operated via a computer and a control lever, focus and zoom switch, the image generated by a television camera being displayed on a color television screen is displayed while further information is shown on a text display
  • EP-A2-0 908 751 an optical device which can be used as a telescope or microscope.
  • the object is detected by means of CCD photodiode arrays, the signals of which are forwarded to an image memory via analog-digital converters and stored there For example, an image is displayed on a liquid crystal display
  • WO-A2-99 / 21042 shows a highly precise microscope system that enables automatic image analysis with the aid of an integrated computer system, in particular for microbiological examinations.
  • the object is viewed using a conventional eyepiece system, but there is also a screen on which the objects can be viewed
  • This microscope system also finds a D3M-compatible personal computer on which the Microsoft Windows operating system is installed
  • the invention has for its object to provide a particularly inexpensive, yet accurate measurements measuring microscope, can be worked on for a long time without tiring and with the help of recurring measurement tasks can be solved time-saving and very precise
  • the accuracy of measuring microscopes is determined according to the known state of the art, if a crosshair is arranged in the optical beam path, very much determined by the positioning device for the measuring table. In particular, a very high backlash must be ensured.
  • simple, inexpensive drives can now be provided To use generation of the relative movement of the object to the camera in the plane parallel to the camera plane. Even if this does not result in a particularly precise positioning of the object relative to the camera or the camera relative to the object, high accuracy of measurements on the object can be achieved according to the invention in that Position detection units that work very precisely for the two possible movement axes are provided and that the inaccurate positioning is compensated for by moving a crosshair or another measuring mark on a screen to approach the measuring point
  • 2 is a view of the microscope part with its drives and guides, 3 shows a spindle drive including position detection unit,
  • Fig. 4 is a diagram of a screen display
  • reference number 1 denotes a measuring table, which advantageously has a transparent plate 2 on which an object 3 to be measured is placed, which can be fastened on the measuring table 1 in a suitable manner.
  • a camera module 4 is located on the object 3 directed, which in addition to an electronic camera 5 also includes a reflected light unit 6, which is shown only schematically in FIG. 1.
  • the reflected light unit 6 generates coaxial and lateral reflected light, which is indicated in FIG. 1 by arrows below the camera module 4.
  • the measuring microscope is also equipped with a transmitted light unit 7
  • the incident light unit 6 and the transmitted light unit 7 contain light-emitting diodes as light sources. These can advantageously be diodes whose light is practically monochromatic.Therefore, high demands are not placed on the optics.When using inexpensive, non-color-corrected lens systems, there are no color errors, so that a high display quality is given For many applications, however, white light is desired, so that light-emitting diodes are then advantageously used which generate UV rays and contain a layer which converts these UV rays into white light
  • a USB camera such as is offered inexpensively under the name webcam, is advantageously used as the camera 5.
  • a series product is also suitable as a lens, for example a telecentric lens from Leica , so that such an eyepiece is omitted. This also eliminates the stressful sitting position of the user when viewing the object through such an objective
  • a cross table 8 is arranged behind the measuring table 1 so that the travel plane is offset to the rear relative to the measuring table plane and is parallel to it
  • Transmitted light unit 7 is fastened to the cross table 8, even if this cannot be seen from FIG. 1, so that its light axis always coincides with the optical axis of the camera module 4
  • a fluorescent film which is glued to a support can advantageously be used as the transmitted light unit 7.
  • Such fluorescent films produce visible light by applying an electrical voltage.
  • the film can be large enough to cover the entire range of movement in the X and Y directions such a film does not have a light axis, it does not matter if it coincides with the optical axis of the camera module 4. There is therefore great freedom in the placement of the transmitted light unit 7
  • the cross table 8 can be displaced horizontally in the X and Y directions, the movement in the X direction being carried out by means of an X drive 9 and that in the Y direction being carried out by means of a Y drive 10.
  • a position detection unit is assigned to each of the axes , namely the X axis an X position detection unit 11 and the Y axis a Y position detection unit 12
  • the camera module 4 is fastened to an arm 13, which can be displaced in the Z direction along a support column 14.
  • the camera 5 can thus be displaced vertically relative to the object 3, which on the one hand enables the focus and on the other hand the measurement of Z components on the object 3 serves
  • the displacement takes place with the help of a Z-drive 15 and can be detected by means of a Z-position detection unit 16.
  • the support column 14 in turn is fixedly mounted on the cross table 8
  • the Z position detection unit 16 can advantageously also be a system in which the distance in the Z direction is measured by means of a laser beam, which will be shown later
  • the drives for the three axes that is the X drive 9, the Y drive 10 and the Z drive 15, are connected to an axis controller 17 via electrical lines, as are the position detection units 11, 12 and 16 from the axis controller 17 the corresponding lines the motors of the drives 9, 10 and 15 directly Controlled
  • the position detection units 11, 12 and 16 are monitored by the axis controller 17.
  • the axis controller 17, on the other hand, is connected to a bus 18 to which a light controller 19 and a personal computer 20 are also connected. From the light controller 19, electrical lines lead to the lighting devices, namely to the incident light unit 6 and the transmitted light unit 7
  • the camera 5 can be displaced horizontally by means of the X drive 9 and the Y drive 10 and vertically by means of the Z drive 15 relative to the measuring table 1.
  • the measuring table 1 can be moved relative to the camera 5 by means of the X drive 9 and the Y drive 10, and the camera 5 can be moved using the Z drive 15 be movable relative to the measuring table 1
  • a screen 21 is connected to one of these usual interfaces, a keyboard 22 is connected to another interface.
  • a manipulator 23 is connected to another interface, with which the personal computer 20 is used in addition to the keyboard 22 can be operated
  • a manipulator 23 can be a mouse or a trackball, for example.
  • Control signals Sx, S ⁇ and Sz for the drives 9, 10 and 15 run on the one hand via this bus 18 and on the other hand position signals xy and x z , which come from the position detection units 11, 12 and 16, because commercially available personal computers 20 do not have an interface for such a fieldbus, there is a converter 24 at one of the usual interfaces of the personal computer 20, for example at a parallel interface converts the signals in both directions.
  • the control signals Sx, S ⁇ , and Sz from the personal computer 20 for the drives 9, 10 and 15 are converted from the parallel data format into the bus format and those coming from the position detection units 1 1, 12 and 16
  • Position signals ⁇ , x ⁇ and x / are converted from the bus format into a parallel data format converted
  • the axis controller 17 generates the bus format from the position signals x, x ⁇ and x z and converts control signals Sx, S ⁇ and S z arriving in the bus format into control commands for the drives 9, 10 and 15.
  • the data are also transmitted on the bus 18. which the light controller 19 needs in order to control the incident light unit 6 and the transmitted light unit 7.
  • the converter 24 can be designed as a so-called dongle, but alternatively also as an interface card that is built into the personal computer 20
  • the camera 5 is connected to the personal computer 20 via an image line 25, which is advantageously designed as a USB bus. This enables the image of the object 3 generated by the camera 5 to be displayed on the screen 21 of the
  • Personal computer 20 is shown This image is advantageously displayed on the screen 21 within an object window 25, the size of which can be changed so that it can be adapted to the respective measurement task.
  • Additional windows are arranged on the screen 21, which can be positioned by the user and in their Large changes are possible. They can partially overlap and can be brought to the foreground in a known manner by clicking with an operating button of the manipulator 23.
  • a work window, an action window, a key data window and a symbol window can be arranged on the screen 21, plus one Menu bar and any other windows This ensures that the operator always has all information, namely the image of object 3 and all data created by measurement, in view at the same time. This contributes significantly to fatigue-free work
  • the function of the measuring microscope is described below.
  • the image of the object 3 supplied by the camera 5 is visible in the object window 25 on the screen 21.
  • a pointer which is usually referred to as a cursor, moves in the object window 25.
  • the pointer can have different shapes.
  • the pointer can consist of a vertical and a horizontal line, from the top to the bottom or from the left to the right edge of the object window 25 This shape of the pointer is called a large crosshair.
  • Another shape of the pointer is similar, but it is a short line that also forms a crosshair.
  • This shape is called a small crosshair and Y coordinates determine
  • the pointer is brought to a specific pixel of the object 3, its X, Y and Z coordinates can be determined by the position of the pointer and the position of the arm 13 by operating a button on the manipulator 23, commonly referred to as clicking the coordinate values are stored in the personal computer 20.
  • the point stored in this way can be identified in the object window by means of a mark, for example a small crosshair.
  • the manipulator 23 is subsequently moved to another image point of the object 3 and clicked there again, the X, Y, and the Z coordinates are stored again.
  • the program running on the personal computer 20 is now able to use the X and Y coordinates of the two pixels to determine their relative relationship in the form of X distance, Y distance and / or direct
  • the object 3 can be shifted relative to the camera 5 in the X, Y and Z directions with the aid of the manipulator 23.
  • the user selects this operating mode, for example using the keyboard 22 or by operating a menu using the Manipulator 23, the pointer automatically taking the form of an arrow when the pointer comes into the area of the menu, the pointer changes its shape again and now has, for example, the shape of a flat hand. If the operator leads the pointer to an arbitrary pixel and presses now a control button of the manipulator 23, the pointer changes its shape again and now takes the form of a holding hand.
  • the measurement accuracy is determined by the accuracy of the position detection of the position of the object relative to the position of the camera and the smallest possible displacement movement of the crosshair. It is therefore not important that the object can be positioned very precisely as long as its position is exactly known and to measuring point on the screen can be approached with the crosshair.
  • a crosshair another form of a measuring mark can be used, for example a circle whose size can be changed
  • the measuring table 1 is firmly anchored on a base plate 30.
  • a microscope column 31 is displaceable relative to the base plate 30.
  • guide rails 32 are fixedly mounted on the base plate 30, on which the microscope column 31 carrying X-slide 33 is horizontally displaceable in the X-direction.
  • the drive of the X-slide 33 is served by a threaded spindle 34 which is mounted in a fixed bearing 35 on the one hand and a floating bearing 36 on the other hand.
  • a nut (not shown) is contained in the X-slide 33, which is in engagement with the threaded spindle 34 * If the threaded spindle 34 rotates, this engagement causes the slide 33 to move along the guide rails 32, the direction of movement being determined by the direction of rotation of the threaded spindle 34.
  • the rotation of the threaded spindle 34 takes place with the aid of a first motor 37, the pinion 38 of which the movement ng is transmitted to the threaded spindle 34 by means of a belt 39, a pinion also being present on the threaded spindle 34.
  • the pinion 38 and the belt 39 are examples of particularly simple transmission elements in the transmission of the rotary movement from the motor 37 to the threaded spindle 34 So indirectly driven by the motor 37 Instead of the pinion 38 and belt 39, other simple transmission elements can also be used
  • the drives for the X and Y directions therefore do not consist of expensive ball screws with corresponding ball nuts and bearings.
  • inexpensive, more frictional screw drives are used in which the rotation of the motor 37 from its pinion 38 by means of the belt 39 is transferred to the threaded spindle 34
  • no positioning tasks can be solved with an accuracy of about 1 ⁇ m.
