DE102017205105B4 - Probing element, light indicator, coordinate measuring machine and method for determining a position of a reference surface in relation to a mechanical reference - Google Patents
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Abstract
Antastelement (110) zur Vermessung mindestens eines Messobjekts (112) umfassend
- mindestens einen taktilen Sensor (114), wobei der taktile Sensor (114) mindestens ein taktiles Tastelement (116) aufweist, welches eingerichtet ist, eine Oberfläche des Messobjekts (112) taktil abzutasten;
- mindestens ein optisches System (118), wobei das optische System (118) eingerichtet ist, mindestens ein optisches Signal (120) zu erzeugen; wobei das Antastelement (110) eingerichtet ist, das Messobjekt (112) durch das taktile Tastelement (116) hindurch mit dem optischen Signal (120) zu beaufschlagen, wobei das optische System (118) mindestens eine Abbildungsvorrichtung (152) aufweist, welche eingerichtet ist, das Messobjekt (112) zumindest teilweise abzubilden, und/oder wobei das optische System (118) mindestens einen konfokalen Sensor (154) aufweist, welcher eingerichtet ist, das Messobjekt (112) berührungslos zu vermessen, und/oder wobei das optische System (118) mindestens ein Autokollimationsfernrohr (156) aufweist, welches eingerichtet ist, zu einer Winkelmessung des Messobjekts (112).
Contact element (110) for measuring at least one measurement object (112) comprising
- At least one tactile sensor (114), the tactile sensor (114) having at least one tactile probe element (116) which is set up to tactilely scan a surface of the measurement object (112);
- At least one optical system (118), the optical system (118) being set up to generate at least one optical signal (120); wherein the contact element (110) is set up to apply the optical signal (120) to the measurement object (112) through the tactile feeler element (116), the optical system (118) having at least one imaging device (152) which is set up to at least partially image the measurement object (112), and / or wherein the optical system (118) has at least one confocal sensor (154) which is set up to measure the measurement object (112) without contact, and / or wherein the optical system ( 118) has at least one autocollimation telescope (156) which is set up to measure the angle of the measurement object (112).
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft ein Antastelement, einen Lichtanzeiger, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche zu einer mechanischen Referenz. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik unter Verwendung eines taktilen Koordinatenmessgeräts.The invention relates to a contact element, a light indicator, a coordinate measuring device and a method for determining a position of a reference surface relative to a mechanical reference. The present invention relates in particular to the field of coordinate measuring technology using a tactile coordinate measuring machine.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Vermessung von Messobjekten bekannt. Beispielsweise werden Koordinatenmessgeräte mit taktilen Sensoren verwendet, welche eine Oberfläche des Messobjekts, beispielsweise mechanisch, antasten. Derartige taktile Sensoren weisen typischerweise ein Antastelement in Form einer Tastkugel auf, welche an einem Übertragungselement befestigt ist. Bei einem Antasten der Tastkugel mit dem Messobjekt werden entstehende Kräfte auf die Tastkugel in drei Achsen gemessen und daraus ein Richtungsvektor des Antastens, der so genannte Antastvektor, bestimmt und so das Messobjekt vermessen. Weiter bekannt sind Vorrichtungen, welche optische Sensoren aufweisen, insbesondere Koordinatenmessgeräte mit einem optischen Messkopf oder Messmikroskope. Derartige Vorrichtungen sind eingerichtet, berührungslos das Messobjekt zu vermessen.Various devices and methods for measuring objects to be measured are known from the prior art. For example, coordinate measuring machines with tactile sensors are used which touch a surface of the measurement object, for example mechanically. Such tactile sensors typically have a probe element in the form of a probe ball, which is attached to a transmission element. When the probe ball is touched with the measuring object, the forces that arise on the probe ball are measured in three axes and a directional vector of the probe, the so-called probe vector, is determined from this and the measuring object is measured. Devices which have optical sensors are also known, in particular coordinate measuring devices with an optical measuring head or measuring microscopes. Such devices are set up to measure the measurement object without contact.
Derartige bekannte Vorrichtungen sind jedoch nachteilig bei einer Bestimmung einer Lage, insbesondere einer Maßverkörperung, einer Referenzoberfläche, beispielsweise eines CCD-Chips, im Raum. Beispielsweise kann ein Messmikroskop zwar innerhalb eines Koordinatensystems der Referenzoberfläche eine Lage eines Pixels bestimmen durch Einblenden eines Fadenkreuzes und Auslesen mittels einer Kamera. Problematisch kann jedoch die Bestimmung der Lage einer mechanischen Referenz sein, da das Messmikroskop Kanten nur ungenau bestimmen kann, insbesondere bei rauen Kanten und bei Kanten mit einer Fase bzw. Rundung. Außerdem kann eine Kante die zugehörige Fläche nur ungenau beschreiben, da beispielsweise ein Flächenkipp nicht erfasst wird. Beispielsweise kann mit einem optischen Messkopf eine mechanische Referenz angetastet werden, jedoch kann eine eindeutige Lokalisation von Pixeln eines CCD-Chips problematisch sein. So kann es beispielsweise nicht möglich sein, einen ersten aktiven Pixel auf dem CCD-Chip optisch eindeutig zu bestimmen, da der Pixel zusätzlich beleuchtet oder abgeschattet werden muss und der CCD-Chip ausgelesen werden muss, um eine Zuordnung eines Pixelindex zur Raumkoordinate zu erhalten. Eine zielgerichtete Pixelbeleuchtung ist mit einem optischen Messkopf nicht möglich.However, such known devices are disadvantageous when determining a position, in particular a material measure, of a reference surface, for example a CCD chip, in space. For example, a measuring microscope can determine a position of a pixel within a coordinate system of the reference surface by fading in a crosshair and reading it out using a camera. However, the determination of the position of a mechanical reference can be problematic, since the measuring microscope can only imprecisely determine edges, in particular in the case of rough edges and in the case of edges with a bevel or rounding. In addition, an edge can only describe the associated surface imprecisely because, for example, a surface tilt is not recorded. For example, a mechanical reference can be probed with an optical measuring head, but a clear localization of pixels of a CCD chip can be problematic. For example, it may not be possible to optically unambiguously determine a first active pixel on the CCD chip, since the pixel must also be illuminated or shaded and the CCD chip must be read out in order to obtain an assignment of a pixel index to the spatial coordinate. Targeted pixel lighting is not possible with an optical measuring head.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antastelement, einen Lichtanzeiger, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche zu einer mechanischen Referenz bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche im Raum ermöglicht werden.It is therefore the object of the present invention to provide a contact element, a light indicator, a coordinate measuring device and a method for determining a position of a reference surface relative to a mechanical reference, which at least largely avoid the disadvantages of known devices and methods. In particular, a determination of a position of a reference surface in space should be made possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antastelement, einen Lichtanzeiger, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche zu einer mechanischen Referenz mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.This object is achieved by a probe element, a light indicator, a coordinate measuring device and a method for determining a position of a reference surface relative to a mechanical reference with the features of the independent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in combination, are presented in the dependent claims.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.In the following, the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical deviations therefrom are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can relate to situations in which, besides the feature introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the expression “A has B”, “A has B”, “A includes B” or “A includes B” can refer to the situation in which, apart from B, there is no further element in A (ie a situation in which A consists exclusively of B), as well as the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example Element C, Elements C and D or even more elements.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.Furthermore, it should be noted that the terms “at least one” and “one or more” as well as grammatical modifications of these terms or similar terms, if these are used in connection with one or more elements or features and are intended to express that the element or feature simply or can be provided several times, generally only used once, for example when the feature or element is introduced for the first time. If the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without restricting the possibility that the feature or element can be provided once or several times.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms “preferably”, “in particular”, “for example” or similar terms are used below in connection with optional features, without this limiting alternative embodiments. Features introduced by these terms are optional features, and it is not intended to use these features to restrict the scope of protection of the claims and in particular of the independent claims. Thus, as the person skilled in the art will recognize, the invention can also be carried out using other configurations. In a similar way, features introduced by “in an embodiment of the invention” or by “in an exemplary embodiment of the invention” are understood as optional features without any intention that this should limit alternative configurations or the scope of protection of the independent claims. Furthermore, by means of these introductory expressions, all possibilities of combining the features introduced thereby with other features, be it optional or non-optional features, remain untouched.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Antastelement zur Vermessung mindestens eines Messobjekts vorgeschlagen. Unter einem Antastelement kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine grundsätzlich beliebig geformte Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, ein Messobjekt unter mindestens einer Berührung und/oder berührungsfrei anzutasten. Unter einem Messobjekt kann dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt verstanden werden. Beispielsweise kann das Messobjekt ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Prüfling, einem zu vermessenden Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil. Das Messobjekt, insbesondere die Oberfläche des Messobjekts, kann starke Krümmungen, d.h. kleine Radien bis hin zu scharfen Kanten, aufweisen. Das Messobjekt kann einen Chip, insbesondere einen Mikrochip, mit Leiterbahnstrukturen umfassen. Auch andere Messobjekte sind jedoch denkbar.In a first aspect of the present invention, a contact element for measuring at least one measurement object is proposed. In the context of the present invention, a contact element can be understood to mean a device which is basically of any shape and is set up to contact a measurement object with at least one contact and / or contact-free. In the context of the present invention, a measurement object can generally be understood to mean an object to be measured of any shape. For example, the measurement object can be selected from the group consisting of a test object, a workpiece to be measured and a component to be measured. The measurement object, in particular the surface of the measurement object, can have strong curvatures, i.e. small radii up to sharp edges. The test object can comprise a chip, in particular a microchip, with conductor track structures. However, other measurement objects are also conceivable.
