(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオカメラ（6,26,36,56,66,76）と、ワーク表面を接触式に測定するためのプローブエレメント（8,28,48,58,78）を備えた機械的なプローブヘッド（7,47,57,77）とを支持している座標測定装置（1,2,3,4）を用いて、ワークにおける座標を測定する方法において、機械的なプローブエレメント（40）を回転もしくは旋回させることによって、機械的なプローブエレメント（8,28,48,58,78）とビデオカメラ（6,26,36,56,66）とを、プローブエレメントがビデオカメラの視野（17,27,37,77）内に位置するように互いに位置調整し、ワークにおける、プローブエレメントを用いて機械的にプロービングしたい個所を、同時にビデオカメラに接続されたモニタ（10）を用いて視覚コントロールしながら、機械的なプローブエレメントによってプロービングすることを特徴とする、ワークにおける座標測定法。
【請求項２】
ビデオカメラ（6,26,36,56,66,76）と、ワーク表面を接触式に測定するためのプローブエレメント（8,28,48,58,78）を備えた機械的なプローブヘッド（7,47,57,77）とを支持している座標測定装置（1,2,3,4）を用いて、ワークにおける座標を測定する方法において、ビデオカメラ（26）を回転もしくは旋回させることによって、機械的なプローブエレメント（8,28,48,58,78）とビデオカメラ（6,26,36,56,66）とを、プローブエレメントがビデオカメラの視野（17,27,37,77）内に位置するように互いに位置調整し、ワークにおける、プローブエレメントを用いて機械的にプロービングしたい個所を、同時にビデオカメラに接続されたモニタ（10）を用いて視覚コントロールしながら、機械的なプローブエレメントによってプロービングすることを特徴とする、ワークにおける座標測定法。
【請求項３】
ビデオカメラ（6,26,36,56,66,76）と、ワーク表面を接触式に測定するためのプローブエレメント（8,28,48,58,78）を備えた機械的なプローブヘッド（7,47,57,77）とを支持している座標測定装置（1,2,3,4）を用いて、ワークにおける座標を測定する方法において、ビデオカメラ（36）の光路をプローブエレメント（28）の方向に変向させることによって、機械的なプローブエレメント（8,28,48,58,78）とビデオカメラ（6,26,36,56,66）とを、プローブエレメントがビデオカメラの視野（17,27,37,77）内に位置するように互いに位置調整し、ワークにおける、プローブエレメントを用いて機械的にプロービングしたい個所を、同時にビデオカメラに接続されたモニタ（10）を用いて視覚コントロールしながら、機械的なプローブエレメントによってプロービングすることを特徴とする、ワークにおける座標測定法。
【請求項４】
座標測定装置であって、
ビデオカメラ（6,26,36,56,66）が設けられていて、該ビデオカメラがモニタ（10）に接続されており、
少なくとも２つの空間方向に移動可能な機械的なプローブヘッド（7,47,57,77）が設けられていて、該プローブヘッドがプローブエレメント（８）を支持しており、
コンピュータ（12）と、該コンピュータに接続された制御ユニット（11）とが設けられていて、該制御ユニットによって前記プローブヘッドの運動が制御されて、かつ前記プローブヘッドによって送出された測定信号が引き続き処理されるようになっている形式のものにおいて、
前記プローブエレメントがビデオカメラの視野（17,27,37,87）内に位置するようにビデオカメラと機械的なプローブヘッドとが、互いに位置調整されており、これによってワークにおける、プローブエレメントを用いて機械的にプロービングしたい個所が、同時にビデオカメラに接続されたモニタ（10）を用いて視覚コントロールされながら、機械的なプローブエレメントによってプロービングされるようになっており、
しかも、前記プローブエレメントとビデオカメラとを位置調整するために前記プローブエレメント（40）が回転可能もしくは旋回可能であることを特徴とする、座標測定装置。