  • the limits are approximately at positioning accuracies of 5 ⁇ m.
  • measurements can be made precisely because the crosshairs in the corresponding plane are sufficient strong enlargement can be positioned more precisely.
  • the prerequisite for this is an accurate position detection system, as it is present according to the invention
  • the structure for the drive in the Z direction is basically the same. Rails 32 are arranged on the microscope column 31, on which a housing 51 containing the camera 5 (FIG. 1) and the illumination device can be displaced vertically. Here too, the displaceability is achieved by rotating a threaded spindle 34 achieved Since the measuring accuracy of the Z coordinate is directly dependent on the positioning accuracy of the Z axis, conventional drive solutions are used for high requirements.For example, rolled ball screws with rejected balls and a corresponding nut are used. The fixed bearing 35 and the floating bearing 36 are selected accordingly high positioning accuracy in the Z direction is necessary, but the type previously described for the X and Y axes can also be used.
  • the movement in the Z direction can also be determined using a glass scale 40 and sensor 42, but alternatively also using the ⁇ or mentioned system with one laser beam
  • a measurement of Z-dimension components is not required for measurement and control work in certain areas of application of measuring microscopes.
  • a motor drive in the Z direction can then be omitted and replaced by a manually operated height adjustment. It is advantageous if a motor drive for the Z Direction and an associated position detection system can be retrofitted. Because the axis controller 17 is designed for three axes, this is easily possible. According to the invention, at least two of the three axes are equipped with the drives described
  • FIG. 3 shows a basic illustration of the drive as it is used in the measuring microscope according to the invention for movements in the X and Y directions.
  • the slide 33 consists of a slide plate 55 and two guide carriages 56.
  • Each of the guide carriages 56 can advantageously consist of two identical guide carriages 56 exist, which are arranged one behind the other.
  • the carriage 33 moves along the rails 32, which are fastened on a base 60.
  • the guide carriage 56 and the guide rails 32 together form a linear guide.
  • This linear guide is largely free of play and has a high degree of parallel running.
  • the base 60 is in the linear guide system for the X direction identical to the base plate 30 (FIG. 2), in the linear guide systems for the Y and Z directions with plates attached to the respective slide 33.
  • the movement is achieved by rotating the in the fixed bearing 35 and in the floating bearing 36 threaded spindle 34 mounted over the belt 39 is driven by the motor 37
  • the rotation of the threaded spindle 34 is converted into a linear movement of the slide 33 by a nut 61 arranged in the slide 33.
  • the nut 61 is not a recirculating ball type.
  • Such drives are inexpensive to manufacture are not particularly accurate
  • a high accuracy of the position detection is achieved in that a glass scale 40 is arranged parallel to the rails 32, which has a precise graduation 41.
  • This graduation 41 is scanned by means of an optical sensor 42 arranged in the carriage 33 constructed and inexpensive to produce drive through the combination of the drive with a linear parallel with regard to running parallelism, a highly precise system for position detection and a movable crosshair achieves a high accuracy of the measurement
  • spindle drives were used.
  • the measuring table 1 does not have to be exactly positionable relative to the camera 5, because the relative position of the measuring table 1 relative to the camera 5 can be determined exactly and the inaccurate positioning of the measuring table 1 is compensated by moving a crosshair.
  • other transmission elements such as a belt, pneumatic or hydraulic drive, could also be used.It would also be conceivable that inaccurate types are used instead of the exact linear guides and the inaccuracies of the parallelism of the run through corresponding position detection system can be compensated
  • FIG. 4 shows a diagram of a screen display that has already been mentioned in connection with FIG. 1.
  • the object window 25 is shown on the screen 21, in which an object 70 detected by the camera 5 (FIG. 1) is visible
  • a crosshair 71 which can be moved by means of the manipulator 23 (FIG. 1) is visible in the object window 25.
  • the reference number 71 ' denotes a position in which the crosshair 71 lies on a prominent point of the object 70.
  • the coordinates associated with this point are, for example, by printing a Key on manipulator 23 can be stored.
  • Reference number 71 " denotes a further position in which crosshair 71 lies on a second prominent point on object 70.
  • the coordinates associated with this point can also be stored by pressing a key on manipulator 23.
  • the shifting of the crosshair from Point 71 ' to point 71 is carried out by moving the manipulator 23
  • the coordinates of each measuring point on the object 70 determined in this way are displayed, for example, in a working window 80. These coordinates can then be manipulated in any manner. Results of such manipulations of data can, for example, be displayed in a key data window 81. Measuring program sequences can be displayed in an action window 82 determine how data is treated in series measurements on different objects 70
  • an area 83 which is arranged in the known manner as menus and symbols for controlling the program and the measuring sequence.
  • the usual scroll bars 84 1 and 84 2 are shown using the example of the object window 25
  • an additional scroll bar 84 3 on the right edge of the object window 25. This serves, for example, to control the sterndrive 15 (FIG. 1).
  • the manipulator 23 has an additional control element such as a scroll wheel with which the Z - Drive 15 can be operated, the actuation of this additional control element leads to a corresponding change in the representation of the scroll bar 84 3
  • the object 3 arranged on the measuring table 1 has a high structure. With the help of the electronic camera 5, its image is recorded.
  • the optical axis of the object and camera 5 is shown in the beam path a first reflection element 90 is arranged, which is, for example, a semitransparent mirror or a corresponding prism.
  • the light originating from the incident light unit 6, the optical axis of which is denoted by A ' can be reflected into the axis A.
  • the optical axis is advantageously in the beam path A ' a second mirror element 91 is arranged, which is also semi-transparent. This means that a laser beam originating from a laser distance meter 92 with an optical axis A "can be reflected.
  • the laser beam coming from the laser distance meter 92 is faded into the beam path of the axis A ' on the mirror element 91 and on the mirror element 90 in the beam path d he axis A, so that it strikes the object 3. From there the laser beam is reflected, deflected at the mirror elements 90 and 91 and reaches the laser distance meter 92 again. In this way, the position of a certain point on the object 3 is Position can be determined
  • the laser distance meter 92 thus delivers a position signal z.
  • the laser distance meter 92 thus acts as a Z position detection unit 16
  • Laser distance meters 92 may have a restricted working area. Therefore, it may be advantageous to provide the laser distance meter 92 in addition to the Z position detection unit 16. The actual height information for the
  • the Z coordinate is then composed of the values of the Z position detection unit 16 and the laser distance meter 92
  • FIG. 6 A further advantageous embodiment is shown in FIG. 6.
  • a laser distance meter 92 for determining Z positions is also present. However, its laser beam is not reflected in the beam path A.
  • the laser distance meter 92 is arranged next to the camera module 4, which consists of an electronic camera 5 and incident light unit 6 (FIG. 1), the optical axis A of the camera module 4 being a distance D is parallel to the optical axis A "of the laser distance meter 92.
  • the object 3 is displaced relative to the laser distance meter 92 by the distance D below the laser distance meter 92 and determines the Z dimension It is only a question of the relative movement, so that the camera module 5 and the laser distance meter 92 can also be displaceable in relation to the fixed object 3.
  • the relative displacement of the object 3 from one position to the other can take place done programmatically

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Abstract

The invention relates to a measuring microscope comprising an electronic camera (5) which can be positioned in a direction X, Y and Z in relation to an object (3), using drives (9, 10, 15). Said microscope comprises a screen (21), on which the image from the camera (5) can be displayed and a personal computer (20) that can be operated using a keyboard (22) and a manipulator (23). According to the invention, the drives (9, 10) are simple, motor-driven linear guide systems, in which a carriage can be displaced in relation to a base using belts. An optical sensor, which is displaced with the travel of the carriage along a glass scale that is fixed to the base and provided with graduations, is connected to each inventive carriage. A sensor located in the carriage generates an exact position signal (xX; xY), by scanning the graduations. A high degree of measuring precision is achieved despite a less accurate positioning. Measuring microscopes of this type are used to great advantage in various sections of production and control departments.