Das Antastelement umfasst
- - mindestens einen taktilen Sensor, wobei der taktile Sensor mindestens ein taktiles Tastelement aufweist, welches eingerichtet ist, eine Oberfläche des Messobjekts taktil abzutasten;
- - mindestens ein optisches System, wobei das optische System eingerichtet ist, mindestens ein optisches Signal zu erzeugen;
- - At least one tactile sensor, wherein the tactile sensor has at least one tactile probe element which is set up to tactilely scan a surface of the measurement object;
- - At least one optical system, wherein the optical system is set up to generate at least one optical signal;
Unter einem taktilen Sensor kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Sensor verstanden werden, welcher eingerichtet ist, mit der Oberfläche des Messgeräts in Wechselwirkung zu treten, beispielsweise mechanisch, und eine Information über einen Antastpunkt zu erzeugen. Der taktile Sensor kann als Taster ausgestaltet sein. Der taktile Sensor weist das mindestens eine taktile Tastelement auf. Der taktile Sensor kann einen Schaft zur Befestigung des taktilen Tastelements aufweisen. Der taktile Sensor kann einen Adapter zur Verbindung des taktilen Sensors mit einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise einem Koordinatenmessgerät, aufweisen. Beispielsweise kann der taktile Sensor ein optisch, induktiv oder kapazitiv messender taktiler Sensor sein.In the context of the present invention, a tactile sensor can be understood to mean a sensor which is set up to interact with the surface of the measuring device, for example mechanically, and to generate information about a contact point. The tactile sensor can be designed as a button. The tactile sensor has the at least one tactile probe element. The tactile sensor can have a shaft for fastening the tactile probe element. The tactile sensor can have an adapter for connecting the tactile sensor to a further device, for example a coordinate measuring device. For example, the tactile sensor can be an optically, inductively or capacitively measuring tactile sensor.
Unter einem Antastpunkt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Punkt, ein Ort oder eine Fläche auf einer Oberfläche des Sensors verstanden werden, welche den kleinsten Abstand zwischen Messobjekt und der Oberfläche des taktilen Tastelements aufweist. Insbesondere kann der Antastpunkt ein Berührungspunkt der Oberfläche des taktilen Tastelements mit der Oberfläche des Messobjekts sein. Das Koordinatensystem des Antastelements kann beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem sein. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann in einem Zentrum, beispielsweise bei einer Tastkugel als taktiles Tastelement einem Kugelmittelpunkt, sein. Beispielsweise kann der Antastpunkt ein Punkt im Koordinatensystem des Antastelements sein, welcher auf der Oberfläche des Antastelements angeordnet ist.In the context of the present invention, a touch point can be understood to mean a point, a location or an area on a surface of the sensor which has the smallest distance between the measurement object and the surface of the tactile probe element. In particular, the touch point can be a point of contact between the surface of the tactile probe element and the surface of the measurement object. The coordinate system of the probe element can be, for example, a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can be in a center, for example a ball center point in the case of a probe ball as a tactile probe element. For example, the contact point can be a point in the coordinate system of the contact element which is arranged on the surface of the contact element.
Unter einem „taktilen Tastelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element des taktilen Sensors verstanden werden, welches eingerichtet ist, mit der Oberfläche des Messobjekts in Wechselwirkung zu treten. Insbesondere kann das taktile Tastelement an dem mindestens einen Antastpunkt das Messobjekt antasten. Das taktile Tastelement kann eine Tastkugel umfassen. Auch andere Tastelemente sind jedoch denkbar. Unter „taktil antasten“ und „taktil abtasten“, kann ein In-Wechselwirkung-Treten des taktilen Sensors mit dem Messobjekt verstanden werden. Beispielsweise kann das taktile Tastelement die Oberfläche des Messobjekts berühren, beispielsweise durch Inkontaktbringen der Oberfläche des Messobjekts mit einer Oberfläche des taktilen Tastelements und/oder das taktile Tastelement kann mit der Oberfläche des Messobjekts berührungsfrei in Wechselwirkung treten, beispielsweise kapazitiv. Bei dem In-Wechselwirkung-Treten können sich die Oberfläche des taktilen Tastelements und die Oberfläche des Messobjekts berühren. Insbesondere können sich die Oberfläche des taktilen Tastelements und die Oberfläche des Messobjekts elektrisch kontaktieren. Alternativ kann das In-Wechselwirkung-Treten berührungsfrei sein, beispielsweise optisch, induktiv oder kapazitiv.In the context of the present invention, a “tactile probe element” can be understood as an element of the tactile sensor which is set up to interact with the surface of the measurement object. In particular, the tactile probe element can touch the measurement object at the at least one touch point. The tactile probe element can comprise a probe ball. However, other probe elements are also conceivable. “Tactile probing” and “tactile scanning” can be understood as the interaction between the tactile sensor and the measurement object. For example, the tactile probe element can touch the surface of the measurement object, for example by bringing the surface of the measurement object into contact with a surface of the tactile probe element and / or the tactile probe element can interact with the surface of the measurement object in a non-contacting manner, for example capacitively. When there is an interaction, the surface of the tactile probe element and the surface of the measurement object can touch. In particular, the surface of the tactile probe element and the surface of the measurement object can make electrical contact. Alternatively, the interaction can be non-contact, for example optical, inductive or capacitive.
Das Antastelement kann eingerichtet sein, mindestens ein Signal zu erzeugen, beispielsweise ein elektronisches Signal. Unter einem Signal kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiges Signal verstanden werden, welches von dem Antastelement infolge des In-Wechselwirkung-Tretens mit dem Messobjekt erzeugt wird und/oder welches in Reaktion auf das In-Wechselwirkung-Treten mit dem Messobjekt erzeugt wird. Wie weiter unten ausgeführt wird, kann das Signal von mindestens einer Auswerteeinheit ausgewertet werden und um aus dem Signal mindestens eine Information über einen Messpunkt an der Oberfläche des Messobjekts zu erzeugen.The contact element can be set up to generate at least one signal, for example an electronic signal. In the context of the present invention, a signal can be understood to mean any signal that is generated by the probe element as a result of interacting with the measurement object and / or that is generated in response to interacting with the measurement object. As will be explained further below, the signal can be evaluated by at least one evaluation unit and in order to generate at least one piece of information about a measuring point on the surface of the measuring object from the signal.
Unter „einem optischen System“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens zwei optische Komponenten aufweist. Die Komponenten können dabei räumlich getrennt voneinander ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das optische System eine Vielzahl von optischen Bauteilen aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Objektive, Blenden und/oder weitere optische Bauteile. Das optische System ist eingerichtet, mindestens ein optisches Signal zu erzeugen. Das optische Signal kann ein Lichtstrahl sein. Unter „Licht“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektromagnetische Strahlung in mindestens einem Spektralbereich ausgewählt aus dem sichtbaren Spektralbereich, dem ultravioletten Spektralbereich und dem Infraroten Spektralbereich verstanden werden. Der Begriff sichtbarer Spektralbereich umfasst grundsätzlich einen Bereich von 380 nm bis 780 nm. Der Begriff Infraroter (IR) Spektralbereich umfasst grundsätzlich einen Bereich von 780 nm bis 1000 µm, wobei der Bereich von 780 nm bis 1.4 µm als nahes Infrarot (NIR), und der Bereich von 15 µm bis 1000 µm als fernes Infrarot (FIR) bezeichnet wird. Der Begriff ultraviolett umfasst grundsätzlich einen Spektralbereich von 100 nm bis 380 nm. Bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung sichtbares Licht, also Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich, verwendet. Unter dem Begriff „Lichtstrahl“ kann grundsätzlich eine Lichtmenge verstanden werden, welche in eine bestimmte Richtung emittiert und/oder ausgesandt wird. Der Lichtstrahl kann ein Strahlenbündel sein.“An optical system” can be understood to mean a device which has at least two optical components. The components can be designed spatially separate from one another. For example, the optical system can have a large number of optical components, for example one or more objectives, diaphragms and / or further optical components. The optical system is set up to generate at least one optical signal. The optical signal can be a light beam. In the context of the present invention, “light” can be understood to mean electromagnetic radiation in at least one spectral range selected from the visible spectral range, the ultraviolet spectral range and the infrared spectral range. The term visible spectral range basically covers a range from 380 nm to 780 nm. The term infrared (IR) spectral range basically covers a range from 780 nm to 1000 µm, with the range from 780 nm to 1.4 µm as near infrared (NIR), and the range from 15 µm to 1000 µm is called far infrared (FIR). The term ultraviolet basically comprises a spectral range from 100 nm to 380 nm. In the context of the present invention, preference is given to using visible light, that is to say light from the visible spectral range. The term “light beam” can in principle be understood to mean an amount of light that is emitted and / or sent out in a specific direction. The light beam can be a bundle of rays.
