WO2006128733A2 - Coordinate measuring unit and method for measuring an object with a coordinate measuring unit - Google Patents

Coordinate measuring unit and method for measuring an object with a coordinate measuring unit Download PDF

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WO2006128733A2
WO2006128733A2 PCT/EP2006/005355 EP2006005355W WO2006128733A2 WO 2006128733 A2 WO2006128733 A2 WO 2006128733A2 EP 2006005355 W EP2006005355 W EP 2006005355W WO 2006128733 A2 WO2006128733 A2 WO 2006128733A2
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Definitions

  • the invention relates to a coordinate measuring machine comprising an at least two coordinate axes in particular automatically movable as machine-controlled probe with at least one object to be measured non-contact scanning optical sensor, in particular as a working on the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer sensor) is. Furthermore, the invention relates to a method for measuring an object by means of a coordinate measuring machine using an automatically movable in at least two coordinate axes probe system with an object to be measured non-contact optical sensor, in particular a working according to the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer Sensor).
  • Coordinate measuring machines are used to measure geometric features of workpieces such as length, diameter, angle, angularity and parallelism. Almost all device forms are based on Cartesian coordinate axes with linear scales. Measuring carriages in the axles are moved either manually or by a motor. On one of the axes, usually on the vertical Z-axis (quill), is a sensor attached to record measuring points. In the case of a tactile sensor, the position of the three measuring carriages are read out each time the probe is touched with the object, and the point coordinates on the surface of the object to be measured are determined therefrom.
  • Optoelectronic sensors such.
  • image processing sensors usually have their own mostly two-dimensional measuring range.
  • Multi-sensor coordinate measuring machines which make it possible to measure an object with more than one sensor.
  • sensors basically optical, tactile and optotactile sensors come into question (DE Christoph Z., Ralf et al: Multisensor Coordinate Metrology, The Library of Technology, Volume 248).
  • Multi-sensor coordinate measuring devices are known from the prior art, which comprise a video sensor and a laser probe, which are both set up on a common beam path for detecting a same measuring point on the workpiece, and a tactile-working sensor (DE-C-38 06 686).
  • the combination key comprises a key support with a first and a second sensing device, one of which is an interference optical sensor.
  • DE-A-103 31 966 an optical measuring device is known in which an interferometer is used for the quantitative and / or qualitative determination of the nature of a surface geometry of an object.
  • Corresponding techniques can be found in DE-A-101 31 780 or DE-A-101 31 779 or DE-C-102 93 797.
  • EP-BI 082 581 can be seen. It is also known from DE-U-200 08 721.5 to connect optical deflection of sensors via an interface with a coordinate measuring machine.
  • Object of the present invention is to develop a coordinate measuring machine and a method for measuring an object of the type mentioned so that an application for a variety of measurement tasks is possible, with high precision and small dimensions to be measured.
  • the measurements should be fast and accurate.
  • the object is essentially achieved by a coordinate measuring machine of the type mentioned initially in that the exit angle and / or the angular position and / or length of the measuring beam path of the at least one optical sensor and / or the measuring beam paths of at least two optical sensors integrated in the coordinate measuring machine are desired Structures of the object is adaptable or adjustable and that the measurement results for the different exit angles and / or angular positions and / or lengths by successive measurement of the optical sensor or with respect to the different exit angles and / or angular positions and / or lengths in a uniform coordinate system are available.
  • an operating principle based on the functional principle of an interferometer is used as the optical sensor, which is also referred to below as an interferometer sensor in a simplified manner.
  • the radiation reflected by the object is evaluated.
  • partially coherent light is used.
  • the optical sensor can also be a chromatic distance sensor or a laser distance sensor, to name, for example, further optical sensors that are used in the teaching according to the invention.
  • the senor can be connected to interchangeable angle optical attachments in order to obtain the desired measuring beam direction or length.
  • the senor or the sensors which have differing exit angles and / or angular positions and / or beam lengths in the different measurement tasks, are metered on one another in order to have measurement results available in a uniform coordinate system, that is preferably that of the coordinate measuring apparatus.
  • the calibration takes place via calibration standards, which may be rings, spheres, polygonal objects or other suitable elements.
  • optical sensor For reasons of simplification, the following is basically spoken of an interferometer sensor as the optical sensor, without this being intended to limit the teaching according to the invention. Rather, all possible optical sensors are suitable for realizing the teaching according to the invention, provided that the beam paths required for this purpose are present.
  • interferometer sensor - called interferometer sensor - in the coordinate measuring machine other sensors of the coordinate measuring such as contact sensors and / or image processing and / or laser and / or tactile-optical fiber probe and / or measuring probe and / or switching button and / or laser distance sensor are integrated.
  • the sensors integrated in the coordinate measuring machine can be measured in their positions and / or directions and the measurement results can be made available in a uniform coordinate system.
  • the interferometer sensor has replaceable designed optical fibers, through which the optical beam is guided to the measuring location.
  • the optical conductor can also be referred to as a measuring conductor or measuring needle.
  • the exit angles of the sensor beam path from the measuring conductors can be designed differently.
  • the exit angles of the measuring conductors are designed such that, taking into account the aperture angles of the sensors, possible surface inclinations of the measuring objects in the range from 0 ° to 90 ° or 0 ° to 180 ° are detected.
  • the measuring conductors are arranged rotatable about the measuring conductor axis.
  • the physically effective axis of rotation of the measuring needle is determined by measuring the sensor on a calibrated normal and then taken into account correcting the use of the sensor.
  • calibrated rings and / or calibrated balls can be used as a calibration standard.
  • the absolute position of the sensor characteristic within the coordinate measuring machine is preferably measured for each angular position by measuring the position of a calibrated standard.
  • the absolute position of the sensor characteristic curve is determined in order to determine the sensor characteristic position by interpolation during subsequent measuring for intermediate angular positions.
  • the interferometer sensor is preferably connected via a rotary or rotary pivot joint with the coordinate measuring machine, wherein the pivot point of the rotary or rotary swivel joint should be located close to the touch point of the sensor or at the touch point of the sensor itself.
  • Systematic measurement errors that depend on the angle inclination between the sensor measuring axis (optical axis) and the material surface are corrected by the fact that the deviation is previously stored by measuring a normal in the coordinate measuring machine when the deviation is determined, and then during measurement be taken into account correcting workpieces with the sensor.
  • Tilt angle dependent errors can be detected by measuring a ball standard. Alternatively, measurements can be taken on inclined planes. It is also possible to measure tilt-dependent errors by tilting a measuring surface with a rotary or rotary pivot axis integrated in the coordinate measuring machine.
  • the measuring conductors are preferably made exchangeable via an exchange interface. Replaceable measuring conductors can be exchanged and replaced via a probe changing magazine of a coordinate measuring machine. In this case, the mechanical interface of the probe changing magazine of other sensors used, in particular tactile sensors correspond, so that in this respect is given a compatibility.
  • sensors with correspondingly differently designed measuring needles can also be used.
  • the overall contour can be determined from measuring points which are determined by different sensors.
  • contours are detected by the scanning principle with the interferometric sensor in the coordinate measuring machine by adjusting one or more coordinate axes of the coordinate measuring device of the deflection detected by the sensor so that the touched material surface point is approximately in the middle the sensor characteristic is located.
  • the entire interferometer sensor can be replaced via a sensor change interface against other sensors such as tactile sensors or image processing sensors.
  • a movement in an additional feed axis can be carried out simultaneously during the scanning operation and with a further feed axis simultaneously tangential or approximately tangential to the material surface are moved to scan multidimensional contours on the material surface.
  • the delivery movement can take place meandering.
  • Other travel paths such as helix and / or spiral line are also possible.
  • the characteristic curve of the interferometer sensor for different workpiece surface types is measured with the axes of the coordinate measuring machine, whereby the measured values are assigned to specific movement positions of the coordinate axes (XYZ).
  • the setting parameters for the scanning operation of the coordinate measuring machine are stored for different workpiece surfaces and used for scanning.
  • the selection of suitable control parameters for the scanning control is derived from the result of the calibration process of the characteristic of the sensor on the concrete material surface.
  • points with another z. In addition to the measurement points that are measured with the interferometer sensor, points with another z. B. tactile or image sensor to be measured in order then to correct the measured by the interferometer sensor point cloud geometrically by the measured with the other sensor points.
  • the sensors can be adjusted independently of each other and / or along different axes.
  • the measurement object can be turned around or pivoted by rotary or rotary pivot axes during the measurement to the interferometer sensor in order to achieve an optimal alignment of the optical beam.
  • the measurement object is automatically swiveled or rotated by means of a rotary or rotary pivot axis during the scanning process with the interferometer sensor into an optimal angular position for the scanning operation, wherein typically measurement point normal and optical axis of the measurement beam run parallel to one another.
  • the setpoint for screwing in or swiveling in the measurement object should be a 90 ° position between the scanning line formed from adjacent measurement points and the sensor beam path.
  • the target value for the screwing or swiveling in of the test object can be a 90 ° position between the scanning line formed from adjacent measuring points and the optical measuring axis.
  • the direction of the scanning line can be effected by compensation calculation from two or more measuring points.
  • contamination is present on the workpiece to be measured, such as oil, water or similar substances, it is envisaged that corresponding contamination will be masked out of the measurement result when measuring with the interferometer sensor, that when measuring more than one layer with the interferometer. Sensor, the layer furthest away from the sensor is taken into account for measurement.
  • a method for measuring an object by means of a coordinate measuring machine using an automatically movable in at least two coordinate axes probe system with an object to be measured non-contact optical sensor, in particular a working according to the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer sensor) is characterized in that desired surface structures such as surface slopes of the object are measured with the at least one and / or at least two optical sensors with adaptable or adjustable measuring beam exit angle and / or measuring beam angle position and / or measuring beam length, and the measurement results for the different exit angles and / or angular positions and / or lengths by measuring the sensor (s) in relation to one another with respect to the different exit angles and / or angular positions and / or beam lengths in a uniform coordinate be made available.
  • an operating according to the operating principle of the interferometer optical sensor is used using partially coherent light.
  • the invention provides that in addition to the optical sensor such as interferometer sensor other sensors of the coordinate measuring technique, such as contact sensors and / or image processing and / or laser and / or tactile-optical fiber probe and / or measuring probe and / or switching buttons and / or laser distance sensors are integrated into the coordinate measuring machine.
  • the sensors should be adjusted independently of each other and / or along different axes.
  • 1 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine
  • FIG. 2 is a schematic diagram relating to the measurement of different angular positions
  • 6 is a schematic diagram of a probe change magazine
  • 7 is a schematic representation of measurements with different angle attachments of a sensor as well as a contour curve determined therefrom,
  • Fig. 8 is a schematic diagram for determining a sensor characteristic
  • Fig. 9 is a schematic diagram for determining the spatial position of a sensor characteristic.
  • Fig. 1 is purely in principle a coordinate measuring machine 10 with z. B. consisting of granite existing base frame 12 with measuring table 14, on which a workpiece 16 is arranged, which is to be measured.