Description

Meßmikroskopmeasuring microscope
Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßmikroskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten ArtThe invention relates to a measuring microscope of the type mentioned in the preamble of claim 1
Solche Meßmikroskope werden verwendet, wenn es gilt, bei kleinen Objekten Dimensionen zu vermessen Dabei kann es sich um Strecken bzw Abstände handeln, beispielsweise um Schichtdicken oder Durchmesser von Objekten, aber auch um Flacheninhalte, Winkel und dergleichenSuch measuring microscopes are used when it is important to measure dimensions of small objects. This can involve distances or distances, for example layer thicknesses or diameters of objects, but also area contents, angles and the like
Solche Meßmikroskope werden vorteilhaft in verschiedenen Bereichen von Fertigungsund KontroUabteilungen verwendet Insbesondere dann, wenn mit solchen Meßmikroskopen über längere Zeit unterbruchslos gearbeitet werden muß, spielt der Aufbau des Meßmikroskops eine große Rolle, weil durch ihn die Korperhaltung und die Ermudungsgefahr bestimmt werden Insofern ist auch der Bedienungskomfort sehr bedeutsamSuch measuring microscopes are advantageously used in various areas of manufacturing and control departments. In particular, if such measuring microscopes have to be used for a long period without interruption, the construction of the measuring microscope plays a major role, because it determines the body posture and the risk of fatigue very significant
Einfache Meßmikroskope besitzen ein aus Objektiv und Okular bestehendes optisches System Meist sind Objektiv und Okular auswechselbar Im Strahlengang, beispielsweise in einem Okular, ist eine Glasplatte mit einer Struktur wie Maßstab, Fadenkreuz und dergleichen angeordnet, die der Vermessung von Objekten dient Die zu untersuchenden Objekte werden auf einem bewegbaren Objektträger befestigt Meist ist der Objektträger in X- und Y-Richtung verschiebbar, wahrend die Verschiebung in Z-Richtung dadurch erreicht wird, daß das optische System relativ zum Objektträger in Z-Richtung verschiebbar ist Durch Verstellen der entsprechenden X-, Y- und Z-Antriebe, die bei einfachen Meßmikroskopen manuell bedient werden, kann erreicht werden, daß das gewünschte Objekt im Sehfeld des Meßmikroskops scharf abgebildet wird Dimensionen kleinerer Objekte werden mit Hilfe eines im Okular abgebildeten Maßstabs vermessen, Dimensionen größerer Objekte mit Hilfe eines Fadenkreuzes und durch Verschieben des Objekts in X- oder Y-Richtung, wobei die Ablesung des zurückgelegten Wegs bei manuellen Antrieben am X- bzw Y-Antrieb erfolgt Zur Steigerung der Auflosung hat die Antriebstrommel oftmals einen Nonius Auch die Vermessung von Maßen in Z-Richtung ist entsprechend möglich, wobei die geringe Schärfentiefe optischer Einrichtungen ausgenutzt werden kann Alternativ zur λ'ermessung mit Hilfe eines Nonius werden beim bekannten Stand der Technik Verschiebungen auch mit Hilfe von Glasmaßstaben und Auswerteeinheiten erfaßt Die X-, Y- und Z-Antriebe müssen zur Erreichung einer großen Meßgenauigkeit weitestgehend spielfrei sein Entsprechend sind die Konstruktionen solcher Antriebe sehr aufwendig und damit teuer Eine Vorrichtung zur Einstellung des Spiels ist in DE-Al-35 31 833 beschriebenSimple measuring microscopes have an optical system consisting of an objective and an eyepiece. In most cases, the objective and the eyepiece are interchangeable. In the beam path, for example in an eyepiece, a glass plate with a structure such as a scale, crosshairs and the like is arranged, which is used to measure objects attached to a movable slide Most of the time, the slide can be moved in the X and Y directions, while the shift in the Z direction is achieved in that the optical system can be moved in the Z direction relative to the slide by adjusting the corresponding X, Y - And sterndrives, which are operated manually with simple measuring microscopes, can be achieved that the desired object is sharply imaged in the field of view of the measuring microscope. Dimensions of smaller objects are measured using a scale shown in the eyepiece, dimensions of larger objects using a crosshair and by moving n of the object in the X or Y direction, whereby the distance traveled is read for manual drives on the X or Y drive. To increase the resolution, the drive drum often has a vernier. It is also possible to measure dimensions in the Z direction , The shallow depth of field can be exploited by optical devices. As an alternative to λ ' measurement using a vernier, the Known prior art shifts also recorded with the help of glass scales and evaluation units. The X, Y and Z drives must be largely free of play in order to achieve high measuring accuracy. Accordingly, the designs of such drives are very complex and therefore expensive. A device for adjusting the play is in DE-Al-35 31 833
Ein Meßmikroskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der DE-Al-37 41 735 bekannt Hier erfolgt die Bewegung in X- und Y-Richtung durch von Schrittmotoren angetriebenen Gewindespindeln, durch die Muttern bewegt werden, mit denen dann der Tisch bewegt wird Dabei ist die Positioniergenauigkeit von der Große eines Schrittes des Schrittmotors abhangig In Y-Richtung ist eine Kugellangsführung vorhanden Die Bedienung des Mikroskops erfolgt über einen Computer und mittels Steuerhebel, Fokus- und Zoomschalter, wobei das Bild von einer Fernsehkamera generierte Bild auf einem Farbfernsehbildschirm dargestellt wird, wahrend weitere Informationen auf einem Textdisplay dargestellt vv erdenA measuring microscope of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from DE-Al-37 41 735. Here, the movement in the X and Y directions is effected by threaded spindles driven by stepper motors, through which nuts are moved, with which the table is then moved The positioning accuracy depends on the size of a step of the stepper motor. In the Y direction, there is a ball length guide.The microscope is operated via a computer and a control lever, focus and zoom switch, the image generated by a television camera being displayed on a color television screen is displayed while further information is shown on a text display
Aus EP-A2-0 908 751 ist ein optisches Gerat bekannt, das als Teleskop oder Mikroskop verwendet werden kann Hier erfolgt die Objekterfassung mittels CCD-Photodioden- Arrays, deren Signale über Analog-Digital-Wandler an einem Bildspeicher weitergeleitet und dort gespeichert wird Das Bild wird beispielsweise auf einer Flüssigkristallanzeige dar 'gσestelltFrom EP-A2-0 908 751 an optical device is known which can be used as a telescope or microscope. Here, the object is detected by means of CCD photodiode arrays, the signals of which are forwarded to an image memory via analog-digital converters and stored there For example, an image is displayed on a liquid crystal display
Aus WO-A2-99/21042 ist ein hochprazises Mikroskopsystem gezeigt, das mit Hilfe eines integrierten Computersystems automatische Bildanalysen ermöglicht, insbesondere für mikrobiologische Untersuchungen Die Objektbetrachtung erfolgt mit einem üblichen Okularsystem, jedoch ist zusatzlich ein Bildschirm vorhanden, auf dem die Objekte betrachtbar sind Verwendung findet bei diesem Mikroskopsystem auch ein D3M- kompatibler Personalcomputer, auf dem das Microsoft-Betriebssystem Windows installiert istWO-A2-99 / 21042 shows a highly precise microscope system that enables automatic image analysis with the aid of an integrated computer system, in particular for microbiological examinations. The object is viewed using a conventional eyepiece system, but there is also a screen on which the objects can be viewed This microscope system also finds a D3M-compatible personal computer on which the Microsoft Windows operating system is installed
Beim Gegenstand der WO-Al-90/1 1486 ist neben dem optischen System mit einem Okular zusatzlich eine elektronische Kamera vorhanden, die ein auf einem Videomonitor darstellbares Bild erzeugt Außerdem ist ein Rechner von der Art eines üblichen Personalcomputers vorhanden, an dem auch eine Maus angeschlossen ist In einem synthetisch erzeugten Bild wird ein Punkt dargestellt, der analog zu den Bewegungen der Maus seine Position ändert In einer Mischvorrichtung werden das synthetische Bild und das Objektbild verarbeitet, so daß mit Hilfe der übrigen Systemkomponenten das Objektbild mit dem überlagerten Punkt auf dem Bildschirm zu sehen ist Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann nach dem Messen von zwei Punkten eine Linie, die die beiden Punkte verbindet, dargestellt werden Dies erleichtert die Arbeit und steigert die Qualität der MessungenIn the subject of WO-Al-90/1 1486, in addition to the optical system with an eyepiece, there is also an electronic camera which produces an image which can be displayed on a video monitor. A computer of the type of a conventional personal computer is also present, on which there is also a mouse is connected in one synthetically generated image, a point is displayed which changes its position analogous to the movements of the mouse. The synthetic image and the object image are processed in a mixing device, so that the object image with the superimposed point can be seen on the screen with the help of the other system components With the help of this device, a line connecting the two points can be displayed after measuring two points. This simplifies the work and increases the quality of the measurements
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders kostengünstiges, trotzdem aber genaue Messungen erlaubendes Meßmikroskop zu schaffen, an dem längere Zeit ermudungsfrei gearbeitet werden kann und mit dessen Hilfe wiederkehrende Meßaufgaben zeitsparend und sehr präzise gelost werden könnenThe invention has for its object to provide a particularly inexpensive, yet accurate measurements measuring microscope, can be worked on for a long time without tiring and with the help of recurring measurement tasks can be solved time-saving and very precise
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhangigen AnsprüchenThe stated object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Advantageous further developments result from the dependent claims
Die Genauigkeit von Meßmikroskopen wird gemäß dem bekannten Stand der Technik dann, wenn ein Fadenkreuz im optischen Strahlengang angeordnet ist, sehr wesentlich von der Positionierungseinrichtung für den Meßtisch mitbestimmt Insbesondere muß eine sehr hohe Spielfreiheit gewahrleistet sein Erfindungsgemaß ist nun vorgesehen, einfache, kostengünstig herstellbare Antriebe zur Erzeugung der relativen Bewegung des Objekts zur Kamera in der zur Kameraebene parallelen Ebene einzusetzen Auch wenn sich damit keine besonders genaue Positionierung des Objekts zur Kamera bzw der Kamera zum Objekt erreichen laßt, so ist eine hohe Genauigkeit von Messungen am Objekt erfindungsgemaß dadurch zu erreichen, daß für die zwei möglichen Bewegungsachsen sehr genau arbeitende Positionserfassungseinheiten vorgesehen sind und daß die ungenaue Positionierung durch Verschieben eines Fadenkreuzes oder einer anderen Meßmarke auf einem Bildschirm zur Anfahrung des Meßpunktes kompensiert wirdThe accuracy of measuring microscopes is determined according to the known state of the art, if a crosshair is arranged in the optical beam path, very much determined by the positioning device for the measuring table. In particular, a very high backlash must be ensured. According to the invention, simple, inexpensive drives can now be provided To use generation of the relative movement of the object to the camera in the plane parallel to the camera plane. Even if this does not result in a particularly precise positioning of the object relative to the camera or the camera relative to the object, high accuracy of measurements on the object can be achieved according to the invention in that Position detection units that work very precisely for the two possible movement axes are provided and that the inaccurate positioning is compensated for by moving a crosshair or another measuring mark on a screen to approach the measuring point
