CN108225190A - 测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对物体进行尺寸测量的测量系统，该测量系统包括：接纳有待测量的物体的载物体；多个光学标记，光学标记被安排在载物体和/或有待测量的物体处；对有待测量的物体进行触觉扫描、光学扫描、和/或断层扫描的第一传感器，第一传感器生成第一测量信号；借助于光学标记来捕获有待测量的物体的空间取向和位置的第二光学传感器，第二传感器生成第二测量信号，第二测量信号包含关于光学标记的位置和空间取向的信息，并且其中，第二传感器经由机械刚性的连接而连接到第一传感器上；以及评估单元，评估单元配置成根据第二测量信号来确定有待测量的物体相对于第一传感器的位置和空间取向，并且根据第一测量信号来确定有待测量的物体的几何形状。

Description

测量系统

技术领域

本发明涉及一种用于对物体进行尺寸测量的测量系统。这种测量系统优选以坐标测量机的形式实现。

背景技术

由现有技术已知多种用于对物体进行尺寸测量的测量系统。在尺寸测量术中，多种多样的测量方法被用于在物体的几何形状和尺寸方面测量任何类型的物体。

在车身结构中经常使用的方法例如是使用条纹光投影的测量方法，在该测量方法中，可以基于常规的三角测量方法来计算有待测量的工件的三维几何形状。例如，由US 7,414,732 B2和US 8,502,991 B2已知这样的方法。

作为替代方案，特别是对于要求非常高的精确度的测量应用，典型地使用坐标测量机。在这样的坐标测量机中，不同种类的传感器可以用于捕获有待测量的物体的坐标。例如，在这方面已知如申请人以产品名称“VAST XT”或“VAST XXT”出售的测量传感器。在此，用触针扫描有待测量的工件的表面，该触针在测量空间中的坐标始终是已知的。这样的触针也可以沿着工件的表面移动，使得可以在所谓的“扫描方法”的范围内的这样的测量过程中以设定的时间间隔捕获多个测量点。

另外，已知做法是使用利于非接触式捕获测量物体的坐标的光学传感器。这种光学传感器的一个实例是申请人以产品名称“ViScan”出售的光学传感器。

另外，存在多种坐标测量机，这些坐标测量机使用触觉传感器和光学传感器两者。这种坐标测量机又称为多传感器坐标测量机。

坐标测量机通常涉及复杂的工程作业以便在尺寸测量过程中将该或这些传感器的所谓的工具中心点链接到机器中的定值量器上。在测量部件的过程中，机器需要这些定值量器以确立测量位置之间的空间关系，作为测量方案的一部分，在这些测量位置处进行独立的探测操作。可以说需要这些定值量器作为取向辅助，使得机器知道传感器和有待测量的物体的位置和空间取向。

坐标测量机中的定值量器通常是呈线性定值量器和/或旋转角度传感器的形式，该机器相对于这些定值量器来测量使得将该或这些传感器去到相对于有待测量的物体的不同位置所必要的位移。

这些机械器件和定值量器通常是仔细地并且因此昂贵地设计的。根本原因在于，相应的定值量器不可避免地不是位于工具中心点附近，而是典型地位于测量体积的边缘处，并且如从工具中心点看到的，远离用于引入相应所需的位置位移自由度的机械器件。如果这个链条被配置成廉价的(即，在机械上不完全精确的或甚至是“摇晃的”)，则可能与定值量器不可靠地连接并且因此可能无法确切地测量物体。这个问题总体上影响具有带测量区域的传感器的所有测量机，该测量区域小于所希望的测量体积或有待测量的物体的大小。

在多种多样结构类型的大量坐标测量机中，例如使用了可移动的载物体，借助于该可移动的载物体，有待测量的物体被相对于测量传感器沿一条、两条、或三条轴线来移位以执行在测试方案中指定的多个探测操作。于是，这些载物体的移位机构必须可以实现对有待测量的物体的极其确切的定位，其中，相应的位置必须是能够以高精确度连续追踪的，因为否则有待测量的物体相对于传感器的位置和空间取向会是未知的。可以容易地理解的是，这样的移位机构(如在坐标测量机中还被用于别处，例如用于测量传感器的位置改变)是高度复杂的并且因此是昂贵的。

然而，相比之下，要继续努力以便能够在生产这样的坐标测量机方面节约成本。然而，这必须不以测量准确性为代价。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于提供一种用于对物体进行尺寸测量的测量系统，该测量系统可以更廉价地制造并且还可以被用于实现高测量准确性。在此上下文中，本发明的目的具体是能够省却昂贵的定值量器、机械器件、以及驱动器。