  • a portal 18 in the Y direction of the coordinate system of the coordinate measuring machine 10 is adjustable.
  • columns or uprights 20, 22 are slidably supported on the base frame 12. From the columns 20, 22, a traverse 24 goes along, so according to the drawing in the X direction, a carriage 26 is adjustable, which in turn receives a quill or column 28 which is adjustable in the Z direction.
  • the quill or column 28 has in the exemplary embodiment two sensors.
  • One of the sensors 30 may be a distance sensor. This can also be replaced, for example, by a mechanical button or an optotactile button.
  • the second sensor 32 which is designed according to the invention, preferably operates according to the principle of an interferometer, without this limiting the teaching according to the invention. Instead of a sensor operating according to the interferometric principle, it is also possible, for example, to use a laser distance sensor. For reasons of simplification, an interferometer sensor is referred to below, without this being mentioned as limiting the teaching.
  • This interferometer sensor 32 is connected via a rotary swivel joint 34 with the quill 28. From the rotary swivel joint goes a housing 36 with within these sem running measuring or light guide 38, through which the particular partially coherent radiation for non-contact probing of the object 16 is imaged on this, then, due to the reflected back into the light guide 38 radiation according to the interferometri principle to measure the workpiece 16.
  • the interferometer sensor 32 or the housing 36 accommodating the optical waveguide 38 can be exchanged via an exchangeable interface in order to use, to the desired extent, other measuring conductors or other sensors such as tactile sensors.
  • the optical waveguide 38 with straight measuring beam 42 is shown in a straight line in FIG.
  • the exit beam 42 of the sensor 32 extends at an angle deviating from 0 ° to the longitudinal axis of the light guide 38 and the housing 36.
  • the measurement beam 42 at the light guide 38 may be provided with beam deflecting elements such as mirrors or prisms to achieve desired exit beam directions as mentioned.
  • the corresponding deflecting elements can be exchangeably connected to the housing 36 and the light guide 38, wherein the light guide 38 does not have to continue in the deflecting element.
  • the sensor 32 or the housing 36 having the light guide 38 starts from a rotary / pivot joint 34, which in turn is connected to the quill or the carriage 28.
  • Angle attachments 40 are connected to the housing 36 in order to allow the measuring beam 42, which is guided via the optical waveguide 38 and emerging from the angle optical attachment 40, to drop onto the surface of the object 16 to be measured at the desired angle.
  • the exchangeable angle optical attachments 40 are designed differently in order to align the measuring beam 42 at a desired angle ⁇ to the longitudinal axis of the optical waveguide 38.
  • a calibration must be performed. Based on FIG. 2, the calibration of different angular positions is illustrated in principle. Taking account of the embodiment of FIG. 1, the housing 36 is interchangeably connected to three angle attachments 44, 46, 48, via which the respective measuring beam 42 deviating from each other angle to the longitudinal axis of the light guide 28, ie the exit angle from the sensor differ from each other. To calibrate the various angular positions of the angle optics attachments 44, 46, 48, a calibration ball 50 is used which is keyed using the various angle optics attachments 44, 46, 48.
  • FIG. 3 different probing positions 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 are shown. These can be touched on the ball 50 with each respective angle lens attachment 44, 46, 48. The points are correspondingly measured with each angle optical attachment 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 and calculated from the respective points the respective ball center point positions. The offset of the respective angle optical attachment 44, 46, 48 from one another results from the sphere center point positions. The same applies to the case that not a sensor with different angle optical attachments is used, but a plurality of sensors having correspondingly different angle angles.
  • the swivel head 66 is connected to the carriage or quill 28, which comprises a holder 68 with swivel joint 70 which slidably receives the sensor 32 along a guideway 72.
  • the guideway 72 is formed such that the sensor 32 is movable along the arrow 74, wherein the operating point 76 of the sensor 32 comes to lie in the middle of the pivoting range.
  • the surface inclination dependence of the sensor 36 is determined experimentally.
  • an adjustment plane 78 is moved about the operating point 80 of the sensor 36.
  • the measuring points of the sensor 36 are recorded for each angular position of the Ein industrybene 78 and plotted in a curve. This characteristic is then used for the correction of the sensor behavior as a function of the angle of inclination of the surface.
  • the probe changing magazine 82 comprises a total of three parking possibilities of sensors, wherein in the embodiment, a tactile-working sensor and two according to the teaching of the invention working optical sensors or measuring needles 86, 88 are parked.
  • the measuring needles 86, 88 which can be coupled to the sensor, have deviating angle optical attachments, in order to measure different. This is symbolized by the arrows.
  • the housing receiving the optical waveguide 38 is exchangeable with the angle optical attachment as a unit.
  • the housing receiving the optical waveguide 38 is exchangeable with the angle optical attachment as a unit.
  • the left-hand illustration in FIG. 7 is intended to illustrate that measurements are carried out with special angle object attachments which enclose an angle of 90 ° or + 45 ° or -45 ° to the longitudinal axis of the light guide 38.
  • the angle attachments 90 show a 90 ° deflection direction, the angle optical attachment 92 a - 45 ° deflection and the angle optical attachment 94 a + 45 ° deflection.
  • the corresponding contour curves 96, 98, 100, 102, 104 determined therefrom are joined together to form a closed contour 106 (right-hand representation in FIG. 7) with the aid of previously measured position values of the sensors or angle optical attachments 90, 92, 94.
  • the calibration of the sensor to a calibration standard such as the ball 50 will be illustrated with reference to FIG. 7.
  • the sensor used is deflected along its measuring direction 110 (Z) by means of an angle optical attachment 108 which is deflected by - 45 °.
  • the distance values A which the sensor 108 supplies, are represented as a characteristic curve 112 over the deflection values Z.
  • This characteristic curve 1 12 is stored in a computer in order to use later for the correction of the respective measured values of the respective distance measurement value A.
  • the ball 50 should be significantly larger than the measuring range of the sensor in order to minimize errors.
  • the calibration standard 114 is measured in at least four positions each with, for example, three different distances to the calibration standard.
  • the movement of the sensor does not have to coincide with the measuring beam direction, but may deviate from this. Due to the calibration according to the invention, however, no measurement errors occur as a result. From the points with the same distance, ie 2, 6, 9, 15 or 3, 7, 1 1, 17 or 4, 8, 13, 19 then the ball centers Pl, P2 and P3 are calculated.
  • the measured value is related to the real or actual value.

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Abstract

The invention relates to a coordinate measuring unit (10) with at least one optical sensor (32) that contactlessly senses an object (16) to be measured. In order to be able to measure highly precise small dimensions and slopes of objects, the invention provides that the exit angle and/or angular position and/or length of the measuring beam path of the optical sensor (32) can be adapted for detecting desired structures of the object (16), and that the measurement results for the different exit angles and/or angular positions and/or lengths can be provided in a uniform coordinate system by successively calibrating the optical sensors with regard to the different exit angles and/or angular positions and/or lengths.

Description

Beschreibungdescription
Koordinatenmessgerät sowie Verfahren zum Messen eines Objektes mit einem Koordi- natenmess gerätCoordinate measuring machine and method for measuring an object with a coordinate measuring device
Die Erfindung bezieht sich auf ein Koordinatenmessgerät umfassend ein in zumindest zwei Koordinatenachsenrichtungen insbesondere automatisch bewegbares wie maschinengesteuertes Tastsystem mit zumindest einem ein zu messendes Objekt berührungslos antastenden optischen Sensor, der insbesondere als ein nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitender punktförmig wirkender Abstandssensor (Interferometer- Sensor) ausgebildet ist. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zum Messen eines Objekts mittels eines Koordinatenmessgerätes unter Verwendung eines in zumindest zwei Koordinatenachsrichtungen automatisch bewegbaren Tastsystems mit einem ein zu messendes Objekt berührungslos antastenden optischen Sensor, insbesondere ein nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitender punktförmig wirkender Abstandssensor (Interferometer-Sensor).The invention relates to a coordinate measuring machine comprising an at least two coordinate axes in particular automatically movable as machine-controlled probe with at least one object to be measured non-contact scanning optical sensor, in particular as a working on the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer sensor) is. Furthermore, the invention relates to a method for measuring an object by means of a coordinate measuring machine using an automatically movable in at least two coordinate axes probe system with an object to be measured non-contact optical sensor, in particular a working according to the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer Sensor).
Koordinatenmessgeräte dienen zum Messen geometrischer Merkmale von Werkstücken wie Länge, Durchmesser, Winkel, Winkligkeit und Parallelität. Fast alle Geräteformen basieren auf kartesisch angeordneten Koordinatenachsen mit linearen Maßstäben. Messschlitten in den Achsen werden dabei entweder manuell oder durch einen Motor bewegt. An einer der Achsen, meist an der senkrechten Z-Achse (Pinole), ist ein Sensor zum Aufnehmen von Messpunkten angebracht. Im Falle eines taktilen Sensors werden bei jeder Berührung des Tasters mit dem Objekt die Position der drei Messschlitten ausgelesen und daraus die Punktkoordinaten auf der Oberfläche des Messobjekts ermittelt. Optoelektronische Sensoren wie z. B. Bildverarbeitungssensoren verfugen üblicherweise über einen eigenen meist zweidimensionalen Messbereich. Mit solchen Sensoren ist es möglich, mehrere Punkte eines Objektmerkmals ohne Bewegung in den Koordinatenachsen gleichzeitig zu messen. Auch sind Multisensorkoordinatenmessgeräte bekannt, die es ermöglichen, mit mehr als einem Sensor ein Objekt zu messen. Als Sensoren kommen grundsätzlich optische, taktile und optotaktile Sensoren in Frage (DE. Z. Christoph, Ralf et. al: Multisensor-Koordinatenmesstechnik, Die Bibliothek der Technik, Band 248).Coordinate measuring machines are used to measure geometric features of workpieces such as length, diameter, angle, angularity and parallelism. Almost all device forms are based on Cartesian coordinate axes with linear scales. Measuring carriages in the axles are moved either manually or by a motor. On one of the axes, usually on the vertical Z-axis (quill), is a sensor attached to record measuring points. In the case of a tactile sensor, the position of the three measuring carriages are read out each time the probe is touched with the object, and the point coordinates on the surface of the object to be measured are determined therefrom. Optoelectronic sensors such. B. image processing sensors usually have their own mostly two-dimensional measuring range. With such sensors, it is possible to simultaneously measure multiple points of an object feature without moving in the coordinate axes. Multi-sensor coordinate measuring machines are also known which make it possible to measure an object with more than one sensor. As sensors basically optical, tactile and optotactile sensors come into question (DE Christoph Z., Ralf et al: Multisensor Coordinate Metrology, The Library of Technology, Volume 248).