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutertAn exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing
Es zeigen Fig 1 ein Schema des Meßmikroskops mit allen wesentlichen Elementen,1 shows a diagram of the measuring microscope with all essential elements,
Fig 2 eine Ansicht des Mikroskopteils mit seinen Antrieben und Fuhrungen, Fig 3 einen Spindelantrieb samt Positionserfassungseinheit,2 is a view of the microscope part with its drives and guides, 3 shows a spindle drive including position detection unit,
Fig 4 ein Schema einer Bildschirmdarstellung undFig. 4 is a diagram of a screen display and
Fig 5 und 6 Schemata von vorteilhaften Ausfuhrungsbeispielen für Messungen in Z-Richtung5 and 6 schemes of advantageous exemplary embodiments for measurements in the Z direction
In der Fig 1 ist mit der Bezugszahl 1 ein Meßtisch bezeichnet, der vorteilhaft eine transparente Platte 2 aufweist, auf die ein zu vermessendes Objekt 3 gelegt wird, das auf dem Meßtisch 1 in geeigneter Weise befestigt werden kann Auf das Objekt 3 ist ein Kameramodul 4 gerichtet, das neben einer elektronischen Kamera 5 auch eine Auflichteinheit 6 enthalt, was in der Fig 1 nur schematisch dargestellt ist Die Auflichteinheit 6 erzeugt koaxiales und seitliches Auflicht, was in der Fig 1 durch Pfeile unterhalb des Kameramoduls 4 angedeutet ist Um transparente Objekte bzw Objekte mit Durchgangslochern auch mit Durchlicht betrachten und vermessen zu können, ist das Meßmikroskop auch mit einer Durchlichteinheit 7 ausgestattet1, reference number 1 denotes a measuring table, which advantageously has a transparent plate 2 on which an object 3 to be measured is placed, which can be fastened on the measuring table 1 in a suitable manner. A camera module 4 is located on the object 3 directed, which in addition to an electronic camera 5 also includes a reflected light unit 6, which is shown only schematically in FIG. 1. The reflected light unit 6 generates coaxial and lateral reflected light, which is indicated in FIG. 1 by arrows below the camera module 4. In order to transparent objects To be able to view and measure through holes with transmitted light, the measuring microscope is also equipped with a transmitted light unit 7
Vorteilhaft enthalten die Auflichteinheit 6 und die Durchlichteinheit 7 Leuchtdioden als Lichtquellen Dabei kann es sich vorteilhaft um Dioden handeln, deren Licht praktisch monochromatisch ist Somit müssen an die Optik keine hohen Anforderungen gestellt werden Auch bei Verwendung billiger, nicht farbkorrigierter Linsensysteme ergeben sich keine Farbfehler, so daß eine hohe Darstellungsqualitat gegeben ist Für viele Anwendungsfalle ist aber weißes Licht gewünscht, so daß dann vorteilhaft Leuchtdioden verwendet werden, die UV-Strahlen erzeugen und eine diese UV-Strahlen in weißes Licht umwandelnde Schicht enthaltenAdvantageously, the incident light unit 6 and the transmitted light unit 7 contain light-emitting diodes as light sources.These can advantageously be diodes whose light is practically monochromatic.Therefore, high demands are not placed on the optics.When using inexpensive, non-color-corrected lens systems, there are no color errors, so that a high display quality is given For many applications, however, white light is desired, so that light-emitting diodes are then advantageously used which generate UV rays and contain a layer which converts these UV rays into white light
Als Kamera 5 wird vorteilhaft eine USB-Kamera verwendet, wie sie unter der Bezeichnung Webcam kostengünstig angeboten wird Auch als Objektiv kommt ein Serienprodukt in Betracht, beispielsweise ein telezentrisches Objektiv der Firma Leica Beim erfindungsgemaßen Meßmikroskop ist eine Direktbetrachtung von Objekten mit Hilfe eines Okulars nicht vorgesehen, so daß ein solches Okular entfallt Damit entfallt auch die belastende Sitzposition des Benutzers bei der Objektbetrachtung durch ein solches Objektiv Ein Kreuztisch 8 ist hinter dem Meßtisch 1 so angeordnet, daß die Verfahrebene gegenüber der Meßtischebene nach hinten versetzt und zu dieser parallel ist DieA USB camera, such as is offered inexpensively under the name webcam, is advantageously used as the camera 5. A series product is also suitable as a lens, for example a telecentric lens from Leica , so that such an eyepiece is omitted. This also eliminates the stressful sitting position of the user when viewing the object through such an objective A cross table 8 is arranged behind the measuring table 1 so that the travel plane is offset to the rear relative to the measuring table plane and is parallel to it
Durchlichteinheit 7 ist, auch wenn dies aus der Fig 1 nicht erkennbar ist, am Kreuztisch 8 befestigt, so daß deren Lichtachse immer mit der optischen Achse des Kameramoduls 4 zusammentrifftTransmitted light unit 7 is fastened to the cross table 8, even if this cannot be seen from FIG. 1, so that its light axis always coincides with the optical axis of the camera module 4
Vorteilhaft laßt sich als Durchlichteinheit 7 eine fluoreszierende Folie verwenden, die auf einem Trager aufgeklebt ist Solche fluoreszierenden Folien erzeugen durch Anlegung einer elektrischen Spannung sichtbares Licht Die Folie kann so groß sein, daß sie den ganzen Bewegungsbereich in X- und Y-Richtung abdeckt Da eine solche Folie eine Lichtachse nicht besitzt, kommt es auf das Zusammentreffen mit der optischen Achse des Kameramoduls 4 gar nicht an Somit besteht große Freiheit in der Plazierung der Durchlichteinheit 7A fluorescent film which is glued to a support can advantageously be used as the transmitted light unit 7. Such fluorescent films produce visible light by applying an electrical voltage. The film can be large enough to cover the entire range of movement in the X and Y directions such a film does not have a light axis, it does not matter if it coincides with the optical axis of the camera module 4. There is therefore great freedom in the placement of the transmitted light unit 7
Der Kreuztisch 8 ist horizontal in X- und in Y-Richtung verschiebbar, wobei die Bewegung in X-Richtung mittels eines X- Antriebs 9 und jene in Y-Richtung mittels eines Y- Antriebs 10 erfolgt Jeder der Achsen ist erfindungsgemaß eine Positionserfassungseinheit zu geordnet, nämlich der X-Achse eine X-Positionserfassungseinheit 1 1 und der Y-Achse eine Y-Positionserfassungseinheit 12The cross table 8 can be displaced horizontally in the X and Y directions, the movement in the X direction being carried out by means of an X drive 9 and that in the Y direction being carried out by means of a Y drive 10. According to the invention, a position detection unit is assigned to each of the axes , namely the X axis an X position detection unit 11 and the Y axis a Y position detection unit 12
Das Kameramodul 4 ist an einem Arm 13 befestigt, der entlang einer Tragsaule 14 in Z- Richtung verschiebbar ist Damit laßt sich die Kamera 5 gegenüber dem Objekt 3 vertikal verschieben, was einerseits der Scharfstellung und andererseits auch der Vermessung von Z-Komponenten am Objekt 3 dient Die Verschiebung erfolgt mit Hilfe eines Z-Antriebs 15 und ist mittels einer Z-Positionserfassungseinheit 16 erfaßbar Die Tragsaule 14 ihrerseits ist auf dem Kreuztisch 8 fest montiertThe camera module 4 is fastened to an arm 13, which can be displaced in the Z direction along a support column 14. The camera 5 can thus be displaced vertically relative to the object 3, which on the one hand enables the focus and on the other hand the measurement of Z components on the object 3 serves The displacement takes place with the help of a Z-drive 15 and can be detected by means of a Z-position detection unit 16. The support column 14 in turn is fixedly mounted on the cross table 8
Die Z-Positionserfassungseinheit 16 kann vorteilhaft auch ein System sein, bei dem die Distanz in Z-Richtung mittels eines Laserstrahls gemessen wird, was noch gezeigt werden wirdThe Z position detection unit 16 can advantageously also be a system in which the distance in the Z direction is measured by means of a laser beam, which will be shown later
Die Antriebe für die drei Achsen, also der X- Antrieb 9, der Y- Antrieb 10 und der Z-Antrieb 15, sind über elektrische Leitungen mit einem Achskontroller 17 verbunden, ebenso die Positionserfassungseinheiten 1 1, 12 und 16 Vom Achskontroller 17 werden über die entsprechenden Leitungen die Motoren der Antriebe 9, 10 und 15 unmittelbar angesteuert Die Positionserfassungseinheiten 1 1, 12 und 16 werden vom Achskontroller 17 überwacht Der Achskontroller 17 ist andererseits an einen Bus 18 angeschlossen, an den auch ein Lichtkontroller 19 und ein Personalcomputer 20 angeschlossen sind Vom Lichtkontroller 19 führen elektrische Leitungen zu den Beleuchtungseinrichtungen, nämlich zur Auflichteinheit 6 und zur Durchlichteinheit 7The drives for the three axes, that is the X drive 9, the Y drive 10 and the Z drive 15, are connected to an axis controller 17 via electrical lines, as are the position detection units 11, 12 and 16 from the axis controller 17 the corresponding lines the motors of the drives 9, 10 and 15 directly Controlled The position detection units 11, 12 and 16 are monitored by the axis controller 17. The axis controller 17, on the other hand, is connected to a bus 18 to which a light controller 19 and a personal computer 20 are also connected. From the light controller 19, electrical lines lead to the lighting devices, namely to the incident light unit 6 and the transmitted light unit 7
Es sei hier erwähnt, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Kamera 5 mittels des X- Antriebs 9 und des Y- Antriebs 10 horizontal und mittels des Z- Antriebs 15 vertikal relativ zum Meßtisch 1 verschiebbar ist Im Rahmen der Erfindung kommt es nur auf die relative Bewegung in der zur Bildebene parallelen Ebene an, so daß nach der Erfindung auch andere Ausgestaltungen möglich sind Beispielsweise kann der Meßtisch 1 mittels X- Antrieb 9 und Y- Antrieb 10 relativ zur Kamera 5 bewegbar sein und die Kamera 5 kann mit Hilfe des Z-Antriebs 15 relativ zum Meßtisch 1 bewegbar seinIt should be mentioned here that in the exemplary embodiment shown, the camera 5 can be displaced horizontally by means of the X drive 9 and the Y drive 10 and vertically by means of the Z drive 15 relative to the measuring table 1. Within the scope of the invention, only the relative movement is important in the plane parallel to the image plane, so that other configurations are also possible according to the invention. For example, the measuring table 1 can be moved relative to the camera 5 by means of the X drive 9 and the Y drive 10, and the camera 5 can be moved using the Z drive 15 be movable relative to the measuring table 1
Handelsübliche Personalcomputer 20 verfügen über mehrere Schnittstellen, an die Peripheriegerate anschließbar sind An eine dieser üblichen Schnittstellen ist ein Bildschirm 21 angeschlossen, an eine andere Schnittstelle eine Tastatur 22. An eine weitere Schnittstelle ist ein Manipulator 23 angeschlossen, mit dem der Personalcomputer 20 zusatzlich zur Tastatur 22 bedienbar ist Als Manipulator 23 kann beispielsweise eine sogenannte Maus oder ein Trackball verwendet werden.Commercial personal computers 20 have several interfaces to which peripheral devices can be connected A screen 21 is connected to one of these usual interfaces, a keyboard 22 is connected to another interface. A manipulator 23 is connected to another interface, with which the personal computer 20 is used in addition to the keyboard 22 can be operated A manipulator 23 can be a mouse or a trackball, for example.