根据本发明的一个方面，这个目的通过以上所述类型的测量系统实现，所述测量系统包括以下部件或特征：

-用于接纳所述有待测量的物体的载物体；

-多个光学标记，所述光学标记被安排在所述载物体和/或所述有待测量的物体处；

-用于对所述有待测量的物体进行触觉扫描、光学扫描、和/或断层扫描的第一传感器，其中，所述第一传感器生成第一测量信号；

-用于借助于所述光学标记来捕获所述有待测量的物体的空间取向和位置的第二光学传感器，其中，所述第二传感器生成第二测量信号，所述第二测量信号包含关于所述光学标记的位置和空间取向的信息，并且其中，所述第二传感器经由机械刚性的连接而连接到所述第一传感器上；以及

-评估单元，所述评估单元被配置成用于根据所述第二测量信号来确定所述有待测量的物体相对于所述第一传感器的位置和空间取向，并且用于根据所述第一测量信号来确定所述有待测量的物体的几何形状。

本发明所基于的思想在于，向该测量系统的常规的测量传感器(此处被称为“第一传感器”)添加第二光学传感器，该第二光学传感器借助于安排在载物体和/或有待测量的物体处的光学标记来连续地测量有待测量的物体相对于第一传感器的姿态、即位置和空间取向。所使用的光学标记优选是在物体空间内的可识别的参照物体。

通过这种途径，大幅度减少了机械工程支出，因为可以省却测量系统的移位运动器件处或移位运动器件内的昂贵的定制量器。所述移位运动器件(测量传感器(第一传感器)和测量物体通过移位运动器件来相对于彼此移位)不再需要能够以确切的可追踪性来定位，因为根据本发明确定位置和空间取向不再被集成在所述移位运动器件中，而是由第二传感器来执行。

第二传感器优选是相机、例如立体视觉相机，通过该相机可以产生载物体和/或有待测量的物体的图像记录。在这些图像记录中包含了这些光学标记的图像，这些光学标记的图像例如通过使用已知的三角测量方法被该评估单元用于确定该有待测量的物体的姿态。

第一传感器用作测量传感器，而第二传感器用作用于确定有待测量的物体相对于第一传感器的位置和空间取向的导航系统。

这两个传感器经由机械刚性连接而彼此连接。“机械刚性的连接”被理解为具体是指经由刚性体的连接、优选地不具有中间接头或其他机械支承件。这种连接应是对运行和运行参数不变的、优选对时间和温度不变的，以便避免这两个传感器之间的可能导致测量误差的移动，因为在这两个传感器之间的相对位置被假设为固定的并且不是分开测量的。

与在坐标测量机的独立的轴线处典型地被用于确定位置的“常规的”标准传感器相比，用于测量有待测量的物体的姿态的第二传感器不是仅用于确定测量传感器相对于载物体的沿轴线的位置，而是用于总体上确定所有空间坐标的位置并且确定有待测量的物体相对于第一传感器的空间取向。因此，可以省却针对坐标测量机的独立的位移轴线的分开的位置确定。第一传感器和第二传感器仅需要相对于彼此被校准一次。只要然后其相对位置可以被假设为固定的，有待测量的物体在载物体上的无意识的移动或在测量系统的位移轴线内的不准确性就可能不再导致测量误差，因为可以通过第二传感器来连续地确定有待测量的物体相对于第一传感器的位置和空间取向的变化。

因此，包括测量系统的运动器件的整个机器可以基本上更简单地并且因此更成本有效地设计，而这对系统的测量准确性不具有不利影响。

因此完全实现了上述目的。

根据构型，优选的是：所述评估单元被配置成仅根据所述第二测量信号来确定所述有待测量的物体相对于所述第一传感器的位置和空间取向，但不确定所述有待测量的物体的几何形状，并且所述评估单元被配置成仅根据所述第一测量信号来确定所述有待测量的物体的几何形状，但不确定其相对于所述第一传感器的位置和空间取向。

因此，在确定有待测量的物体的位置和空间取向与确定其表面几何形状之间存在清楚的分离。由第一传感器生成的关于有待测量的物体的每个信息可以通过将第一传感器的物体信息与第二传感器的空间信息相联系而映射到有待测量的物体的空间坐标系中。确切地说，如果例如使用断层传感器作为第一传感器，则不是表面位置指派而是体积位置指派可能受到影响。