Aus dem Stand der Technik sind Multisensorkoordinatenmessgeräte bekannt, die einen Videotaster und einen Lasertaster, die beide auf einem gemeinsamen Strahlengang zur Erfassung eines gleichen Messpunktes auf dem Werkstück eingerichtet sind, sowie einen taktil arbeitenden Sensor umfassen (DE-C-38 06 686).Multi-sensor coordinate measuring devices are known from the prior art, which comprise a video sensor and a laser probe, which are both set up on a common beam path for detecting a same measuring point on the workpiece, and a tactile-working sensor (DE-C-38 06 686).
Die DE-A- 102 40 292 bezieht sich auf einen Kombitaster. Dabei umfasst der Kombitaster einen Tastenträger mit einer ersten und einer zweiten Tasteinrichtung, von denen eine ein interferenzoptischer Sensor ist.DE-A-102 40 292 relates to a combination pushbutton. In this case, the combination key comprises a key support with a first and a second sensing device, one of which is an interference optical sensor.
Aus der DE-A- 103 31 966 ist eine optische Messeinrichtung bekannt, bei der zur quantitativen und/oder qualitativen Bestimmung der Beschaffenheit einer Oberflächengeometrie eines Gegenstandes ein Interferometer benutzt wird. Entsprechende Techniken sind der DE-A-101 31 780 oder der DE-A-101 31 779 oder der DE-C- 102 93 797 zu entnehmen.From DE-A-103 31 966 an optical measuring device is known in which an interferometer is used for the quantitative and / or qualitative determination of the nature of a surface geometry of an object. Corresponding techniques can be found in DE-A-101 31 780 or DE-A-101 31 779 or DE-C-102 93 797.
Dreh- oder Dreh-Schwenk-Gelenke für Koordinatenmessgeräte vorzusehen, ist der EP- B-I 082 581 zu entnehmen. Auch ist es aus der DE-U-200 08 721.5 bekannt, optische Umlenkeinrichtungen von Sensoren über eine Wechselschnittstelle mit einem Koordinatenmessgerät zu verbinden.To provide turn or turn-pivot joints for CMM, EP-BI 082 581 can be seen. It is also known from DE-U-200 08 721.5 to connect optical deflection of sensors via an interface with a coordinate measuring machine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren zum Messen eines Objektes der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein Einsatz für vielfältige Messaufgaben möglich ist, wobei hochpräzise auch kleine Dimensionen gemessen werden sollen. Dabei sollen die Messungen schnell und genau durchführbar sein.Object of the present invention is to develop a coordinate measuring machine and a method for measuring an object of the type mentioned so that an application for a variety of measurement tasks is possible, with high precision and small dimensions to be measured. The measurements should be fast and accurate.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass Austrittswinkel und/oder Winkelposition und/oder Länge des Messstrahlengangs des zumindest einen optischen Sensors und/oder der Messstrahlengänge von zumindest zwei in dem Koordinatenmessgerät integrierten optischen Sensoren zur Erfassung gewünschter Strukturen des Objektes anpassbar bzw. einstellbar ist und dass die Messergebnisse für die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen durch aufeinander Ein- messen des bzw. der optischen Sensoren in Bezug auf die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung stellbar sind.According to the invention, the object is essentially achieved by a coordinate measuring machine of the type mentioned initially in that the exit angle and / or the angular position and / or length of the measuring beam path of the at least one optical sensor and / or the measuring beam paths of at least two optical sensors integrated in the coordinate measuring machine are desired Structures of the object is adaptable or adjustable and that the measurement results for the different exit angles and / or angular positions and / or lengths by successive measurement of the optical sensor or with respect to the different exit angles and / or angular positions and / or lengths in a uniform coordinate system are available.
Erfindungsgemäß wird als optischer Sensor insbesondere ein nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitender benutzt, der nachstehend auch vereinfacht als In- terferometersensor bezeichnet wird. Dabei wird die von dem Objekt reflektierte Strahlung ausgewertet. Als Licht wird insbesondere teilkohärentes verwendet.According to the invention, an operating principle based on the functional principle of an interferometer is used as the optical sensor, which is also referred to below as an interferometer sensor in a simplified manner. In this case, the radiation reflected by the object is evaluated. In particular, partially coherent light is used.
Bei dem optischen Sensor kann es sich jedoch auch um einen chromatischen Abstandssensor oder einen Laserabstandssensor handeln, um beispielhaft weitere optische Sensoren zu nennen, die bei der erfindungsgemäßen Lehre zum Einsatz gelangen.However, the optical sensor can also be a chromatic distance sensor or a laser distance sensor, to name, for example, further optical sensors that are used in the teaching according to the invention.
Ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Sensor bezüglich des Messstrahlaustrittswin- kels oder Winkelposition des Messstrahls oder Länge des Messstrahls derart verändert wird, dass gewünschte Messaufgaben lösbar sind, so besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, mit mehreren optischen Sensoren zu arbeiten, die voneinander abweichende Austrittswinkel und/oder Austrittsstrahlwinkelposition und/oder Strahllängen aufweisen. Erfindungsgemäß und messtechnisch wird insoweit ein Unterschied nicht gemacht.Is inventively provided that a sensor with respect to the Meßstrahlaustrittswin- angle or angular position of the measuring beam or length of the measuring beam changed so is that the desired measurement tasks are solvable, it is of course also possible to work with several optical sensors, which have different exit angles and / or exit beam angle position and / or beam lengths. According to the invention and metrologically, a difference is not made in this respect.
Insbesondere ist der Sensor mit auswechselbaren Winkeloptikvorsätzen verbindbar, um gewünschte Messstrahlrichtung bzw. -länge zu erhalten.In particular, the sensor can be connected to interchangeable angle optical attachments in order to obtain the desired measuring beam direction or length.
Erfindungsgemäß werden der Sensor bzw. die Sensoren, die bei den unterschiedlichen Messaufgaben voneinander abweichende Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Strahllängen aufweisen, aufeinander eingemessen, um Messergebnisse in einem einheitlichen Koordinatensystem, also vorzugsweise dem des Koordinatenmessge- rätes zur Verfügung zu haben. Das Einmessen erfolgt dabei über Kalibriernormale, bei denen es sich um Ringe, Kugeln, polygonförmige Objekte oder andere geeignete Elemente handeln kann.According to the invention, the sensor or the sensors, which have differing exit angles and / or angular positions and / or beam lengths in the different measurement tasks, are metered on one another in order to have measurement results available in a uniform coordinate system, that is preferably that of the coordinate measuring apparatus. The calibration takes place via calibration standards, which may be rings, spheres, polygonal objects or other suitable elements.
Aus Gründen der Vereinfachung wird nachstehend grundsätzlich von einem Interfero- metersensor als dem optischen Sensor gesprochen, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgen soll. Vielmehr sind sämtliche in Frage kommende optische Sensoren zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre geeignet, sofern die hierzu benötigten Strahlengänge vorliegen.For reasons of simplification, the following is basically spoken of an interferometer sensor as the optical sensor, without this being intended to limit the teaching according to the invention. Rather, all possible optical sensors are suitable for realizing the teaching according to the invention, provided that the beam paths required for this purpose are present.
Neben dem nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitenden Sensors - kurz Interferometer-Sensor genannt - können in dem Koordinatenmessgerät weitere Sensoren der Koordinatemesstechnik wie berührende Sensoren und/oder Bildverarbeitung und/oder Laser und/oder taktil-optischer Fasertaster und/oder messender Taster und/oder schaltender Taster und/oder Laserabstandssensor integriert werden. Dabei können die in das Koordinatenmessgerät eingebundenen Sensoren in ihren Positionen und/oder Richtungen aufeinander eingemessen werden und die Messergebnisse in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden. Um eine optimale Anpassung an die Messaufgaben zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Interferometer-Sensor auswechselbar gestaltete Lichtleiter aufweist, über die der optische Strahl zum Messort geführt wird. Der optische Leiter kann auch als Messleiter oder Messnadel bezeichnet werden. Dabei können die Austrittswinkel des Sensorstrahlengangs aus den Messleitern unterschiedlich gestaltet werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Austrittswinkel der Messleiter derart gestaltet sind, dass unter Berücksichtigung der Aperturwinkeln der Sensoren in Frage kommende Oberflächenneigungen der Messobjekte im Bereich von 0° bis 90° oder 0° bis 180° erfasst werden.In addition to working on the principle of operation of an interferometer sensor - called interferometer sensor - in the coordinate measuring machine other sensors of the coordinate measuring such as contact sensors and / or image processing and / or laser and / or tactile-optical fiber probe and / or measuring probe and / or switching button and / or laser distance sensor are integrated. In this case, the sensors integrated in the coordinate measuring machine can be measured in their positions and / or directions and the measurement results can be made available in a uniform coordinate system. In order to enable an optimal adaptation to the measuring tasks, it is provided that the interferometer sensor has replaceable designed optical fibers, through which the optical beam is guided to the measuring location. The optical conductor can also be referred to as a measuring conductor or measuring needle. The exit angles of the sensor beam path from the measuring conductors can be designed differently. In particular, it is provided that the exit angles of the measuring conductors are designed such that, taking into account the aperture angles of the sensors, possible surface inclinations of the measuring objects in the range from 0 ° to 90 ° or 0 ° to 180 ° are detected.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Messleiter um die Messleiterachse rotierbar angeordnet werden.Furthermore, there is the possibility that the measuring conductors are arranged rotatable about the measuring conductor axis.
Die physikalisch wirksame Rotationsachse der Messnadel wird durch Einmessen des Sensors an einem kalibrierten Normal bestimmt und beim Einsatz des Sensors sodann korrigierend berücksichtigt. Als Einmessnormal können kalibrierte Ringe und/oder kalibrierte Kugeln zum Einsatz gelangen.The physically effective axis of rotation of the measuring needle is determined by measuring the sensor on a calibrated normal and then taken into account correcting the use of the sensor. As a calibration standard, calibrated rings and / or calibrated balls can be used.
Die Absolutposition der Sensorkennlinie innerhalb des Koordinatenmessgerätes wird bevorzugterweise für jede Winkelstellung durch Messung der Position eines kalibrierten Normals eingemessen.The absolute position of the sensor characteristic within the coordinate measuring machine is preferably measured for each angular position by measuring the position of a calibrated standard.
Für ausgewählte Winkel Stellungen wird die Absolutposition der Sensorkennlinie bestimmt, um beim späteren Messen für dazwischen liegende Winkelpositionen die Sen- sorkennlinien-Position durch Interpolation zu ermitteln.For selected angular positions, the absolute position of the sensor characteristic curve is determined in order to determine the sensor characteristic position by interpolation during subsequent measuring for intermediate angular positions.