Der Bus 18, der dem Befehls- und/oder Datenaustausch zwischen dem Personalcomputer 20 und dem Achskontroller 17 einerseits und dem Lichtkontroller 19 andererseits dient, ist vorteilhaft als Feldbus ausgeführt, beispielsweise als CAN-Bus. Über diesen Bus 18 laufen einerseits Stellsignale Sx, S^ und Sz für die Antriebe 9, 10 und 15 und andererseits Positionssignale
Figure imgf000008_0001
xy und xz, die von den Positionserfassungseinheiten 11, 12 und 16 stammen Weil handelsübliche Personalcomputer 20 keine Schnittstelle für einen solchen Feldbus aufweisen, befindet sich an einer der üblichen Schnittstellen des Personalcomputers 20, beispielsweise an einer parallelen Schnittstelle, ein Konverter 24 Der Konverter 24 setzt die Signale in beiden Richtungen um Die vom Personalcomputer 20 stammenden Stellsignale Sx, S^, und Sz für die Antriebe 9, 10 und 15 werden vom parallelen Datenformat in das Busformat umgesetzt und die von den Positionserfassungseinheiten 1 1, 12 und 16 kommenden
The bus 18, which is used for the command and / or data exchange between the personal computer 20 and the axis controller 17 on the one hand and the light controller 19 on the other hand, is advantageously designed as a field bus, for example as a CAN bus. Control signals Sx, S ^ and Sz for the drives 9, 10 and 15 run on the one hand via this bus 18 and on the other hand position signals
Figure imgf000008_0001
xy and x z , which come from the position detection units 11, 12 and 16, because commercially available personal computers 20 do not have an interface for such a fieldbus, there is a converter 24 at one of the usual interfaces of the personal computer 20, for example at a parallel interface converts the signals in both directions. The control signals Sx, S ^, and Sz from the personal computer 20 for the drives 9, 10 and 15 are converted from the parallel data format into the bus format and those coming from the position detection units 1 1, 12 and 16
Positionssignale \\, xγ und x/, werden vom Busformat in ein paralleles Datenformat gewandelt Der Achskontroller 17 erzeugt aus den Positionssignalen x , xγ und xz das Busformat und wandelt im Busformat ankommende Stellsignale Sx, Sγ und Sz in Stellbefehle für die Antriebe 9, 10 und 15 Auf dem Bus 18 werden auch die Daten übermittelt, die der Lichtkontroller 19 benotigt, um die Auflichteinheit 6 und die Durchlichteinheit 7 anzusteuern Der Konverter 24 kann als sogenanntes Dongle ausgeführt sein, alternativ aber auch als Schnittstellenkarte, die in den Personalcomputer 20 eingebaut istPosition signals \\, xγ and x /, are converted from the bus format into a parallel data format converted The axis controller 17 generates the bus format from the position signals x, x γ and x z and converts control signals Sx, S γ and S z arriving in the bus format into control commands for the drives 9, 10 and 15. The data are also transmitted on the bus 18. which the light controller 19 needs in order to control the incident light unit 6 and the transmitted light unit 7. The converter 24 can be designed as a so-called dongle, but alternatively also as an interface card that is built into the personal computer 20
Die Kamera 5 ist über eine Bildleitung 25, die vorteilhaft als USB-Bus ausgeführt ist, an den Personalcomputer 20 angeschlossen Damit wird es ermöglicht, daß die von der Kamera 5 erzeugte Abbildung des Objekts 3 auf dem Bildschirm 21 desThe camera 5 is connected to the personal computer 20 via an image line 25, which is advantageously designed as a USB bus. This enables the image of the object 3 generated by the camera 5 to be displayed on the screen 21 of the
Personalcomputers 20 dargestellt wird Diese Abbildung erfolgt auf dem Bildschirm 21 vorteilhaft innerhalb eines Objektfensters 25, das in seiner Große veränderbar ist, so daß es an die jeweilige Meßaufgabe anpaßbar ist Auf dem Bildschirm 21 sind weitere Fenster angeordnet, die durch den Benutzer positionierbar und in ihrer Große veränderbar sind Sie können sich teilweise überdecken und in bekannter Weise durch Anklicken mit einer Bedientaste des Manipulators 23 in den Vordergrund gebracht werden Neben dem Objektfenster 25 können auf dem Bildschirm 21 ein Arbeitsfenster, ein Aktionsfenster, ein Schlusseldatenfenster und ein Symbolfenster angeordnet sein, dazu eine Menüleiste und allenfalls weitere Fenster Dadurch wird erreicht, daß der Bediener alle Informationen, nämlich das Bild des Objekts 3 und alle durch Messung entstehenden Daten immer gleichzeitig im Blickfeld hat Das tragt wesentlich zum ermudungsfreien Arbeiten beiPersonal computer 20 is shown This image is advantageously displayed on the screen 21 within an object window 25, the size of which can be changed so that it can be adapted to the respective measurement task. Additional windows are arranged on the screen 21, which can be positioned by the user and in their Large changes are possible. They can partially overlap and can be brought to the foreground in a known manner by clicking with an operating button of the manipulator 23. In addition to the object window 25, a work window, an action window, a key data window and a symbol window can be arranged on the screen 21, plus one Menu bar and any other windows This ensures that the operator always has all information, namely the image of object 3 and all data created by measurement, in view at the same time. This contributes significantly to fatigue-free work
Nachstehend wird die Funktion des Meßmikroskops beschrieben Nachdem das Objekt 3 auf dem Meßtisch 1 positioniert ist, ist das von der Kamera 5 gelieferte Bild des Objekts 3 im Objektfenster 25 auf dem Bildschirm 21 sichtbar Wird der Manipulator 23, der beispielsweise eine Maus ist, bewegt, so bewegt sich im Objektfenster 25 ein Zeiger, der üblicherweise als Cursor bezeichnet wird Nach der Erfindung kann der Zeiger verschiedene Gestalt haben Der Zeiger kann aus je einer senkrechten und waagerechten Linie bestehen, von vom oberen zum unteren bzw vom linken zum rechten Rand des Objektfensters 25 reicht Diese Form des Zeigers wird als großes Fadenkreuz bezeichnet Eine andere Form des Zeigers ist ahnlich, jedoch handelt es sich um je eine kurze Linie, die ebenfalls ein Fadenkreuz bilden Diese Form wird als kleines Fadenkreuz bezeichnet Mit diesen beiden Zemerarten lassen sich Punkte hinsichtlich ihrer X- und Y-Koordinaten bestimmen Wird der Zeiger auf einen bestimmten Bildpunkt des Objekts 3 gebracht, sind dessen X-, Y- und Z-Koordinate durch die Lage des Zeigers und die Lage des Armes 13 bestimmbar Durch Bedienung einer Taste des Manipulators 23, gemeinhin als Klicken bezeichnet, können die Koordinatenwerte im Personalcomputer 20 gespeichert werden Der so gespeicherte Punkt kann im Objektfenster mittels einer Marke, etwa eines kleinen Fadenkreuzes, gekennzeichnet werden Wird anschließend der Manipulator 23 zu einem anderen Bildpunkt des Objektes 3 bewegt und dort wieder geklickt, werden die X-, Y- und Z-Koordinaten wiederum gespeichert Das auf dem Personalcomputer 20 ablaufende Programm ist nun in der Lage, aus den X- und Y-Koordinaten der beiden Bildpunkte deren relative Beziehung in der Form von X-Abstand, Y-Abstand und/oder direktemThe function of the measuring microscope is described below. After the object 3 is positioned on the measuring table 1, the image of the object 3 supplied by the camera 5 is visible in the object window 25 on the screen 21. If the manipulator 23, which is, for example, a mouse, is moved, a pointer, which is usually referred to as a cursor, moves in the object window 25. According to the invention, the pointer can have different shapes. The pointer can consist of a vertical and a horizontal line, from the top to the bottom or from the left to the right edge of the object window 25 This shape of the pointer is called a large crosshair. Another shape of the pointer is similar, but it is a short line that also forms a crosshair. This shape is called a small crosshair and Y coordinates determine If the pointer is brought to a specific pixel of the object 3, its X, Y and Z coordinates can be determined by the position of the pointer and the position of the arm 13 by operating a button on the manipulator 23, commonly referred to as clicking the coordinate values are stored in the personal computer 20. The point stored in this way can be identified in the object window by means of a mark, for example a small crosshair. If the manipulator 23 is subsequently moved to another image point of the object 3 and clicked there again, the X, Y, and the Z coordinates are stored again. The program running on the personal computer 20 is now able to use the X and Y coordinates of the two pixels to determine their relative relationship in the form of X distance, Y distance and / or direct
Abstand zu ermitteln Auch diese Daten sind speicherbar. Auf diese Weise sind Merkmale des Objektes 3 vermeßbarDetermine distance This data can also be saved. In this way, features of the object 3 can be avoided
In einer weiteren Betriebsart des Meßmikroskops kann mit Hilfe des Manipulators 23 das Objekt 3 relativ zur Kamera 5 in X-, Y- und Z-Richtung verschoben werden Wählt der Benutzer diese Betriebsart, beispielsweise über die Tastatur 22 oder durch Bedienung eines Menüs mit Hilfe des Manipulators 23, wobei der Zeiger automatisch die Form eines Pfeils annimmt, wenn der Zeiger in den Bereich des Menüs kommt, so wechselt der Zeiger wiederum seine Form und hat jetzt beispielsweise die Form einer flachen Hand Führt der Bediener den Zeiger zu einem beliebigen Bildpunkt und drückt nun eine Bedientaste des Manipulators 23, so wechselt der Zeiger wiederum seine Form und bekommt nun die Gestalt einer haltenden Hand Wird nun der Manipulator 23 bewegt, so werden dessen Bewegungen in X- und Y-Richtung in Stellsignale Sx und Sy für den X-Antrieb 9 und den Y- Antrieb 10 umgesetzt Damit wird die Kamera 5 relativ zum Objekt 3 in X- und Y- Richtung bewegt, so daß die Kamera 5 einen anderen Teil des Objektes 3 zum Objektfenster 25 liefert Wahrend der Bewegung des Manipulators 23 bewegt sich also die Kamera 5 relativ zum Objekt 3 selbst und auch dessen Bild im Objektfenster 25In a further operating mode of the measuring microscope, the object 3 can be shifted relative to the camera 5 in the X, Y and Z directions with the aid of the manipulator 23. The user selects this operating mode, for example using the keyboard 22 or by operating a menu using the Manipulator 23, the pointer automatically taking the form of an arrow when the pointer comes into the area of the menu, the pointer changes its shape again and now has, for example, the shape of a flat hand. If the operator leads the pointer to an arbitrary pixel and presses now a control button of the manipulator 23, the pointer changes its shape again and now takes the form of a holding hand. If the manipulator 23 is now moved, its movements in the X and Y directions become control signals Sx and Sy for the X drive 9 and the Y drive 10 implemented. Thus, the camera 5 is moved relative to the object 3 in the X and Y directions, so that the camera 5 a different part of the Provides object 3 to object window 25 During the movement of manipulator 23, camera 5 thus moves relative to object 3 itself and also its image in object window 25