【請求項５】
座標測定装置であって、
ビデオカメラ（6,26,36,56,66）が設けられていて、該ビデオカメラがモニタ（10）に接続されており、
少なくとも２つの空間方向に移動可能な機械的なプローブヘッド（7,47,57,77）が設けられていて、該プローブヘッドがプローブエレメント（８）を支持しており、
コンピュータ（12）と、該コンピュータに接続された制御ユニット（11）とが設けられていて、該制御ユニットによって前記プローブヘッドの運動が制御されて、かつ前記プローブヘッドによって送出された測定信号が引き続き処理されるようになっている形式のものにおいて、
前記プローブエレメントがビデオカメラの視野（17,27,37,87）内に位置するようにビデオカメラと機械的なプローブヘッドとが、互いに位置調整されており、これによってワークにおける、プローブエレメントを用いて機械的にプロービングしたい個所が、同時にビデオカメラに接続されたモニタ（10）を用いて視覚コントロールされながら、機械的なプローブエレメントによってプロービングされるようになっており、
しかも、前記プローブエレメントとビデオカメラとを位置調整するためにビデオカメラ（26）が回転可能もしくは旋回可能であることを特徴とする、座標測定装置。
【請求項６】
座標測定装置であって、
ビデオカメラ（6,26,36,56,66）が設けられていて、該ビデオカメラがモニタ（10）に接続されており、
少なくとも２つの空間方向に移動可能な機械的なプローブヘッド（7,47,57,77）が設けられていて、該プローブヘッドがプローブエレメント（８）を支持しており、
コンピュータ（12）と、該コンピュータに接続された制御ユニット（11）とが設けられていて、該制御ユニットによって前記プローブヘッドの運動が制御されて、かつ前記プローブヘッドによって送出された測定信号が引き続き処理されるようになっている形式のものにおいて、
前記プローブエレメントがビデオカメラの視野（17,27,37,87）内に位置するようにビデオカメラと機械的なプローブヘッドとが、互いに位置調整されており、これによってワークにおける、プローブエレメントを用いて機械的にプロービングしたい個所が、同時にビデオカメラに接続されたモニタ（10）を用いて視覚コントロールされながら、機械的なプローブエレメントによってプロービングされるようになっており、
しかも、前記プローブエレメントとビデオカメラとを位置調整するために、ビデオカメラ（36）の光路をプローブエレメント（28）の方向に変向させる装置（31）が設けられていることを特徴とする、座標測定装置。
【請求項７】
機械的なプローブヘッドが、振動水晶プローブ（57,77）の形のミニチュアプローブヘッドである、請求項４から６までのいずれか１項記載の座標測定装置。
【請求項８】
前記ミニチュアプローブヘッド（77）が、機械的な第２のプローブヘッドの、複数の空間方向に運動可能な可動部分に交換可能に固定されている、請求項７記載の座標測定装置。
【請求項９】
照明装置（25）が設けられていて、該照明装置が、プローブエレメント（28）を目に見えるようにするか、もしくはプローブエレメント（28）を励起して散乱放射線を生ぜしめるようになっている、請求項４から８までのいずれか１項記載の座標測定装置。
【請求項１０】
ビデオカメラ（76）が、立体画像を撮影するために適した２つのレンズ系（73a,73b）を有しており、プローブエレメント（78）が、視野（87a,87b）の前記両レンズ系に対して共通の部分（80）に位置している、請求項４から９までのいずれか１項記載の座標測定装置。
【請求項１１】
ビデオカメラ（26,36）の光軸が、座標測定装置の機械軸線の少なくとも１つに対して傾斜させられており、座標測定装置の制御装置が、ビデオカメラの光軸と当該機械軸線（ｚ）との間の傾斜角度に応じて、機械的なプローブヘッドを少なくとも２つの座標方向に同時に移動させるようになっている、請求項４から10までのいずれか１項記載の座標測定装置。
【請求項１２】
ビデオカメラに、複数の光源を備えた照明装置が配属されており、前記光源が、互いに異なる方向に光線を放射するようになっており、照明光線の強度および／または方向が調節可能となるように前記光源が個々にまたはグループごとに制御可能である、請求項４から11のいずれか１項記載の座標測定装置。