Der Interferometer-Sensor wird bevorzugterweise über ein Dreh- oder Drehschwenkgelenk mit dem Koordinatenmessgerät verbunden, wobei der Schwenkpunkt des Drehoder Drehschwenkgelenks nahe am Antastpunkt des Sensors oder im Antastpunkt des Sensors selbst angeordnet werden sollte. Systematische Messfehler, die in ihrer Größe von der Winkelneigung zwischen Sensor- Messachse (optische Achse) und Materialoberfläche abhängig sind, werden dadurch korrigiert, dass die Abweichung zuvor durch Messung eines Normals im Koordinaten- messgerät bei Bestimmung der Abweichung gespeichert wird, um anschließend beim Messen von Werkstücken mit dem Sensor korrigierend berücksichtigt zu werden. Neigungswinkelabhängige Fehler können durch Messen eines Kugelnormals erfasst werden. Alternativ können Messungen an geneigten Ebenen erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, neigungsabhängige Fehler durch Verkippen einer Messfläche mit einer im Koordinatenmessgerät integrierten Dreh- oder Drehsschwenkachse zu messen.The interferometer sensor is preferably connected via a rotary or rotary pivot joint with the coordinate measuring machine, wherein the pivot point of the rotary or rotary swivel joint should be located close to the touch point of the sensor or at the touch point of the sensor itself. Systematic measurement errors that depend on the angle inclination between the sensor measuring axis (optical axis) and the material surface are corrected by the fact that the deviation is previously stored by measuring a normal in the coordinate measuring machine when the deviation is determined, and then during measurement be taken into account correcting workpieces with the sensor. Tilt angle dependent errors can be detected by measuring a ball standard. Alternatively, measurements can be taken on inclined planes. It is also possible to measure tilt-dependent errors by tilting a measuring surface with a rotary or rotary pivot axis integrated in the coordinate measuring machine.
Als Kalibriernormal kommt auch ein polygonförmiges Objekt mit zugehöriger Kalibrierung in Frage.As a calibration standard is also a polygonal object with associated calibration in question.
Die Messleiter sind bevorzugterweise über eine Wechselschnittstelle auswechselbar ausgebildet. Dabei können auswechselbare Messleiter über ein Tasterwechselmagazin eines Koordinatenmessgerätes ein- und ausgewechselt werden. Dabei kann die mechanische Schnittstelle des Tasterwechselmagazins anderer verwendeter Sensoren, insbesondere taktiler Sensoren entsprechen, so dass insoweit eine Kompatibilität gegeben ist.The measuring conductors are preferably made exchangeable via an exchange interface. Replaceable measuring conductors can be exchanged and replaced via a probe changing magazine of a coordinate measuring machine. In this case, the mechanical interface of the probe changing magazine of other sensors used, in particular tactile sensors correspond, so that in this respect is given a compatibility.
Mit verschiedenen Messleitern eingesetzte, mit verschiedenen Winkeln gemessene Punkte im Koordinatenmessgerät werden zu einer Gesamtkontur zusammengeführt, wobei die eingemessenen Positionen des Sensors mit den unterschiedlichen Strahlaustrittswinkeln und/oder Strahlwinkelpositionen und/oder Strahllängen im Koordinatenmessgerät berücksichtigt werden. Anstelle eines Sensors mit auswechselbaren Messnadeln, um gewünschte Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen zu erreichen, können erfindungsgemäß auch Sensoren mit entsprechend unterschiedlich gestalteten Messnadeln zum Einsatz gelangen.With different measuring conductors used, measured at different angles points in the coordinate measuring machine are combined to form an overall contour, the measured positions of the sensor with the different beam exit angles and / or beam angle positions and / or beam lengths are taken into account in the coordinate measuring machine. Instead of a sensor with interchangeable measuring needles in order to achieve desired exit angles and / or angular positions and / or lengths, according to the invention, sensors with correspondingly differently designed measuring needles can also be used.
Erfindungsgemäß besteht auch die Möglichkeit, die Konturen durch Messpunkte zu ergänzen, die mit anderen Sensoren des Koordinatenmessgerätes erfasst werden. Mit anderen Worten kann die Gesamtkontur aus Messpunkten ermittelt werden, die von unterschiedlichen Sensoren ermittelt werden.According to the invention, it is also possible to supplement the contours by measuring points that are detected by other sensors of the coordinate measuring machine. With In other words, the overall contour can be determined from measuring points which are determined by different sensors.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mit dem interferometrischen Sensor im Koordinatenmessgerät Konturen nach dem Scanning-Prinzip erfasst werden, indem ein oder mehrere Koordinatenachsen des Koordinatenmessgerätes der durch den Sensor detektierten Auslenkung nachgeregelt werden, so dass sich der angetastete Materialoberflächenpunkt in etwa in der Mitte der Sensorkennlinie befindet.In a further development of the invention it is proposed that contours are detected by the scanning principle with the interferometric sensor in the coordinate measuring machine by adjusting one or more coordinate axes of the coordinate measuring device of the deflection detected by the sensor so that the touched material surface point is approximately in the middle the sensor characteristic is located.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass mit verschiedenen Messleitern Teilkonturen gescannt werden, die sodann zu einer Gesamtkontur zusammengefügt werden.There is also the possibility that partial contours are scanned with different measuring conductors, which are then joined together to form an overall contour.
Des Weiteren kann der gesamte Interferometer-Sensor über eine Sensorwechselschnittstelle gegen andere Sensoren wie taktile Sensoren oder Bildverarbeitungssensoren ausgewechselt werden. Beim Scanning mit dem Interferometer-Sensor kann eine Bewegung in einer zusätzlichen Zustellachse gleichzeitig während des Scanning-Betriebs ausgeführt werden und mit einer weiteren Zustellachse gleichzeitig tangential oder annähernd tangential zur Materialoberfläche bewegt werden, um mehrdimensionale Konturen auf der Materialoberfläche zu scannen. Dabei kann die Zustellbewegung mäander- förmig erfolgen. Andere Verfahrwege wie Schraubenlinie und/oder Spirallinie sind gleichfalls möglich.Furthermore, the entire interferometer sensor can be replaced via a sensor change interface against other sensors such as tactile sensors or image processing sensors. During scanning with the interferometer sensor, a movement in an additional feed axis can be carried out simultaneously during the scanning operation and with a further feed axis simultaneously tangential or approximately tangential to the material surface are moved to scan multidimensional contours on the material surface. The delivery movement can take place meandering. Other travel paths such as helix and / or spiral line are also possible.
Die Kennlinie des Interferometer-Sensors für verschiedene Werkstückoberflächenarten wird mit den Achsen des Koordinatenmessgerätes eingemessen, wobei die Messwerte bestimmten Verfahrpositionen der Koordinatenachsen (XYZ) zugeordnet werden.The characteristic curve of the interferometer sensor for different workpiece surface types is measured with the axes of the coordinate measuring machine, whereby the measured values are assigned to specific movement positions of the coordinate axes (XYZ).
Die Einstellparameter für den Scanning-Betrieb des Koordinatenmessgerätes werden für verschiedene Werkstückoberflächen abgespeichert und beim Scanning eingesetzt. Die Auswahl der geeigneten Regelparameter für die Scanning-Steuerung wird aus dem Ergebnis des Einmessvorganges der Kennlinie des Sensors an der konkreten Materialoberfläche abgeleitet.The setting parameters for the scanning operation of the coordinate measuring machine are stored for different workpiece surfaces and used for scanning. The selection of suitable control parameters for the scanning control is derived from the result of the calibration process of the characteristic of the sensor on the concrete material surface.
Zusätzlich zu den Messpunkten, die mit dem Interferometer-Sensor gemessen werden, können Punkte mit einem anderen z. B. taktilen oder Bildverarbeitungssensor gemessen werden, um sodann die mit dem Interferometer-Sensor gemessene Punktwolke durch die mit dem anderen Sensor gemessenen Punkte geometrisch zu korrigieren.In addition to the measurement points that are measured with the interferometer sensor, points with another z. B. tactile or image sensor to be measured in order then to correct the measured by the interferometer sensor point cloud geometrically by the measured with the other sensor points.
Die Sensoren können unabhängig voneinander und/oder entlang verschiedener Achsen verstellt werden.The sensors can be adjusted independently of each other and / or along different axes.
Zum Vermessen kann das Messobjekt durch Dreh- oder Dreh-Schwenkachsen während der Messung zu dem Interferometer-Sensor herumgedreht oder geschwenkt werden, um eine optimale Ausrichtung des optischen Strahls zu erzielen.For measurement purposes, the measurement object can be turned around or pivoted by rotary or rotary pivot axes during the measurement to the interferometer sensor in order to achieve an optimal alignment of the optical beam.
Insbesondere wird das Messobjekt über eine Dreh- oder Dreh-Schwenkachse während des Scanning- Vorgangs mit dem Interferometer-Sensor automatisch in eine optimale Winkellage für den Scanning-Betrieb eingeschwenkt oder gedreht, wobei typischerweise Messpunktnormale und optische Achse des Messstrahls parallel zueinander verlaufen.In particular, the measurement object is automatically swiveled or rotated by means of a rotary or rotary pivot axis during the scanning process with the interferometer sensor into an optimal angular position for the scanning operation, wherein typically measurement point normal and optical axis of the measurement beam run parallel to one another.
Der Sollwert für das Eindrehen oder Einschwenken des Messobjektes sollte eine 90°- Stellung zwischen der aus benachbarten Messpunkten gebildeten Scanning-Linie und dem Sensorstrahlengang sein. Auch kann der Sollwert für das Eindrehen oder Einschwenken des Messobjekts eine 90°-Stellung zwischen der aus benachbarten Messpunkten gebildeten Scanning-Linie und der optischen Messachse sein. Dabei kann die Richtung der Scanning-Linie durch Ausgleichsrechnung aus zwei oder mehreren Messpunkten erfolgen. Um insbesondere eine optimale Ausrichtung des Interferometer-Sensors bzw. dessen Mess- oder Lichtleiters und damit der optischen Achse des Messstrahls zum Objekt bzw. zu messendem Bereich wie Rohr, Loch etc. zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass bei der Messung im Zusammenspiel zwischen Sensor und Koordinatenmessgerät Konturlinien am zu messenden Merkmal in zumindest zwei unterschiedlichen Höhen gemessen werden und hieraus die Sollvorgabe für einen durch Dreh- oder Drehschwenkachse ausgeführtes Senkrechtstellen des Messobjektmerkmals zum Sensorstrahlengang und/oder parallel zur Mess- bzw. Lichtleiterachse abgeleitet wird.The setpoint for screwing in or swiveling in the measurement object should be a 90 ° position between the scanning line formed from adjacent measurement points and the sensor beam path. Also, the target value for the screwing or swiveling in of the test object can be a 90 ° position between the scanning line formed from adjacent measuring points and the optical measuring axis. The direction of the scanning line can be effected by compensation calculation from two or more measuring points. In order to allow in particular an optimal alignment of the interferometer sensor or its measuring or light guide and thus the optical axis of the measuring beam to the object or to be measured area such as pipe, hole, etc., it is provided that during the measurement in the interaction between sensor Contour lines on the feature to be measured in at least two different heights are measured and from this the target specification for a executed by rotary or rotary pivot vertical positions of the measurement object feature to the sensor beam path and / or parallel to the measuring or optical fiber axis is derived.
