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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sensoreinrichtung, insbesondere einen konfokalen Weißlichtsensor, für ein Koordinatenmessgerät zum Ermitteln von Koordinaten eines zu vermessenden Objekts, wobei die optische Sensoreinrichtung eine Wechselfläche aufweist, und wobei die optische Sensoreinrichtung eine chromatische Baugruppe zum Herbeiführen eines Farblängsfehlers aufweist. Eine derartige optische Sensoreinrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
WO 2009/062641 A1 bekannt.
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Die Verwendung von optischen Sensoren in Verbindung mit Koordinatenmessgeräten ermöglicht in vielen Fällen eine sehr schnelle Messung von geometrischen Eigenschaften eines Objekts. Ein Nachteil bekannter Koordinatenmessgeräte mit optischen Sensoren besteht bislang darin, dass die optischen Sensoren auf bestimmte Messaufgaben und bestimmte Werkstückeigenschaften begrenzt sind. Die optischen Sensoren sind in der Regel für eine bestimmte Art von Messaufgabe optimiert, etwa im Hinblick auf die erreichbare Messgenauigkeit oder den Messbereich. Probleme können beispielsweise Werkstücke machen, die parallel zur optischen Achse des Sensors große Höhendifferenzen aufweisen. Teilweise werden verschiedene optische und/oder taktile Sensoren verwendet, um flexibel auf verschiedene Messanforderungen reagieren zu können, wobei die einzelnen Sensoren jeweils nur einen Teil der gesamten Messaufgabe übernehmen. In der Regel ist jeder einzelne Sensor auf eine bestimmte Messaufgabe hin optimiert. Daher besitzen die meisten Koordinatenmessgeräte mehrere Sensoren oder Wechselschnittstellen, um Sensoren manuell oder automatisch wechseln zu können.
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Beispielsweise wurden Koordinatenmessgeräte mit einem Weißlichtsensor vorgeschlagen. Ein solches Koordinatenmessgerät zeigt beispielsweise die Druckschrift
DE 103 40 803 A1 und die Druckschrift
DE 20 2007 014 435 U1 .
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Die meisten der eingesetzten konfokalen Weißlichtsensoren sind Punktsensoren. Diese Sensoren erreichen eine Tiefenauflösung in einem Bereich weniger als 1 μm bis etwa 20 mm. Eine Auflösung in einem solchen Arbeitsbereich ist typischerweise mit etwa 15 Bit darstellbar. Eingesetzt werden solche Sensoren, um präzise Messungen entlang von Scanbahnen auf einem Messobjekt auszuführen. Häufig werden Messergebnisse dieser Sensoren mit Kamerabildern kombiniert. Auf diese Weise können die Vorteile einer schnellen Flächeninformation und einer sehr genauen Tiefeninformation kombiniert werden. Es sind auch Ausführungsformen bekannt, in denen mehrere Messkanäle bzw. Messpunkte nebeneinander angeordnet sind. Die einzelnen Messpunkte haben aber in der Regel eine größere laterale Distanz, so dass eine Messung mit einer echten, durchgezogenen Linie nicht möglich ist.
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Andererseits wurde auch vorgeschlagen, eine Linie weißen Lichts auf ein Messobjekt zu richten. Dabei werden die unterschiedlichen Farben des Lichts innerhalb des zur Verfügung stehenden Spektrums in unterschiedliche Tiefen abgebildet. Das vom Messobjekt reflektierte Licht wird anschließend spektral analysiert und einem jeweiligen Messpunkt der Tiefenwert als Messwert zugeordnet, bei dem die reflektierte spektrale Lichtverteilung ihren Maximalwert hat.
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Wie in der Druckschrift
DE 103 40 803 A1 dargestellt, können derartige Weißlichtsensoren beispielsweise zusätzlich zu den übrigen optischen Sensoren an der Trägerstruktur des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein.
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Unter einem „Weißlichtsensor” ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Sensor zu verstehen, der das Messobjekt mit Licht bestrahlt, das ein bestimmtes Wellenlängsspektrum aufweist, und der eine Lage zumindest eines Punktes des Messobjekts parallel zu einer Längsachse durch Auswertung einer Intensitätsverteilung des von dem Messobjekt reflektierten oder gestreuten und von dem Sensor erfassten Lichts in dem Wellenlängenspektrum bestimmt. Dabei wird eine durch die Abbildung des Lichts verursachte chromatische Längsaberration und die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Schnittweiten jeder Wellenlänge genutzt. Dabei ist es nicht zwingend, dass der Weißlichtsensor tatsächlich weißes Licht verwendet, also ein Wellenlängenspektrum von etwa 380 nm bis etwa 780 nm. Der Weißlichtsensor kann auch nur einen Teilbereich dieses Wellenlängenspektrums nutzen und/oder angrenzende Wellenlängen im ultravioletten Bereich unter 380 nm und/oder im infraroten Bereich über 780 nm.
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Mittels derartiger Weißlichtsensoren lassen sich insbesondere hohe Messgenauigkeiten erzielen. Es ist in der Regel üblich, einen passiven Sensorkopf mit dem Weißlichtsensor zu einer chromatischen Optik über einen optischen Lichtwellenleiter (LWL) mit einer Lichtquelle und einem Spektrometer zur Auswertung zu verbinden. In der Regel wird Licht von einer weißen Lichtquelle, beispielsweise einer Lampe oder einer LED, erzeugt und in einen Lichtwellenleiter, beispielsweise vom Graded Index Typ, eingekoppelt und über diesen zum Sensorkopf gesendet. Das von dem Objekt reflektierte Spektrum läuft dann in Gegenrichtung durch den gleichen Lichtwellenleiter zurück.
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Für eine genaue Auswertung ist es notwendig, dass außer vom zu vermessenden Objekt möglichst kein anderes Licht von der Lichtquelle innerhalb des Lichtwellenleiters in die Gegenrichtung, d. h. hin zum Spektrometer, gelangt, weil das von dem Objekt reflektierte Nutzsignal in Richtung des Spektrometers relativ zu dem eingestrahlten Licht sehr schwach und störempfindlich ist. In einem Lichtwellenleiter, der sowohl das Signal von der Lichtquelle zu dem Objekt, einen Sendestrahl, als auch das Signal von dem Objekt hin zu dem Spektrometer, den Empfangsstrahl, überträgt, müssen daher alle Reflexionen vermieden werden. Dazu sind für die optischen Verbinder sogenannte ”High Return Loss”(HRL)-Stecker notwendig, die in der Regel eine Reflexionsunterdrückung von > 60 dB aufweisen. Bei derartigen Steckertypen sind die Enden des Lichtwellenleiters unter einem Winkel von wenigen Grad, typischerweise 8° bis 9°, angeschrägt und berühren einander physikalisch, so dass kaum Reflexionen entstehen. Mögliche Reflexionen werden wegen des geringen Winkels der Enden schräg eingekoppelt und nicht im Kern des Lichtwellenleiters geführt. Ein reflektierter Strahlungsanteil geht dann weitgehend in den Mantel des Lichtwellenleiters über, wo er sich aufgrund der dortigen hohen Dämpfung totläuft. Derartige Steckertypen haben jedoch hohe Anforderungen an die Positionsgenauigkeit der Steckerenden relativ zueinander und sind daher für häufige Wechsel und Verdrehungen der Steckerenden im Betrieb relativ zueinander ungeeignet.