Das Antastelement ist eingerichtet, das Messobjekt durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen. Unter „durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen“ kann verstanden werden, dass das optische Signal durch das taktile Tastelement hindurch auf die Oberfläche des Messobjekts trifft. Beispielsweise kann das optische Signal von dem optischen System in dem taktilen Tastelement oder außerhalb des taktilen Tastelements erzeugt werden. Das taktile Tastelement kann eingerichtet sein, das optische Signal durch das taktile Tastelement zumindest teilweise hindurchzulassen. Das taktile Tastelement kann transmissive Eigenschaften aufweisen. Unter zumindest teilweise hindurch lassen kann verstanden werden, dass das taktile Tastelement das optische Signal zu mindestens 50%, bevorzugt zu mindestens 75 %, besonders bevorzugt vollständig durch lässt. Das taktile Tastelement kann zumindest teilweise transparent für das optische Signal sein. Das taktile Tastelement kann aus einem zumindest teilweise transparenten Material sein. Beispielsweise kann das zumindest teilweise transparente Material Glas sein, beispielsweise ein Borosilikatglas, beispielsweise N-Bk7, oder ein hochbrechendes Glas, beispielsweise S-LAH79. Um eine Abnutzung des taktilen Tastelements zu verringern, kann die Verwendung von besonders kratzfestem Glas von Vorteil sein. Alternativ kann das taktile Tastelement aus einem undurchlässigen und/oder intransparenten Material sein, beispielsweise Rubin. Das optische Signal kann durch das taktile Tastelement geleitet werden. Das taktile Tastelement kann insbesondere mindestens eine Bohrung aufweisen. Das taktile Tastelement kann beispielsweise einen Lichtleiter aufweisen, beispielsweise mindestens eine optische Faser.The probe element is set up to apply the optical signal to the measurement object through the tactile probe element. “To apply the optical signal through the tactile probe element” can be understood to mean that the optical signal strikes the surface of the measurement object through the tactile probe element. For example, the optical signal can be generated by the optical system in the tactile probe element or outside the tactile probe element. The tactile probe element can be set up to at least partially allow the optical signal to pass through the tactile probe element. The tactile probe element can have transmissive properties. Letting through at least partially can be understood to mean that the tactile feeler element lets the optical signal through at least 50%, preferably at least 75%, particularly preferably completely. The tactile feeler element can be at least partially transparent to the optical signal. The tactile feeler element can be made of an at least partially transparent material. For example, the at least partially transparent material can be glass, for example a borosilicate glass, for example N-Bk7, or a high-index glass, for example S-LAH79. In order to reduce wear and tear on the tactile probe element, the use of particularly scratch-resistant glass can be advantageous. Alternatively, the tactile feeler element can be made of an impermeable and / or non-transparent material, for example ruby. The optical signal can be passed through the tactile probe element. The tactile probe element can in particular have at least one bore. The tactile probe element can for example have a light guide, for example at least one optical fiber.
Das optische System kann zumindest teilweise in dem taktilen Tastelement angeordnet sein. Unter „zumindest teilweise in dem taktilen Tastelement angeordnet“ kann verstanden werden, dass das optische System vollständig in dem taktilen Tastelement angeordnet ist oder dass mindestens eine Komponente des optischen Systems außerhalb des optischen Systems angeordnet ist. Das optische System kann zumindest teilweise in dem taktilen Tastelement integriert sein. Das taktile Tastelement kann mindestens eine Bohrung aufweisen, in welcher das optische System zumindest teilweise angeordnet ist. Die Bohrung kann ausgewählt sein aus einer Durchgangsbohrung und einer Sacklochbohrung. Beispielsweise kann das taktile Tastelement aus einem für das optische Signal intransparenten Material sein. Beispielsweise kann das taktile Tastelement eine Durchgangsbohrung aufweisen. Beispielsweise kann das taktile Tastelement zumindest teilweise transparent für das optische Signal sein und kann eine Sacklochbohrung aufweisen. Das Antastelement kann den mindestens einen Schaft zur Befestigung des taktilen Tastelements aufweisen. Die Bohrung kann in beliebiger Richtung zum Schaft angeordnet sein, insbesondere senkrecht zum Schaft oder in eine Erstreckungsrichtung des Schafts. Alternativ oder zusätzlich kann der Schaft ein Hohlkörper, beispielsweise ein zylindrischer Hohlkörper sein, und/oder kann eine Bohrung aufweisen. Das optische System kann zumindest teilweise in dem Schaft angeordnet sein. Der Schaft kann eingerichtet sein, das optische System in das taktile Tastelement einzukoppeln.The optical system can be arranged at least partially in the tactile probe element. “Arranged at least partially in the tactile probe element” can be understood to mean that the optical system is arranged completely in the tactile probe element or that at least one component of the optical system is arranged outside the optical system. The optical system can be at least partially integrated in the tactile probe element. The tactile probe element can have at least one bore in which the optical system is at least partially arranged. The hole can be selected from a through hole and a blind hole. For example, the tactile probe element can be made of a material that is nontransparent for the optical signal. For example, the tactile feeler element can have a through hole. For example, the tactile feeler element can be at least partially transparent to the optical signal and can have a blind hole. The probe element can have the at least one shaft for fastening the tactile probe element. The bore can be arranged in any direction to the shaft, in particular perpendicular to the shaft or in a direction of extent of the shaft. Alternatively or additionally, the shaft can be a hollow body, for example a cylindrical hollow body, and / or can have a bore. The optical system can be arranged at least partially in the shaft. The shaft can be designed to couple the optical system into the tactile probe element.
Das taktile Tastelement kann in einer Ausbreitungsrichtung des optischen Signals von dem taktilen Testelement zu dem Messobjekt eine Abschlusslinse des optischen Systems sein. Unter einer „Abschlusslinse“ kann das letzte optische Element des optischen Systems verstanden werden. Wie oben ausgeführt, kann das optische Signal ein Lichtstrahl sein. Das taktile Tastelement kann eingerichtet sein, den Lichtstrahl auf das Messobjekt zu fokussieren.The tactile probe element can be a terminating lens of the optical system in a direction of propagation of the optical signal from the tactile test element to the measurement object. The last optical element of the optical system can be understood as a “final lens”. As stated above, the optical signal can be a light beam. The tactile probe element can be set up to focus the light beam on the measurement object.
Der Schaft kann eine Länge kleiner als 50 mm aufweisen. Eine Schaftlänge kann im Bereich von 20 bis 240 mm liegen. Für spezielle Messaufgaben kann dieser Bereich auch unter- beziehungsweise überschritten werden. Die (Biege-)Steifigkeit des Schaftes wird so gewählt, dass bei einer taktilen Messkraft von üblicherweise 200 mN eine Auslenkung entsteht, die deutlich kleiner als 1 µm ist. Die Steifigkeit des Schaftes kann direkt die Messgenauigkeit des Verfahrens beeinflussen.The shaft can have a length of less than 50 mm. A shaft length can be in the range from 20 to 240 mm. This range can also be exceeded or fallen short of for special measuring tasks. The (flexural) rigidity of the shaft is selected so that a tactile measuring force of typically 200 mN results in a deflection that is significantly smaller than 1 µm. The stiffness of the shaft can directly influence the measurement accuracy of the method.