Befindet sich auf dem zu messenden Werkstück eine Verschmutzung wie Öl, Wasser oder ähnliche Stoffe ist vorgesehen, dass bei der Messung mit dem Interferometer- Sensor entsprechende Verschmutzungen dadurch aus dem Messergebnis ausgeblendet werden, dass bei der Messung von mehr als einer Schicht mit dem Interferometer- Sensor jeweils die vom Sensor am weitesten entfernt liegende Schicht zur Messung berücksichtigt wird.If contamination is present on the workpiece to be measured, such as oil, water or similar substances, it is envisaged that corresponding contamination will be masked out of the measurement result when measuring with the interferometer sensor, that when measuring more than one layer with the interferometer. Sensor, the layer furthest away from the sensor is taken into account for measurement.
Ein Verfahren zum Messen eines Objekts mittels eines Koordinatenmessgerätes unter Verwendung eines in zumindest zwei Koordinatenachsrichtungen automatisch bewegbaren Tastsystems mit einem ein zu messendes Objekt berührungslos antastenden optischen Sensor, insbesondere ein nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitender punktförmig wirkender Abstandssensor (Interferometer-Sensor) zeichnet sich dadurch aus, dass gewünschte Oberflächenstrukturen wie Oberflächenneigungen des Objekts mit dem zumindest einen und/oder zumindest zwei optischen Sensoren mit anpassbarem bzw. einstellbarem Messstrahlaustrittswinkel und/oder Messstrahlwinkelpo- sition und/oder Messstrahllänge gemessen wird, und dass die Messergebnisse für die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen durch ein aufeinander Einmessen des bzw. der Sensoren in Bezug auf die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelposition und/oder Strahllängen in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein nach dem Funktionsprinzip des Interferometers arbeitender optischer Sensor (Interferometer-Sensor) unter Verwendung von teilkohärentem Licht eingesetzt wird. Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass neben dem optischen Sensor wie Interfero- meter-Sensor weitere Sensoren der Koordinatenmesstechnik, wie berührende Sensoren und/oder Bildverarbeitung und/oder Laser und/oder taktil-optischer Fasertaster und/oder messende Taster und/oder schaltende Taster und/oder Laserabstandssensoren in das Koordinatenmessgerät integriert werden.A method for measuring an object by means of a coordinate measuring machine using an automatically movable in at least two coordinate axes probe system with an object to be measured non-contact optical sensor, in particular a working according to the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer sensor) is characterized in that desired surface structures such as surface slopes of the object are measured with the at least one and / or at least two optical sensors with adaptable or adjustable measuring beam exit angle and / or measuring beam angle position and / or measuring beam length, and the measurement results for the different exit angles and / or angular positions and / or lengths by measuring the sensor (s) in relation to one another with respect to the different exit angles and / or angular positions and / or beam lengths in a uniform coordinate be made available. In particular, it is provided that an operating according to the operating principle of the interferometer optical sensor (interferometer sensor) is used using partially coherent light. In particular, the invention provides that in addition to the optical sensor such as interferometer sensor other sensors of the coordinate measuring technique, such as contact sensors and / or image processing and / or laser and / or tactile-optical fiber probe and / or measuring probe and / or switching buttons and / or laser distance sensors are integrated into the coordinate measuring machine.
Losgelöst hiervon sollten die Sensoren unabhängig voneinander und/oder entlang verschiedener Achsen verstellt werden.Detached from this, the sensors should be adjusted independently of each other and / or along different axes.
Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further developments emerge from the dependent claims.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from these-in themselves and / or in combination-but also from the following description of a drawing to be taken preferred exemplary embodiment.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Koordinatenmessgerätes,1 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung betreffend das Einmessen verschiedener Winkelpositionen,2 is a schematic diagram relating to the measurement of different angular positions,
Fig. 3 verschiedene Antastpositionen an einer Kalibrierkugel,3 different probing positions on a calibration ball,
Fig. 4 ein Dreh-/Schwenkgelenk des Koordinatenmessgerätes,4 a rotary / pivot joint of the coordinate measuring machine,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung zur Bestimmung von Winkelpositionen,5 is a schematic diagram for determining angular positions,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung eines Tasterwechselmagazins, Fig. 7 Prinzipdarstellungen von Messungen mit verschiedenen Winkelvorsätzen eines Sensors sowie hieraus ermittelter Konturzug,6 is a schematic diagram of a probe change magazine, 7 is a schematic representation of measurements with different angle attachments of a sensor as well as a contour curve determined therefrom,
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung zur Bestimmung einer Sensorkennlinie undFig. 8 is a schematic diagram for determining a sensor characteristic and
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung zur Bestimmung der räumlichen Lage einer Sensorkennlinie.Fig. 9 is a schematic diagram for determining the spatial position of a sensor characteristic.
In Fig. 1 ist rein prinzipiell ein Koordinatenmessgerät 10 mit z. B. aus Granit bestehendem Grundrahmen 12 mit Messtisch 14 dargestellt, auf dem ein Werkstück 16 angeordnet ist, das zu messen ist.In Fig. 1 is purely in principle a coordinate measuring machine 10 with z. B. consisting of granite existing base frame 12 with measuring table 14, on which a workpiece 16 is arranged, which is to be measured.
Entlang dem Grundrahmen 12 ist ein Portal 18 in Y-Richtung des Koordinatensystems des Koordinatenmessgerätes 10 verstellbar. Hierzu sind Säulen oder Ständer 20, 22 gleitend auf dem Grundrahmen 12 abgestützt. Von den Säulen 20, 22 geht eine Traverse 24 aus, entlang der, also gemäß der Zeichnung in X-Richtung ein Schlitten 26 verstellbar ist, der seinerseits eine Pinole oder Säule 28 aufnimmt, die in Z-Richtung verstellbar ist.Along the base frame 12, a portal 18 in the Y direction of the coordinate system of the coordinate measuring machine 10 is adjustable. For this purpose, columns or uprights 20, 22 are slidably supported on the base frame 12. From the columns 20, 22, a traverse 24 goes along, so according to the drawing in the X direction, a carriage 26 is adjustable, which in turn receives a quill or column 28 which is adjustable in the Z direction.
Die Pinole oder Säule 28 weist im Ausführungsbeispiel zwei Sensoren auf. Einer der Sensoren 30 kann ein Abstandssensor sein. Dieser kann zum Beispiel auch durch einen mechanischen Taster oder einen optotaktil arbeitenden Taster ersetzt sein. Der zweite Sensor 32, der erfindungsgemäß ausgebildet wird, arbeitet bevorzugterweise nach dem Prinzip eines Interferometers, ohne dass hierdurch die erfindungsgemäße Lehre einschränkt wird. Anstelle eines nach dem interferometrischen Prinzip arbeitenden Sensors kann zum Beispiel auch ein Laserabstandssensor eingesetzt werden. Aus Gründen der Vereinfachung wird nachstehend von einem Interferometersensor gesprochen, ohne dass erwähntermaßen hierdurch eine Einschränkung der Lehre erfolgt.The quill or column 28 has in the exemplary embodiment two sensors. One of the sensors 30 may be a distance sensor. This can also be replaced, for example, by a mechanical button or an optotactile button. The second sensor 32, which is designed according to the invention, preferably operates according to the principle of an interferometer, without this limiting the teaching according to the invention. Instead of a sensor operating according to the interferometric principle, it is also possible, for example, to use a laser distance sensor. For reasons of simplification, an interferometer sensor is referred to below, without this being mentioned as limiting the teaching.
Dieser Interferometer- Sensor 32 ist über ein Dreh-Schwenkgelenk 34 mit der Pinole 28 verbunden. Von dem Dreh-Schwenkgelenk geht ein Gehäuse 36 mit innerhalb von die- sem verlaufendem Mess- oder Lichtleiter 38 aus, über den die insbesondere teilkohärente Strahlung zum berührungslosen Antasten des Objekts 16 auf dieses abgebildet wird, um sodann aufgrund der in den Lichtleiter 38 zurückreflektierten Strahlung nach dem interferometri sehen Prinzip das Werkstück 16 zu messen. Der Interferometer-Sensor 32 bzw. das den Lichtleiter 38 aufnehmende Gehäuse 36 kann über eine Wechselschnittstelle ausgetauscht werden, um in gewünschtem Umfang andere Messleiter bzw. andere Sensoren wie taktile Sensoren einzusetzen.This interferometer sensor 32 is connected via a rotary swivel joint 34 with the quill 28. From the rotary swivel joint goes a housing 36 with within these sem running measuring or light guide 38, through which the particular partially coherent radiation for non-contact probing of the object 16 is imaged on this, then, due to the reflected back into the light guide 38 radiation according to the interferometri principle to measure the workpiece 16. The interferometer sensor 32 or the housing 36 accommodating the optical waveguide 38 can be exchanged via an exchangeable interface in order to use, to the desired extent, other measuring conductors or other sensors such as tactile sensors.
Aus Gründen der Prinzipdarstellung ist in Fig. 1 der Lichtleiter 38 mit austretendem Messstrahl 42 gradlinig dargestellt. Bei durchzuführenden Messaufgaben, insbesondere zur Bestimmung von Oberflächenneigungen des Objektes, verläuft der Austritts- also Messstrahl 42 des Sensors 32 unter einem von 0° abweichenden Winkel zur Längsachse des Lichtleiters 38 und des Gehäuses 36. Zum Umlenken bzw. Ablenken des Messstrahls 42 können am Lichtleiter 38 den Strahl ablenkende Elemente wie Spiegel oder Prismen vorgesehen sein, um erwähntermaßen gewünschte Austrittsstrahlrichtungen zu erzielen. Um den Messaufgaben entsprechende Ab- bzw. Umlenkung zu erzielen, können die entsprechenden ablenkenden Elemente austauschbar mit dem Gehäuse 36 und dem Lichtleiter 38 verbunden sein, wobei der Lichtleiter 38 sich in dem ablenkenden Element nicht fortsetzen muss. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, über entsprechende Verbindungen einen Abschnitt des Lichtleiters austauschbar bzw. auswechselbar auszubilden, um den gewünschten geometrischen Verlauf des Messstrahls 42, der auf das Objekt 16 auftrifft, zu realisieren.For reasons of schematic representation, the optical waveguide 38 with straight measuring beam 42 is shown in a straight line in FIG. In the case of measurement tasks to be performed, in particular for determining surface slopes of the object, the exit beam 42 of the sensor 32 extends at an angle deviating from 0 ° to the longitudinal axis of the light guide 38 and the housing 36. For redirecting or deflecting the measurement beam 42 at the light guide 38 may be provided with beam deflecting elements such as mirrors or prisms to achieve desired exit beam directions as mentioned. In order to achieve the deflection or deflection corresponding to the measurement tasks, the corresponding deflecting elements can be exchangeably connected to the housing 36 and the light guide 38, wherein the light guide 38 does not have to continue in the deflecting element. Of course, it is also possible, via corresponding connections, to form a section of the optical waveguide exchangeably or interchangeably in order to realize the desired geometrical course of the measuring beam 42 which impinges on the object 16.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Koordinatenmessgerät geht der Sensor 32 bzw. das den Lichtleiter 38 aufweisende Gehäuse 36 von einem Dreh-/Schwenkgelenk 34 aus, das wiederum mit der Pinole bzw. dem Schlitten 28 verbunden ist. Mit dem Gehäuse 36 sind Winkelvorsätze 40 verbunden, um den über den Lichtleiter 38 geführten und aus dem Winkeloptikvorsatz 40 austretenden Messstrahl 42 im gewünschten Winkel auf die Oberfläche des zu messenden Objektes 16 fallen zu lassen. Um optimal Messen zu können, sind die austauschbaren Winkeloptikvorsätze 40 unterschiedlich gestaltet, um den Messstrahl 42 unter einem gewünschten Winkel α zur Längsachse des Lichtleiters 38 auszurichten.In the case of the coordinate measuring machine shown in FIG. 1, the sensor 32 or the housing 36 having the light guide 38 starts from a rotary / pivot joint 34, which in turn is connected to the quill or the carriage 28. Angle attachments 40 are connected to the housing 36 in order to allow the measuring beam 42, which is guided via the optical waveguide 38 and emerging from the angle optical attachment 40, to drop onto the surface of the object 16 to be measured at the desired angle. In order to be able to measure optimally, the exchangeable angle optical attachments 40 are designed differently in order to align the measuring beam 42 at a desired angle α to the longitudinal axis of the optical waveguide 38.