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Somit besteht im Stand der Technik zum einen ein Problem hinsichtlich der Reflexionsempfindlichkeit innerhalb eines Lichtwellenleiters und an den physikalischen Steckverbindungen.
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Des Weiteren wurden aufgrund dieser Problematik die Weißlichtsensoren in der Regel nur im Festeinbau verwendet. Grundsätzlich ist jedoch wünschenswert, einen chromatischen Sensor oder Weißlichtsensor auch auswechselbar bereitzustellen, so dass er ggf. auch gegen taktile Sensorköpfe oder optische Sensorköpfe mit anderen Messsystemen getauscht werden kann. Auch besteht grundsätzlich ein Bedarf an einem Einsatz im Zusammenhang mit Dreh-Schwenk-Gelenken, wie es beispielsweise von der Anmelderin unter dem Namen ”RDS” vertrieben wird. Derartige Dreh-Schwenk-Gelenke oder Dreh-Schwenk-Einheiten ermöglichen eine Verschwenkung des angeschlossenen Sensorkopfes um zwei Rotationsachsen relativ zu einer Trägerstruktur und damit in eine Vielzahl verschiedener Raumrichtungen. Derartige Dreh-Schwenk-Einheiten finden zum Beispiel an Koordinatenmessgeräten mit einem Portalaufbau als Trägerstruktur Anwendung. Dort war bisher jedoch ein Einsatz von chromatischen Sensoren oder Weißlichtsensoren mit Dreh-Schwenk-Einheit nicht möglich, da zwei Drehachsen vorhanden sind, die sich mit den voranstehend beschriebenen physikalischen Lichtleiterverbindungen mit schräg geschliffenen Enden nicht überbrücken lassen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Sensoreinrichtung bereitzustellen, die die voranstehend beschriebenen Probleme hinsichtlich der Reflexionen in einem Lichtwellenleiter vermeidet.
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Es wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte optische Sensoreinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Wechselfläche zum lösbaren Koppeln der optischen Sensoreinrichtung mit einer Dreh-Schwenk-Einheit des Koordinatenmessgeräts ausgebildet ist, wobei die optische Sensoreinrichtung eine Lichtquelle zum Bereitstellen eines Sendestrahls aufweist, und wobei die optische Sensoreinrichtung eine optische Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Strahlengänge des Sendestrahls und eines Empfangsstrahls der optischen Sensoreinrichtung aufweist, und dass die optische Sensoreinrichtung einen ersten Lichtwellenleiter zum Führen des Empfangsstrahls aufweist, wobei die Wechselfläche der optischen Sensoreinrichtung um eine erste Rotationsachse relativ zu der Dreh-Schwenk-Einheit rotierbar ausgebildet ist, wobei ein objektfernes Ende des ersten Lichtwellenleiters koaxial mit der ersten Rotationachse in der Wechselfläche der optischen Sensoreinrichtung angeordnet ist.
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Auf diese Weise wird die Anzahl der notwendigen optischen Übertragungsstrecken über die Wechselfläche verringert. Da die Lichtquelle innerhalb der optischen Sensoreinrichtung angeordnet ist, ist es nicht mehr nötig, den Sendestrahl über die Wechselfläche von einer Trägerstruktur bzw. einer Dreh-Schwenk-Einheit in die optische Sensoreinrichtung einzukoppeln. Die Lichtquelle befindet sich innerhalb der optischen Sensoreinrichtung und der Sendestrahl wird mittels einer optischen Kopplungseinrichtung in die chromatische Baugruppe eingekoppelt.
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Auf diese Weise wird es ermöglicht, die optische Sensoreinrichtung mit der Dreh-Schwenk-Einheit um eine Drehachse rotierbar zu koppeln. Durch die Führung des den Empfangsstrahl führenden ersten Lichtwellenleiters koaxial mit dieser Rotationsachse ist es möglich, diese Drehebene zwischen der optischen Sensoreinrichtung und der Dreh-Schwenk-Einheit zu überbrücken. Insbesondere kann das objektferne Ende des ersten Lichtwellenleiters als Verbindung für eine Freistrahloptik ausgebildet sein.
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Bei der ”optischen Kopplungseinrichtung” kann es sich beispielsweise um einen Faserkoppler, ein Strahlteiler oder einen dichroitischen Spiegel handeln, wie im Folgenden noch genauer ausgeführt wird.
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Eine ”Dreh-Schwenk-Einheit” ist ein Bauelement, das ein Verschwenken bzw. Verdrehen der optischen Sensoreinrichtung relativ zu einer Trägerstruktur des Koordinatenmessgeräts um zwei Rotationsachsen ermöglicht.
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Der von dem Objekt reflektierte Empfangsstrahl wird dann durch den Faserkoppler in einen Lichtwellenleiter geleitet, der lediglich den Empfangsstrahl führt. Dieser kann entweder ebenfalls bereits in der optischen Sensoreinrichtung ausgewertet werden oder aber er wird mittels einer optischen Schnittstelle, die koaxial mit einer Drehachse angeordnet sein kann, über die Wechselfläche geführt. Da in diesem Lichtwellenleiter des Empfangsstrahls nicht mehr der Sendestrahl der Lichtquelle geführt ist, kann diese optische Schnittstelle als berührungslose Freistrahloptik ausgebildet sein, was die Verwendung zusammen mit einer Dreh-Schwenk-Einheit ermöglicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren eine optische Sensoreinrichtung, insbesondere konfokaler Weißlichtsensor, für ein Koordinatenmessgerät zum Ermitteln von Koordinaten eines zu vermessenden Objekts bereit gestellt, wobei die optische Sensoreinrichtung eine Wechselfläche aufweist, und wobei die optische Sensoreinrichtung eine chromatische Baugruppe zum Herbeiführen eines Farblängsfehlers aufweist, wobei die Wechselfläche zum lösbaren Koppeln der optischen Sensoreinrichtung mit einer Dreh-Schwenk-Einheit des Koordinatenmessgeräts ausgebildet ist, wobei die optische Sensoreinrichtung eine Lichtquelle zum Bereitstellen eines Sendestrahls aufweist, und wobei die optische Sensoreinrichtung eine optische Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Strahlengänge des Sendestrahls und eines Empfangsstrahls der optischen Sensoreinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung des Weiteren ein Spektrometer zum Analysieren des Empfangsstrahls aufweist, und wobei die optische Sensoreinrichtung einen Analog-zu-Digital-Wandler zum Wandeln des Messdatensignals des Spektrometers in ein digitales Messdatensignal aufweist, wobei die optische Sensoreinrichtung einen ersten Lichtwellenleiter zum Führen des digitalen Messdatensignals aufweist, wobei die Wechselfläche der optischen Sensoreinrichtung um eine erste Rotationsachse relativ zu der Dreh-Schwenk-Einheit rotierbar ausgebildet ist, wobei ein objektfernes Ende des ersten Lichtwellenleiters koaxial mit der ersten Rotationachse in der Wechselfläche der optischen Sensoreinrichtung angeordnet ist.