特别优选的是：所述评估单元被配置成用于根据所述第二测量信号来确定与所述有待测量的物体共同移动的工件坐标系的位置和空间取向，并且其中，所述评估单元被配置成用于根据所述第一测量信号来确定独立测量点在所述工件坐标系内的坐标，所述有待测量的物体的所述测量点以触觉的、光学的、和/或断层的方式被所述第一传感器扫描，以便确定所述有待测量的物体的几何形状。

根据本发明的另一个构型，这两个传感器彼此相邻地被安排在结构上共享的传感器单元中。

以此方式，这两个传感器(第一传感器和第二传感器)同时受有待测量的物体相对于传感器单元的所有位移的影响。

根据另一个构型，所述测量系统包括用于手动地或通过马达使所述载物体沿着至少一条轴线移动的移动机构。

与“常规的”坐标测量机不同，载物体的这种移动机构不一定必须可移位到确切位置中，因为位置和空间取向的确定是使用第二传感器来进行的，该第二传感器被配置成独立于载物体并且与之分开。在移动机构中不需要单独的位置传感器。因此，例如可以使用具有非常简单的结构的、能够手动移位的载物体。这样允许进一步减少成本。

根据另一个构型，所述光学标记被安排在所述载物体处，并且其中，所述载物体包括用于将所述有待测量的物体紧固到所述载物体上的紧固装置。

在此情况下，因此通过确定载物体的位置和空间取向(基于这些光学标记由第二传感器确定)而间接地确定有待测量的物体的位置和空间取向。通过将有待测量的物体紧固到载物体上，可以假设有待测量的物体的位置和空间取向上的变化与载物体的位置和空间取向上的变化是相伴的或重合的。

如已经提及的，用于测量有待测量的物体的表面几何形状和/或内部轮廓(例如，使用断层成像法)的第一传感器可以根据测量要求以不同方式来配置。

根据本发明的构型，所述第一传感器是触觉传感器，所述触觉传感器包括用于以触觉方式来探测所述有待测量的物体的触觉探针头。

在这个构型中，特别优选的是：所述评估单元被配置成用于当所述有待测量的物体被所述触觉探针头接触到时根据所述第二测量信号来确定所述触觉探针头的位置和空间取向。在此，第一传感器(在此情况下触觉传感器)因此还用于对有待测量的物体进行实际探测。第二光学传感器确定实施探测的位置。

根据替代性构型，不仅第二传感器而且第一传感器是光学传感器。然而，这样没有改变这两个传感器的上述功能分离：即，测量传感器(第一传感器)和用于识别位置和空间取向的传感器(第二传感器)。

由于其功能差异，这两个传感器对其光学单元也具有不同的要求概况。根据构型，所述第一光学传感器包括第一透镜，并且所述第二光学传感器包括第二透镜，其中，所述第一透镜具有比所述第二透镜更小的视场深度、更大的焦距、和/或更小的视场角。

这是因为有第一传感器执行的几何形状测量是详细测量，而更重要的是，用于确定位置和空间取向的第二传感器具有比较大的视场角和较大的视场深度以便能够尽可能好地捕获这些光学标记。

在另一个构型中，所述第一透镜的光学轴线相对于所述第二透镜的光学轴线是倾斜的。

所述第二传感器的焦平面由于所述第二传感器的透镜的较大的视场深度而仍可以与所述载物体平面平行地被充分观察到。由此，获得了大的视角，该视角使得在载物体上提供的独立的光学标记能够被第二传感器相对容易地辨别。

根据另一个构型，所述第一光学传感器包括远心透镜，并且其中，所述第二光学传感器包括非远心透镜、具体是近心透镜。

这种设计抑制了焦平面偏移对物体尺寸测量的影响并且已经允许通过评估这些光学标记的大小或这些光学标记之间的距离来确定物体相对于第一传感器在z方向上的位移。

根据本发明的另一个构型，所述第一传感器和所述第二传感器被集成在一个且同一个相机中，所述相机具有两个光束路径，所述光束路径以色彩、和/或以时间、和/或在偏振光学方面彼此分离，其中，这两个光束路径的第一光束路径由所述第一传感器使用，并且这两个光束路径的第二光束路径由所述第二传感器使用。

原则上，在此构型中，相机还可以具有第三光束路径，该第三光束路径与第一光束路径在色彩上、在时间方面、和/或在偏振光学方面分离并且同样由第二传感器使用。在这样的情况下，优选穿过远心透镜的光学路径可能然后被用于对物体表面进行详细测量，而各自优选穿过非远心透镜的另外两个光学路径可能被用于确定有待测量的物体的位置和空间取向。