Um ungeachtet unterschiedlicher Winkeloptikvorsätze 40 die Messergebnisse in einem einheitlichen Koordinatensystem vorliegen zu haben, muss ein Einmessen erfolgen. Anhand der Fig. 2 wird das Einmessen verschiedener Winkelpositionen prinzipiell veranschaulicht. Unter Berücksichtigung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ist das Gehäuse 36 mit drei Winkelvorsätzen 44, 46, 48 austauschbar verbunden, über die der jeweilige Messstrahl 42 voneinander abweichende Winkel zur Längsachse des Lichtleiters 28 beschreibt, also die Austrittswinkel aus dem Sensor voneinander abweichen. Um die verschiedenen Winkelpositionen der Winkeloptikvorsätze 44, 46, 48 aufeinander einzumessen, wird eine Kalibrierkugel 50 benutzt, die unter Verwendung der verschiedenen Winkeloptikvorsätze 44, 46, 48 angetastet wird.In order to have the measurement results in a uniform coordinate system regardless of different angle optical attachments 40, a calibration must be performed. Based on FIG. 2, the calibration of different angular positions is illustrated in principle. Taking account of the embodiment of FIG. 1, the housing 36 is interchangeably connected to three angle attachments 44, 46, 48, via which the respective measuring beam 42 deviating from each other angle to the longitudinal axis of the light guide 28, ie the exit angle from the sensor differ from each other. To calibrate the various angular positions of the angle optics attachments 44, 46, 48, a calibration ball 50 is used which is keyed using the various angle optics attachments 44, 46, 48.
In Fig. 3 sind verschiedene Antastpositionen 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 dargestellt. Diese sind mit jeweils jedem Winkeloptikvorsatz 44, 46, 48 auf der Kugel 50 antastbar. Die Punkte werden entsprechend mit jedem Winkeloptikvorsatz 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 gemessen und aus den jeweiligen Punkten die jeweiligen Kugelmittelpunktpositionen gerechnet. Aus den Kugelmittelpunktpositionen ergibt sich der Versatz des jeweiligen Winkeloptikvorsatzes 44, 46, 48 zueinander. Entsprechendes gilt für den Fall, dass nicht ein Sensor mit unterschiedlichen Winkeloptikvorsätzen zum Einsatz gelangt, sondern mehrere Sensoren, die entsprechend voneinander abweichende Winkeloptiken aufweisen.In Fig. 3 different probing positions 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 are shown. These can be touched on the ball 50 with each respective angle lens attachment 44, 46, 48. The points are correspondingly measured with each angle optical attachment 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 and calculated from the respective points the respective ball center point positions. The offset of the respective angle optical attachment 44, 46, 48 from one another results from the sphere center point positions. The same applies to the case that not a sensor with different angle optical attachments is used, but a plurality of sensors having correspondingly different angle angles.
Erfindungsgemäß geht der Sensor 32 von einem Dreh-/Schwenkgelenk aus. Hierzu ist vorgesehen, dass mit dem Schlitten bzw. der Pinole 28 ein Schwenkkopf 66 verbunden ist, der eine Halterung 68 mit Schwenkgelenk 70 umfasst, das entlang einer Führungsbahn 72 verschiebbar den Sensor 32 aufnimmt. Die Führungsbahn 72 ist derart ausgebildet, dass der Sensor 32 entlang des Pfeils 74 bewegbar ist, wobei Arbeitspunkt 76 des Sensors 32 in der Mitte des Schwenkbereichs zu liegen kommt. Um Fehler, die in Abhängigkeit von der Neigungslage der Oberfläche des zu messenden Objektes 16 auftreten können, zu korrigieren, wird erfindungsgemäß die Oberflächenneigungsabhängigkeit des Sensors 36 experimentell ermittelt. Hierzu wird eine Einmessebene 78 um den Arbeitspunkt 80 des Sensors 36 bewegt. Die Messpunkte des Sensors 36 werden für jede Winkelposition der Einmessebene 78 aufgenommen und in einer Kennlinie aufgetragen. Diese Kennlinie wird sodann für die Korrektur des Sensorverhaltens in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Oberfläche benutzt.According to the invention, the sensor 32 starts from a rotary / pivot joint. For this purpose, it is provided that a swivel head 66 is connected to the carriage or quill 28, which comprises a holder 68 with swivel joint 70 which slidably receives the sensor 32 along a guideway 72. The guideway 72 is formed such that the sensor 32 is movable along the arrow 74, wherein the operating point 76 of the sensor 32 comes to lie in the middle of the pivoting range. In order to correct errors that may occur as a function of the inclination position of the surface of the object 16 to be measured, according to the invention the surface inclination dependence of the sensor 36 is determined experimentally. For this purpose, an adjustment plane 78 is moved about the operating point 80 of the sensor 36. The measuring points of the sensor 36 are recorded for each angular position of the Einmaßbene 78 and plotted in a curve. This characteristic is then used for the correction of the sensor behavior as a function of the angle of inclination of the surface.
Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, den Sensor bzw. das dem Lichtleiter 38 aufnehmende Gehäuse 36 oder allein den Winkeloptikvorsatz auswechselbar zu gestalten, wobei ein Parken in einem Tasterwechselmagazin 82 erfolgen kann, in dem auch sonstige zum Einsatz gelangende Taster wie taktile Taster eingebracht werden können.According to the invention it is possible to make the sensor or the light guide 38 receiving housing 36 or alone the angle optical attachment interchangeable, with parking in a Tasterwechselmagazin 82 can be done in which other used reaching buttons such as tactile feeler can be introduced.
In Fig. 6 umfasst das Tasterwechselmagazin 82 insgesamt drei Parkmöglichkeiten von Sensoren, wobei im Ausführungsbeispiel ein taktil arbeitender Sensor sowie zwei entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre arbeitende optische Sensoren bzw. Messnadeln 86, 88 parkbar sind. Die Messnadeln 86, 88, die an den Sensor ankoppelbar sind, weisen von einander abweichende Winkeloptikvorsätze auf, um unterschiedlich messen zu können. Dies wird durch die Pfeile symbolisiert.In Fig. 6, the probe changing magazine 82 comprises a total of three parking possibilities of sensors, wherein in the embodiment, a tactile-working sensor and two according to the teaching of the invention working optical sensors or measuring needles 86, 88 are parked. The measuring needles 86, 88, which can be coupled to the sensor, have deviating angle optical attachments, in order to measure different. This is symbolized by the arrows.
Anhand der Prinzipdarstellung der Fig. 6 wird auch deutlich, dass zur Erzielung gewünschter Messstrahlverläufe das den Lichtleiter 38 aufnehmende Gehäuse mit dem Winkeloptikvorsatz als Einheit austauschbar ist. Selbstverständlich ist auch allein ein Austausch der Winkeloptikvorsätze möglich.6, it is also clear that in order to achieve desired measuring beam profiles, the housing receiving the optical waveguide 38 is exchangeable with the angle optical attachment as a unit. Of course, even an exchange of angle optics intentions is possible.
Anhand der Fig. 7 wird der erfindungsgemäße Gedanke prinzipiell erläutert, dass Objekte mit einem oder mehreren Sensoren mit voneinander abweichenden Messstrahlaus- trittswinkeln und/oder Messstrahlwinkelpositionen und/oder Messstrahllängen zum Messen des Objektes 16 zum Einsatz gelangen, um insbesondere unabhängig von dem Oberflächenverlauf bzw. dessen Neigung optimal messen zu können, um sodann einen geschlossenen Konturzug der Oberfläche zu erhalten.With reference to FIG. 7, the idea according to the invention is explained in principle that objects with one or more sensors with differing measuring beam exit angles and / or measuring beam angle positions and / or measuring beam lengths are used to measure the object 16, in particular independently of this Surface gradient or its inclination to be able to measure optimally in order to then obtain a closed contour of the surface.
So soll die linke Darstellung in Fig. 7 verdeutlichen, dass Messungen mit speziellen Winkelobjektvorsätzen durchgeführt werden, die zur Längsachse des Lichtleiters 38 einen Winkel von 90° bzw. + 45° bzw. - 45° einschließen. Die Winkelvorsätze 90 zeigen eine 90°- Ablenkrichtung, der Winkeloptikvorsatz 92 eine - 45°-Ablenkung und der Winkeloptikvorsatz 94 eine + 45°-Ablenkung. Die entsprechenden hieraus ermittelten Konturzüge 96, 98, 100, 102, 104 werden unter Zuhilfenahme vorher eingemessener Positionswerte der Sensoren bzw. Winkeloptikvorsätze 90, 92, 94 zu einem geschlossenen Konturzug 106 (rechte Darstellung in Fig. 7) zusammengefügt.Thus, the left-hand illustration in FIG. 7 is intended to illustrate that measurements are carried out with special angle object attachments which enclose an angle of 90 ° or + 45 ° or -45 ° to the longitudinal axis of the light guide 38. The angle attachments 90 show a 90 ° deflection direction, the angle optical attachment 92 a - 45 ° deflection and the angle optical attachment 94 a + 45 ° deflection. The corresponding contour curves 96, 98, 100, 102, 104 determined therefrom are joined together to form a closed contour 106 (right-hand representation in FIG. 7) with the aid of previously measured position values of the sensors or angle optical attachments 90, 92, 94.