【発明の詳細な説明】
ワークにおける座標測定のためには、一般にメジャリング式のプローブヘッドまたは切換式のプローブヘッドを備えた座標測定装置が使用される。このような座標測定装置は、プローブヘッドの変位可能な部分に固定されたプローブエレメントとの機械的な接触によってワーク表面を直接に測定する。
さらに、光学式のプローブヘッドを支持している座標測定装置も公知である。この光学式のプローブヘッドは測定対象物を無接触に「プロービング」する。光学式のプローブヘッドとしては、光点を用いて作動する三角測量プローブの他に、たいていはビデオプローブヘッドが使用される。すなわち、このビデオプローブヘッドはワーク表面の大部分を同時に検出する。ワークの関与ジオメトリ要素の座標は、たとえば画像処理ソフトウェアを介して求められる。
最近では、光学・機械的にプロービングする、組み合わされた座標測定装置も公知である。このような座標測定装置は、たとえば米国特許第4908951号明細書に開示されている。この公知の座標測定装置は２つのセンタスリーブを有している。一方のセンタスリーブは機械的なプローブヘッドを支持しており、他方のプローブヘッドはビデオカメラを保持している。このビデオカメラの光路には、同時にさらにｚ座標における測定、つまりビデオカメラの光軸に沿った測定のためのレーザプローブが反射されている。
光学・機械的にプロービングする、このような組み合わされた座標測定装置は、種々異なるワーク、たとえばプリント配線板またはモータケーシングを、それぞれ最適な測定方法で無接触式に光学的に測定するか、または接触式に機械的に測定することを可能にするだけではなく、同一のワークにおける所定の個所を第１にビデオカメラを用いて測定し、第２に機械的なプローブを用いて測定することをも可能にする。なぜならば、較正過程を介して両プローブシステムの相互関係を確立することができるからである。
本来の測定過程は次のように行われる。
ａ）手動制御式の運転
ワークにおける、機械的なプローブヘッドを用いてプロービングしたい個所が、目による直接的なコントロール下にプロービングされ、プローブエレメントによるワークの、たいていは音響学的に表示される接触に基づき、コンピュータがプロービング点の座標を引き取り、オペレータはワーク表面における次の測定個所をプローブエレメントによってプロービングする。ビデオカメラを用いた測定において、このビデオカメラがワークにおける対応する個所にわたって移動させられ、モニタを用いてワーク表面の画像の鮮明個所が監視され、引き続きデータ引取りが発動される。
ｂ）CNC運転
機械的なプローブヘッドもしくはビデオカメラによってプロービングしたい位置が、パーツ遠隔プログラミングされるか、または基準ワークにおける学習プログラミングの枠内で、特別な測定プログラムのためのプローブ位置のプロービングを含めた運動経過が実施され、次いでメモリされ、さらに連続測定運転において、測定したい一連の同様の部分に対して任意の回数繰り返される。
手動制御式のプロービングは、特にアクセスの困難な内面を有する複雑なワークの場合に問題を生ぜしめる。なぜならば、プローブエレメントに対する視覚コンタクトを維持することが困難であるからである。視覚コンタクトが失われると、ワークとの衝突によってプローブヘッドまたはプローブピンが損傷を受けるか、またはワークにおける誤った個所がプロービングされてしまう危険が生じる。このような危険はCNC運転の学習プログラミング時でも生じる。なぜならば、この場合、プローブエレメントが同じく手動制御式に移動させられるからである。
たしかに、ドイツ民主共和国特許第12609号明細書に基づき、照明測定パールを用いて目によるコントロール下に孔を測定することが公知である。この場合、測定パールは孔壁と機械的に接触させられる。しかし、上記ドイツ民主共和国特許第12609号明細書に記載の方法は座標測定装置においては使用されず、また上記測定パールも、プロービング点の座標を自動的に記録するような機械的なプローブを成していない。それどころが、上記測定パールは、孔直径を測定顕微鏡に設けられた接眼レンズプレートを用いて視覚的に測定するための測定マークとしてしか役立たない。さらに、この公知の方法は、両側でアクセス可能であるような孔においてしか使用することができない。