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Auf diese Weise erfolgt bereits innerhalb der optischen Sensoreinrichtung eine Wandlung des Signals des Spektrometers in ein digitales Messdatensignal, das dann mittels einer elektrischen oder elektronischen Schnittstelle über die Wechselfläche hinweg transportiert werden kann. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass trotz allem eine optische Schnittstelleneinrichtung mit Freistrahloptik koaxial zur Drehachse über die Wechselfläche vorgesehen ist, über die dann das digitale Messdatensignal übertragen wird. Eine derartige optische digitale Messdatenübertragung ermöglicht es insbesondere, sehr hohe Bandbreiten bei geringer Dämpfung zu übertragen.
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Auf diese Weise wird es wie voranstehend beschrieben möglich, das digitale Messdatensignal auch mittels einer optischen Übertragungsstrecke mittels des ersten Lichtwellenleiters zu übertragen. Auf diese Weise können besonders hohe Bandbreiten bei geringer Dämpfung übertragen werden.
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Unter einer ”Freistrahloptik” wird dabei ein Steckerelement für eine Lichtwellenleiter-Steckverbindung verstanden, bei der zwischen den Enden der Lichtwellenleiter ein Luftspalt bestehen bleibt, so dass kein physikalischer Kontakt zwischen den verbundenen Lichtwellenleitern besteht.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst.
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In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass die optische Kopplungseinrichtung einen Faserkoppler zum Koppeln eines ersten Lichtwellenleiters für den Empfangsstrahl und eines zweiten Lichtwellenleiters für den Sendestrahl in einen gemeinsamen Lichtwellenleiter aufweist.
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Mittels eines Faserkopplers wird es möglich, besonders einfach den Empfangsstrahl für einen ersten Lichtwellenleitern und den den Sendestrahl führenden zweiten Lichtwellenleiter in einen gemeinsamen Lichtwellenleiter einzukoppeln, der wiederum hin zu der chromatischen Baugruppe führt.
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Die Verlegung des Faserkopplers sowie der Lichtquelle in die optische Sensoreinrichtung ist möglich, weil beide Bauteile klein sind und somit in eine derartige optische Sensoreinrichtung hineinpassen. Somit existiert an der Wechselfläche nur noch eine Lichtwellenleiterstrecke, in der das Licht sich nur in einer Richtung ausbreitet, so dass sie für Reflexionen unkritisch ist und optische Stecker mit einem Luftspalt zulässt. Zusätzlich kann zumindest eine elektrische Verbindung zur Speisung der Lichtquelle mit elektrischer Energie vorgesehen sein, sowie deren Ansteuerung kontaktiert werden. Derartige elektrische Verbindungen über Drehflächen hinweg sind jedoch einfach mal grundsätzlich bekannt, beispielsweise über Schleifringe.
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In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass die optische Kopplungseinrichtung ein Strahlteiler, insbesondere ein dichroitischer Spiegel, zum Koppeln der Strahlengänge des Sendestrahls und eines Empfangsstrahls der optischen Sensoreinrichtung ist.
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Da die Lichtquelle bereits in der optischen Sensoreinrichtung angeordnet ist, kann der Faserkoppler auch durch einen dichroitischen Spiegel ersetzt werden. Auf diese Weise kann insbesondere die zumeist verlustreiche Einkopplung des Lichts der Lichtquelle in den zweiten Lichtwellenleiter für den Sendestrahl entfallen, so dass die Lichtquelle besser zum Vermessen des Objekts genutzt werden kann. Dies ermöglicht es, für eine gleiche Lichtleistung eine Lichtquelle mit geringerer Ausgangsleistung zu verwenden, so dass auch eine Wärmeentwicklung innerhalb der optischen Sensoreinrichtung verringert werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der optischen Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass die optische Sensoreinrichtung des Weiteren ein Spektrometer zum Analysieren des Empfangsstrahls aufweist, und wobei die Wechselfläche mindestens eine elektrische Schnittstelleneinrichtung zum Führen eines Messdatensignals von dem Spektrometer aufweist.
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Auf diese Weise wird es möglich, den Empfangsstrahl direkt in der optischen Sensoreinrichtung auszuwerten. Insbesondere ist es dann nicht mehr notwendig, den Empfangsstrahl über die Wechselfläche der optischen Sensoreinrichtung hinweg zu übertragen. Es kann dann mindestens eine elektrische Schnittstelleneinrichtung vorgesehen sein. Zumindest eine dieser elektrischen Schnittstelleneinrichtungen kann dann dazu verwendet werden, das elektrische Signal des Spektrometers über die Wechselfläche hinweg zu übertragen.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die chromatische Baugruppe wechselbar ausgebildet ist, insbesondere kann diese manuell wechselbar ausgebildet sein.
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Des Weiteren wird ein Koordinatenmessgerät mit einer optischen Sensoreinrichtung nach einer der voranstehend genannten Ausgestaltungen vorgeschlagen, wobei die Dreh-Schwenk-Einheit mit einer zweiten Wechselfläche mit einer Trägerstruktur, insbesondere Pinole, des Koordinatenmessgeräts gekoppelt ist, und wobei die optische Sensoreinrichtung rotierbar um die erste Rotationsachse mit Dreh-Schwenk-Einheit gekoppelt ist, wobei die Dreh-Schwenk-Einheit einen Übertragungslichtwellenleiter mit einem objektnahen Ende und einem objektfernen Ende aufweist, wobei das objektnahe Ende koaxial mit der ersten Rotations-achse angeordnet ist und das objektferne Ende koaxial mit der zweiten Rotationsachse angeordnet ist, und wobei eine erste optische Schnittstelle an dem objektnahen Ende des Übertragungslichtwellenleiters als Freistrahloptik ausgebildet ist.
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Auf diese Weise wird ein Koordinatenmessgerät bereitgestellt, bei dem die optische Sensoreinrichtung mittels einer Dreh-Schwenk-Einheit rotierbar um zwei Achsen angeordnet werden kann. Des Weiteren ist die optische Sensoreinrichtung wechselbar und eine Durchführung durch die Dreh-Schwenk-Einheit kann durch den Übertragungslichtwellenleiter erfolgen. In diesem ist des Weiteren nur das Signal des Empfangsstrahls geführt, so dass eine Reflexionsproblematik nicht besteht und die optische Schnittstelle an der Wechselfläche zwischen der Dreh-Schwenk-Einheit und der optischen Sensoreinrichtung als Freistrahloptik, d. h. mit einem Luftspalt zwischen den Enden der Lichtwellenleiter, ausgebildet sein kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Dreh-Schwenk-Einheit rotierbar um eine zweite Rotationsachse mit der Trägerstruktur, insbesondere Pinole, gekoppelt ist, wobei das objektferne Ende des Übertragungslichtwellenleiters koaxial mit der zweiten Rotationsachse angeordnet ist, wobei eine zweite optische Schnittstelle an dem objektfernen Ende als Freistrahloptik ausgebildet ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, auch die optische Schnittstelle zwischen der Dreh-Schwenk-Einheit und der Trägerstruktur als Freistrahloptik auszubilden. Auf diese Weise wird auch ein Wechseln der Dreh-Schwenk-Einheit erleichtert.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Übertragungslichtwellenleiter von seinem objektnahen Ende zu seinem objektfernen Ende innerhalb der Dreh-Schwenk-Einheit in einem torsionssteifen Schlauch geführt ist.