Das Einmessen des Sensors an einem Einmessnormal wie zum Beispiel der Kugel 50 soll anhand der Fig. 7 verdeutlicht werden. Der zum Einsatz gelangende Sensor mit einem um — 45° ablenkenden Winkeloptikvorsatz 108 wird entlang seiner Messrichrung 110 (Z) ausgelenkt. Hierbei werden die Abstandswerte A, die der Sensor 108 liefert, als Kennlinie 112 über den Auslenkwerten Z dargestellt. Diese Kennlinie 1 12 wird in einem Rechner abgespeichert, um später zur Korrektur der jeweiligen Messwerte von dem jeweiligen Abstandsmesswert A zu nutzen. Dabei sollte die Kugel 50 deutlich größer als der Messbereich des Sensors sein, um Fehler zu minimieren.The calibration of the sensor to a calibration standard such as the ball 50 will be illustrated with reference to FIG. 7. The sensor used is deflected along its measuring direction 110 (Z) by means of an angle optical attachment 108 which is deflected by - 45 °. Here, the distance values A, which the sensor 108 supplies, are represented as a characteristic curve 112 over the deflection values Z. This characteristic curve 1 12 is stored in a computer in order to use later for the correction of the respective measured values of the respective distance measurement value A. The ball 50 should be significantly larger than the measuring range of the sensor in order to minimize errors.
Die Ermittlung der räumlichen Lage einer Sensorkennlinie an einem Einmessnormal 114, das im Ausführungsbeispiel wiederum eine Kugel ist, wird anhand der Fig. 9 verdeutlicht. So wird das Einmessnormal 114 in mindestens vier Positionen mit jeweils zum Beispiel drei unterschiedlichen Abständen zum Einmessnormal gemessen. Die Bewegung des Sensors muss dabei nicht mit der Messstrahlrichtung zusammenfallen, kann vielmehr hiervon abweichen. Durch das erfindungsgemäße Einmessen treten hierdurch jedoch keine Messfehler auf. Aus den Punkten mit dem jeweils gleichen Abstand, also 2, 6, 9, 15 bzw. 3, 7, 1 1, 17 bzw. 4, 8, 13, 19 werden sodann die Kugelmittelpunkte Pl, P2 und P3 berechnet. Aus der Verschiebung der Kugelmittelpunkte Pl, P2 und P3 kann sodann die Lage der Sensorkennlinie in zum Beispiel XJZ- oder Y/Z-Richtung und damit räumlich berechnet werden. In der Sensorkennlinie ist folglich der gemessene Wert zu dem realen oder Ist-Wert in Beziehung gesetzt. The determination of the spatial position of a sensor characteristic on a calibration standard 114, which in turn is a ball in the exemplary embodiment, will be made clear with reference to FIG. 9. Thus, the calibration standard 114 is measured in at least four positions each with, for example, three different distances to the calibration standard. The movement of the sensor does not have to coincide with the measuring beam direction, but may deviate from this. Due to the calibration according to the invention, however, no measurement errors occur as a result. From the points with the same distance, ie 2, 6, 9, 15 or 3, 7, 1 1, 17 or 4, 8, 13, 19 then the ball centers Pl, P2 and P3 are calculated. From the displacement of the ball centers Pl, P2 and P3 can then be the position of the sensor characteristic in, for example, XJZ or Y / Z direction and thus spatially calculated. In the sensor characteristic, therefore, the measured value is related to the real or actual value.

Claims

PatentansprücheKoordinatenmessgerät sowie Verfahren zum Messen eines Objektes mit einem Koordinatenmessgerät Coordinate measuring device and method for measuring an object with a coordinate measuring machine
1. Koordinatenmessgerät (10) umfassend ein in zumindest zwei Koordinatenachsenrichtungen insbesondere automatisch bewegbares wie maschinengesteuertes Tastsystem mit zumindest einem ein zu messendes Objekt (16) berührungslos antastenden optischen Sensor (32), der insbesondere als ein nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitender punktförmig wirkender Abstandssensor (Interferometer-Sensor) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Austrittswinkel und/oder Winkelposition und/oder Länge des Messstrahlengangs des zumindest einen optischen Sensors (32) und/oder der Messstrahlengänge von zumindest zwei in dem Koordinatenmessgerät (10) integrierten optischen Sensoren zur Erfassung gewünschter Strukturen des Objektes (16) anpassbar ist und dass die Messergebnisse für die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen durch aufeinander Einmessen des bzw. der optischen Sensoren in Bezug auf die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung stellbar sind.1. Coordinate measuring machine (10) comprising an at least two coordinate axis directions in particular automatically movable as machine-controlled touch probe with at least one object to be measured (16) non-contact scanning optical sensor (32), in particular as a function of the principle of an interferometer punctiform distance sensor ( Interferometer sensor), characterized in that the exit angle and / or angular position and / or length of the measuring beam path of the at least one optical sensor (32) and / or the measuring beam paths of at least two in the coordinate measuring machine (10) integrated optical sensors for detecting desired Structures of the object (16) is adaptable and that the measurement results for the different exit angles and / or angular positions and / or lengths by successive measurement of the or the optical sensors with respect to the different exit angle and / or wink elpositionen and / or lengths in a uniform coordinate system are available.
2. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel und/oder die Winkelposition und/oder die Länge des zumindest einen Messstrahlengangs durch Einstellen und/oder Auswechseln von Vorsätzen wie Winkeloptikvorsätzen anpassbar ist. 2. Coordinate measuring machine according to claim 1, characterized in that the exit angle and / or the angular position and / or the length of the at least one measuring beam path can be adjusted by adjusting and / or replacing attachments such as angle optical attachments.
3. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem optischen Sensor wie Interferometer-Sensor (32) weitere Sensoren der Koordinatenmesstechnik wie berührende Sensoren (84) und/oder Bildverarbeitung (30) und/oder Laser und/oder taktil-optische Fasertaster und/oder messende Taster und/oder schaltende Taster und/oder Laserabstandssensoren (30) integriert sind, wobei die in das Koordinatenmessgerät (10) eingebundenen Sensoren in ihren Positionen und/oder Richtungen aufeinander eingemessen sind und die Messergebnisse in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung stellbar sind.3. Coordinate measuring machine according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the optical sensor such as interferometer sensor (32) further sensors of the coordinate measuring technique such as contacting sensors (84) and / or image processing (30) and / or laser and / or tactile optical fiber probes and / or measuring probes and / or switching probes and / or laser distance sensors (30) are integrated, wherein in the coordinate measuring machine (10) integrated sensors are measured in their positions and / or directions to each other and the measurement results in a uniform coordinate system for Are available adjustable.
4. Koordinatenmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optischen Strahl des optischen Sensors führender Messleiter (36, 38) wie Lichtleiter um dessen optische Achse rotierbar angeordnet ist, wobei physikalisch wirksame Rotationsachse des Messleiters (38) durch Einmessen des optischen Sensors (32) wie Interferometer-Sensors an einem kalibrierten Normal bestimmbar und beim Einsatz des Sensors sodann korrigierend berücksichtigbar ist, wobei insbesondere als Einmessnormal ein oder mehrere kalibrierte Ringe und/oder ein oder mehrere kalibrierte Kugeln (50) einsetzbar sind.4. Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the optical beam of the optical sensor leading measuring conductor (36, 38) as optical fiber is rotatably disposed about the optical axis, wherein physically effective axis of rotation of the measuring conductor (38) by measuring the optical sensor (32) how the interferometer sensor can be determined on a calibrated normal and then correctively taken into account when using the sensor, wherein in particular one or more calibrated rings and / or one or more calibrated balls (50) can be used as the calibration standard.
5. Koordinatenmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolut-Position der Kennlinie des optischen Sensors wie Interferometer-Sensors (32) innerhalb des Koordinatenmessgeräts (10) für jede Winkelstellung durch Messung der Position eines kalibrierten Normals einmessbar ist, insbesondere für ausgewählte Winkelstellungen die Absolutposition der Kennlinie des Interferometer-Sensors (32) bestimmbar und bei späterer Messung für dazwischen liegende Winkelpositionen die Sensor-Kennlinien-Position durch Interpolation ermittelbar ist. 5. Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the absolute position of the characteristic of the optical sensor such as interferometer sensor (32) within the coordinate measuring machine (10) for each angular position by measuring the position of a calibrated standard is einmbar, in particular for selected angular positions, the absolute position of the characteristic curve of the interferometer sensor (32) can be determined and, in the case of a later measurement for intervening angular positions, the sensor characteristic position can be determined by interpolation.
6. Koordinatenmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor wie Interferometer-Sensor (32) über ein Dreh- oder Drehschwenkgelenk (72) am Koordinatenmessgerät (10) angeordnet ist, wobei insbesondere Schwenkpunkt des Dreh- und/oder Drehschwenkgelenks nahe am Antastpunkt (74) des optischen Sensors (32) oder im Antastpunkt des Sensors selbst angeordnet ist.6. Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the optical sensor such as interferometer sensor (32) via a rotary or rotary swivel joint (72) on the coordinate measuring machine (10) is arranged, in particular pivot point of the rotary and / or Drehschwenkgelenks located near the touch point (74) of the optical sensor (32) or in the touch point of the sensor itself.
7. Koordinatenmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messleiter (38) bzw. ein diesen aufnehmendes Gehäuse (36) auswechselbar ausführbar ist, wobei insbesondere die auswechselbaren Messleiter (38) bzw. das Gehäuse (36) über ein Tasterwechselmagazin (82) des Koordinaten- messgerätes (10) ein- und auswechselbar sind, wobei vorzugsweise mechanische Schnittstelle des Tasterwechselmagazins des optischen Sensors wie Interferome- ter-Sensors (32) anderer verwendeter Sensoren, insbesondere taktiler Sensoren (84) entspricht.7. Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring conductor (38) or a housing receiving this (36) is interchangeable executable, in particular the interchangeable measuring conductor (38) or the housing (36) via a Tasterwechselmagazin (82) of the coordinate measuring device (10) are switched on and interchangeable, preferably mechanical interface of the probe changing magazine of the optical sensor as Interferometer ter- sensor (32) of other sensors used, in particular tactile sensors (84).
8. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Strahl bzw. Sensorstrahl über auswechselbare Messnadeln wie Lichtleiter (36, 38) zum Messort (16) fuhrbar ist, und dass Austrittswinkel der auswechselbaren Messnadeln unterschiedlich derart gestaltet sind, dass unter Berücksichtigung der Aperturwinkel der Sensoren gewünschte Oberflächenneigung des Messobjekts vorzugsweise im Bereich von 0° bis 90° oder 0° bis 180° erfassbar sind. 8. Coordinate measuring machine according to claim 7, characterized in that the optical beam or sensor beam via interchangeable measuring needles such as light guide (36, 38) to the measuring location (16) is navigable, and that exit angle of the interchangeable measuring needles are designed differently such that, taking into account Aperture angle of the sensors desired surface inclination of the measurement object are preferably detectable in the range of 0 ° to 90 ° or 0 ° to 180 °.