本発明の課題は、手動制御式の運転における座標測定装置を用いた機械的なプロービング過程における確実性を高めるか、もしくはオペレータのための測定手順を簡単にすることである。
この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の手段によって解決される。
本発明によれば、プローブエレメントによる、機械的に測定したい個所のプロービングが、ビデオカメラとモニタとを用いて視覚的に監視される。このことは、直接的な視覚コンタクトを保持することができないか、または直接的な視覚コンタクトを保持することが極めて困難であるような孔に極めて小さなプローブピンが侵入する場合に特に有利である。本発明による方法は付加的にかかる大きな手間を必要としない。なぜならば、ビデオカメラとモニタは、組み合わされた光学・機械測定式の座標測定装置では当初より装備されているからである。測定過程中にプローブエレメントがビデオカメラの視野内に位置していることが確保されるだけでよい。このことは、ビデオカメラと機械的なプローブとを適当に位置調整することによって確保することができる。この場合、たとえばプローブエレメントがアームもしくはＬ字形部材を介してプローブヘッドに固定されているか、またはプローブエレメントもしくは機械的なプローブヘッド全体もしくはビデオカメラが、座標測定装置に設けられた移動可能なセンタスリーブもしくは横方向アームに回転可能もしくは旋回可能に取り付けられている。また、たとえば鏡またはプリズムまたは適当なフレキシブルな画像導通性のエレメント、たとえばガラス繊維ケーブルによってビデオカメラの光路だけをプローブエレメントの方向に変向させることも可能である。
機械的なプローブヘッドとビデオカメラとの間の三次元的／ジオメトリ的な関係が長時間安定的に保証されるようにするためには、機械的なプローブヘッドとビデオカメラとが共通の支持体に固定されていると有利である。種々異なる測定データに適合させるためには、機械的なプローブヘッドのプローブエレメントが、このような場合に従来行われるように、交換ホルダを介してプローブヘッドに交換可能に固定されていてよい。
機械的なプローブヘッドが、たとえばドイツ連邦共和国実用新案第9115942号明細書に記載されているような振動水晶プローブの形のミニチュア化されたプローブヘッドであると特に有利である。このようなプローブヘッドはいずれにせよ数mmの長さのプローブピンと、1/10mmの直径の数球の形のプローブエレメントとを有しているに過ぎない。この場合、機械的なプロービング過程の経過中にプローブピンが破折してしまうだけでなく、プロービングシステム全体が損傷を受けてしまう危険が特に大きい。
このような機械的なミニチュアプローブはビデオカメラと一緒に同じ交換ホルダに固定されていると有利である。この場合、ミニチュアプローブは、たとえば「大きな」プローブピンの代わりに純機械的に作動する座標測定装置のプローブヘッドに取り付けることができる。これにより、慣用の機械的なプローブヘッドを用いても、純光学的なビデオプローブヘッドを用いても解決することのできない測定課題を、付加的に振動水晶プローブを用いて解決することができる。
さらに、プローブエレメントを一層良好に目に見えるようにするためには、プローブエレメントを励起して散乱放射線を放射するような照明装置が設けられていると有利である。
特にワークに設けられた孔またはその他の中空室における作動時では、立体画像を撮影するために適当な２つのレンズ系を有するようにビデオプローブヘッドを設計し、さらにプローブエレメントを視野の前記両レンズ系に対して共通の部分に配置することが有利である。こうして、このような写真測量・光学的なビデオプローブヘッドの深さ解像度をｚ方向における測定のために利用することができる。さらに、オペレータによるプローブエレメントの位置決めも適当な3Dモニタの使用において改善される。このようなモニタは、たとえばドイツ連邦共和国特許第4134033号明細書に開示されている。