与先前描述的构型相比，于是这两个传感器可以被集成在同一相机中。尽管在此构型中这“仅”通过将这些光学路径彼此分开而实现，但在本发明的意义上这也应被视为具有两个不同功能的两个不同的传感器。在此构型中，这两个相机还优选地通过使用彼此分开的两个光学单元或透镜在结构上彼此分开。

即便在此构型中，以上提及的测量原理原则上也是相同的。然而，由于这两个传感器被组合在同一相机内，实现了更高的集成度。此外，自然可能的是，在此构型中甚至更好地实现这两个传感器之间的所需的对时间不变的并且对温度不变的连接。

在最后提及的构型中，还优选的是：所述第一传感器和所述第二传感器使用所述相机的一个且同一个相机芯片。

在这两个测量信号色彩分离的情况下，这在任何情况下都不造成问题。然而，如果在此情况下所有相机像素可以被用于确定物体轮廓(第一传感器)并且用于确定物体姿态(第二传感器)(尽管这可能需要信号或光束路径的时间分离)，就可能可以实现更高的分辨率。然而，在所有三种情况(色彩的、时间的、和/或偏振光学的信号分离)下，使用仅一个相机芯片具有减少成本的优点。

这些光学标记可以配置成多个不同变体。根据需求，无源标记可能是可行的，这些无源标记是静态的、即不变的并且被结合在载物体中或被附接到其上。为了确保所需的高测量准确性，所述标记应在其外观、其位置和空间取向方面不随温度而变化并且不随时间而变化。

根据本发明的构型，这些光学标记包括与颜色相关、与时间相关、和/或与偏振相关的全息图，相对于该全息图第二传感器测量位移、和/或位移速度、和/或位移加速度。清楚的是，在此构型中于是第二传感器应是例如以空间分辨、深度分辨、颜色分辨、时间分辨、以及偏振分辨的方式根据光学标记的维度来设计的。

原则上，无源标记具有的优点是：与大多数有源标记相比，这些无源标记不导致温度变化，所述温度变化可能导致不希望的测量不准确性。

不言而喻，上述特征还以及有待在以下解释的那些特征不但可以各自以指定的组合来使用，而且还可以以其他组合来使用或者它们单独使用而不脱离本发明的范围。

附图说明

在附图中描绘了本发明的多个说明性实施例并且在以下说明中对这些实施例进行了更详细的说明。在附图中：

图1示出了根据本发明的测量系统的第一示例性实施例的示意图；并且

图2示出了根据本发明的测量系统的第二示例性实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的测量系统的第一示例性实施例。在这个示例性实施例中，测量系统被配置为呈台架类型的结构的坐标测量机。本文中测量系统以其整体通过参考数字10来指明。

测量系统10具有载物体12，有待测量的物体14可以被放置到该载物体上。在图1中所述的示例性实施例中，所述载物体12能够沿着两条轴线16、18水平地移位，这两条轴线被对准成使其相对于彼此是正交的。两条轴线16、18典型地被称为x轴和y轴。

载物体12的驱动器是呈马达(例如电动马达、液压或气动驱动器)的形式、或者作为手动驱动器(例如使用一个或若干个曲柄)。

底板20用作用于载物体12的载体结构。该底板优选是例如由花岗岩制成的稳定的板。在载物体12下方还提供了照明装置22，借助于该照明装置，可以从下方对有待测量的物体14进行照明。照明装置22被安排在载物体12下方。此外，该照明装置优选被集成在底板20中。因此，载物体12自身优选由透光材料、例如玻璃制成。

然而，应理解的是不是所谓的透射光照明或除了所谓的透射光照明之外(其中有待测量的物体14从下方被照明，即，其中有待测量的物体14被安排在照明装置22和测量传感之间)，可以提供所谓的反射光照明装置，该反射光照明装置从上方对有待测量的物体14进行照明。

测量系统10还具有测量头24，该测量头可以被用于测量物体14。在本示例性实施例中，测量头24被安排在套筒轴26下方，该套筒轴通过台架28被连接到测量系统10的底板20上。测量头24具有第一传感器30，在本示例性实施例中该第一传感器被配置为具有一个或多个触针的触觉传感器。测量头24还具有第二传感器32，该第二传感器是以光学传感器的形式配置的。

两个传感器30、32通过机械刚性连接在套筒轴24内彼此相连接。因此，两个传感器30、32不相对于彼此移动。然而，这基本上适用于两个传感器30、32的基部。应理解的是第一传感器30的触觉触针可以以铰接的方式在第一传感器内被连接到其基部上以允许在该触针在探测有待测量的物体14的过程中偏转。