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Auf diese Weise wird eine Tordierung des Lichtwellenleiters vermieden. Aufgrund des torsionssteifen Schlauches werden lediglich Biegekräfte auf den Lichtwellenleiter übertragen. Das verringert die Belastung des Übertragungslichtwellenleiters und erhöht dessen Übertragungsqualität und ist betriebssicher, solange die für den jeweiligen Lichtwellenleiter spezifizierten minimalen Biegeradien, beispielsweise 30 mm, nicht unterschritten werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgeräts kann vorgesehen sein, dass die Dreh-Schwenk-Einheit einen Kopplungsabschnitt zum Koppeln der Dreh-Schwenk-Einheit mit der Trägerstruktur, insbesondere Pinole, aufweist, wobei der Kopplungsabschnitt drehfest mit der Trägerstruktur, insbesondere Pinole, gekoppelt ist und rotierbar um die zweite Rotationsachse mit einem Drehabschnitt der Dreh-Schwenk-Einheit gekoppelt ist, wobei der Kopplungsabschnitt einen Adapterlichtwellenleiter aufweist, dessen objektfernes Ende physikalisch mit einem Lichtwellenleiter in der Trägerstruktur, insbesondere Pinole, gekoppelt ist, und dessen objektnahes Ende mittels einer zweiten optischen Schnittstelle mit dem objektfernen Ende des Übertragungslichtwellenleiters koaxial zu der zweiten Rotationsachse gekoppelt ist, und wobei die zweite optische Schnittstelle als Freistrahloptik ausgebildet ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Übertragungslichtwellenleiter derart anzuordnen, dass dieser sich bei den Rotationsbewegungen der Dreh-Schwenk-Einheit und der optischen Sensoreinrichtung nicht mit dreht. Zwischen dem Übertragungslichtwellenleiter und dem Adapterlichtwellenleiter kann die optische Schnittstelle als Freistrahloptik, d. h. mit Luftspalt, ausgeführt sein. Auf diese Weise kann die optische Übertragungsstrecke über die Drehebene der zweiten Rotationsachse der Dreh-Schwenk-Einheit, mit der die Dreh-Schwenk-Einheit relativ zu der Trägerstruktur bzw. der Pinole rotiert wird, überbrückt werden. An dieser erfolgt jedoch kein Wechseln der Dreh-Schwenk-Einheit gegenüber der Trägerstruktur. Insofern ist es dann möglich, diese optische Schnittstelle fest mit hoher Übertragungsqualität auszugestalten, bspw. mit HRL-Steckern. An dem objektfernen Ende des Adapterlichtwellenleiters kann eine optische Schnittstelle hinter einer Trägerstruktur bzw. Pinole dann als physikalische optische Schnittstelle, beispielsweise mittels eines HRL-Steckers, ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Koordinatenmessgeräts kann vorgesehen sein, dass der Strahlteiler derart angeordnet ist, dass er den Empfangsstrahl direkt in ein objektnahes Ende des Übertragungslichtwellenleiters einkoppelt, insbesondere fokussiert und einkoppelt.
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Auf diese Weise ist lediglich an dem optiknahen Ende des Übertragungslichtwellenleiters noch eine derartige Lichtwellenleiterverbindung vorzusehen. Dieses Ende kann auch geeignete optische Elemente, beispielsweise Linsen aufweisen, um das von dem Strahlteiler bzw. dichroitischen Spiegel eingekoppelte Licht zu sammeln und in den Lichtwellenleiter zu leiten.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Koordinatenmessgeräts,
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2 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs des Koordinatenmessgeräts in 1,
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3 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Lage verschiedener Wechselschnittstellen an dem Koordinatenmessgerät,
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4 eine Ausführungsform einer optischen Sensoreinrichtung,
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5 eine an eine Dreh-Schwenk-Einheit eines Koordinatenmessgeräts angekoppelte optische Sensoreinrichtung,
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6 eine weitere Ausführungsform einer Ankopplung einer optischen Sensoreinrichtung an eine Dreh-Schwenk-Einheit eines Koordinatenmessgeräts,
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7 noch eine weitere Ausführungsform einer optischen Sensoreinrichtung, die an eine Dreh-Schwenk-Einheit eines Koordinatenmessgeräts gekoppelt ist,
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8 noch eine weitere Ausführungsform einer optischen Sensoreinrichtung, die an eine Dreh-Schwenk-Einheit eines Koordinatenmessgeräts angekoppelt ist,
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9a bis 9e verschiedene Möglichkeiten zur Ausbildung einer optischen Schnittstelle mit Freistrahloptik, und
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10 ein erläuterndes Beispiel einer optischen Sensoreinrichtung.
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1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 10. Das Koordinatenmessgerät 10 dient zum Vermessen eines Objekts 12. Hierzu ist eine optische Sensoreinrichtung 14 vorgesehen, die insbesondere ein konfokaler Weißlichtsensor oder chromatische optische Sensoreinrichtung sein kann.
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Zur Ausrichtung der optischen Sensoreinrichtung 14 gegenüber dem Objekt 12 im Raum ist insbesondere eine Dreh-Schwenk-Einheit 16 vorgesehen, die eine Rotation der optischen Sensoreinrichtung um zwei Raumachsen und damit ihre Ausrichtung in einer gewünschten Raumrichtung ermöglicht.
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Das Koordinatenmessgerät ist auf einer Basis 18 angeordnet. Relativ zu dieser Basis ist ein Portal 20 in einer Y-Richtung verschiebbar gelagert. An dem Portal 20 ist ein Schlitten 22 in einer X-Richtung verschiebbar gelagert. Innerhalb des Schlittens 22 wiederum ist eine Pinole 24 in einer Z-Richtung verschiebbar gelagert. Die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung bilden gemeinsam ein kartesisches Koordinatensystem. Auf diese Weise ist durch translatorische Bewegung des Portals, des Schlittens und der Pinole sowie durch Nutzung der beiden Rotationsachsen der Dreh-Schwenk-Einheit 16 eine geeignete Anordnung der optischen Sensoreinrichtung 14 relativ zu dem auf der Basis 18 angeordneten Objekt 12 möglich.
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Das Portal 20, der Schlitten 22 und die Pinole 24 bilden gemeinsam eine Trägerstruktur 26. Grundsätzlich sind auch andere Trägerstrukturen 26 für Koordinatenmessgeräte bekannt und können vorgesehen sein, beispielsweise Horizontalarm-Trägerstrukturen usw. Des Weiteren sind eine Skala 28 in Y-Richtung, eine Skala 30 in X-Richtung und eine Skala 32 in Z-Richtung dargestellt, diese ermöglichen eine Erfassung der Positionierung des Portals, des Schlittens und der Pinole im Raum, so dass die Positionierung der optischen Sensoreinrichtung aufgrund der bekannten Drehstellungen der Dreh-Schwenk-Einheit 16 in einem Messraum jederzeit bekannt ist. Derartige Skalen sind dem Durchschnittsfachmann ebenfalls bekannt.