In einer Ausführungsform kann das optische System mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eingerichtet sein, das optische Signal zu erzeugen, insbesondere mindestens einen Lichtstrahl, und das Messobjekt durch das taktile Tastelement hindurch zu beleuchten. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eingerichtet sein, einen Lichtfleck auf dem Messobjekt zu erzeugen. Der Lichtfleck kann eine grundsätzlich beliebig geformte Fläche haben, bevorzugt eine kreisförmige Fläche. Der Lichtfleck kann auf der Oberfläche des Messobjekts einen Durchmesser von kleiner als 10 µm aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung kann mindestens eine Lichtquelle aufweisen. Die Lichtquelle kann ausgewählt sein aus mindestens einer Leuchtdiode und mindestens einer Laserdiode, insbesondere eine fasergekoppelte Laserdiode. Insbesondere kann die Lichtquelle eingerichtet sein, Licht mit einer Wellenlänge von 620 nm bis 700 nm zu erzeugen. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine fasergekoppelte Laserdiode mit einer Wellenlänge von 635 nm sein. Die Beleuchtungsvorrichtung kann mindestens einen Lichtleiter aufweisen. Unter einem „Lichtleiter“ kann ein optisches Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, einen von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl zu leiten, beispielsweise mittels Totalreflektion. Der Lichtleiter kann einen Kern und eine den Kern umgebende Mantelfläche aufweisen. Der Lichtleiter kann mindestens eine optische Faser aufweisen ausgewählt aus mindestens einer Singlemode Faser oder mindestens einer Multimode Faser. Der Lichtleiter kann ein starrer oder ein biegsamer Lichtleiter sein. Beispielsweise kann ein Kerndurchmesser einer Singlemode Faser von 3 µm bis 9 µm sein. Eine numerische Apertur, welche ein Maß für den Öffnungswinkel an einem Faserausgang ist, kann etwa 0,1 betragen. Beispielsweise kann ein Kerndurchmesser einer Multimode Faser von 50 µm bis 1500 µm sein. Die Multimode Faser kann eingerichtet sein, dass sich eine Vielzahl von Moden in dem Lichtleiter ausbreiten. Eine numerische Apertur kann etwa 0,2 bis 0,3 sein. Die Beleuchtungsvorrichtung kann mindestens ein Kopplungselement aufweisen, welches eingerichtet ist, den von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl in den Lichtleiter einzukoppeln, insbesondere in einen Eingang des Lichtleiters. Ein Durchmesser des Lichtflecks auf der Oberfläche des Messobjekts kann von dem Kerndurchmesser der optischen Faser abhängen. Der Lichtleiter kann einen möglichst kleinen Kerndurchmesser aufweisen, so dass ein möglichst kleiner Durchmesser des Lichtflecks erzeugt wird, insbesondere ein Durchmesser des Lichtflecks kleiner als 10 µm. Bevorzugt kann eine Singlemode Faser verwendet werden. Der Lichtleiter kann einen möglichst kleinen Öffnungswinkel aufweisen, so dass Verluste durch Streulicht verhindert werden. Der Lichtleiter kann eine Länge von 0,1 m bis 4 m aufweisen, bevorzugt eine Länge von 1 m bis 2 m.In one embodiment, the optical system can have at least one lighting device. The lighting device can be set up to generate the optical signal, in particular at least one light beam, and to illuminate the measurement object through the tactile probe element. The lighting device can be set up to generate a light spot on the measurement object. The light spot can in principle have an area of any shape, preferably a circular area. The light spot can have a diameter of less than 10 µm on the surface of the measurement object. The lighting device can have at least one light source. The light source can be selected from at least one light-emitting diode and at least one laser diode, in particular a fiber-coupled laser diode. In particular, the light source can be set up to generate light with a wavelength of 620 nm to 700 nm. The light source can for example be a fiber-coupled laser diode with a wavelength of 635 nm. The lighting device can have at least one light guide. A “light guide” can be understood to mean an optical element which is set up to guide a light beam generated by the light source, for example by means of total reflection. The light guide can have a core and a jacket surface surrounding the core. The light guide can have at least one optical fiber selected from at least one singlemode fiber or at least one multimode fiber. The light guide can be a rigid or a flexible light guide. For example, a core diameter of a single-mode fiber can be from 3 µm to 9 µm. A numerical aperture, which is a measure of the opening angle at a fiber exit, can be approximately 0.1. For example, a core diameter of a multimode fiber can be from 50 µm to 1500 µm. The multimode fiber can be set up so that a multiplicity of modes propagate in the light guide. A numerical aperture can be about 0.2 to 0.3. The lighting device can have at least one coupling element which is set up to couple the light beam generated by the light source into the light guide, in particular into an input of the light guide. A diameter of the light spot on the surface of the measurement object can depend on the core diameter of the optical fiber. The light guide can have a core diameter that is as small as possible, so that the smallest possible diameter of the light spot is generated, in particular a diameter of the light spot smaller than 10 μm. A singlemode fiber can preferably be used. The light guide can have the smallest possible opening angle so that losses due to scattered light are prevented. The light guide can have a length of 0.1 m to 4 m, preferably a length of 1 m to 2 m.
Der Lichtleiter kann zumindest teilweise in dem taktilen Tastelement integriert sein. Beispielsweise kann der Lichtleiter in der Bohrung des taktilen Tastelements angeordnet sein. Beispielsweise kann ein erster Teil des Lichtleiters in dem Schaft, insbesondere in einer Bohrung des Schafts, angeordnet sein und ein zweiter Teil des Lichtleiters in dem taktilen Tastelement. Der Lichtleiter kann einen Ausgang aufweisen, welcher eingerichtet ist, das optische Signal zu emittieren und das Messobjekt mit dem optischen Signal zu beaufschlagen. Der Ausgang kann in dem taktilen Tastelement angeordnet sein. Das Antastelement kann eingerichtet sein, den Ausgang der Faser in einem Größenverhältnis 1:1 auf das Messobjekt abzubilden. Bei einer Anordnung mit einer Leuchtdiode und einem starren Lichtleiter kann das Antastelement so eingerichtet sein, dass der Ausgang des Lichtleiters verkleinert auf das Messobjekt abgebildet wird. Dabei ist eine Verkleinerung um den Faktor 2 bis 40 von Vorteil.The light guide can be at least partially integrated in the tactile probe element. For example, the light guide can be arranged in the bore of the tactile probe element. For example, a first part of the light guide can be arranged in the shaft, in particular in a bore in the shaft, and a second part of the light guide in the tactile probe element. The light guide can have an output which is set up to emit the optical signal and to apply the optical signal to the measurement object. The output can be arranged in the tactile probe element. The contact element can be set up Map the output of the fiber onto the measurement object in a size ratio of 1: 1. In the case of an arrangement with a light-emitting diode and a rigid light guide, the contact element can be set up in such a way that the output of the light guide is mapped onto the measurement object in a reduced size. A reduction by a factor of 2 to 40 is advantageous.
Das optische System kann mindestens eine Linse aufweisen, welche eingerichtet ist, das von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte optische Signal auf das Messobjekt zu fokussieren. Die Linse kann in der Bohrung des taktilen Tastelements angeordnet sein. Insbesondere kann die Linse eine Mikrolinse sein. Die Linse kann eine Einzellinse oder ein Linsensystem aufweisen. Die Linse kann ähnliche oder identische Brechungseigenschaften wie das taktile Tastelement aufweisen. Insbesondere kann die Linse eine plankonvexe Linse sein. Beispielsweise kann die Linse aus Bariumglas sein, beispielsweise N-BAK2. Beispielsweise kann die Brechzahl der Linse von 1,5 bis 1,55 für eine Wellenlänge von 635 nm sein.The optical system can have at least one lens which is set up to focus the optical signal generated by the lighting device onto the measurement object. The lens can be arranged in the bore of the tactile probe element. In particular, the lens can be a microlens. The lens can have a single lens or a lens system. The lens can have similar or identical refractive properties as the tactile probe element. In particular, the lens can be a plano-convex lens. For example, the lens can be made of barium glass, for example N-BAK2. For example, the refractive index of the lens can be from 1.5 to 1.55 for a wavelength of 635 nm.
In einer Ausführungsform kann das Antastelement eine an dem Schaft befestigte Tastkugel aufweisen. Der Schaft kann sich im Wesentlichen horizontal zu einer Auflage, auf welcher das Messobjekt angeordnet ist, erstrecken, wobei Abweichungen von einer horizontalen Ausrichtung im Rahmen von Bauteiltoleranzen möglich sind. Beispielsweise kann die Tastkugel die mindestens eine Bohrung, insbesondere eine Durchgangsbohrung, senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Schaftes aufweisen. Der Ausgang des Lichtleiters kann in der Bohrung angeordnet sein. Weiter kann die Linse in der Bohrung angeordnet sein und das von dem Lichtleiter emittierte Licht auf der Oberfläche des Messobjekts fokussieren.In one embodiment, the contact element can have a feeler ball attached to the shaft. The shaft can extend essentially horizontally to a support on which the measurement object is arranged, deviations from a horizontal alignment being possible within the framework of component tolerances. For example, the probe ball can have the at least one bore, in particular a through bore, perpendicular to the direction in which the shaft extends. The output of the light guide can be arranged in the bore. Furthermore, the lens can be arranged in the bore and focus the light emitted by the light guide on the surface of the measurement object.