9. Verfahren zum Messen eines Objekts mittels eines Koordinatenmessgerätes unter Verwendung eines in zumindest zwei Koordinatenachsrichtungen automatisch bewegbaren Tastsystems mit einem ein zu messendes Objekt berührungslos antastenden optischen Sensor, insbesondere ein nach dem Funktionsprinzip eines Interferometers arbeitender punktförmig wirkender Abstandssensor (Interfero- meter-Sensor), dadurch gekennzeichnet, dass gewünschte Oberflächenstrukturen wie Oberflächenneigungen des Objekts mit den zumindest einen und/oder zumindest zwei optischen Sensoren mit anpassbarem und/oder einstellbarem Messstrahlaustrittswinkel und/oder Mess- strahlwinkelposition und/oder Messstrahllänge gemessen wird, und dass die Messergebnisse für die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelpositionen und/oder Längen durch ein aufeinander Einmessen des bzw. der Sensoren in Bezug auf die unterschiedlichen Austrittswinkel und/oder Winkelposition und/oder Strahllängen in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden.9. A method for measuring an object by means of a coordinate measuring machine using an automatically movable in at least two coordinate axes probe system with an object to be measured non-contact optical sensor, in particular a working according to the principle of operation of an interferometer point-acting distance sensor (interferometer sensor), characterized in that desired surface structures such as surface slopes of the object with the at least one and / or at least two optical sensors with adaptable and / or adjustable measuring beam exit angle and / or measuring beam angle position and / or measuring beam length is measured, and that the measurement results for the different exit angles and or angular positions and / or lengths by measuring the sensor or sensors with respect to one another in relation to the different exit angles and / or angular positions and / or beam lengths in a uniform K coordinate system.
10. Verfahren nach zumindest Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass systematische Messfehler, die in ihrer Größe von der Winkelneigung zwischen Sensor-Messachse (optischer Achse) und Materialoberfläche abhängig sind, korrigiert werden, indem die Abweichung vorher durch Messung eines Normals im Koordinatenmessgerät bestimmt und die Abweichung gespeichert wird und dann beim Messen von Werkstücken mit dem Sensor korrigierend Berücksichtung findet, wobei neigungswinkelabhängige Fehler durch Messung eines Normals wie Kugelnormals und/oder durch Messung geneigter Ebenen er- fasst werden und/oder neigungsabhängige Fehler durch Verkippen einer Messfläche mit einer im Koordinatenmessgerät integrierten Dreh- oder Drehschwenkachse gemessen werden. 10. The method according to at least claim 9, characterized in that systematic measurement errors that are dependent in their size on the angular inclination between the sensor measuring axis (optical axis) and material surface, be corrected by the deviation previously determined by measuring a normal in the coordinate measuring machine and the deviation is stored and then takes corrective account when measuring workpieces with the sensor, wherein tilt angle-dependent errors are detected by measuring a normal such as Kugelormals and / or by measuring inclined planes and / or inclination-dependent errors by tilting a measuring surface with a coordinate measuring machine integrated rotary or rotary pivot axis are measured.
11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit verschiedenen Messleitern und/oder mit verschiedenem Winkel gemessene Punkte im Koordinatenmessgerät zu einer Gesamtkontur zusammengefügt werden, wobei eingemessene Positionen des Sensors im Koordinatenmessgerät berücksichtigt werden und wobei vorzugsweise die Konturen durch Messpunkte, die mit anderen Sensoren des Koordinatenmessgeräts erfasst wurden, ergänzt werden.11. The method according to at least one of claims 9 or 10, characterized in that the measured with different measuring conductors and / or with different angles points in the coordinate measuring machine are combined to form an overall contour, wherein measured positions of the sensor are taken into account in the coordinate measuring machine and preferably wherein the contours be complemented by measuring points that were recorded with other sensors of the CMM.
12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem optischen wie Interferometer-Sensor im Koordinatenmessgerät Konturen nach dem Scanning-Prinzip erfasst werden, indem eine oder mehrere Koordinatenachsen des Koordinatenmessgeräts der durch den Sensor detektier- ten Auslenkung nachgeregelt werden, so dass sich der angetastete Materialoberflächenpunkt in oder in etwa Mitte der Sensorkennlinie befindet, wobei vorzugsweise mit verschiedenen Messleitern und/oder Winkelpositionen und/oder Messstrahllängen Teilkonturen gescannt werden, die zu einer Gesamtkontur zusammengefügt werden.12. The method according to at least one of claims 9 to 11, characterized in that contours are detected according to the scanning principle with the optical and interferometer sensor in the coordinate measuring machine by one or more coordinate axes of the coordinate measuring machine readjusted deflection detected by the sensor be so that the probed material surface point is in or about the middle of the sensor characteristic, preferably with different measuring conductors and / or angular positions and / or measuring beam lengths are scanned partial contours, which are joined together to form an overall contour.
13. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Scanning mit dem optischen wie Interferometer-Sensor eine Bewegung in einer zusätzlichen Zustellachse gleichzeitig während des Scanning- Betriebs ausgeführt wird und mit einer weiteren Zustellachse gleichzeitig tangential oder annähernd tangential zur Materialoberfläche bewegt wird, um mehrdimensionale Konturen auf der Materialoberfläche zu scannen, wobei vorzugsweise die Zustellbewegung mäanderförmig ausgeführt und/oder die Zustellbewegung entsprechend einer Schraubenlinie und/oder Spirallinie durchgeführt wird. 13. The method according to at least one of claims 9 to 12, characterized in that during scanning with the optical and interferometer sensor, a movement in an additional feed axis is performed simultaneously during the scanning operation and tangential or approximately tangential to another feed axis at the same time Material surface is moved to scan multi-dimensional contours on the material surface, wherein preferably the feed motion executed meandering and / or the feed movement is carried out according to a helix and / or spiral line.
14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie des optischen wie Interferometer-Sensors für verschiedene Werkstückoberflächenarten mit den Achsen des Koordinatenmessgeräts eingemessen wird, wobei Messwerte bestimmten Verfahrpositionen der Koordinatenachsen zugeordnet werden.14. The method according to at least one of claims 9 to 13, characterized in that the characteristic of the optical and interferometer sensor is measured for different workpiece surface types with the axes of the coordinate measuring machine, wherein measured values are assigned to certain travel positions of the coordinate axes.
15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellparameter für den Scanning-Betrieb des Koordinatenmessgeräts für verschiedene Werkstückoberflächen abgespeichert werden und beim Scan- ning zum Einsatz kommen und dass insbesondere Auswahl geeigneter Regelparameter für die Scanning-Steuerung aus dem Ergebnis des Einmessvorgangs der Kennlinie des optischen wie Interferometer-Sensors an der konkreten Materialoberfläche abgeleitet werden.15. The method according to at least one of claims 9 to 14, characterized in that the setting parameters for the scanning operation of the coordinate measuring machine for different workpiece surfaces are stored and used in the scan- ning and that in particular selection of suitable control parameters for the scanning control derived from the result of the calibration process of the characteristic curve of the optical and interferometer sensor on the concrete material surface.
16. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Messpunkten, die mit dem optischen wie Interferometer- Sensor gemessen werden, Punkte mit einem anderen, zum Beispiel taktilen oder Bildverarbeitungs-Sensor gemessen und mit dem optischen wie Interferometer- Sensor gemessene Punktwolke durch die mit den anderen Sensoren gemessenen Punkte geometrisch korrigiert werden.16. The method according to at least one of claims 9 to 15, characterized in that in addition to the measuring points, which are measured with the optical and interferometer sensor, points with another, for example, tactile or image processing sensor measured and with the optical Interferometer sensor measured point cloud can be geometrically corrected by the measured with the other sensors points.
17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt durch Dreh- oder Dreh-/Schwenkachsen während der Messung um den optischen wie Interferometer-Sensor herum gedreht oder geschwenkt wird, wobei insbesondere das Messobjekt über eine Dreh- oder Dreh- /Schwenkachse während des Scanning- Vorgangs mit dem optischen wie Interfe- rometer-Sensor automatisch in eine optimale Winkellage für den Scanning- Betrieb eingeschwenkt oder gedreht wird.17. The method according to claim 9, characterized in that the measurement object is rotated or pivoted about the optical and interferometer sensor by means of rotary or rotary / pivot axes during the measurement, wherein in particular the measurement object can be rotated or rotated. or rotary / pivot axis during the scanning process with the optical as well as the automatically swiveled or rotated to an optimal angular position for scanning operation.
18. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollwert für das Eindrehen oder Einschwenken des Messobjekts eine 90°-Stellung zwischen der aus benachbarten Messpunkten gebildeten Scanning- Linie und dem Sensorstrahlengang gewählt wird oder Sollwert für das Eindrehen oder Einschwenken des Messobjekts eine 90°-Stellung zwischen der aus benachbarten Messpunkten gebildeten Scanning-Linie und der Messstrahlachse gewählt wird, wobei insbesondere Richtung der Scanning-Linie durch Ausgleichsrechnung aus zwei oder mehreren Messpunkten erfolgt.18. The method according to claim 9, characterized in that a 90 ° position between the scanning line formed from adjacent measuring points and the sensor beam path is selected as the setpoint for screwing in or swiveling in of the measuring object or setpoint for screwing in or Swiveling the measurement object is a 90 ° position between the scanning line formed from adjacent measuring points and the measuring beam axis is selected, in particular direction of the scanning line is carried out by compensation calculation of two or more measuring points.
19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung im Zusammenspiel zwischen dem optischen wie Interfe- rometer-Sensor und dem Koordinatenmessgerät Konturlinien am zu messenden Merkmal in mindestens zwei unterschiedlichen Höhen gemessen werden und hieraus Sollvorgabe für einen durch Dreh- oder Drehschwenkachse ausgeführtes Senkrechtstellen des Messobjektmerkmals zum Mess- bzw. Sensorstrahlengang und/oder parallel zur Sensor- wie Lichtleiterachse abgeleitet wird.19. Method according to claim 9, characterized in that during the measurement in the interaction between the optical and interferometer sensor and the coordinate measuring machine, contour lines on the characteristic to be measured are measured in at least two different heights and therefrom setpoint for one Vertical positioning of the measuring object feature executed by rotary or rotary pivot axis to the measuring or sensor beam path and / or parallel to the sensor and optical fiber axis is derived.
20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung mit dem optischen wie Interferometer-Sensor im Koordinatenmessgerät auf dem Werkstück vorhandene Verschmutzungen durch Öle, Wasser oder ähnliche Stoffe dadurch aus dem Messergebnis ausgeblendet werden, dass bei der Messung von mehr als einer Schicht mit dem optischen Sensor jeweils die vom Sensor am weitesten entfernt liegende Schicht zur Messung herangezogen wird. 20. The method according to at least one of claims 9 to 19, characterized in that in the measurement with the optical and interferometer sensor in the coordinate measuring machine on the workpiece existing contamination by oils, water or similar substances are thereby faded out of the measurement result that in the Measurement of more than one layer with the optical sensor in each case the most distant from the sensor layer is used for the measurement.
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