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Eine Regelung zur Einrichtung 34 dient zum Steuern des Koordinatenmessgeräts 10. In der Regel ist eine Datenverarbeitungseinrichtung 36 in der Regelungseinrichtung 34 vorgesehen, um die Regelung des Koordinatenmessgeräts 10 und die Auswertung der Messergebnisse vorzunehmen. Schematisch ist des Weiteren eine Eingabeeinrichtung 38 dargestellt, die zum Eingeben von Daten durch einen Nutzer vorgesehen sein kann. Des Weiteren kann eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, um die Messergebnisse einem Nutzer anzuzeigen. Die dargestellte Ausgestaltung und Anordnung von der Regelungseinrichtung 34, der Datenverarbeitungseinrichtung 36 und der Eingabeeinrichtung 38 ist lediglich schematisch und beispielhaft zu verstehen. Sie kann vollkommen anders ausgestaltet sein oder aber beispielsweise auch zumindest teilweise in die Basis 18 des Koordinatenmessgeräts integriert sein.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs um die Dreh-Schwenk-Einheit 16. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen in der 1 gekennzeichnet und werden nicht erneut erläutert.
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An der optischen Sensoreinrichtung 14 ist eine erste Wechselfläche 40 vorgesehen, über die die optische Sensoreinrichtung 14 mit der Dreh-Schwenk-Einheit 16 gekoppelt wird. Die Dreh-Schwenk-Einheit 16 weist einen Drehabschnitt 46 und einen Kopplungsabschnitt 44 auf. Der Kopplungsabschnitt 44 ist mit einer zweiten Wechselfläche 42 mit der Pinole 24 der Trägerstruktur 26 des Koordinatenmessgeräts 10 gekoppelt. Die Kopplung an der Wechselfläche 40 ist drehbar ausgestaltet. An dieser Stelle ist die optische Sensoreinrichtung 14 um eine erste Rotationsachse 48 relativ zu der Dreh-Schwenk-Einheit 16 drehbar. Des Weiteren ist der Drehabschnitt 46 um eine zweite Rotationsachse 50 relativ zu dem Kopplungsabschnitt 44 drehbar. Es liegt somit eine zweite Drehebene 98 zwischen dem Drehabschnitt 46 und dem Kopplungsabschnitt 44 vor. Es ist bereits an dieser Stelle herauszuheben, dass ein innerhalb der Dreh-Schwenk-Einheit 16 vorgesehener Lichtwellenleiter von der ersten Wechselfläche 40 nicht zwingend durchgängig bis zu der zweiten Wechselfläche 42 hindurchgeführt sein muss. Es kann auch durchaus vorgesehen sein, dass dieser nur bis zu der Drehebene zwischen dem Kopplungsabschnitt 44 und dem Drehabschnitt 46 reicht. Dann ist, wie im Folgenden noch detailliert aufgezeigt wird, ein Adapterlichtwellenleiter innerhalb des Kopplungsabschnitts vorgesehen.
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Auf diese Weise wird es möglich, die optische Sensoreinrichtung 14 sowohl um die erste Rotationsachse 48 als auch um die zweite Rotationsachse 50 zu verschwenken. Auf diese Weise kann eine Messachse 52 beliebig im Raum ausgerichtet werden. Üblicherweise fällt die Messachse 52 mit einer optischen Achse der chromatischen Baugruppe 54 zusammen, die einen definierten Farblängsfehler zur Durchführung des chromatischen Messverfahrens bereitstellt. Üblicherweise ist die chromatische Baugruppe 54 durch zumindest zwei Linsenelemente 46 bereitgestellt, die einen definierten Farblängsfehler auf einen Sendestrahl beaufschlagen.
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3 zeigt noch einmal schematisch den Aufbau der Signalübertragungstrecken für eine optische Sensoreinrichtung 14, insbesondere einen Weißlichtsensor, in einem Koordinatenmessgerät 10. Schematisiert ist die chromatische Baugruppe 54 und das zu vermessende Objekt 12 dargestellt. Das verwendete Licht der Lichtquelle 68 wird über einen Steckverbinder 60 in die chromatische Baugruppe 54 geleitet. Das von dem Objekt 12 reflektierte Licht gelangt dann wiederum durch die chromatische Baugruppe 54 und den Steckverbinder 60 in die Übertragungsstrecke. Die Übertragungsstrecke ist als Faserstrecke 58 schematisiert dargestellt. Üblicherweise nach dem bekannten Stand der Technik ist eine Schnittstelle an der punktiert dargestellten Linie A-A vorgesehen, d. h. in der Faserstrecke 58. Hier werden in der Faserstrecke 58 sowohl der in Richtung des Objekts 12 laufende Sendestrahl als auch der von dem Objekt 12 reflektierte Empfangsstrahl geführt. Durch eine Trennung der Faserstrecke 58 an der Stelle A-A entstehen die voranstehend beschriebenen Probleme hinsichtlich der Reflexionen und der Wechselbarkeit. Insbesondere erfordert folglich wie geschildert eine Trennung an der Strecke A-A durch Stecker mit Schrägschliff ausgebildete optische Schnittstellen, um überhaupt die Reflexionen auf ein tolerierbares Maß zu dämpfen. Auf diese Weise sind aber gleichzeitig derartige optische Schnittstellen nicht für Dreh-Schwenk-Einheiten geeignet.
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Entsprechend kann, wie im Folgenden noch erläutert wird, eine optische Kopplungseinrichtung, insbesondere ein Faserkoppler 62 vorgesehen sein, der die gemeinsame Faserstrecke 58 aufteilt in einen ersten Lichtwellenleiter 82 für den Empfangsstrahl und einen zweiten Lichtwellenleiter 84 für den Sendestrahl. Zwischen dem Faserkoppler 62 und der Faserstrecke 58 ist üblicherweise eine Verbindung mittels eines weiteren Steckverbinders 61 bereitgestellt.
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Dies ermöglicht beispielsweise die Anordnung der Wechselfläche 40 an der schematisch mit der Linie B-B angedeuteten Stelle. Aufgrund der getrennten Führung des Sendestrahls und des Empfangsstrahls liegen zwei reflexionsunempfindliche Faserstrecken 82, 84 vor. Dies ermöglicht bereits eine deutlich verbesserte Signalübertragung, wie sie im Folgenden noch im Zusammenhang mit der 10 geschildert wird.
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Des Weiteren sind in der 3 schematisch dargestellt eine Lichtquelle 68, ein Spektrometer 70, eine Treiberschaltung 72 für die Lichtquelle 68 und eine Auswertungselektronik 74, die mit dem Spektrometer 70 gekoppelt ist. Insbesondere können die Treiberschaltung 72 und die Auswertungselektronik 74 mit der Regelungseinrichtung 34 des Koordinatenmessgeräts 10 gekoppelt sein. Auf diese Weise kann beispielsweise auch eine Regelungsschleife zwischen der Auswertungselektronik 74 und der Lichtquelle 68 ausgebildet sein. Erkennt die Auswertungselektronik, dass ein Empfangssignal zu schwach ist, kann beispielsweise die Lichtleistung der Lichtquelle erhöht werden.