In einer Ausführungsform kann das Antastelement eine an dem Schaft befestigte Tastkugel aufweisen. Der Schaft kann sich im Wesentlichen senkrecht zu der Auflage, auf welcher das Messobjekt angeordnet ist, erstrecken, wobei Abweichungen von einer senkrechten Ausrichtung im Rahmen von Bauteiltoleranzen möglich sind. Beispielsweise kann die Tastkugel die mindestens eine Bohrung in oder parallel zur Erstreckungsrichtung des Schaftes aufweisen. Beispielsweise kann das taktile Tastelement aus einem für das optische Signal intransparenten Material sein und das taktile Tastelement kann eine Durchgangsbohrung aufweisen. Beispielsweise kann das taktile Tastelement zumindest teilweise transparent für das optische Signal sein und kann eine Sacklochbohrung aufweisen. Der Lichtleiter kann teilweise in dem Schaft und teilweise in dem taktilen Tastelement angeordnet sein. Der Schaft kann eingerichtet sein, den Lichtleiter in das taktile Tastelement einzukoppeln. Der Ausgang des Lichtleiters kann in der Bohrung angeordnet sein. Weiter kann die Linse in der Bohrung angeordnet sein und das von dem Lichtleiter emittierte Licht auf der Oberfläche des Messobjekts fokussieren. Alternativ oder zusätzlich zu einer Ausführungsform mit einer Linse zur Fokussierung des von dem Lichtleiter emittierten Lichts auf die Oberfläche des Messobjekts kann das taktile Tastelement zumindest teilweise transparent für das optische Signal sein. Insbesondere kann das taktile Tastelement eine Glaskugel aufweisen. Das taktile Tastelement kann als Abschlusslinse des optischen Systems eingerichtet sein. Das taktile Tastelement kann eine Sacklochbohrung aufweisen, welche einen planaren oder beliebig gekrümmten und/oder auch strukturierten, beispielsweise ein Beugungsgitter, oder beschichteten Grund aufweist. Durch den planaren Grund und den Radius der Glaskugel kann das taktile Tastelement als eine plankonvexe Linse wirken und eingerichtet sein, oder durch anders gekrümmte Flächen und/oder Strukturierung und/oder Beschichtung spezielle Abbildungseigenschaften aufweisen, um das von dem Lichtleiter emittierte Licht auf der Oberfläche des Messobjekts zu fokussieren oder anwendungsspezifisch zu projizieren. In einer weiteren Ausführungsform kann die Glaskugel unversehrt als bikonvexe Linse verwendet werden oder durch eine einseitige Abflachung zu einer plankonvexen Linse umgearbeitet werden. So kann der schwierige Prozess der Politur des Grundes einer Sacklochbohrung umgangen werden. Das gleiche gilt für eine mögliche Strukturierung oder Beschichtung der Grundfläche. Insbesondere kann das taktile Tastelement eine abgeflachte Kugel aufweisen. Beispielsweise kann eine untere Fläche als Strahlteiler verwendet werden, bei welchem eine Kugelkrümmung hinderlich ist.In one embodiment, the contact element can have a feeler ball attached to the shaft. The shaft can extend essentially perpendicular to the support on which the measurement object is arranged, with deviations from a perpendicular alignment being possible within the framework of component tolerances. For example, the probe ball can have the at least one bore in or parallel to the direction of extension of the shaft. For example, the tactile probe element can be made of a material that is nontransparent for the optical signal and the tactile probe element can have a through-hole. For example, the tactile feeler element can be at least partially transparent to the optical signal and can have a blind hole. The light guide can be arranged partly in the shaft and partly in the tactile probe element. The shaft can be designed to couple the light guide into the tactile probe element. The output of the light guide can be arranged in the bore. Furthermore, the lens can be arranged in the bore and focus the light emitted by the light guide on the surface of the measurement object. As an alternative or in addition to an embodiment with a lens for focusing the light emitted by the light guide onto the surface of the measurement object, the tactile feeler element can be at least partially transparent to the optical signal. In particular, the tactile probe element can have a glass ball. The tactile feeler element can be set up as an end lens of the optical system. The tactile feeler element can have a blind hole which has a planar or arbitrarily curved and / or structured, for example a diffraction grating, or coated base. Due to the planar base and the radius of the glass ball, the tactile feeler element can act and be set up as a plano-convex lens, or have special imaging properties due to differently curved surfaces and / or structuring and / or coating, in order to allow the light emitted by the light guide on the surface of the To focus the measurement object or to project it specifically for the application. In a further embodiment, the glass ball can be used intact as a biconvex lens or it can be converted into a plano-convex lens by flattening it on one side. In this way, the difficult process of polishing the bottom of a blind hole can be avoided. The same applies to a possible structuring or coating of the base area. In particular, the tactile probe element can have a flattened sphere. For example, a lower surface can be used as a beam splitter, in which a spherical curvature is an obstacle.
Das optische System kann eine Vielzahl von optischen Elementen aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einer Linse; mindestens einem Linsensystem; mindestens einem Strahlteiler; mindestens einer Blende; mindestens einem Reflektor. Das optische System kann eingerichtet sein für eine oder mehrere der folgenden Anwendungen: Beleuchtung des Messobjekts, Abbildung des Messobjekts, berührungslose Vermessung des Messobjekts, Winkelmessung des Messobjekts, spezielle Ausleuchtung des Messobjekts unter Verwendung von strukturierten oder speziell gekrümmten Optiken. Das optische System weist mindestens eine Abbildungsvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, das Messobjekt zumindest teilweise abzubilden. Unter einer „Abbildung“ kann grundsätzlich eine Erzeugung eines Bildes des Messobjekts mittels des optischen Systems verstanden werden. Die Abbildung kann eine Abbildung eines Teilbereichs des Messobjekts sein oder eine Abbildung des gesamten Messobjekts. Beispielsweise kann das optische System ein telezentrisches Objektiv aufweisen. Das optische System weist mindestens einen konfokalen Sensor auf, welcher eingerichtet ist, das Messobjekt berührungslos zu vermessen. Insbesondere kann das optische System mindestens eine Blende aufweisen. Das optische System weist mindestens ein Autokollimationsfernrohr auf, welches eingerichtet ist zu einer Winkelmessung des Messobjekts.The optical system can have a plurality of optical elements selected from the group consisting of: at least one lens; at least one lens system; at least one beam splitter; at least one aperture; at least one reflector. The optical system can be set up for one or more of the following applications: illumination of the measurement object, imaging of the measurement object, non-contact measurement of the measurement object, angle measurement of the measurement object, special illumination of the measurement object using structured or specially curved optics. The optical system has at least one imaging device which is set up to at least partially image the measurement object. An “image” can basically be understood to mean generating an image of the measurement object by means of the optical system. The image can be an image of a partial area of the measurement object or an image of the entire measurement object. For example, the optical system can have a telecentric lens. The optical system has at least one confocal sensor which is set up to measure the measurement object without contact. In particular, it can optical system have at least one aperture. The optical system has at least one autocollimation telescope, which is set up to measure the angle of the measurement object.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Lichtanzeiger vorgeschlagen. Der Lichtanzeiger umfasst ein Antastelement. Das Antastelement umfasst mindestens einen taktilen Sensor. Der taktile Sensor weist mindestens ein taktiles Tastelement auf, welches eingerichtet ist, eine Oberfläche des Messobjekts taktil abzutasten. Das Antastelement umfasst mindestens ein optisches System. Das optische System ist eingerichtet, mindestens ein optisches Signal zu erzeugen. Das Antastelement ist eingerichtet, das Messobjekt durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen. Das optische System weist mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung auf. Die Beleuchtungsvorrichtung ist eingerichtet, das optische Signal, insbesondere einen Lichtstrahl, zu erzeugen. Das Antastelement ist eingerichtet, das Objekt durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen.In a further aspect, a light indicator is proposed within the scope of the present invention. The light indicator comprises a contact element. The contact element comprises at least one tactile sensor. The tactile sensor has at least one tactile probe element which is set up to tactilely scan a surface of the measurement object. The contact element comprises at least one optical system. The optical system is set up to generate at least one optical signal. The probe element is set up to apply the optical signal to the measurement object through the tactile probe element. The optical system has at least one lighting device. The lighting device is set up to generate the optical signal, in particular a light beam. The probe element is set up to apply the optical signal to the object through the tactile probe element.
In dem Lichtanzeiger wird ein erfindungsgemäßes Antastelement verwendet. Für Einzelheiten in Bezug auf den erfindungsgemäßen Lichtanzeiger wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.A contact element according to the invention is used in the light indicator. For details with regard to the light indicator according to the invention, reference is made to the description of the device according to the invention.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung mindestens eines Messobjekts vorgeschlagen. Das Koordinatenmessgerät umfasst:
- - mindestens ein erfindungsgemäßes Antastelement,
- - mindestens eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Information über einen Messpunkt an einer Oberfläche des Messobjekts zu erzeugen.
- - At least one contact element according to the invention,
- - At least one evaluation unit which is set up to generate at least one piece of information about a measuring point on a surface of the measuring object.
Für Einzelheiten und Definitionen in Bezug auf das Koordinatenmessgerät wird auf die Beschreibung des Antastelements verwiesen.For details and definitions with regard to the coordinate measuring machine, reference is made to the description of the probe element.
Das Koordinatenmessgerät kann ausgewählt sein aus einem Koordinatenmessgerät in Portal-, Brücken- oder Ständerbauweise. Das Koordinatenmessgerät kann einen Messtisch zur Auflage des Messobjekts aufweisen. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens ein Portal aufweisen, welches mindestens eine erste vertikale Säule, mindestens eine zweite vertikale Säule und eine die erste vertikale Säule und die zweite vertikale Säule verbindende Traverse aufweist. Mindestens eine vertikale Säule ausgewählt aus der ersten und zweiten vertikalen Säule kann auf dem Messtisch in einer horizontalen Richtung beweglich gelagert sein. Das Koordinatenmessgerät kann ein Koordinatensystem, beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem, aufweisen. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann beispielsweise durch einen Sensor des Koordinatenmessgeräts gegeben sein.The coordinate measuring machine can be selected from a coordinate measuring machine in portal, bridge or column construction. The coordinate measuring machine can have a measuring table for supporting the measurement object. The coordinate measuring machine can have at least one portal which has at least one first vertical column, at least one second vertical column and a cross member connecting the first vertical column and the second vertical column. At least one vertical column selected from the first and second vertical columns can be movably supported on the measuring table in a horizontal direction. The coordinate measuring machine can have a coordinate system, for example a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can be given, for example, by a sensor of the coordinate measuring machine.
Das Antastelement kann eingerichtet sein, mindestens ein Signal zu erzeugen, beispielsweise ein elektronisches Signal. Unter „eine Auswerteeinheit“ wird allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden, welche eingerichtet ist, um von dem Antastelement erzeugte Signale auszuwerten. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Antastelement und der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um das Antastelement anzusteuern. Die Auswerteeinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar.The contact element can be set up to generate at least one signal, for example an electronic signal. “An evaluation unit” is generally understood to mean an electronic device which is set up to evaluate signals generated by the contact element. For example, one or more electronic connections between the contact element and the evaluation unit can be provided for this purpose. The evaluation unit can for example comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, it being possible for the data processing device to be set up in terms of programming, for example, to control the contact element. The evaluation unit can furthermore comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. The evaluation unit can, for example, be constructed centrally or also decentrally. Other configurations are also conceivable.