Wahrend diese Bewegung geschieht, wird von den Positionserfassungseinheiten 1 1 und 12 diese Bewegung erfaßt und es werden deren Positionssignale x und xy über den Achskontroller 17 und den Bus 18 an den Personalcomputer 20 übermittelt Den einzelnen Pixeln innerhalb des Objektfensters 23 werden nun andere Koordinaten zugeordnet Erfindungsgemaß ist die Meßgenauigkeit durch die Genauigkeit der Positionserfassung der Lage des Objektes relativ zur Lage der Kamera und der kleinstmoglichen Verschiebebewegung des Fadenkreuzes bestimmt Es kommt also nicht darauf an, daß das Objekt sehr genau positioniert werden kann, solange dessen Position genau bekannt ist und der zu messende Punkt auf dem Bildschirm mit dem Fadenkreuz angefahren werden kann Statt eines Fadenkreuzes kann auch eine andere Form einer Meßmarke angewendet werden, beispielsweise ein in seiner Große veränderbarer KreisWhile this movement is taking place, this movement is detected by the position detection units 11 and 12 and their position signals x and xy are transmitted to the personal computer 20 via the axis controller 17 and the bus 18. The individual pixels within the object window 23 are now assigned other coordinates According to the invention, the measurement accuracy is determined by the accuracy of the position detection of the position of the object relative to the position of the camera and the smallest possible displacement movement of the crosshair. It is therefore not important that the object can be positioned very precisely as long as its position is exactly known and to measuring point on the screen can be approached with the crosshair. Instead of a crosshair, another form of a measuring mark can be used, for example a circle whose size can be changed
In der Figur 2 ist eine Ansicht des Mikroskopteils mit seinen Antrieben und Linearführungen dargestellt Auf einer Grundplatte 30 ist der Meßtisch 1 fest verankert Eine Mikroskopsaule 31 ist gegenüber der Grundplatte 30 verschiebbar Auf der Grundplatte 30 sind dazu Führungsschienen 32 fest montiert, auf der ein die Mikroskopsaule 31 tragender X-Schlitten 33 in X-Richtung horizontal verschiebbar ist Dem Antrieb des X-Schlittens 33 dient eine Gewindespindel 34, die in einem Festlager 35 einerseits und einem Loslager 36 andererseits gelagert ist Im X-Schlitten 33 ist eine nicht dargestellte Mutter enthalten, die mit der Gewindespindel 34 im Eingriff* steht Dreht sich die Gewindespindel 34, so wird durch diesen Eingriff bewirkt, daß sich der Schlitten 33 entlang der Führungsschienen 32 bewegt, wobei die Bewegungsrichtung durch die Drehrichtung der Gewindespindel 34 bestimmt ist Die Drehung der Gewindespindel 34 erfolgt mit Hilfe eines ersten Motors 37, von dessen Ritzel 38 die Bewegung mittels eines Riemens 39 auf die Gewindespindel 34 übertragen wird, wobei an der Gewindespindel 34 ebenfalls ein Ritzel vorhanden ist Das Ritzel 38 und der Riemen 39 sind Beispiele für besonders einfache Transmissionsglieder bei der Übertragung der Drehbewegung vom Motor 37 zur Gewindespindel 34 Die Gewindespindel 34 ist also vom Motors 37 indirekt antreibbar Anstelle von Ritzel 38 und Riemen 39 können auch andere einfache Transmissionsglieder angewendet werden2 shows a view of the microscope part with its drives and linear guides. The measuring table 1 is firmly anchored on a base plate 30. A microscope column 31 is displaceable relative to the base plate 30. For this purpose, guide rails 32 are fixedly mounted on the base plate 30, on which the microscope column 31 carrying X-slide 33 is horizontally displaceable in the X-direction. The drive of the X-slide 33 is served by a threaded spindle 34 which is mounted in a fixed bearing 35 on the one hand and a floating bearing 36 on the other hand. A nut (not shown) is contained in the X-slide 33, which is in engagement with the threaded spindle 34 * If the threaded spindle 34 rotates, this engagement causes the slide 33 to move along the guide rails 32, the direction of movement being determined by the direction of rotation of the threaded spindle 34. The rotation of the threaded spindle 34 takes place with the aid of a first motor 37, the pinion 38 of which the movement ng is transmitted to the threaded spindle 34 by means of a belt 39, a pinion also being present on the threaded spindle 34. The pinion 38 and the belt 39 are examples of particularly simple transmission elements in the transmission of the rotary movement from the motor 37 to the threaded spindle 34 So indirectly driven by the motor 37 Instead of the pinion 38 and belt 39, other simple transmission elements can also be used
Nach dem allgemeinen Erfindungsgedanken ist eine direkte und damit spielfreie Übertragung der Drehbewegung nicht notig, weil die Genauigkeit der Messung auch dann nicht beeinträchtigt ist, wenn sehr einfache Transmissionsglieder verwendet werden, die nicht spielfrei sind Somit lassen sich die Herstellungskosten für ein solches Meßmikroskop sehr niedrig halten, ohne daß dadurch die Genauigkeit von Messungen negativ verändert wird Analog wird die Verschiebbarkeit in Y-Richtung erreicht So befinden sich auf dem Schlitten 33 wiederum Führungsschienen 32, von denen in der Figur 2 nur die eine sichtbar ist Nicht sichtbar ist eine zugehörige weitere Gewindespindel Diese ist ebenfalls in einem Festlager 35 und einem Loslager 36 gelagert Auch hinsichtlich der übrigen Teile wie Mutter, Motor, Ritzel und Riemen entspricht der Antrieb für die Y-Richtung jenem für die X-RichtungAccording to the general idea of the invention, a direct and thus backlash-free transmission of the rotary movement is not necessary, because the accuracy of the measurement is not impaired even when using very simple transmission elements that are not backlash-free. Thus, the manufacturing costs for such a measuring microscope can be kept very low without negatively changing the accuracy of measurements The displaceability in the Y direction is achieved analogously. Thus, on the slide 33 there are again guide rails 32, of which only one is visible in FIG. 2. An associated further threaded spindle is not visible. This is also mounted in a fixed bearing 35 and a floating bearing 36 The drive for the Y direction also corresponds to that for the X direction with regard to the other parts such as the nut, motor, pinion and belt
Die Antriebe für die X- und Y-Richtung bestehen also nicht aus teuren Kugelumlaufgewinden mit entsprechenden Kugelumlaufmuttern und Lagerungen Im Sinne der Erfindung werden gunstige, mit mehr Reibung behaftete Gewindeantriebe verwendet bei denen die Drehung des Motors 37 von dessen Ritzel 38 mit Hilfe des Riemens 39 auf die Gewindespindel 34 übertragen wird Mit solchen Antrieben können keine Positionieraufgaben mit einer Genauigkeit von etwa 1 μm gelost werden Die Grenzen liegen etwa bei Positioniergenauigkeiten von 5 μm Erfindungsgemaß kann trotz dieser ungenauen Positionierbarkeit genau gemessen werden, da sich das Fadenkreuz in der entsprechenden Ebene mit genügend starker Vergrößerung genauer positionieren laßt Die Voraussetzung dafür ist ein genaues Positionserfassungssystem, wie es erfindungsgemäß vorhanden istThe drives for the X and Y directions therefore do not consist of expensive ball screws with corresponding ball nuts and bearings. In the sense of the invention, inexpensive, more frictional screw drives are used in which the rotation of the motor 37 from its pinion 38 by means of the belt 39 is transferred to the threaded spindle 34 With such drives, no positioning tasks can be solved with an accuracy of about 1 μm.The limits are approximately at positioning accuracies of 5 μm. According to the invention, despite this inaccurate positioning, measurements can be made precisely because the crosshairs in the corresponding plane are sufficient strong enlargement can be positioned more precisely The prerequisite for this is an accurate position detection system, as it is present according to the invention
Der Aufbau für den Antrieb in Z-Richtung ist prinzipiell gleich An der Mikroskopsaule 31 sind Schienen 32 angeordnet, auf denen ein die Kamera 5 (Fig 1) und die Beleuchtungseinrichtung enthaltendes Gehäuse 51 vertikal verschiebbar ist Auch hier wird die Verschiebbarkeit durch Drehung einer Gewindespindel 34 erreicht Da die Meßgenauigkeit der Z-Koordinate von der Positioniergenauigkeit der Z-Achse direkt abhangt, werden hier bei hohen Anforderungen konventionelle Antriebslosungen eingesetzt Beispielsweise werden gerollte Kugelumlaufgewindespindeln mit aussortierten Kugeln und entsprechender Mutter verwendet Auch das Festlager 35 und das Loslager 36 wird entsprechend gewählt Ist keine hohe Positioniergenauigkeit in Z-Richtung notig, so kann aber auch die zuvor für die X- und die Y-Achsen beschriebene Bauart Anwendung finden Auch die Bewegung in Z-Richtung kann mittels Glasmaßstab 40 und Sensor 42 ermittelt werden, alternativ aber auch mittels des zu\ or erwähnten Systems mit einem Laserstrahl Für Meß- und Kontrollarbeiten in bestimmten Anwendungsgebieten von Meßmikroskopen ist eine Messung von Z-Dimensions-Komponenten nicht erforderlich Dann kann ein motorischer Antrieb in Z-Richtung entfallen und durch eine manuell bediente Hohenverstellung ersetzt werden Vorteilhaft ist es, wenn ein motorischer Antrieb für die Z-Richtung und ein zugehöriges Positionserfassungssystem nachrustbar sind Da der Achskontroller 17 für drei Achsen ausgelegt ist, ist dies problemlos möglich Erfindungsgemaß sind wenigstens zwei der drei Achsen mit den beschriebenen Antrieben ausgerüstetThe structure for the drive in the Z direction is basically the same. Rails 32 are arranged on the microscope column 31, on which a housing 51 containing the camera 5 (FIG. 1) and the illumination device can be displaced vertically. Here too, the displaceability is achieved by rotating a threaded spindle 34 achieved Since the measuring accuracy of the Z coordinate is directly dependent on the positioning accuracy of the Z axis, conventional drive solutions are used for high requirements.For example, rolled ball screws with rejected balls and a corresponding nut are used. The fixed bearing 35 and the floating bearing 36 are selected accordingly high positioning accuracy in the Z direction is necessary, but the type previously described for the X and Y axes can also be used. The movement in the Z direction can also be determined using a glass scale 40 and sensor 42, but alternatively also using the \ or mentioned system with one laser beam A measurement of Z-dimension components is not required for measurement and control work in certain areas of application of measuring microscopes. A motor drive in the Z direction can then be omitted and replaced by a manually operated height adjustment. It is advantageous if a motor drive for the Z Direction and an associated position detection system can be retrofitted. Because the axis controller 17 is designed for three axes, this is easily possible. According to the invention, at least two of the three axes are equipped with the drives described