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Ist die Lichtquelle 68 innerhalb der optischen Sensoreinrichtung 10 vorgesehen, kann die Wechselfläche 40 an einer mit der Linie C-C dargestellten Stelle realisiert werden. Es wird deutlich, dass dann lediglich eine optische Schnittstelle über die Wechselfläche 40 vorzusehen ist, die den Empfangsstrahl zu dem Spektrometer 70 leitet. Derartige Ausgestaltungen sind im Folgenden beispielsweise im Zusammenhang mit den 4, 5, 6 und 7 erläutert.
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Des Weiteren kann auch noch das Spektrometer 70 innerhalb der optischen Sensoreinrichtung 10 angeordnet sein. Dann kann eine Wechselfläche 40 an einer mit der Linie D-D gezeichneten Stelle realisiert sein. Es sind dann lediglich elektrische oder elektronische Signale zwischen der optischen Sensoreinrichtung 10 und den übrigen Elementen des Koordinatenmessgeräts 10 zu übertragen. An der Wechselfläche 40 können dann lediglich elektrische oder elektronische Signale bzw. Schnittstellen vorhanden sein. Dies ist beispielsweise im Folgenden im Zusammenhang mit der 8 erläutert.
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Des Weiteren kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass jeweils die Treiberschaltung 72 zusammen mit der Lichtquelle 68 in der optischen Sensoreinrichtung vorgesehen ist, dann ist beispielsweise lediglich die Signalübertragungsstrecke zwischen der Treiberschaltung 72 und der Regelungseinrichtung 34 über die Wechselfläche in den Varianten C-C oder D-D zu führen.
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Insgesamt sind somit bei einer Realisierung der Wechselfläche 40 an der Linie C-C der Faserkoppler 62, die Lichtquelle 68 und evtl. die Treiberschaltung 72 der optischen Sensoreinrichtung 10 zugeordnet. Es ist dann lediglich eine optische Schnittstelle über die Wechselfläche 40 vorzusehen, die beispielsweise koaxial mit einer Rotationsachse angeordnet sein kann, so dass diese Ausgestaltung für Dreh-Schwenk-Einheiten 16 geeignet ist. Darüber hinaus sind zwei oder drei elektrische bzw. elektronische Schnittstellen vorzusehen. Die optische Schnittstelle kann dann insbesondere als Freistrahloptik bzw. durch durchaus reflexionsbehaftete Verbindungen bereitgestellt sein. Da die Strecke 82 lediglich in einer Richtung den Empfangsstrahl führt, ist dies eher unkritisch.
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Bei einer Realisierung der Trennstelle an der Linie D-D sind dann insgesamt der Faserkoppler 62, die Lichtquelle 68 und das Spektrometer 70 sowie ggf. die Treiberschaltung 72 der optischen Sensoreinrichtung 10 zugeordnet. Es sind dann lediglich elektrische bzw. elektronische Verbindungen über die Wechselfläche 40 vorzusehen, dabei sollten fünf elektrische bzw. elektronische Schnittstellen ausreichen, um die Lichtquelle 68 anzusteuern und mit elektrischer Energie zu versorgen sowie ein Ausgangssignal des Spektrometers 70 zu einer Auswertungselektronik 74 zu übertragen. Auch diese Ausführungsform eignet sich zum Einsatz zusammen mit Dreh-Schwenk-Einheiten, da über der Wechselfläche 40 ausschließlich elektrische bzw. elektronische Schnittstellen vorzusehen sind.
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In einer erwähnten Varianten kann grundsätzlich die chromatische Baugruppe 54 wechselbar, insbesondere manuell wechselbar, ausgestaltet sein, um einen Messbereich und/oder in einer Apertur des Objektivs wie gewünscht zu wählen.
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4 zeigt eine Ausgestaltung der optischen Sensoreinrichtung 14. Gleiche Elemente sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut erläutert.
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In der dargestellten Ausführungsform weist die optische Sensoreinrichtung 14 neben der chromatischen Baugruppe 54 eine optische Kopplungseinrichtung 76 auf, die den ersten Lichtwellenleiter 82 und den zweiten Lichtwellenleiter 84 in einen gemeinsamen Lichtwellenleiter 85 überführt, der dann an mittels eines Steckverbinders 60 in die chromatische Baugruppe 54 gekoppelt ist. Des Weiteren weist die optische Sensoreinrichtung 14 die Lichtquelle 68 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist diese als LED-Element ausgebildet. Dies ist jedoch bei lediglich beispielhaft zu verstehen und kann durchaus auch auf andere Weise ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass die Lichtquelle ein Licht mit einem kontinuierlichen chromatischen Spektrum emittiert. Auch die Treiberschaltung 72 kann in der optischen Sensoreinrichtung 14 vorgesehen sein. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Über die Wechselfläche 40 ist eine elektrische bzw. elektronische Schnittstelle 78 in an sich bekannter Weise geführt, so dass die Lichtquelle 68 mit Energie versorgt und die Treiberschaltung 72 mit Steuersignalen und ebenfalls mit Energie versorgt und angesteuert werden kann. Des Weiteren ist eine optische Schnittstelle 80 vorgesehen, die eine Schnittstelle für den ersten Lichtwellenleiter 82 und den darin geführten Empfangsstrahl bereitstellt. Insbesondere ist diese optische Schnittstelle 80 als Freistrahloptik ausgeführt, d. h. eine Steckerverbindung mit Luftspalt wurde an dieser Stelle eingerichtet. Insbesondere ist diese Schnittstelle 80 koaxial mit der ersten Rotationsachse 48 angeordnet, so dass eine Drehbarkeit der optischen Sensoreinrichtung 14 um die Rotationsachse 48 möglich ist.
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5 zeigt eine Ausführungsform der optischen Sensoreinrichtung 14 gekoppelt mit einer Dreh-Schwenk-Einheit 16 des Koordinatenmessgeräts 10. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. Die optische Sensoreinrichtung 14 ist im Zusammenhang mit der 4 beschrieben ausgebildet. Wie bereits voranstehend beschrieben wurde, ist ein objektfernes Ende 83 des ersten Lichtwellenleiters 82 an der optischen Schnittstelle 80 angeordnet, in der über Steckkontakte eine optische Verbindung mit Luftspalt zwischen den Lichtwelllenleiter 82 und einem Übertragungslichtwellenleiter 92 hergestellt ist. Die Dreh-Schwenkeinheit 16 ist des Weiteren um die zweite Rotationsachse 50 rotierbar. Sie ist an der Pinole 24 über die zweite Wechselfläche 42 gekoppelt. Um diese Kopplung auch optisch bereitzustellen, ist zunächst zwischen dem Drehabschnitt 46 und dem Kopplungsabschnitt 44 eine zweite optische Schnittstelle 88 vorgesehen und an der zweiten Wechselfläche 42 eine dritte optische Schnittstelle 90 vorgesehen. Da eine Drehung zwischen dem Drehabschnitt 46 und dem Kopplungsabschnitt 44 erfolgt, kann die dritte optische Schnittstelle 90 beispielsweise mittels eines HRL-Steckers mit physikalischem Kontakt zwischen den Lichtwellenleiterenden hergestellt sein. Die zweite optische Schnittstelle 88 ist jedoch mit Luftspalt ausgeführt, so dass eine voranstehend beschriebene Drehebene 98 zwischen dem Kopplungsabschnitt 44 und dem Drehabschnitt 46 überbrückt werden kann. Folglich ergibt sich innerhalb der Dreh-Schwenk-Einheit 16 zunächst ein Übertragungslichtwellenleiter 92, dessen objektnahes Ende 93 an der optischen Schnittstelle 80 liegt. Dabei bezieht sich der Begriff ”objektnah” bzw. im Folgenden ”objektfern” auf das zu vermessende Objekt 12, und damit die Richtung der Signalübertragung innerhalb der Lichtwellenleiter. Folglich liegt ein objektfernes Ende 94 an der zweiten optischen Schnittstelle 88. Zur Überbrückung des Wegs zwischen der zweiten optischen Schnittstelle 88 und der dritten optischen Schnittstelle 90 ist ein Adapterlichtwellenleiter 96 vorgesehen, dessen objektnahes Ende 97 an der zweiten optischen Schnittstelle 88 liegt und dessen objektfernes Ende 99 an der dritten optischen Schnittstelle 90 liegt.