Das Antastelement kann beispielsweise mittels eines Verbindungselements, beispielsweise mit einem Adapter, mit dem Koordinatenmessgerät verbunden sein. Das Antastelement kann entnehmbar und austauschbar aus dem Koordinatenmessgerät ausgestaltet sein. Das Koordinatenmessgerät kann ein Multisensor-Messgerät sein, welches zusätzlich zu dem Antastelement weitere Sensoren aufweist.The contact element can be connected to the coordinate measuring machine, for example, by means of a connecting element, for example with an adapter. The contact element can be designed to be removable and exchangeable from the coordinate measuring machine. The coordinate measuring machine can be a multisensor measuring machine which has additional sensors in addition to the contact element.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um aus dem Signal mindestens eine Information über den Messpunkt an der Oberfläche des Messobjekts zu erzeugen. Unter einer Information über den Messpunkt kann grundsätzlich eine beliebige Information über den Messpunkt verstanden werden, beispielsweise eine Position und/oder Koordinaten des Messpunktes im Koordinatensystem des Antastelements, insbesondere Kugelkoordinaten im Antastkugelkoordinatensystem.The evaluation unit can be set up to generate at least one piece of information about the measurement point on the surface of the measurement object from the signal. Information about the measuring point can basically be understood as any information about the measuring point, for example a position and / or coordinates of the measuring point in the coordinate system of the probe element, in particular spherical coordinates in the probe sphere coordinate system.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche zu einer mechanischen Referenz vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Antasten der mechanischen Referenz mit mindestens einem taktilen Tastelement eines taktilen Sensors eines Koordinatenmessgeräts an mindestens einem taktilen Messpunkt und Bestimmen von Koordinaten des taktilen Messpunkts in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts;
- b) Erzeugen mindestens eines Lichtflecks auf der Referenzoberfläche, wobei mindestens ein optisches Signal mit mindestens einem optischen System erzeugt wird, wobei in mindestens einer Beaufschlagungsposition des taktilen Tastelements im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts die Referenzoberfläche mit dem optischen Signal durch das taktile Tastelement hindurch beaufschlagt wird,
- c) Bestimmen der Position des Lichtflecks auf der Referenzoberfläche in dem Koordinatensystem der Referenzoberfläche und Erfassen von Koordinaten der Beaufschlagungsposition im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts;
- d) Bestimmen eines Zusammenhangs zwischen den Koordinaten der Beaufschlagungsposition im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts und der Position des Lichtflecks auf der Referenzoberfläche in dem Koordinatensystem der Referenzoberfläche;
- e) Bestimmen der Lage der Referenzoberfläche zu der mechanischen Referenz im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts aus den in Verfahrensschritt a) bestimmten Koordinaten des taktilen Messpunkts und in Verfahrensschritt c) bestimmten Position des Lichtflecks unter Verwendung des in Verfahrensschritt d) bestimmten Zusammenhangs.
- a) probing the mechanical reference with at least one tactile probe element of a tactile sensor of a coordinate measuring machine at at least one tactile measuring point and determining coordinates of the tactile measuring point in a coordinate system of the coordinate measuring machine;
- b) generating at least one light spot on the reference surface, wherein at least one optical signal is generated with at least one optical system, wherein in at least one application position of the tactile probe element in the coordinate system of the coordinate measuring device, the reference surface is subjected to the optical signal through the tactile probe element,
- c) determining the position of the light spot on the reference surface in the coordinate system of the reference surface and detecting coordinates of the application position in the coordinate system of the coordinate measuring machine;
- d) determining a relationship between the coordinates of the loading position in the coordinate system of the coordinate measuring machine and the position of the light spot on the reference surface in the coordinate system of the reference surface;
- e) Determining the position of the reference surface to the mechanical reference in the coordinate system of the coordinate measuring machine from the coordinates of the tactile measuring point determined in method step a) and the position of the light spot determined in method step c) using the relationship determined in method step d).
Hierbei können die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden. Zum Beispiel kann durch die Verwendung einer Mehrzahl von Positionen im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts und Bestimmen der entsprechenden Positionen des Lichtflecks auf der Referenzoberfläche in dem Koordinatensystem der Referenzoberfläche eine Kalibrierung der Referenzoberfläche erfolgen. Dadurch können zum Beispiel Skalierung und Rotation der beiden Koordinatensysteme zueinander ermittelt werden.Here, the method steps can be carried out in the specified order, with one or more of the steps also being able to be carried out at least partially simultaneously and with one or more of the steps being able to be repeated several times. Furthermore, further steps can additionally be carried out regardless of whether they are mentioned in the present application or not. For example, by using a plurality of positions in the coordinate system of the coordinate measuring machine and determining the corresponding positions of the light spot on the reference surface in the coordinate system of the reference surface, the reference surface can be calibrated. In this way, for example, the scaling and rotation of the two coordinate systems to one another can be determined.
In dem Verfahren wird ein erfindungsgemäßer Lichtanzeiger verwendet. Für Einzelheiten in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Lichtanzeigers und Antastelements verwiesen.A light indicator according to the invention is used in the method. For details with regard to the method according to the invention, reference is made to the description of the light indicator and contact element according to the invention.
Unter einer Referenzoberfläche kann eine ebene Oberfläche verstanden werden, welche ein Referenzmaß aufweist. Beispielsweise kann die Referenzoberfläche ein Pixelarray, insbesondere eine Matrix von Pixeln, aufweisen. Beispielsweise kann die Referenzoberfläche ein Pixelarray eines CCD-Chips sein. Das Pixelarray, insbesondere die Positionierung der Pixel zueinander, kann als Referenzmaß verwendet werden. Beispielsweise kann die Referenzoberfläche eine Markerplatte sein mit mindestens einem Marker. Unter einer „mechanischen Referenz“ kann ein grundsätzlich beliebig geformtes Objekt, insbesondere mindestens eine Kante, verstanden werden, welches taktil angetastet werden kann.A reference surface can be understood to mean a flat surface which has a reference dimension. For example, the reference surface can have a pixel array, in particular a matrix of pixels. For example, the reference surface can be a pixel array of a CCD chip. The pixel array, in particular the positioning of the pixels with respect to one another, can be used as a reference measure. For example, the reference surface can be a marker plate with at least one marker. A “mechanical reference” can be understood to mean an object of any shape, in particular at least one edge, which can be touched by tactile means.
Das Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts kann beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem sein. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Das Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts hat üblicherweise einen festen Nullpunkt, der sich in einer Ecke des üblicherweise quaderförmigen Messvolumens befindet. Während einer Messung kann zumindest ein zweites Koordinatensystem definiert werden, das einen ausgezeichneten Punkt des Messobjektes als Nullpunkt besitzt.The coordinate system of the coordinate measuring machine can be, for example, a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. The coordinate system of the coordinate measuring machine usually has a fixed zero point which is located in a corner of the usually cuboid measuring volume. During a measurement, at least one second coordinate system can be defined which has a marked point on the measurement object as the zero point.
Unter einem „taktilen Messpunkt“ kann ein Punkt auf einer Oberfläche der mechanischen Referenz verstanden werden, an welchem der taktile Sensor mit der mechanischen Referenz in Wechselwirkung tritt. Das Verfahren kann einen Speicherschritt umfassen, in welchem die Koordinaten des taktilen Messpunkts gespeichert werden, beispielsweise in einen Datenspeicher der Auswerteeinheit. Unter „einer Beaufschlagungsposition des taktilen Tastelements“ kann eine vorgegebene und/oder vorgebbare Position des taktilen Tastelements verstanden werden, in welcher die Referenzoberfläche mit dem optischen Signal beaufschlagt wird.A “tactile measuring point” can be understood as a point on a surface of the mechanical reference at which the tactile sensor interacts with the mechanical reference. The method can include a storage step in which the coordinates of the tactile measuring point are stored, for example in a data memory of the evaluation unit. “An application position of the tactile feeler element” can be understood to mean a predefined and / or predefinable position of the tactile feeler element in which the reference surface is acted upon by the optical signal.
Unter „Bestimmen der Position des Lichtflecks“ kann ein Bestimmen von Koordinaten des Lichtflecks, insbesondere eines Mittelpunkts des Lichtflecks, in dem Referenzmaß verstanden werden. Beispielsweise kann das Pixelarray des CCD-Chips ausgelesen werden und ein Pixelindex, beispielsweise Spalte und Zeile, bestimmt werden. Beispielsweise können auf die Markerplatte projizierte Lichtflecke zusammen mit den Markern fotografiert werden und eine Position des Lichtflecks in Bezug zu den Markern bestimmt werden. Das Verfahren kann einen Speicherschritt umfassen, in welchem die Koordinaten des Lichtflecks und die Koordinaten der Beaufschlagungsposition gespeichert werden, beispielsweise in einen Datenspeicher der Auswerteeinheit. Unter „Erfassen von Koordinaten der Beaufschlagungsposition“ kann eines oder mehreres von Ablesen, Auslesen, Ermitteln der Koordinaten verstanden werden. Beispielsweise kann die Beaufschlagungsposition vorgegeben oder vorgebbar sein.“Determining the position of the light spot” can be understood to mean determining coordinates of the light spot, in particular a center point of the light spot, in the reference dimension. For example, the pixel array of the CCD chip can be read out and a pixel index, for example column and row, can be determined. For example, light spots projected onto the marker plate can be photographed together with the markers and a position of the light spot in relation to the markers can be determined. The method can include a storage step in which the coordinates of the light spot and the coordinates of the exposure position are stored, for example in a data memory of the Evaluation unit. “Acquisition of coordinates of the loading position” can be understood to mean one or more of reading, reading out, determining the coordinates. For example, the application position can be predefined or predefinable.
