DE102017211680A1

DE102017211680A1 - Optischer Sensor und Verfahren zur Positionierung, Fokussierung und Beleuchtung

Info

Publication number: DE102017211680A1
Application number: DE102017211680.3A
Authority: DE
Inventors: Otto Ruck; David Höcherl
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-10

Abstract

Optischer Sensor zur Werkstückvermessung in einem Koordinatenmessgerät (211) oder einer Werkzeugmaschine, aufweisend
- eine Kamera (2) zur optischen Werkstückvermessung,
- zumindest eine relativ zu der Kamera (2) ortsfest angebrachte Lichtquelle (4, 5, 6, 7), die dazu eingerichtet ist, eine erste Lichtfläche (13) zu erzeugen, die in einer ersten Ebene (14) liegt, und die dazu eingerichtet ist, eine zweite Lichtfläche (16) zu erzeugen, die in einer zweiten Ebene (18) liegt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene nicht zueinander parallel sind und wobei ein Normalenvektor (N1) der ersten Ebene (14) und ein Normalenvektor (N2) der zweiten Ebene (18) quer zu einer optischen Achse (OA) der Kamera (2) sind, und Verfahren zu dessen Einsatz.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Verwendung in einem Koordinatenmessgerät sowie Verfahren zur Positionierung, Fokussierung und Beleuchtung eines Werkstücks mit diesem Sensor.
In der industriellen Messtechnik werden heute verschiedene Verfahren zur Bestimmung von Form und Lage von Messelementen verwendet. Neben den taktilen Messungen mittels messender oder schaltender Sensorik kommen an Koordinatenmessgeräten (KMG) verstärkt Kameras zum Einsatz. Hierbei wird in einem Bild ein zu messendes Element erfasst und durch die Auswertung der Bildpunkte in Verbindung mit der Kameraposition die exakte Lage sowie die Abmessungen des Objektes bestimmt. Dies geschieht sowohl in automatischen Abläufen, bei denen eine vorher programmierte Anzahl von Messungen an vorgegebenen Positionen vorgenommen wird, als auch manuell durch Anfahren der zu messenden Elemente mittels Bedienpult mit Joysticks oder ähnlichen Hilfsmitteln. Um eine ausreichende Genauigkeit bei der Messung zu erhalten, besitzt die Kamera ein stark vergrößerndes Objektiv, welches das sichtbare Bild aber auf einen sehr kleinen Teil des tatsächlichen Werkstücks reduziert und somit aus dem auf dem Bildschirm gezeigten Bild des Messobjektes nicht mehr klar erkennbar ist, um welches der oftmals vielen ähnlich aussehenden Elementen es sich bei dem gezeigten Element gerade handelt. Erschwerend kommt noch hinzu, dass zur messtechnisch notwendigen Beleuchtung normalerweise auch noch ein Ringlicht mit segmentiert ansteuerbaren Lichtquellen verwendet wird, welches die Zugänglichkeit des Werkstückes für den Benutzer weiter einschränkt und somit die Identifikation des aktuell angezeigten Bildausschnittes fast unmöglich macht.
Damit der Anwender sich trotzdem auf dem Werkstück zurechtfindet, werden bisher u.a. folgende Verfahren angewendet:

- Ein zuschaltbarer Laser-Pointer wird in den optischen Strahlengang der Kamera eingekoppelt und kennzeichnet die Mitte des Kamerabildes auf dem Werkstück, sofern er nicht durch die Geometrie der Werkstückoberfläche verdeckt wird (Zeiss IMT Entwicklung Optical Engine). Bei diesem aufwändigen Verfahren, wird mit Hilfe von halbdurchlässigen Spiegeln oder spezieller Optik der Laser in den optischen Strahlengang eingekoppelt (siehe https://ogpgmbh.de/laser-und-optoelektronischesmessen).
- Eine Übersichtskamera zeigt einen größeren Abschnitt des Werkstückes, welcher nun für den Anwender zuordenbar ist und eine Markierung im Übersichtsbild kennzeichnet die Position des Messbildes (Zeiss IMT 0-Detect)
- Ein Zoom Objektiv kann vom Übersichtsbild bis zum messtechnisch relevanten Bild wechseln und so den Anwender bei der Orientierung unterstützen.