ビデオカメラの光軸が座標測定装置の機械軸の１つに対して傾斜させられていると、走行方向と目標方向との間の視差に基づき、ワークにおける所望の点を手動でプロービングすることが困難となる。この場合、ビデオカメラの光軸と当該機械軸線との間の傾斜角度に応じてプローブヘッドが同時に少なくとも２つの機械軸線方向に移動させられるように座標測定装置の制御装置が調整されると有利である。
本発明による方法を用いると、検査したい部分の本来の検査における測定経過を一層確実に実施するか、もしくは簡単にすることができるだけではなく、基準ワークにおける測定経過のプログラミングをも簡単にすることができる。この場合、機械的なプローブを用いてプロービングしたいワーク個所があらかじめ、つまり学習プログラミング中に、機械的なプローブではなくビデオプローブヘッドによってプロービングされる。手動制御されるこのような過程中では、機械的なプローブが使用されないので、損傷は確実に回避されている。これに関連して、あとで機械的にプロービングしたいワーク個所がビデオプローブヘッドによってモニタコントロール下にプロービングされて、モニタ上の画像に、形状および大きさの点で、引き続き本来の測定経過を実施する機械的なプローブヘッドのプローブエレメントに相当する、電子的に生ぜしめられたマークが重畳されると有利である。
さらに、ビデオカメラに複数の光源を備えた照明装置を所属させると有利である。前記光源は種々異なる方向に光線を放射する。これらの光源の電子装置は、光源が個々にまたはグループごとに制御可能となるように設計されている。このような照明装置は特に米国特許第5038258号明細書に記載されている。この照明装置を用いると、光源入射の強度もしくは方向を意図的に調節して、各測定目的に最適に適合させることができる。
本発明の別の利点は、以下に第１図〜第８図につき説明する実施例に記載されている。
第１図は、本発明による方法を実施するために適した座標測定装置の斜視図を示しており、
第２図は、第１図に示した座標測定装置のプローブヘッドの部分断面図を示しており、
第３図は、第２図の実施例に比べて少しだけ変えられたプローブヘッドの別の実施例を示しており、
第４図は、第２図および第３図の実施例に比べて少しだけ変えられたプローブヘッドの第３実施例を示しており、
第5a図は、第２図および第３図の実施例に比べて少しだけ変えられたプローブヘッドの第４実施例を示しており、
第5b図は、第5a図に示したビデオカメラ６によって撮影されたプローブエレメントの画像を備えた、第１図に示した座標測定装置のモニタ10を示しており、
第６図は、第２図および第３図の実施例に比べて少しだけ変えられたプローブヘッドの第５実施例を示しており、
第７図は、第２図および第３図の実施例に比べて少しだけ変えられたプローブヘッドの第６実施例を示しており、
第８図は、本発明による方法を実施するための請求項３記載の座標測定装置の主要構成要素を示すブロック回路図を示している。
第１図に示したガントリ形の座標測定装置は、たとえば花崗岩から成る測定テーブルを有している。この測定テーブルには、測定したいワーク９を載置することができる。この測定テーブルはさらに、可動のガントリ２をｙ方向で案内するためにも働く。ガントリ２の横方向支持体は可動の横方向キャリッジ３のためのｘ方向を形成している。この横方向キャリッジ３には、この座標測定法装置のセンタスリーブ４が鉛直方向に移動可能に支承されている。センタスリーブ４の下端部には、共通の保持装置５を介して機械的なプローブヘッド７と、ビデオカメラ６とが固定されている。
座標測定装置の運動経過は制御装置11によって監視される。この制御装置はコンピュータ12と連絡している。このコンピュータはCNC運転のための測定プログラムと、測定結果を生ぜしめるための評価プログラムとを有している。
モニタ10には、ビデオカメラ６によって撮影されたワーク表面の画像が映し出される。
図２には、センタスリーブ４の下端部に取り付けられた保持装置５と、この保持装置に固定されたビデオプローブヘッド６と、機械的なプローブヘッド７とが示されている。ビデオカメラは対物レンズ13を有している。この対物レンズはワーク表面をCCDチップ14に結像させる。このビデオプローブヘッドの視野は符号17で示した円錐体に相当する。この視野は、ビデオカメラ６を取り囲むように設置された光ファイバのリング照明器15によって照明される。リング照明器の代わりに、米国特許第5038258号明細書に開示されているような照明装置を使用することもできる。