Unter einem Zusammenhang zwischen den Koordinaten der Beaufschlagungsposition im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts und der Position des Lichtflecks auf der Referenzoberfläche kann ein beliebiger mathematischer Zusammenhang verstanden wer- den, welcher das Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts mit dem Koordinatensystem der Referenzoberfläche in Bezug setzt. Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, den Zusammenhang zu bestimmen.A relationship between the coordinates of the application position in the coordinate system of the coordinate measuring machine and the position of the light spot on the reference surface can be understood to mean any mathematical relationship that relates the coordinate system of the coordinate measuring machine to the coordinate system of the reference surface. In particular, the evaluation unit can be set up to determine the relationship.
Das Verfahren kann weiter eine Bestimmung einer relativen Position des Lichtflecks bezüglich des taktilen Tastelements umfassen. Unter einer relativen Position kann ein Offset und/oder eine Verschiebung von einer optischen und mechanischen Achse des taktilen Sensors, insbesondere von dem Kugelmittelpunkt der Tastkugel des taktilen Tastelements, verstanden werden. Ein Fokuspunkt des optischen Signals, insbesondere ein Mittelpunkt des Lichtflecks, kann von den Koordinaten des Kugelmittelpunktes abweichen. Das Verfahren kann ein Kalibrierverfahren aufweisen, in welchem diese Abweichung bestimmt wird.The method can further include a determination of a relative position of the light spot with respect to the tactile probe element. A relative position can be understood to mean an offset and / or a shift from an optical and mechanical axis of the tactile sensor, in particular from the center point of the probe ball of the tactile probe element. A focal point of the optical signal, in particular a center point of the light spot, can deviate from the coordinates of the center point of the sphere. The method can have a calibration method in which this deviation is determined.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße Verfahren sind gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen vorteilhaft. Durch eine Kombination eines taktilen Sensors, eines optischen Systems und einer Beaufschlagung des Messobjekts durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal kann eine Bestimmung einer Pixellage eines CCD-Chips oder eine Bestimmung einer Markerplatte im Raum ermöglicht werden. Durch eine Verwendung des taktilen Tastelements als Abschlusslinse des optischen Systems kann ermöglicht werden, dass ohne einen Messkopfwechsel mehrere Messaufgaben miteinander kombiniert und aufeinander bezogen werden.The devices according to the invention and the method according to the invention are advantageous over known methods and devices. A combination of a tactile sensor, an optical system and the application of the optical signal to the measurement object through the tactile probe element enables a determination of a pixel position of a CCD chip or a determination of a marker plate in space. By using the tactile probe element as the end lens of the optical system, it can be made possible that several measuring tasks can be combined and related to one another without changing the measuring head.
Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:
- Ausführungsform 1: Antastelement zur Vermessung mindestens eines Messobjekts umfassend
- mindestens einen taktilen Sensor, wobei der taktile Sensor mindestens ein taktiles Tastelement aufweist, welches eingerichtet ist, eine Oberfläche des Messobjekts taktil abzutasten; mindestens ein optisches System, wobei das optische System eingerichtet ist, mindestens ein optisches Signal zu erzeugen;
- wobei das Antastelement eingerichtet ist, das Messobjekt durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen,
- wobei das optische System mindestens eine Abbildungsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, das Messobjekt zumindest teilweise abzubilden, und/oder wobei das optische System mindestens einen konfokalen Sensor aufweist, welcher eingerichtet ist, das Messobjekt berührungslos zu vermessen, und/oder wobei das optische System mindestens ein Autokollimationsfernrohr aufweist, welches eingerichtet ist, zu einer Winkelmessung des Messobjekts.
- Embodiment 1: A contact element for measuring at least one measurement object comprising
- at least one tactile sensor, the tactile sensor having at least one tactile probe element which is set up to tactilely scan a surface of the measurement object; at least one optical system, wherein the optical system is set up to generate at least one optical signal;
- wherein the probe element is set up to apply the optical signal to the measurement object through the tactile probe element,
- wherein the optical system has at least one imaging device which is set up to at least partially image the measurement object, and / or wherein the optical system has at least one confocal sensor which is set up to measure the measurement object without contact, and / or wherein the optical system at least has an autocollimation telescope which is set up for an angle measurement of the measurement object.
Ausführungsform 2: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das optische System zumindest teilweise in dem taktilen Tastelement angeordnet ist. Embodiment 2: Probing element according to the previous embodiment, the optical system being at least partially arranged in the tactile probe element.
Ausführungsform 3: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische Signal ein Lichtstrahl ist.Embodiment 3: Probing element according to one of the preceding embodiments, wherein the optical signal is a light beam.
Ausführungsform 4: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das taktile Tastelement in einer Ausbreitungsrichtung des optischen Signals von dem taktilen Testelement zu dem Messobjekt eine Abschlusslinse des optischen Systems ist.Embodiment 4: Probing element according to one of the preceding embodiments, the tactile probe element being a terminating lens of the optical system in a direction of propagation of the optical signal from the tactile test element to the measurement object.
Ausführungsform 5: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das taktile Tastelement eingerichtet ist, das optische Signal auf das Messobjekt zu fokussieren.Embodiment 5: Probing element according to the previous embodiment, wherein the tactile probe element is set up to focus the optical signal on the measurement object.
Ausführungsform 6: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Antastelement mindestens einen Schaft zur Befestigung des taktilen Tastelements aufweist.Embodiment 6: Probing element according to one of the preceding embodiments, the probing element having at least one shaft for fastening the tactile probe element.
Ausführungsform 7: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das optische System zumindest teilweise in dem Schaft angeordnet ist.Embodiment 7: Probing element according to the preceding embodiment, the optical system being at least partially arranged in the shaft.
Ausführungsform 8: Antastelement nach einer der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schaft eine Länge zwischen 20 mm und 240 mm aufweist.Embodiment 8: Probing element according to one of the two preceding embodiments, the shaft having a length between 20 mm and 240 mm.
Ausführungsform 9: Antastelement nach einer der drei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schaft eine Steifigkeit besitzt, die gewährleistet, dass bei einer taktilen Messkraft von 200 mN eine Auslenkung entsteht, die deutlich kleiner als 1 µm ist.Embodiment 9: Probing element according to one of the three preceding embodiments, the shaft having a rigidity which ensures that with a tactile measuring force of 200 mN a deflection occurs that is significantly smaller than 1 μm.
Ausführungsform 10: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das taktile Tastelement mindestens eine Bohrung aufweist, in welcher das optische System zumindest teilweise angeordnet ist, wobei die Bohrung ausgewählt ist aus einer Durchgangsbohrung und einer Sacklochbohrung.Embodiment 10: Probing element according to one of the preceding embodiments, wherein the tactile feeler element has at least one hole in which the optical system is at least partially arranged, the hole being selected from a through hole and a blind hole.
Ausführungsform 11: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Bohrung senkrecht zum Schaft oder in eine Erstreckungsrichtung des Schafts angeordnet ist.Embodiment 11: Probing element according to the preceding embodiment, the bore being arranged perpendicular to the shaft or in a direction of extent of the shaft.
Ausführungsform 12: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das taktile Tastelement eine Tastkugel aufweist.Embodiment 12: Probing element according to one of the preceding embodiments, the tactile probe element having a probe ball.
Ausführungsform 13: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das taktile Tastelement aus einem zumindest teilweise transparenten Material ist, wobei das zumindest teilweise transparente Material Glas ist.Embodiment 13: Probing element according to one of the preceding embodiments, wherein the tactile feeler element is made of an at least partially transparent material, wherein the at least partially transparent material is glass.
Ausführungsform 14: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das taktile Tastelement aus einem intransparenten Material ist, wobei das intransparente Material Rubin ist.Embodiment 14: probe element according to one of the preceding embodiments, wherein the tactile probe element is made of a non-transparent material, the non-transparent material being ruby.
Ausführungsform 15: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische System mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung aufweist.Embodiment 15: Probing element according to one of the preceding embodiments, the optical system having at least one lighting device.
Ausführungsform 16: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, das optische Signal zu erzeugen und das Messobjekt durch das taktile Tastelement hindurch zu beleuchten.Embodiment 16: Probing element according to the previous embodiment, the lighting device being set up to generate the optical signal and to illuminate the measurement object through the tactile probe element.
Ausführungsform 17: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, einen Lichtfleck auf dem Messobjekt zu erzeugen, wobei der Lichtfleck einen Durchmesser von kleiner als 10 µm aufweist.Embodiment 17: Probing element according to the previous embodiment, the lighting device being set up to generate a light spot on the measurement object, the light spot having a diameter of less than 10 μm.
Ausführungsform 18: Antastelement nach einer der drei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mindestens eine Lichtquelle aufweist.Embodiment 18: Probing element according to one of the three preceding embodiments, wherein the lighting device has at least one light source.
Ausführungsform 19: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Lichtquelle ausgewählt ist aus mindestens einer Leuchtdiode und mindestens einer Laserdiode, insbesondere eine fasergekoppelte Laserdiode.Embodiment 19: Probing element according to the preceding embodiment, the light source being selected from at least one light-emitting diode and at least one laser diode, in particular a fiber-coupled laser diode.