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Folglich ist zur Überbrückung der Drehebene 98 in der zweiten optischen Schnittstelle 88 eine Freistrahloptik, d. h. eine Kopplung der Lichtwellenleiter 92 und 96 mit Luftspalt vorgesehen.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass der Übertragungslichtwellenleiter 92 sich bei etwaigen Drehbewegungen um die Rotationsachsen 48, 50 nicht mitdrehen muss. Er ist somit frei von mechanischen Beanspruchungen. Gleiches gilt für den Adapterlichtwellenleiter 96.
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In der 6 ist eine weitere Ausgestaltung gezeigt, in der die optische Sensoreinrichtung 14 ebenfalls mit der Drehschwenkeinheit 16 des Koordinatenmessgeräts 10 gekoppelt ist. Gleiche Elemente wie in der 5 sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert.
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Der wesentliche Unterschied zu der Ausführungsform der 5 liegt darin, dass eine optische Schnittstelle zwischen dem Kopplungsabschnitt 44 und dem Drehabschnitt 46 eingespannt wird. Dazu ist der Übertragungslichtwellenleiter 92 bis an die zweite Wechselfläche 92 herangeführt. Die dann dort vorzusehende zweite optische Schnittstelle an dem sensorfernen Ende 94 des Übertragungslichtwellenleiters 92 ist folglich mit Luftspalt, d. h. an der Freistrahloptik über die zweite Wechselfläche 92 hindurch ausgebildet. Daraus ergibt sich aber notwendigerweise, dass der Übertragungslichtwellenleiter 92 über die Drehebene 98 hinweg geführt werden muss. Um Beschädigungen des Lichtwellenleiters und damit Fehler bei der optischen Übertragung zu vermeiden, ist daher vorgeschlagen, den Übertragungslichtwellenleiter 92 in einem torsionssteifen Schlauch 100 zu führen. Der Übertragungslichtwellenleiter 92 liegt lose in dem torsionssteifen Schlauch 100. Der torsionssteife Schlauch 100 setzt Drehbewegungen um die Achsen 48, 50 in reine Biegung um. Folglich wird eine Tordierung des Übertragungslichtwellenleiters 92 vermieden und es kann sogar eine optische Schnittstelle, nämlich diejenige zwischen dem Kopplungsabschnitt 44 und dem Drehabschnitt 46, eingespart werden.
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In der 7 ist eine weitere Ausgestaltung der optischen Sensoreinrichtung 14 dargestellt. Gleiche Elemente sind grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden in Folgendem nicht näher erläutert. Die Ausgestaltung der Durchführung des Übertragungslichtwellenleiters 92 durch die Dreh-Schwenk-Einheit 16 ist grundsätzlich wie in der 6 dargestellt ausgebildet.
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In der 7 ist jedoch die optische Kopplungseinrichtung 76 als dichroitischer Spiegel 102 ausgebildet. Dies ermöglicht es, ohne Lichtwellenleiter das Licht der Lichtquelle 68 in die chromatische Baugruppe 54 einzukoppeln. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, dass zur Strahlführung des von der Lichtquelle 68 emittierten Lichts optische Elemente, insbesondere refraktive optische Elemente, innerhalb der optischen Sensoreinrichtung 14 vorhanden sind, die jedoch in der 7 nicht dargestellt sind.
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Dieser Sendestrahl ist mit dem Bezugszeichen 67 gekennzeichnet. Ein Empfangsstrahl 65 wird durch den dichroitischen Spiegel 102 reflektiert, wenn er von dem Objekt 12 reflektiert wurde. Der dichroitische Spiegel 102 ist dabei derart angeordnet, dass er über die Wechselfläche 40 hinweg den Empfangsstrahl 65 direkt an der optischen Schnittstelle 80 in das objektferne Ende 93 des Übertragungslichtwellenleiters 92 fokussiert und einkoppelt. Auch zur Strahlführung des Empfangsstrahls könnten selbstverständlich weitere optische Elemente, insbesondere refraktive optische Elemente, vorgesehen sein, die jedoch in der 7 nicht dargestellt sind.
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Auf diese Weise ist an der optischen Schnittstelle 80 nur für das objektnahe Ende 93 des Übertragungslichtwellenleiters 92 eine optische Steckverbindung mit vorzusehen.
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Die 8 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung der optischen Sensoreinrichtung 14 und der Drehschwenkeinheit 16 des Koordinatenmessgeräts 100. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden daher im Folgenden nicht erneut erläutert.
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In der dargestellten Ausführungsform weist die optische Sensoreinrichtung 14 zusätzlich auch das Spektrometer 70 und einen Analog-zu-Digital-Wandler 104 auf. Dann ist an der Wechselfläche 40 keine optische Schnittstelle mehr vorzusehen. Stattdessen sind an der Wechselfläche 40 lediglich elektrische bzw. elektronische Schnittstellen 78, 106, 107 vorzusehen, um die Lichtquelle 68 mit elektrischer Energie zu versorgen und ihre Treiberschaltung 72 anzusteuern. Des Weiteren ist das Spektrometer 70 mit elektrischer Energie zu versorgen und das digitale Messdatensignal aus dem Analog-zu-Digital-Wandler 104 auszulesen und zu der Auswertungselektronik 74 zu übertragen. Dies erfolgt auch durch die Dreh-Schwenk-Einheit 16 mittels mehrerer elektrischer Leitungen 108, 109, 110 in an sich bekannter Weise.
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Auch in dieser Anordnung ist somit eine freie Drehbarkeit um die Rotationsachsen 48, 50 der optischen Sensoreinrichtung 14 gewährleistet.