这两个传感器30、32可以通过套筒轴24或在套筒轴内沿着第三轴线34移位，该第三轴线与另外两条轴线16、18正交。所述第三轴线34典型地被称为z轴。与对其余两条轴线16、18的驱动类似，z轴也可以通过马达或手动地被驱动。

测量系统10还具有评估单元36，该评估单元在此是以计算机的形式示意性地展示的。评估单元36用于评估由测量头24获得的数据并且用于基于所评估的测量数据来确定有待测量的物体14的空间坐标。评估单元36可以在结构上被集成在测量系统10中，或(如图1中展示的)与该测量系统分开地安排并通过无线的或有线的连接38被连接到其余部件，具体是被连接到测量头24和载物体12。可能便利的是，将评估单元36与测量系统10的控制单元组合，通过该控制单元来控制该测量系统(即，例如测量头24、载物体12、以及照明装置22)的功能。

对本发明重要的是在此情况下以其来确定有待测量的物体14的空间坐标的方式。为此，本发明在两个传感器30和32之间提供了一种功能分离。有待测量的物体14的基本取向、即空间取向的确定通过使用第二光学传感器32来实现。所述第二光学传感器32使用多个光学标记14，在本示例性实施例中这些光学标记被安排在载物体12的拐角中。如果第二传感器32是以立体相机的形式配置的，例如就可以使用常规的三角方法使用光学标记40来唯一地确定载物体12的姿态。对位置和空间取向的这种确定是基于由第二传感器32生成的第二测量信号(此处被称为“第二测量信号”)在评估单元36内实现的。

为了确保载物体12的移动和有待测量的物体14的移动的同步性，在本示例性实施例中，载物体12具有紧固装置42，有待测量的物体14可以通过该紧固装置被紧固到载物体12上。因此还可以使用由第二传感器32执行的对载物体12的位置和空间取向的确定来间接地、但非常确切地确定有待测量的物体14的相应位置。具体地，对于根据本发明的测量系统10的功能模式重要的是具体确定有待测量的物体14相对于第一传感器30的位置。

第一传感器30执行详细测量物体14的功能。该第一传感器通过第一传感器30的触针来测量有待测量的物体14的表面几何形状，该触针相继地测量物体14的表面上的多个测量点。在过程中，第一传感器生成测量信号(此处被称为“第一测量信号”)，在评估单元36中对该测量信号进行评估。在这个探测过程中，使用第二传感器32来确定物体14相对于第一传感器30的位置。因此，在评估单元36中通过组合对第一测量信号的评估与对第二测量信号的评估来计算测量物体14的精确坐标。可以根据该第二测量信号来计算该测量物体相对于第一传感器30的总体位置和空间取向；并且然后根据该第一测量信号来获得该测量物体的表面几何形状、即相对位置坐标，这些相对位置坐标使已经在测量物体14的表面上独立地探测到的点彼此彼此相关联。

为了执行测量操作，测试方案(在该测试方案中，预先指定了独立计划的有待测量的测量点)优选被转换到工件坐标系中，在测量过程中该工件坐标系的原点与有待测量的物体14共同移动。使用第二光学传感器32来确定这个工件坐标系的位置和空间取向。相比之下，由第一传感器30来测量在所述工件坐标系中有待测量的物体14的表面上的独立测量点的坐标。在不具有第二传感器32的情况下，该工件坐标系的位置和空间取向会是未知的。然而，由于这种两个传感30、32的组合，有待测量的物体14的表面上的独立测量点在该工件坐标系中的坐标以及还有该工件坐标系自身的位置和空间取向都是已知的或可以在评估单元36内确定。由此，还可以确定有待测量的物体14的表面上的每个独立测量点的绝对坐标。

如已经提及的，这种类型的测量的前提是测量系统10中的两个传感器30、32刚性地彼此连接使得有待测量的物体14相对于传感器单元的任何移位都使他们同时受到影响。此外，经集成的结构应是时间稳定的和温度稳定的。这可以通过选择用于实现两个传感器30、32的刚性连接的适合的材料来实现。这些材料优选具有小的热膨胀系数，这些热膨胀系数优选小于10-5K-1或小于10-6K-1，特别优选甚至小于10-8K-1。这些值可以在特定金属合金(例如，和)的上部区域中实现。当使用例如和堇青石等技术陶瓷时，实现了中等的值和低的值。

替代性地或此外，在结构上可以将热漂移考虑在内，以尤其用于使用更加成本有效的材料。在此，结构中的长度和固定点被设计为使得所使用的结构材料的热膨胀不再转换成第一传感器30和第二传感器32的工具中心的热漂移(消热差系统设计)。出于成本原因，总体上，所述选项的组合将被用于使两个传感器30、32刚性地彼此连接。