プローブヘッド７の可動の、もしくは変位可能な部分7aには、公知の電磁式の交換ホルダ19を介して機械的なプローブのプローブ球８が固定されている。この場合、プローブ球８はプローブピン20を介して固定されている。このプローブピンはＬ字形部材の形を有している。このＬ字形部材の寸法は、プローブ球８がビデオカメラの視野17の鮮明に結像された範囲に位置するように設定されている。したがって、ワーク９もしくはこの場所で測定したい孔9aに対して相対的なプローブ球８の位置をモニタ10を用いて極めて正確に追跡して、孔9aへの侵入時にプロービング過程を手動により制御することが可能になる。
同様のことは、第３図に示した本発明の別の実施例による構成に関しても云える。この実施例では、プローブ球28が慣用の形式で、プローブ軸線に沿って位置調整された真直なプローブピン30を介して、機械的なプローブヘッド７の電磁式の交換ホルダ19に固定されている。しかし、ビデオカメラ26は回転ジョイント22と旋回ジョイント21とを介して保持装置５に固定されている。こうして、ビデオカメラ26を全ての空間方向に向けることができる。プロービング過程を視覚的に観察するためには、対物レンズ23がプローブ球28を画像センサ24に結像するようにビデオカメラ26が位置調整されている。符号27でやはり、ビデオカメラの視野の大きさを表す円錐体が示されている。
ビデオカメラ26はさらに補助光源25を有している。この補助光源は前置されたコリメータレンズ系を備えた、可視領域で放射するレーザダイオードとして形成されている。レーザダイオードから放出された光線はビデオカメラの対物レンズ23の前方で鏡25aを介してビデオカメラの光軸に反射されて、ビデオカメラの正確な位置調整においてプローブ球28に衝突する。この場所から放出される散乱放射線はプローブ球28を明るくさせ、このプローブ球をモニタ画像に明瞭に映し出す。
オペレータがモニタを用いて視覚的に監視しながらプローブ球28を、ワーク９のプロービングしたい所定の点、たとえば図示したように孔9aにわたって位置決めしようと試みると、ワーク表面に対するビデオカメラの光軸の傾斜に基づく視差により、プローブ球はむしろ符号128で示した位置で、実際の目標点の傍らに位置決めされてしまう。引き続き行われるプロービング過程において、プローブヘッドがプローブピンと共に鉛直の機械軸線ｚに沿って移動させられると、プローブ球は孔に侵入せずに、ワーク表面に衝突してしまう。このことを回避し、しかも操作を容易にするために、座標測定装置の制御装置は、矢印129で示したようにワーク９の方向への移動時にプローブヘッド７を２つの軸線で、しかもカメラ軸線の傾斜に対応して移動させるようにプログラミングされていてよい。
第４図に示した実施例では、機械的なプローブヘッド７とビデオカメラ36とが、第２図に示した実施例の場合のように鉛直に向けられて保持装置５でセンタスリーブ４の下端部に固定されている。機械的なプローブヘッド７のプローブ球28を備えたプローブピン30はプローブ軸線に沿って鉛直に向けられている。
しかし、ビデオカメラ36は旋回鏡31を備えている。この旋回鏡はプローブ球28の位置を視覚的に監視する目的で、第４図に実線で示した位置に旋回させられる。この旋回鏡31はビデオカメラ36の対物レンズ33の光路を変向させて、プローブ球28がセンサ34の視野に位置するようにする。
ビデオカメラ36しか必要にならないような測定目的のためには、旋回鏡31が矢印32で示したように位置31a（破線で示す）にまで旋回させられる。
第5a図に示した実施例では、センタスリーブ４の下端部に設けられた保持装置５が、既に第２図につき説明したビデオカメラ６を支持している。しかし、機械的なプローブヘッド47は、方向とは無関係の小さな切換式のプローブヘッドである。このプローブヘッドは延長部41を介して回転／旋回ジョイント42に取り付けされており、したがって任意の空間方向に位置調整され得る。プローブヘッド47は５つのプローブ球48a,48b,48c,48d,48eを備えた星形プローブ40を支持している。