Die Figur 3 zeigt eine prinzipielle Darstellung des Antriebs, wie er beim erfindungsgemaßen Meßmikroskop für die Bewegungen in X- und Y-Richtung Anwendung findet Der Schlitten 33 besteht aus einer Schlittenplatte 55 und zwei Fuhrungswagen 56 Jeder der Fuhrungswagen 56 kann dabei vorteilhaft aus zwei gleichartigen Fuhrungswagen 56 bestehen, die hintereinander angeordnet sind Der Schlitten 33 bewegt sich entlang der Schienen 32, die auf einer Basis 60 befestigt sind Die Fuhrungswagen 56 und die Führungsschienen 32 bilden zusammen eine Linearführung Diese Linearführung ist weitgehend spielfrei und weist eine hohe Laufparallelitat auf Die Basis 60 ist beim Linearführungssystem für die X-Richtung identisch mit der Grundplatte 30 (Fig 2), bei den Linearführungssystemen für die Y- und die Z-Richtung mit auf den jeweiligen Schlitten 33 befestigten Platten Die Bewegung wird erreicht durch Drehung der im Festlager 35 und im Loslager 36 gelagerten Gewindespindel 34, die über den Riemen 39 vom Motor 37 angetrieben wird Die Drehung der Gewindespindel 34 wird durch eine im Schlitten 33 angeordnete Mutter 61 in eine lineare Bewegung des Schlittens 33 umgesetzt Bei der Mutter 61 handelt es sich, wie schon erwähnt, nicht um einen Kugelumlauftyp Derartige Antriebe sind preiswert herstellbar Sie sind nicht sonderlich genau Eine hohe Genauigkeit der Positionserfassung wird dadurch erreicht, daß parallel zu den Schienen 32 ein Glasmaßstab 40 angeordnet ist, der eine genaue Teilung 41 aufweist Diese Teilung 41 wird mittels eines im Schlitten 33 angeordneten optischen Sensors 42 abgetastet Erfindungsgemaß wird trotz des einfach aufgebauten und preiswert herstellbaren Antriebs durch die Kombination des Antriebs mit einer bezuglich Laufparallelitat genauen Linearführung, einem hochgenauen System zur Positionserfassung und eines verschiebbaren Fadenkreuzes eine hohe Genauigkeit der Messung erreicht Im oben ausgeführten Beispiel wurden Spindelantriebe verwendet Im Rahmen der Erfindung kommt es jedoch nur darauf an, dass der Meßtisch 1 relativ zur Kamera 5 nicht genau positionierbar sein muß, weil die relative Lage des Meßtischs 1 relativ zur Kamera 5 genau bestimmbar und die nicht genaue Positionierung des Meßtischs 1 durch Verschieben eines Fadenkreuzes kompensiert wird Somit konnten andere Transmissionsglieder, so etwa auch ein Riemen-, Pneumatik- oder Hydraulikantrieb, genauso verwendet werden Es wäre auch denkbar, daß anstelle der genauen Linearführungen ungenauere Typen verwendet werden und die Ungenauigkeiten der Laufparallelitat durch ein entsprechendes Positionserfassungssystem kompensiert werdenFIG. 3 shows a basic illustration of the drive as it is used in the measuring microscope according to the invention for movements in the X and Y directions. The slide 33 consists of a slide plate 55 and two guide carriages 56. Each of the guide carriages 56 can advantageously consist of two identical guide carriages 56 exist, which are arranged one behind the other. The carriage 33 moves along the rails 32, which are fastened on a base 60. The guide carriage 56 and the guide rails 32 together form a linear guide. This linear guide is largely free of play and has a high degree of parallel running. The base 60 is in the linear guide system for the X direction identical to the base plate 30 (FIG. 2), in the linear guide systems for the Y and Z directions with plates attached to the respective slide 33. The movement is achieved by rotating the in the fixed bearing 35 and in the floating bearing 36 threaded spindle 34 mounted over the belt 39 is driven by the motor 37 The rotation of the threaded spindle 34 is converted into a linear movement of the slide 33 by a nut 61 arranged in the slide 33. As already mentioned, the nut 61 is not a recirculating ball type. Such drives are inexpensive to manufacture are not particularly accurate A high accuracy of the position detection is achieved in that a glass scale 40 is arranged parallel to the rails 32, which has a precise graduation 41. This graduation 41 is scanned by means of an optical sensor 42 arranged in the carriage 33 constructed and inexpensive to produce drive through the combination of the drive with a linear parallel with regard to running parallelism, a highly precise system for position detection and a movable crosshair achieves a high accuracy of the measurement In the example set out above, spindle drives were used. In the context of the invention, however, it is only important that the measuring table 1 does not have to be exactly positionable relative to the camera 5, because the relative position of the measuring table 1 relative to the camera 5 can be determined exactly and the inaccurate positioning of the measuring table 1 is compensated by moving a crosshair.Thus, other transmission elements, such as a belt, pneumatic or hydraulic drive, could also be used.It would also be conceivable that inaccurate types are used instead of the exact linear guides and the inaccuracies of the parallelism of the run through corresponding position detection system can be compensated
Die Figur 4 zeigt im Sinne eines Beispiels ein Schema einer Bildschirmdarstellung, die im Zusammenhang mit der Figur 1 schon erwähnt worden ist Auf dem Bildschirm 21 ist das Objektfenster 25 dargestellt, in dem ein von der Kamera 5 (Fig 1) erfaßtes Objekt 70 sichtbar ist Im Objektfenster 25 ist ein mittels des Manipulators 23 (Fig 1) bewegbares Fadenkreuz 71 sichtbar Mit der Bezugszahl 71 ' ist eine Stellung bezeichnet, bei der das Fadenkreuz 71 auf einem markanten Punkt des Objekts 70 liegt Die diesen Punkt zugehörigen Koordinaten sind beispielsweise durch Drucken einer Taste am Manipulator 23 speicherbar Mit der Bezugszahl 71 " ist eine weitere Stellung bezeichnet, bei der das Fadenkreuz 71 auf einem zweiten markanten Punkt des Objekts 70 liegt Auch die diesem Punkt zugehörigen Koordinaten sind durch Drucken einer Taste am Manipulator 23 speicherbar Die Verschiebung des Fadenkreuzes vom Punkt 71 ' zum Punkt 71 " erfolgt durch Bewegen des Manipulators 23In the sense of an example, FIG. 4 shows a diagram of a screen display that has already been mentioned in connection with FIG. 1. The object window 25 is shown on the screen 21, in which an object 70 detected by the camera 5 (FIG. 1) is visible A crosshair 71 which can be moved by means of the manipulator 23 (FIG. 1) is visible in the object window 25. The reference number 71 ' denotes a position in which the crosshair 71 lies on a prominent point of the object 70. The coordinates associated with this point are, for example, by printing a Key on manipulator 23 can be stored. Reference number 71 " denotes a further position in which crosshair 71 lies on a second prominent point on object 70. The coordinates associated with this point can also be stored by pressing a key on manipulator 23. The shifting of the crosshair from Point 71 ' to point 71 "is carried out by moving the manipulator 23
Die Koordinaten jedes auf diese Weise ermittelten Meßpunktes am Objekt 70 werden beispielsweise in einem Arbeitsfenster 80 dargestellt Diese Koordinaten können dann in beliebiger Weise manipuliert werden Ergebnisse solcher Manipulationen von Daten können beispielsweise in einem Schlusseldatenfenster 81 dargestellt werden In einem Aktionsfenster 82 können Meßprogrammablaufe dargestellt werden Solche Meßprogrammablaufe legen fest, in welcher Weise Daten bei Reihenmessungen an verschiedenen Objekten 70 behandelt werdenThe coordinates of each measuring point on the object 70 determined in this way are displayed, for example, in a working window 80. These coordinates can then be manipulated in any manner. Results of such manipulations of data can, for example, be displayed in a key data window 81. Measuring program sequences can be displayed in an action window 82 determine how data is treated in series measurements on different objects 70
Am oberen Rand des Bildschirms befindet sich ein Bereich 83, der in der bekannten Weise Menüs und Symbole zur Steuerung des Programms und des Meßablaufs angeordnet sind Am Beispiel des Objektfensters 25 sind die üblichen Scrollbalken 84 1 und 84 2 dargestellt Bemerkenswert ist ein zusatzlicher Scrollbalken 84 3 am rechten Rand des Objektfensters 25 Dieser dient beispielsweise dazu, den Z- Antrieb 15 (Fig 1) zu steuern Weist der Manipulator 23 neben den üblichen Tasten ein zusatzliches Bedienelement wie etwa ein Scollrad auf, mit dem der Z- Antrieb 15 bedienbar ist, so führt die Betätigung dieses zusatzlichen Bedienelements zu einer entsprechenden Änderung der Darstellung des Scrollbalkens 84 3At the top of the screen there is an area 83, which is arranged in the known manner as menus and symbols for controlling the program and the measuring sequence. The usual scroll bars 84 1 and 84 2 are shown using the example of the object window 25 Noteworthy is an additional scroll bar 84 3 on the right edge of the object window 25. This serves, for example, to control the sterndrive 15 (FIG. 1). In addition to the usual keys, the manipulator 23 has an additional control element such as a scroll wheel with which the Z - Drive 15 can be operated, the actuation of this additional control element leads to a corresponding change in the representation of the scroll bar 84 3
Wesentlich ist, daß sowohl das Objekt 70 als auch alle Daten, die aus der Vermessung des Objekts 70 gewonnen werden, und darüber hinaus alle Manipulationen von solchen Daten, in übersichtlicher Weise auf dem Bildschirm 21 dargestellt werden Auf diese Weise ist ein konzentriertes und gleichzeitig ermudungsfreies Arbeiten möglichIt is essential that both the object 70 and all the data obtained from the measurement of the object 70 and, in addition, all manipulations of such data, are clearly displayed on the screen 21. In this way, it is concentrated and at the same time fatigue-free Work possible
Die genaue Vermessung von Objekten 3 in Z-Richtung, also Hohenpositionen an Objekten 3, stoßt dann an Grenzen, wenn der Vergroßerungsmaßstab bei der Betrachtung des Objektes 3 relativ klein ist Diese Grenzen werden dadurch bestimmt, daß die Tiefenscharfe eine Funktion des Vergroßerungsmaßstabs ist Bei geringen Vergroßerungsmaßstaben ist die Tiefenscharfe relativ groß, was zu ungenauen Messungen in Z-Richtung führtThe precise measurement of objects 3 in the Z direction, i.e. high positions on objects 3, reaches its limits if the magnification scale when viewing object 3 is relatively small.These limits are determined by the fact that the depth of field is a function of the magnification scale The depth of field is relatively large, which leads to inaccurate measurements in the Z direction
In der Fig 5 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung gezeigt, die dieses Problem lost Das auf dem Meßtisch 1 angeordnete Objekt 3 weist eine Hohenstrukturierung auf Mit Hilfe der elektronischen Kamera 5 wird dessen Bild erfaßt Mit A ist die optische Achse von Objekt und Kamera 5 eingezeichnet Im Strahlengang ist ein erstes Spiegelungselement 90 angeordnet, das beispielsweise ein halbdurchlassiger Spiegel oder ein entsprechendes Prisma ist Damit ist das von der Auflichteinheit 6 stammende Licht, deren optische Achse mit A' bezeichnet ist, in die Achse A einspiegelbar In vorteilhafter Weise ist im Strahlengang der optischen Achse A' ein zweites Spiegelelement 91 angeordnet, das ebenfalls halbdurchlassig ist Damit ist ein von einem Laser-Distanzmesser 92 stammender Laserstrahl mit einer optischen Achse A" einspiegelbar Der vom Laser-Distanzmesser 92 kommende Laserstrahl wird am Spiegelelement 91 in den Strahlengang der Achse A' eingeblendet und am Spiegelelement 90 in den Strahlengang der Achse A, so daß er auf das Objekt 3 trifft Von dort wird der Laserstrahl reflektiert, an den Spiegelelementen 90 und 91 umgelenkt und erreicht wieder den Laser-Distanzmesser 92 Auf diese Weise ist am Objekt 3 die Position eines bestimmten Punktes hinsichtlich seiner Z-Position bestimmbar Der Laser-Distanzmesser 92 liefert also ein Positionssignal z Der Laser- Distanzmesser 92 wirkt somit als Z-Positionserfassungseinheit 165 shows an advantageous embodiment that solves this problem. The object 3 arranged on the measuring table 1 has a high structure. With the help of the electronic camera 5, its image is recorded. The optical axis of the object and camera 5 is shown in the beam path a first reflection element 90 is arranged, which is, for example, a semitransparent mirror or a corresponding prism. The light originating from the incident light unit 6, the optical axis of which is denoted by A ' , can be reflected into the axis A. The optical axis is advantageously in the beam path A ' a second mirror element 91 is arranged, which is also semi-transparent. This means that a laser beam originating from a laser distance meter 92 with an optical axis A "can be reflected. The laser beam coming from the laser distance meter 92 is faded into the beam path of the axis A ' on the mirror element 91 and on the mirror element 90 in the beam path d he axis A, so that it strikes the object 3. From there the laser beam is reflected, deflected at the mirror elements 90 and 91 and reaches the laser distance meter 92 again. In this way, the position of a certain point on the object 3 is Position can be determined The laser distance meter 92 thus delivers a position signal z. The laser distance meter 92 thus acts as a Z position detection unit 16