测量头24在物体空间中具有参照，该测量头是如上所述地设计的并且能够相对于有待测量的物体14移位。使用多个光学标记40实现的这种参照必须在测量对象14移位过程中固定地与之相连接。如上所述地，这是通过紧固装置42实现的，或是通过直接安排在有待测量的物体14上的一个或多个光学标记40实现的。

为了实现光学标记40，可能有为成像方法设计的多个不同变体。理想地，光学标记和评估单元36中实施的图像处理应以如下方式实现，即，使得对于稳定的测量操作，不需要连续地捕获所有光学标记40。这可以通过光学标记40自身的特定构型来确保，或通过这些光学标记在载物体12和/或物体14处的分配安排来确保。这样的设计不仅允许使测量系统10的测量体积最大化，因为不需要永久地考虑有待测量的物体14在特定的位移位置中可能导致遮蔽这些光学标记。此外，如总体上经常必要的，测量系统10的操作者可能“不小心”到达测量体积中，而不会不利地影响操作系统10的稳定运行。

根据被用于确定测量物体14相对于第一传感器30的位置和空间取向的图像处理方法，在物体空间中的参照可以是一维的、二维的、三维的、或n维的。在优选的构型变体中，光学标记40包含表现出与颜色相关、和/或与时间相关、和/或与偏振相关的特性的全息图，第二传感器32相对于该全息图测量空间位移、和/或位移速度、和/或位移加速度。此外，第二传感器32是根据光学标记40的维数例如以空间分辨、深度分辨、颜色分辨、时间分辨、和/或偏振分辨的方式来设计的。

然而，出于本发明所实际旨在的、针对这样的测量系统10的成本有效构型的目标，优选地使用尽可能成本有效地设计的光学标记40。在此的实例是使用表面成型方法(例如通过激光标记、铣削、或结构化蚀刻)被固定地结合在载物体12中的标记。更加成本密集的构型(然而，该构型可能满足最严格的准确性要求)可能是具有经光刻结构化的石英板或石英片的光学标记40。在低延伸材料上的印刷印记同样也可能适用于这个目标。

下面将简要描绘校准两个传感器30、32，这典型地在工厂中完成，以使两个传感器30、32根据先前提及的测量方法彼此匹配。为此，例如可以使用以高准确性标记的参考板。更一般地来说：经校准的、可能具有多传感器能力的参考物体被安排在该物体空间中以用于校准。这个已校准的参考物体被测量系统10以可能包含多个重复循环的自动化通过来测量。在该过程中，将该参考物体的位置和空间取向的变化(使用第二传感器32基于物体空间中的光学标记14确定的变化)连续地与第一传感器30在已校准的参考物体上确定的值加以比较。以此方式，第一传感器30和第二传感器32同时相对于其参照物而相对于彼此并且相对于其刻度误差进行校准。如果在该物体空间中的光学标记40具有充分的对时间不变和对温度不变的设计，则可以之后在任何时间在测量操作过程中实现对传感器30、32的再校准。

应理解的是，以上提及的测量原理不限于先前提及的作为触觉传感器的第一传感器30的具体构型。根据同一原理，第一传感器30也可以以光学传感器的形式配置或被配置为组合的光学和触觉传感器。这与先前提及的功能上分成测量传感器30和位移传感器32无关。

根据本发明的原理的最大集成将通过借助于图2的实例示出的构型来实现。在第二示例性实施例中，先前提及的两个传感器30、32被集成在同一相机44中。为了简化地展示其中所使用的测量原理，在图2中省去了测量系统10的多个部分，诸如底板20和照明装置22。然而，这些部件、以及还有测量系统10的其余部件可以与先前所述相同地进行配置。

因此，在图2中示出的示例性实施例中，两个传感器30、32被配置为光学传感器。在示出的实例中，相机44是呈用于使三个传感器光束路径46、48、50光谱地分离的RGB相机的形式。两个传感器光束路径46、48(例如蓝光和红光行进穿过这些传感器光束路径)由第二传感器32使用，并且第三传感器光束路径50(例如绿光行进穿过该第三传感器光束路径)由第一传感器30使用。为此，相机44具有光谱分束器52和两个偏转镜54、56。以此方式，两个传感器30、32可以实现在同一相机44中。

第一传感器30使用第一透镜58。第二传感器32使用两个第二透镜60a、60b。光束路径50穿过第一透镜58。光束路径46、48穿过相应的第二透镜60a和60b。应理解的是，可以不是为第二传感器32提供两个光束路径46、48、而是如第一传感器30一样提供具有仅一个透镜的仅一个单光束路径。原则上，代替这些光束路径的色彩分离，在相机44内同样也可以使用时间上的分离或偏振光学的分离。两个测量信号、即两个传感器30、32的功能也可以以此方式来实现。