モニタ10を用いて機械的なプロービング過程を視覚的に監視するためには、星形プローブ40がビデオカメラの対物レンズ13の視野17内に位置するようにプローブヘッド47が位置調整されている。
第６図に示した実施例では、センタスリーブ４にメジャリング式のプローブヘッド55が直接に取り付けられている。このようなプローブヘッドは、たとえば米国特許第3869799号明細書もしくはドイツ連邦共和国特許出願公開第3823993号明細書に開示されている。
このようなプローブヘッドの可動部分55aはアクチュエータ（図示しない）を介して数mmもしくは数cmの長さの距離にわたって、矢印で示したように３つの空間方向に変位され得る。メジャリング式のプローブヘッド55の可動部分55aには、電磁式の交換装置が組み込まれている（たとえば米国特許第46371419号明細書参照）。この電磁式の交換装置に設けられた交換ディスクは符号49で示されている。この交換ディスク49はその下面に小さなビデオカメラ56を支持して、さらにＬ字形部材51を介して機械的なプローブヘッド57をも支持している。このプローブヘッドは振動水晶プローブとして構成されている。振動水晶プローブは、約40kHzで振動する水晶から成っており、この水晶には、数mmの長さのガラス棒50が取り付けられている。このガラス棒50はその前端部にプローブエレメント58を支持している。このプローブエレメントは、ガラス棒50に溶着されたガラス球から成っている。
Ｌ字形部材51は交換ディスク49の下端部に回転可能に取り付けられている。この場合、Ｌ字形部材51は、プローブエレメント58がビデオカメラ56の視野内に位置するように位置調整されている。このプローブエレメントはビデオカメラの光路に反射された可視のレーザビーム52によって照明され、したがってモニタ（図示しない）のスクリーンで明瞭に見える。
プローブエレメント58によって、座標測定装置のモニタを用いて視覚監視しながら、手動制御でプラスチックケーシング59の微細構造が測定される。この場合、シャフトプロービングに基づき振動水晶プローブのガラス棒50が破折することを阻止するために、良好な視覚コンタクトは特に重要である。
プラスチックケーシング59のウェブと凹部とを測定する場合には、切換運転で作業するだけでなく、プローブエレメント58が駆動装置によって座標測定装置の３つの軸に向かって移動させられる。それどころか、プローブヘッド55に組み込まれたアクチュエータを用いてワーク表面の一層小さな範囲を機械軸の停止状態においてスキャニングすることも可能となる。この場合に、プローブ球58はスキャニング過程の間、ワーク59と直接に接触したままとなる。
第６図に示した実施例で用いられた交換ディスクー49の代わりに、第７図で説明する光学−機械的なプローブ組合せを有する第２の交換ディスク79を使用することができる。このようなプローブは写真測量式のビデオプローブヘッド、つまり２つのレンズ系73a,73bを備えたビデオプローブヘッドから成っている。これらのレンズ系の画像は光ファイバ性の画像導体72a,72bを介してビデオカメラの画像センサ74の感光性表面に伝送される。こうして、両レンズ系の両視野87a,87bによって共通にカバーされた範囲80の立体画像が形成される。
ビデオプローブヘッド76の両レンズ系73a,73bの間には、機械的な振動水晶プローブ77が配置されている。この振動水晶プローブの振動水晶81は第６図に示した実施例の場合と同様に、数mmの長さのガラス棒を支持している。このガラス棒の端部には、球78が溶着されており、この球がプローブエレメントを形成している。この球78はビデオプローブヘッド76の両視野87a,87bによって共通にカバーされた範囲80に位置している。
したがって、適当な立体モニタを用いて、プローブエレメント78の空間的位置を視覚的に極めて良好に追跡し、手動のプロービング過程を制御することができる。この場合に、ワークにおける測定したい個所は直接にオペレータの目によるコントロール下にプローブエレメント78によってプロービングされる。
ビデオプローブヘッドと振動水晶プローブとに対する給電は交換ディスク49の背面に設けられた接点82を介して行われる。これらの接点を介して、画像センサ74の信号も座標測定装置の制御装置に伝送される。