Weiterhin ist aus der US 2016/0349034 A1 bekannt, an einem Koordinatenmessgerät einen Projektor anzubringen. Von dem Projektor wird eine Region auf den Messtisch projiziert, in welcher ein Werkstück zwecks weiterer Messung zu positionieren ist. Von einer Kamera wird die Position des Objektes auf einem Messtisch ermittelt. Stimmt die Position mit der Soll-Position nicht überein, wird die Position des Objektes korrigiert und anschließend das Objekt vermessen. Hiermit wird aber dem Anwender keine Lösung angeboten, wie er sich bei dem Vermessen mit einem optischen Sensor auf dem Objekt selbst zurechtfindet.
Nachdem der Benutzer die zu messenden Objekte auf der Messmaschine befestigt oder angeordnet hat, wird zum Erstellen des Messablaufs der Prüfplan erstellt. Dazu muss der Benutzer definieren, welche geometrischen Eigenschaften am Objekt vermessen werden sollen. Da der Messbereich, d. h. der Bereich, der auf dem Werkstück vermessen werden soll, viel größer ist als der Bereich der optischen Erfassung des Sensors, muss der Benutzer durch technische Systeme unterstützt werden, um die passende Position zu finden. Dies ist dann besonders schwierig, wenn sich die geometrischen Eigenschaften bei einem Prüfplan wiederholen, beispielsweise wenn es sich um eine Palette mit vielen Gleich-Teilen handelt.
Wichtig für die optische Messung ist die Beleuchtung, da sich je nach Richtung, Intensität und Farbe der Beleuchtung auf dem Werkstück unterschiedliche Bilder und Strukturen aus der Sicht der Kamera ergeben, was letztendlich zu unterschiedlichen Messergebnissen führt.
Eine weitere wichtige Eigenschaft ist der Fokus. Um eine Kante richtig messen zu können, muss diese auch scharf sein. Aus einem Bild ist normal nicht erkennbar, ob der Abstand zu Werkstück verkleinert oder vergrößert werden muss, um ein optimal scharfes Bild zu bekommen. Besonders schwierig ist die Schärfeeinstellung an geometrisch erhabenen Bauteilen, an denen Objekte in verschiedenen Höhen zu messen sind, da hier selbst der normalerweise vorhandene Autofokus nicht wissen kann, auf welcher Höhe er das Bild scharf stellen soll.
Bei der taktilen Messtechnik sind Systeme zur Unterstützung in der Regel nicht notwendig, da der Benutzer den Berührpunkt zwischen Tastspitze und Objekt visuell beobachten kann und die Höhe und Beleuchtung für das Ergebnis nicht relevant sind. Lediglich bei sehr kleinen Tastern und tiefen Bohrungen kann eine zusätzliche Beleuchtung hilfreich sein. Bei einer optischen Messtechnik stellen sich allerdings die oben genannten Probleme.
Aufgabe der Erfindung ist es, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu lösen. Insbesondere sollte ein System angegeben werden, das dem Benutzer bei der optischen Messtechnik bei einer oder mehreren der folgenden Aufgaben unterstützt: Auffinden der Position des Bildes, Einstellen der Richtung der Beleuchtung, Herausfinden der Lage der Schärfeebene auf dem Werkstück bzw. Fokussierung, und/oder Abschätzung von Schattenbildung aufgrund einer Beleuchtungsrichtung.
Nach einer grundlegenden Idee der Erfindung ist an einem optischen Sensor zusätzlich zu einer Kamera eine Lichtquelle angebracht, die in der Lage ist, auf eine Oberfläche eines Werkstücks Orientierungslichtmarken einzustrahlen. Diese Orientierungslichtmarken sind insbesondere Striche und/oder Punkte, die zur Positionierung des Sensors, Fokussierung des Sensors, Positionierungshilfe für ein Werkstück, Hilfe zur Auswahl eines Beleuchtungsmusters der Werkstückoberfläche durch eine weitere Beleuchtungseinrichtung, und für weitere Zwecke dienen kann, die in dieser Beschreibung noch nachfolgend angegeben sind.
Die Strahlung aus dieser Lichtquelle wird nicht in den Strahlengang der Kamera des optischen Sensors eingekoppelt. Von der Erfindung wird damit eine Positionier-, Navigations- und Illuminationshilfe und Beschleunigung der Fokussierung bereitgestellt, die eine kostengünstige und einfache Alternative zu den bisherigen Verfahren durch Einkopplung von Hilfen in den Strahlengang einer Kamera darstellt, da sie völlig rückwirkungsfrei auf die Messung ist, wenn sie abgeschaltet wird. Einkopplung und Auskopplung im Strahlengang der Kamera hingegen haben immer negative Einflüsse auf die Qualität der messenden Optik selbst. Die Erfindung ist auch bei optischen Sensoren anwendbar, die in Dreh-oder Schwenkgelenke integriert oder an diese angekoppelt sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass von außen, d. h. nicht durch den optischen Sensor hindurch, anhand auf der Oberfläche eines Werkstücks oder anderen Objekts erzeugter Lichtstrukturen festgestellt werden kann, ob beispielsweise eine Fokussierung erfolgt ist, der Sensor an der gewünschten Stelle positioniert ist, wie sich eine Beleuchtung auswirkt, ob Schattenwurf zu erwarten ist und mehr. Dies kann durch einen neben dem optischen Sensor und dem Werkstück stehenden Beobachter gegebenenfalls durch das bloße Auge erfolgen.
Angegeben wird von der Erfindung insbesondere ein optischer Sensor zur Werkstückvermessung in einem Koordinatenmessgerät oder einer Werkzeugmaschine, aufweisend