选择在相机44内所使用的技术原理(两个信号的色彩分离、时间分离、或偏振光学分离)典型地是取决于最优化目标的。如果所有相机像素都可以被用于测量物体轮廓(第一测量信号)以及用于测量物体位移(第二测量信号)，则可以实现最高分辨率，这可能需要两个信号的时间分离。如通过图2中的实例所示的，当使用同一相机芯片时例如使用色彩分离会实现较低分辨率、但较高速度，因为在那种情况下可以同时测量物体几何形状和物体姿态。这种同时测量策略优选地用于实现最高准确性，因为时间偏差及其不稳定性于是就可以不影响图像内容的空间关系的确定(甚至对于在测量过程中测量系统10的始终不可避免的剩余移动也是如此)。

被用于第二传感器32的两个光学路径46、48的焦平面优选是倾斜的，结果是使得其焦平面不再相对于载物体平面严格地平行。然而，由于其大的视场深度，该载物体平面的所有区域以足够的锐度成像。因此，第二透镜60a、60b的光学轴线相对于第一透镜58的光学轴线优选是倾斜的。第二传感器32所使用的两个光学路径46、48不一定需要具有共用的视场。有利地，该重叠区域甚至可以是很小的或为零。这是因为，这允许使用可辨别的光学标记40来引入大的立体基线以用于在第二传感器内确定位移。如果重叠为零，则应使用算法的/图像处理的方法来确定标记位置，严格来讲，这不代表经典的立体视觉。尽管如此，甚至在这种方法中较大的相机距离仍具有类似于增大立体视觉中的所谓的立体基线的效果。通过使用以此方式设计的传感器系统，可以使用单个相机来测量有待测量的物体14相对于传感器系统的位移自由度(平移和旋转)以及物体轮廓。在必要时，立体光学单元也可以被用于支持3D轮廓测量。

由于两个传感器30、32的不同的要求概况，两个传感器30、32的光学单元在相机44内具有不同的构型。与第二传感器32的第二透镜60a、60b相比，第一传感器30的第一透镜58具有较小的视场深度，但具有较大的焦距和较小的视场角。有利地，第一透镜58是远心的，其他两个透镜60a、60b不是远心的。这种设计抑制了焦平面偏移对物体14的尺寸测量的影响并且已经允许通过评估光学标记40的大小或这些光学标记之间的距离来确定物体相对于传感器系统在z方向上的位移。

在这个第二示例性实施例中，光学标记40也应经由对时间不变和对温度不变的连接而彼此相连接，并且这些光学标记应在其相对于彼此的相对取向方面作为测量系统10通过与参照物体相比较的工厂校准的一部分得到最准确的确定，并且可以将其储存在控制器36内用于之后通过图像处理来访问。

第二传感器32也可以被用作概览光学单元以利于使用者在有待测量的物体14内进行导航。这样可以特别有利于具有对应小的视场的高度放大的测量光学单元。

为了对物体空间进行照明，亮视场照明和暗视场照明都可以被用于附图中所示的这两个示例性实施例。在图2中所示的示例性实施例中，这些亮视场照明和暗视场照明都可以使用在可供使用的光束路径46、48、50中，即，可以以适合的方式被叠加在这些光束路径上。

综上所述，因此可以表明的是根据本发明的概念完全消除了精确机械工程设计的必要，同时提供了节约成本的巨大潜力并且仍满足相对于高测量准确性的所希望的要求。通过使用第二传感器32，实现了工具中心点在工件坐标系统中的直接定位。出于这个原因，在载物体与测量传感器系统之间的机械连接不需要以高的精确度来实现，因为不像在常规的坐标测量机中，工具中心点和工件与定制量器的机械连接是通过间接方法来进行的。该标准化连接以成本有效的方式被移动到对时间不变的像素网格中，即，所使用的相机的成像分划中。对于温度变化导致这种标准化连接的限制准确性的变化的情况，第二传感器32(即，其参考点在物体空间中)可以替代性地或此外以最简单的方式来配置使得可以捕获到所述温度变化的影响。结果，就会针对所有与应用技术相关的温度区间和变化补偿标准化连接。

此处介绍的测量原理不限于坐标测量机的任何特定结构。代替图1中示出的台架类型的设定，也可以使用其他设定，例如门架式设计、桥式设计、悬臂式设计、或柱式设计。当然，所描述的测量原理或所描述的技术也可以被用于构造使用手动引导的测量传感器系统的测量设备。