Ausführungsform 20: Antastelement nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische System mindestens einen Lichtleiter aufweist.Embodiment 20: Probing element according to one of the preceding embodiments, the optical system having at least one light guide.
Ausführungsform 21: Antastelement nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Lichtleiter mindestens eine optische Faser aufweist ausgewählt aus mindestens einer Singlemode Faser oder mindestens einer Multimode Faser.Embodiment 21: Probing element according to the preceding embodiment, the light guide having at least one optical fiber selected from at least one singlemode fiber or at least one multimode fiber.
Ausführungsform 22: Antastelement nach einer der sechs vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische System mindestens eine Linse aufweist, welche eingerichtet ist, das von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte optische Signal auf das Messobjekt zu fokussieren.Embodiment 22: Probing element according to one of the six preceding embodiments, the optical system having at least one lens which is set up to focus the optical signal generated by the lighting device on the measurement object.
Ausführungsform 23: Lichtanzeiger umfassend ein Antastelement, wobei das Antastelement mindestens einen taktilen Sensor umfasst, wobei der taktile Sensor mindestens ein taktiles Tastelement aufweist, welches eingerichtet ist, eine Oberfläche des Messobjekts taktil abzutasten, wobei das Antastelement mindestens ein optisches System umfasst, wobei das optische System eingerichtet ist, mindestens ein optisches Signal zu erzeugen, wobei das Antastelement eingerichtet ist, das Messobjekt durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen, wobei das optische System mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung aufweist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, das optische Signal zu erzeugen, wobei das Antastelement eingerichtet ist, das Objekt durch das taktile Tastelement hindurch mit dem optischen Signal zu beaufschlagen, wobei das Antastelement ein Antastelement nach einer der vorhergehenden, ein Antastelement betreffenden, Ausführungsformen aufweist.Embodiment 23: Light indicator comprising a contact element, wherein the contact element comprises at least one tactile sensor, wherein the tactile sensor has at least one tactile sensor element which is set up to tactilely scan a surface of the measurement object, wherein the contact element comprises at least one optical system, the optical The system is set up to generate at least one optical signal, the contact element being set up to apply the optical signal to the measurement object through the tactile probe element, the optical system having at least one lighting device, the lighting device being set up to supply the optical signal generate, wherein the contact element is set up to apply the optical signal to the object through the tactile feeler element, the contact element having a contact element according to one of the preceding embodiments relating to a contact element.
Ausführungsform 24: Koordinatenmessgerät zur Vermessung mindestens eines Messobjekts umfassend:
- mindestens ein Antastelement nach einem der vorherigen, ein Antastelement betreffenden, Ausführungsformen,
- mindestens eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Information über einen Messpunkt an einer Oberfläche des Messobjekts zu erzeugen.
- at least one contact element according to one of the previous embodiments relating to a contact element,
- at least one evaluation unit which is set up to generate at least one item of information about a measuring point on a surface of the measuring object.
Ausführungsform 25: Verfahren zur Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche zu einer mechanischen Referenz umfassend die folgenden Schritte:
- a) Antasten der mechanischen Referenz mit mindestens einem taktilen Tastelement eines taktilen Sensors eines Koordinatenmessgeräts an mindestens einem taktilen Messpunkt und Bestimmen von Koordinaten des taktilen Messpunkts in einem Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts;
- b) Erzeugen mindestens eines Lichtflecks auf der Referenzoberfläche, wobei mindestens ein optisches Signal mit mindestens einem optischen System erzeugt wird, wobei in mindestens einer Beaufschlagungsposition des taktilen Tastelements im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts die Referenzoberfläche mit dem optischen Signal durch das taktile Tastelement hindurch beaufschlagt wird,
- c) Bestimmen der Position des Lichtflecks auf der Referenzoberfläche in dem Koordinatensystem der Referenzoberfläche und Erfassen von Koordinaten der Beaufschlagungsposition im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts;
- d) Bestimmen eines Zusammenhangs zwischen den Koordinaten der Beaufschlagungsposition im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts und der Position des Lichtflecks auf der Referenzoberfläche in dem Koordinatensystem der Referenzoberfläche;
- e) Bestimmen der Lage der Referenzoberfläche zu der mechanischen Referenz im Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts aus den in Verfahrensschritt a) bestimmten Koordinaten des taktilen Messpunkts und in Verfahrensschritt c) bestimmten Position des Lichtflecks unter Verwendung des in Verfahrensschritt d) bestimmten Zusammenhangs, wobei in dem Verfahren ein Lichtanzeiger nach einer der vorhergehenden, einen Lichtanzeiger betreffenden, Ausführungsformen verwendet wird.
- a) probing the mechanical reference with at least one tactile probe element of a tactile sensor of a coordinate measuring machine at at least one tactile measuring point and determining coordinates of the tactile measuring point in a coordinate system of the coordinate measuring machine;
- b) generating at least one light spot on the reference surface, at least one optical signal is generated with at least one optical system, the reference surface being acted upon by the optical signal through the tactile probe element in at least one application position of the tactile probe element in the coordinate system of the coordinate measuring device,
- c) determining the position of the light spot on the reference surface in the coordinate system of the reference surface and detecting coordinates of the application position in the coordinate system of the coordinate measuring machine;
- d) determining a relationship between the coordinates of the loading position in the coordinate system of the coordinate measuring machine and the position of the light spot on the reference surface in the coordinate system of the reference surface;
- e) Determination of the position of the reference surface to the mechanical reference in the coordinate system of the coordinate measuring machine from the coordinates of the tactile measuring point determined in method step a) and the position of the light spot determined in method step c) using the relationship determined in method step d), whereby in the method a Light indicator according to one of the preceding embodiments relating to a light indicator is used.
Ausführungsform 26: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Verfahren eine Bestimmung einer relativen Position des Lichtflecks bezüglich des taktilen Tastelements umfasst.Embodiment 26: The method according to the preceding embodiment, the method comprising a determination of a relative position of the light spot with respect to the tactile probe element.
FigurenlisteFigure list
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments, in particular in conjunction with the dependent claims. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The invention is not restricted to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numbers in the individual figures designate elements that are the same or functionally the same or correspond to one another with regard to their functions.
Im Einzelnen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Antastelements; -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtanzeigers; -
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bestimmung einer Lage einer Referenzoberfläche in einem Koordinatensystem eines Koordinatenmessgeräts; und -
4A bis4C schematische Darstellung weiterer Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Antastelements.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a contact element according to the invention; -
2 a schematic representation of an embodiment of a light indicator according to the invention; -
3 a schematic representation of an embodiment of a determination of a position of a reference surface in a coordinate system of a coordinate measuring machine; and -
4A to4C schematic representation of further exemplary embodiments of a contact element according to the invention.
AusführungsbeispieleEmbodiments
Der taktile Sensor
Das taktile Tastelement
Das Antastelement
Das taktile Tastelement
Das optische System
Das taktile Tastelement
Der Schaft
Das optische System
Der Lichtleiter
In der in
Das optische System
Die in den
Der Lichtanzeiger
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 110110
- AntastelementContact element
- 112112
- MessobjektMeasurement object
- 114114
- taktiler Sensortactile sensor
- 116116
- taktiles Tastelementtactile sensing element
- 118118
- optisches Systemoptical system
- 120120
- optisches Signaloptical signal
- 122122
- Schaftshaft
- 124124
- Adapteradapter
- 126126
- Bohrungdrilling
- 128128
- LichtleiterLight guide
- 130130
- BeleuchtungsvorrichtungLighting device
- 132132
- LichtstrahlBeam of light
- 134134
- LichtfleckLight spot
- 136136
- Linselens
- 138138
- LichtanzeigerLight indicator
- 140140
- PixelarrayPixel array
- 142142
- KoordinatenmessgerätCoordinate measuring machine
- 144144
- mechanische Referenzmechanical reference
- 146146
- MarkerplatteMarker plate
- 148148
- Markermarker
- 150150
- Kameracamera
- 152152
- AbbildungsvorrichtungImaging device
- 154154
- konfokaler Sensorconfocal sensor
- 156156
- AutokollimationsfernrohrAutocollimation telescope
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017205105.1A DE102017205105B4 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Probing element, light indicator, coordinate measuring machine and method for determining a position of a reference surface in relation to a mechanical reference |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017205105.1A DE102017205105B4 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Probing element, light indicator, coordinate measuring machine and method for determining a position of a reference surface in relation to a mechanical reference |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017205105A1 DE102017205105A1 (en) | 2018-09-27 |
DE102017205105B4 true DE102017205105B4 (en) | 2020-09-24 |
Family
ID=63450331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017205105.1A Active DE102017205105B4 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Probing element, light indicator, coordinate measuring machine and method for determining a position of a reference surface in relation to a mechanical reference |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017205105B4 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4792698A (en) * | 1983-01-27 | 1988-12-20 | Diffracto Ltd. | Sensing location of an object with line image projection and rotation |
US5118956A (en) * | 1989-08-30 | 1992-06-02 | Renishaw | Touch probe including a waveguide |
-
2017
- 2017-03-27 DE DE102017205105.1A patent/DE102017205105B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4792698A (en) * | 1983-01-27 | 1988-12-20 | Diffracto Ltd. | Sensing location of an object with line image projection and rotation |
US5118956A (en) * | 1989-08-30 | 1992-06-02 | Renishaw | Touch probe including a waveguide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102017205105A1 (en) | 2018-09-27 |
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Legal Events
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