測定個所に沿った機械的なプローブエレメントの手動プロービングの他に、学習プログラミング中に測定個所をモニタコントロール下にビデオカメラだけでプロービングして、あとでCNC運転で機械的なプローブエレメントによってプロービングしたいプローブ位置を規定することも可能である。このような方法のために適した座標測定装置のブロック回路図が第８図に示されている。機械的な構造に関しては、第８図に示した座標測定装置は第１図および第２図に示した座標測定装置とほぼ一致しているが、ただしプローブヘッド７には、通常ではビデオカメラ６の視野17に位置していないようなプローブエレメント28が取り付けられている。このプローブエレメント28はビデオカメラ６の焦点70に対して間隔ｒ［x,y,z］を有している。この間隔は自体公知の形式で、共通の基準ワーク（リングゲージ）で、機械的なプローブヘッド７によって得られた測定値と、ビデオプローブヘッド６によって検出された測定値との間の比較による較正によって規定することができる。
データバスを介して座標測定装置のコンピュータ12に接続された制御装置11は、座標測定装置の運動経過を制御するために必要となる構成要素と、測定値検出のために必要となるモジュールとを有している。たとえば、符号90で示したモジュールは、座標測定装置の３つの測定軸x,y,zにおける光電式の長さ測定システムの信号と、モジュール69で処理された前記プローブヘッド７の信号とから、機械的なプローブヘッドによって検出された測定値を生ぜしめる。さらに前記制御装置11は「画像評価」モジュールを有している。このモジュールはビデオカメラの画像センサ14のビデオ信号を引き続き処理して、移動距離測定システムの信号と相まって、ビデオカメラにより生ぜしめられた光学プロービングの測定値を提供する。
さらに、制御装置11は画像発生器61を有している。この画像発生器の出力信号はミクサ62を介してモニタ10に送信される。画像発生器はモニタ画像に測定マーク70′を重畳する。この測定マークは結像倍率を考慮した形状および寸法の点でプローブ球28に相当している。このような測定マーク70′はビデオカメラ６の焦点70を表す。
測定マーク70′の画像がワーク表面９の画像に重畳されているので、こうして「シュミレーション」されたプローブエレメントによって学習プログラミング中に、引き続きCNC制御された一連の測定運転時に直接にプローブ球28によってプロービングしたい基準ワークの個所をプロービングすることができる。この方法を実施するためには、オペレータが学習プログラミング時にモニタ画像の視覚的コントロール下に測定マーク70′をワーク９のジオメトリ要素、たとえば孔9aにおける、モニタに映し出された測定個所と手動制御により重ね合わせて、データ引取りを発動し、この場合、プロービングしたい個所の座標がメモリされる。この座標は引き続き、前記較正過程において求められた、機械的なプローブエレメント28とビデオカメラの焦点70;70′との間の公知の三次元関係ｒ［x,y,z］を用いて、機械的なプローブエレメント28のプロービング座標に換算される。次いで、このプロービング座標は、場合によっては必要となるCNC制御式に測定したい部分のワーク座標系への換算後に、コンピュータのコントロール下に自動的にプローブエレメント28によってプロービングすることができる。
プロービングエレメントをシュミレーションする測定マークを用いた学習プログラミング時では、プローブエレメント28を備えたプローブピンを交換する必要はない。それどころか、前記プローブピンは引き続き使用されて、ビデオカメラに対して相対的に較正され得る。
【図１】
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【図２】
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【図５ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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