Claims (15)

1.一种用于对物体(14)进行尺寸测量的测量系统(10)，所述测量系统包括：

-用于接纳所述有待测量的物体(14)的载物体(12)；

-多个光学标记(40)，所述光学标记被安排在所述载物体(12)和/或所述有待测量的物体(14)处；

-用于对所述有待测量的物体(14)进行触觉扫描、光学扫描、和/或断层扫描的第一传感器(30)，其中，所述第一传感器(30)生成第一测量信号；

-用于借助于所述光学标记(40)来捕获所述有待测量的物体(14)的空间取向和位置的第二光学传感器(32)，其中，所述第二传感器(32)生成第二测量信号，所述第二测量信号包含关于所述光学标记(40)的位置和空间取向的信息，并且其中，所述第二传感器(32)经由机械刚性的连接而连接到所述第一传感器(30)上；以及

-评估单元(36)，所述评估单元被配置成用于根据所述第二测量信号来确定所述有待测量的物体(14)相对于所述第一传感器(30)的位置和空间取向，并且用于根据所述第一测量信号来确定所述有待测量的物体(14)的几何形状。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述评估单元(36)被配置成用于根据所述第二测量信号来确定与所述有待测量的物体(14)共同移动的工件坐标系的位置和空间取向，并且其中，所述评估单元(36)被配置成用于根据所述第一测量信号来确定独立测量点在所述工件坐标系内的坐标，所述有待测量的物体(14)的所述测量点以触觉的、光学的、和/或断层的方式被所述第一传感器(30)扫描，以便确定所述有待测量的物体(14)的几何形状。

3.根据权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述第一传感器(30)和所述第二传感器(32)以相对于彼此相邻的方式被安排在结构上共享的传感器单元中。

4.根据权利要求1至3之一所述的测量系统，其中，所述测量系统(10)还包括用于手动地或通过马达使所述载物体(12)沿着至少一条轴线(16，18)移动的移动机构。

5.根据权利要求1至4之一所述的测量系统，其中，这些光学标记(40)被安排在所述载物体(12)处，并且其中，所述载物体(12)包括用于将所述有待测量的物体(14)紧固到所述载物体(12)上的紧固装置(42)。

6.根据权利要求1至5之一所述的测量系统，其中，所述第一传感器(30)是触觉传感器，所述触觉传感器包括用于以触觉方式来探测所述有待测量的物体(14)的触觉探针头。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其中，所述评估单元(36)被配置成用于当所述有待测量的物体(14)被所述触觉探针头接触到时根据所述第二测量信号来确定所述触觉探针头的位置和空间取向。

8.根据权利要求1至7之一所述的测量系统，其中，所述第一传感器(30)是光学传感器。

9.根据权利要求8所述的测量系统，其中，所述第一光学传感器(30)包括第一透镜，并且所述第二光学传感器(32)包括第二透镜(60a，60b)，其中，所述第一透镜(58)具有比所述第二透镜(60a，60b)更小的视场深度、更大的焦距、和/或更小的视场角。

10.根据权利要求9所述的测量系统，其中，所述第一透镜(58)具有第一光学轴线，并且所述第二透镜(60a，60b)具有第二光学轴线，其中，所述第二光学轴线相对于所述第一光学轴线是倾斜的。

11.根据权利要求8至10之一所述的测量系统，其中，所述第一光学传感器(30)包括远心透镜，并且其中，所述第二光学传感器(32)包括非远心透镜、具体是近心透镜。

12.根据权利要求8至11之一所述的测量系统，其中，所述第一传感器(30)和所述第二传感器(32)被集成在一个且同一个相机(44)中，所述相机具有两个光束路径(46，50)，所述光束路径以色彩、和/或以时间、和/或在偏振光学方面彼此分离，其中，这两个光束路径的第一光束路径(50)由所述第一传感器(30)使用，并且这两个光束路径的第二光束路径(46)由所述第二传感器(32)使用。

13.根据权利要求12所述的测量系统，其中，所述相机具有第三光束路径(48)，所述第三光束路径与所述第一光束路径(50)以色彩、和/或以时间、和/或在偏振光学方面分离并且由所述第二传感器(32)使用。

14.根据权利要求12或13所述的测量系统，其中，所述第一传感器和第二传感器(30，32)使用所述相机(44)的一个且同一个相机芯片。

15.根据权利要求1至14之一所述的测量系统，其中，所述光学标记(40)包括与颜色相关、与时间相关、和/或与偏振相关的至少一个全息图。