Laser-Distanzmesser 92 haben eventuell einen beschrankten Arbeitsbereich Deshalb kann es vorteilhaft sein, den Laser-Distanzmesser 92 zusatzlich zur Z- Positionserfassungseinheit 16 vorzusehen Die tatsachliche Hoheninformation für dieLaser distance meters 92 may have a restricted working area. Therefore, it may be advantageous to provide the laser distance meter 92 in addition to the Z position detection unit 16. The actual height information for the
Z-Koordinate setzt sich dann aus den Werten der Z-Positionserfassungseinheit 16 und des Laser-Distanzmessers 92 zusammenThe Z coordinate is then composed of the values of the Z position detection unit 16 and the laser distance meter 92
Auf diese Weise können auch Distanzen in Z-Richtung genau gemessen werden, ohne daß das Kameramodul 4 und der Laser-Distanzmesser 92 genau positionierbar sind Daraus ergibt sich der Vorteil, daß auch für die Z- Achse eine teure Kugelumlaufspindel nicht erforderlich ist und sehr einfache Transmissionsglieder angewendet werden können, wie dies zuvor für die X- und die Y-Achse beschrieben worden istIn this way, distances in the Z direction can also be measured precisely without the camera module 4 and the laser distance meter 92 being able to be positioned exactly. This results in the advantage that an expensive ball screw is not required for the Z axis and is very simple Transmission elements can be used as previously described for the X and Y axes
In der Fig 6 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dargestellt Hier ist ebenfalls ein Laser-Distanzmesser 92 zur Bestimmung von Z-Positionen vorhanden. Dessen Laserstrahl wird aber nicht in den Strahlengang A eingespiegelt Der Laser-Distanzmesser 92 ist neben dem Kameramodul 4, das aus elektronischer Kamera 5 und Auflichteinheit 6 (Fig. 1) besteht, angeordnet, wobei die optische Achse A des Kameramoduls 4 um eine Distanz D neben der optischen Achse A" des Laser-Distanzmessers 92 parallel liegt. Um ein Objekt 3 hinsichtlich Z-Koordinatenpunkten bei kleinem Vergroßerungsmaßstab genau zu vermessen, wird das Objekt 3 relativ zum Laser-Distanzmesser 92 um die Distanz D unter den Laser-Distanzmesser 92 verschoben und die Z-Abmessung bestimmt Es kommt nur auf die Relativbewegung an, so daß auch das Kameramodul 5 und der Laser- Distanzmesser 92 entsprechend gegenüber dem feststehenden Objekt 3 verschiebbar sein kann Dabei kann die relative Verschiebung des Objekts 3 von der einen in die andere Position programmgesteuert erfolgenA further advantageous embodiment is shown in FIG. 6. A laser distance meter 92 for determining Z positions is also present. However, its laser beam is not reflected in the beam path A. The laser distance meter 92 is arranged next to the camera module 4, which consists of an electronic camera 5 and incident light unit 6 (FIG. 1), the optical axis A of the camera module 4 being a distance D is parallel to the optical axis A "of the laser distance meter 92. In order to measure an object 3 precisely with regard to Z coordinate points on a small magnification scale, the object 3 is displaced relative to the laser distance meter 92 by the distance D below the laser distance meter 92 and determines the Z dimension It is only a question of the relative movement, so that the camera module 5 and the laser distance meter 92 can also be displaceable in relation to the fixed object 3. The relative displacement of the object 3 from one position to the other can take place done programmatically
Das erfindungsgemaße Meßmikroskop in seinen verschiedenen vorteilhaften Ausgestaltungen ist kostengünstig herstellbar, ohne daß die Genauigkeit von Objektmessungen nachteilig verschlechtert ist The measuring microscope according to the invention in its various advantageous configurations can be produced inexpensively without the accuracy of object measurements being adversely affected

Claims

PatentanspruchePatent claims
1 Meßmikroskop mit einer elektronischen Kamera (5), die mittels Antrieben (9, 10, 15) relativ zu einem Objekt (3) in X-, Y- und Z-Richtung positionierbar ist, wobei die Antriebe (9, 10) für die X- und die Y-Richtung von einem Motor (37) angetriebene Linearfuhrungssysteme sind, bei denen eine in einem Loslager (36) und einem1 measuring microscope with an electronic camera (5) which can be positioned by means of drives (9, 10, 15) relative to an object (3) in the X, Y and Z directions, the drives (9, 10) for the X and Y directions are linear guide systems driven by a motor (37), one in a floating bearing (36) and one
Festlager (35) gehaltene Gewindespindel (34) vom Motor (37) drehbar ist, wodurch vom Motor (37) ein Schlitten (33) relativ zu einer Basis (60, 30) entlang von Führungsschienen (32) bewegbar ist, mit einem Bildschirm (21), auf dem das Bild der Kamera (5) darstellbar ist, mit einem Personalcomputer (20), der mittels einer Tastatur (22) und eines Manipulators (23) bedienbar ist, und mit einer Beleuchtungseinrichtung (6, 7), dadurch gekennzeichnet,Fixed spindle (35) holding threaded spindle (34) can be rotated by the motor (37), whereby a slide (33) can be moved by the motor (37) relative to a base (60, 30) along guide rails (32), with a screen ( 21), on which the image of the camera (5) can be displayed, with a personal computer (20), which can be operated by means of a keyboard (22) and a manipulator (23), and with a lighting device (6, 7), characterized .
daß Transmissionsglieder (38, 39) vorhanden sind, über die die Gewindespindel (34) und damit der Schlitten (33) vom Motor (37) indirekt antreibbar ist,that transmission members (38, 39) are provided, via which the threaded spindle (34) and thus the slide (33) can be driven indirectly by the motor (37),
- daß mit dem Schlitten (33) ein optischer Sensor (42) verbunden ist, der sich beim Verfahren des Schlittens (33) entlang eines auf der Basis (60, 30) befestigten- That with the carriage (33) an optical sensor (42) is connected, which are attached when moving the carriage (33) along one on the base (60, 30)
Glasmaßstabs (40) mit einer Teilung (41) bewegt, undGlass scale (40) with a division (41) moves, and
daß der Sensor (42) durch Abtasten der Teilung (41) ein Positionssignal (xx ; xγ) generiertthat the sensor (42) generates a position signal (x x ; x γ ) by scanning the division (41)
2 Meßmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmissionsglieder (38, 39) bestehen aus einem Riemen (39) und einem Ritzel (38), wobei der Riemen einerseits am Ritzel (38) des Motors (37) und andererseits an einem Ritzel der Gewindespindel (34) angreift2 measuring microscope according to claim 1, characterized in that the transmission members (38, 39) consist of a belt (39) and a pinion (38), the belt on the one hand on the pinion (38) of the motor (37) and on the other hand on a pinion the threaded spindle (34) engages
3 Meßmikroskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stellbefehle für die Motoren (37) der Antriebe (9, 10, 15) und Positionssignale (x ,
Figure imgf000017_0001
, xz) über einen Bus (18) ubermittelbar sind, wobei der Bus einerseits über einen Konverter (24) an den Personalcomputer (20) und andererseits an Teile (17, 19) des Meßmikroskops angeschlossen ist
3 measuring microscope according to one of claims 1 or 2, characterized in that control commands for the motors (37) of the drives (9, 10, 15) and position signals (x,
Figure imgf000017_0001
, x z ) can be transmitted via a bus (18), the bus being connected on the one hand to the personal computer (20) via a converter (24) and on the other hand to parts (17, 19) of the measuring microscope
4 Meßmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bus (18) ein Lichtkontroller (19) angeschlossen ist, durch den eine Auflichtquelle (6) und/oder eine Durchlichtquelle (7) ansteuerbar ist bzw sind4 measuring microscope according to claim 3, characterized in that a light controller (19) is connected to the bus (18) through which an incident light source (6) and / or a transmitted light source (7) can be controlled or are
5 Meßmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bus (18) ein Achskontroller (17) angeschlossen ist, durch den einerseits die Antriebe (9, 10, 15) steuerbar sind, und der andererseits mit der relativen Lage des Objekts (3) zur Kamera (5) korrelierte Positionssignale x , xy und xz von Positionserfassungseinheiten 1 1, 12 und 16 entgegennimmt5 measuring microscope according to claim 3, characterized in that an axis controller (17) is connected to the bus (18), through which on the one hand the drives (9, 10, 15) can be controlled, and on the other hand with the relative position of the object (3rd ) to the camera (5) correlated position signals x, xy and x z from position detection units 1 1, 12 and 16
6 Meßmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (5) an eine Schnittstelle des Personalcomputers (20) angeschlossen ist und das von ihr erzeugte Bild des Objekts (3) in einem Objektfenster (25) auf dem Bildschirm (21) des Personalcomputers (20) darstellbar ist6 measuring microscope according to claim 3, characterized in that the camera (5) is connected to an interface of the personal computer (20) and the image of the object (3) generated by it in an object window (25) on the screen (21) of the personal computer (20) can be represented
7 Meßmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (9, 10, 15) durch Bedienung des Manipulators (23) bewegbar sind, wobei die Bedienungshandlungen auf dem Bildschirm (21) des Personalcomputers (20) darstellbar sind.7 measuring microscope according to claim 3, characterized in that the drives (9, 10, 15) are movable by operating the manipulator (23), the operations on the screen (21) of the personal computer (20) can be represented.
8 Meßmikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienungshandlungen vom Personalcomputer (20) protokollierbar und speicherbar sind.8 measuring microscope according to one of claims 3 to 7, characterized in that the operations of the personal computer (20) can be logged and stored.
9. Meßmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflichtquelle (6) und/oder die Durchlichtquelle (7) eine UV-Licht erzeugende Leuchtdiode enthält, deren UV-Licht durch eine Schicht in weißes Licht g oe^wandelt wird9. Measuring microscope according to claim 4, characterized in that the incident light source (6) and / or the transmitted light source (7) contains a UV light-generating light-emitting diode, the UV light of which is converted through a layer into white light g oe ^
10 Meßmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlichtquelle (7) eine durch Anlegen einer elektrischen Spannung sichtbares Licht erzeu *σgende Folie ist10 measuring microscope according to claim 4, characterized in that the transmitted light source (7) is visible by applying an electrical voltage light erzeu * σgende film
1 1 Meßmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Z-Positionserfassungeinheit ( 16) ein Laser-Distanzmesser (92) ist1 1 measuring microscope according to claim 5, characterized in that the Z position detection unit (16) is a laser distance meter (92)
12 Meßmikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Laser- Distanzmesser (92) ausgehende Laserstrahl mittels Spiegelelementen (90, 91 ) in die optische Achse (A) der Kamera (5) einspiegelbar ist 12 measuring microscope according to claim 11, characterized in that the laser beam emanating from the laser distance meter (92) can be mirrored into the optical axis (A) of the camera (5) by means of mirror elements (90, 91)
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