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In 9a bis 9e sind verschiedene Ausführungsformen möglicher optischer Schnittstellen 120 mit Freistrahloptik bzw. mit Luftspalt dargestellt. Die dargestellten Ausführungsformen können sowohl für die optische Schnittsteile 80 als auch für eine der weiteren optischen Schnittstellen 88, 90, 150 Anwendung finden. Folglich kann es sich bei einer ersten Systemkomponente 124 beispielsweise um die optische Sensoreinrichtung 14, den Drehabschnitt 46 oder den Kopplungsabschnitt 44 handeln. Bei der zweiten Systemkomponente 126 kann es sich um den Drehabschnitt 46, den Kopplungsabschnitt 44 oder die Trägerstruktur 26, insbesondere die Pinole 24 handeln.
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In 9a ist die optische Schnittstelle 120 durch zwei Öffnungen in sowohl der ersten Systemkomponente 124 als auch der zweiten Systemkomponente 126 gebildet. Die Öffnungen sind in den Wechselflächen 40, 42 oder der Drehebene 98 der Systemkomponenten 124, 126 vorgesehen. In der dargestellten Ansicht sind die Systemkomponenten 124, 126 miteinander verbunden und über das Dreipunktlager 122 gekoppelt. In den 9a bis 9e sind aus Gründen der Übersicht zwei Lagerelemente des Dreipunktlagers 122 dargestellt, die dargestellte Schnittansicht würde somit in der Mitte einen Knick um 120° aufweisen.
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Über die in 9a dargestellte Ausführungsform der optischen Schnittstelle 120 kann beispielsweise ein Freistrahlbündel 130 übertragen werden. Dies kann frei durch eine Öffnung 128 in der Wechselfläche treten und tritt danach in die erste Systemkomponente 124 ein. Der sich dort fortsetzende kollimierte Freistrahl 130' kann somit weiterverwendet werden. Auf diesem Wege ist auch eine Übertragung in beiden Richtungen möglich, das heißt sowohl von der ersten Systemkomponente 124 zu der zweiten Systemkomponente 126 als auch von der zweiten Systemkomponente 126 zu der ersten Systemkomponente 124.
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In 9b ist eine weitere Ausführungsform einer möglichen optischen Schnittstelle 120 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist die erste Systemkomponente 124 einen Lichtwellenleiter 132 zur Übertragung von Licht auf. An einer Eintrittsfläche des Lichtwellenleiters 132 ist ein optisches Koppelglied 134 angeordnet. Das optische Koppelglied 134 kann beispielsweise eine Linse sein, die eintreffendes Licht in den Lichtwellenleiter 132 bündelt. Auf der Seite der zweiten Systemkomponente 126 ist kein optisches Koppelglied in der in 9b dargestellten Ausführungsform vorgesehen. Auf diese Weise kann es jedoch bereits möglich sein, einen kollimierten Freistrahl 130, aber auch unkollimiertes Licht (nicht dargestellt) von der zweiten Systemkomponente 126 auf die erste Systemkomponente 124 relativ verlustarm mittels des Koppelglieds 134 zu übertragen.
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In 9c ist eine weiterentwickelte Variante der in 9b dargestellten Ausführungsform gezeigt. In dieser Variante weist auch die zweite Systemkomponente 126 ein optisches Koppelglied 136 auf. Auf diese Weise ist es möglich, einen kollimierten Freistrahl 130, aber auch unkollimiertes Licht, über die beiden Koppelglieder 136, 134 verlustarm in den Lichtwellenleiter 132 zu übertragen.
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In 9d ist eine weitere Ausführungsform einer optischen Schnittstelle 120 dargestellt, die mit zwei Lichtwellenleitern 132, 130 arbeitet. Bei einem relativ geringen Spaltmaß zwischen der ersten Systemkomponente 124 und der zweiten Systemkomponente 126 kann eine derartige Übertragung zwischen zwei Lichtwellenleitern bereits ausreichend sein.
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In 9e ist eine weiterentwickelte Ausführungsform der in 5d dargestellten Ausführungsform gezeigt. In diesem Fall weist die zweite Systemkomponente 126 ein optisches Koppelglied 136 auf. Mit diesem können die aus dem Lichtwellenleiter 130 austretenden Strahlen im Lichtwellenleiter 132 gebündelt werden. Auf diese Weise können Übertragungsverluste von der zweiten Systemkomponente 126 auf die erste Systemkomponente 124 minimiert werden.
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Die voranstehend in den 9a bis 9e für die erste Systemkomponente 124 und die zweite Systemkomponente 126 beschriebenen Anordnungen können selbstverständlich auch in umgekehrter Anordnung vorgesehen sein. Das heißt, die in den Darstellungen in der ersten Systemkomponente 124 dargestellten Elemente können auch in der zweiten Systemkomponente 126 und umgekehrt angeordnet sein, so dass sich ein spiegelbildlicher Aufbau ergibt. Grundsätzlich sind als optische Koppelglieder 134, 136 alle Arten von optischen Elementen möglich. Die optischen Koppelglied 134, 136 können als Linsen, typischerweise als Sammellinsen, ausgeführt sein. Dabei sind bikonvexe Ausführungen genauso wie plan-konvexe Ausführungen, aber auch konkav-konvexe Oberflächengestaltungen möglich, um eine Sammellinse zu erzeugen. Ein ähnlicher lichtsammelnder Effekt kann selbstverständlich auch mittels eines diffraktiven optischen Elements (DOE) erzeugt werden, beispielsweise mittels eines Hologramms oder eines computergenerierten Hologramms (CGH). Selbstverständlich kann ein gewünschter optischer Effekt auch mit einer sogenannten ”graded index lens” (GRIN) erzeugt werden. Das Brechzahlprofil über den Durchmesser kann dabei einen Verlauf mit Stufen, aber auch einen stetigen Verlauf aufweisen.
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In der 10 ist ein erläuterndes Beispiel einer optischen Sensoreinrichtung 14' dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert.
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In dem dargestellten Beispiel ist die Wechselfläche 40 zum drehfesten Koppeln mit einer Dreh-Schwenk-Einheit 16 eines Koordinatenmessgeräts 100 ausgebildet. Folglich ist es möglich, mehr als eine optische Schnittstelle über die Wechselfläche 40 zu führen. Dies ist in der dargestellten Ausgestaltung die optische Schnittstelle 80 und die zweite optische Schnittstelle 150. Folglich muss in der optischen Sensoreinrichtung 14' in dieser Ausgestaltung nur die optische Kopplungseinrichtung 76 vorgesehen sein. Auf dieser erstrecken sich dann ein erster Lichtwellenleiter 82 für den Empfangsstrahl, wobei das objektferne Ende 83 des Lichtwellenleiters 82 über die optische Schnittstelle 80 insbesondere in Freistrahloptik übertragen wird. Das objektferne Ende 152 des zweiten Lichtwellenleiters 84 für den Empfangsstrahl endet an der zweiten optischen Schnittstelle 150, die dann ebenfalls in Freistrahloptik ausgebildet sein kann. Auf diese Weise wird der Sendestrahl von dem Empfangsstrahl getrennt, so dass an den Schnittstellen 80, 150 mit Freistrahloptik gearbeitet werden kann. Auf diese Weise wird ein einfaches Wechseln der optischen Sensoreinrichtung 14' ermöglicht und die Problematik einer Reflexionsempfindlichkeit vermieden.