- eine Kamera zur optischen Werkstückvermessung,
- zumindest eine relativ zu der Kamera ortsfest angebrachte Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, eine erste Lichtfläche zu erzeugen, die in einer ersten Ebene liegt, und die dazu eingerichtet ist, eine zweite Lichtfläche zu erzeugen, die in einer zweiten Ebene liegt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene nicht zueinander parallel sind und wobei ein Normalenvektor der ersten Ebene und ein Normalenvektor der zweiten Ebene quer zu einer optischen Achse der Kamera sind.

Wenn nachfolgend eine Lichtquelle genannt wird, so können damit eine oder mehrere Lichtquellen gemeint sein. Vorzugsweise sind zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, Lichtquellen vorhanden, wobei jede der Lichtquellen dazu eingerichtet ist, eine Lichtfläche, und gegebenenfalls einen nachfolgend noch erwähnten Lichtstrahl, zu erzeugen. Mehrere Lichtquellen können symmetrisch um die optische Achse der Kamera herum angeordnet sein beispielsweise paarweise symmetrisch bei gerader Anzahl Lichtquellen. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Lichtquellen so um die optische Achse herum auf einem gedachten Kreis mit gleichem Winkelabstand angeordnet sein (zum Beispiel drei Lichtquellen 120° zueinander beanstandet, oder vier Lichtquellen 90° zueinander beanstandet, 6 Lichtquellen 60° zueinander beanstandet usw.).
Der optische Sensor ist insbesondere dazu eingerichtet, an eine Bewegungseinrichtung oder Verfahreinrichtung eines Koordinatenmessgeräts (nachfolgend KMG) oder einer Werkzeugmaschine angekoppelt zu werden und in eine oder mehrere Raumrichtungen translatorisch bewegt zu werden. Der optische Sensor kann Kopplungsmittel aufweisen. Kopplungsmittel sind ausgebildet zum Ankoppeln an eine Sensorkupplung, die an dem Koordinatenmessgerät oder der Werkzeugmaschine vorhanden ist.
In den optischen Sensor ist die Lichtquelle gemeinsam mit der Kamera translatorisch, und gegebenenfalls auch rotatorisch, beweglich, wenn der optische Sensor an eine genannte Bewegungseinrichtung oder Verfahreinrichtung angekoppelt ist. D. h., bei dem Bewegen oder Verfahren des Sensors wird die Lichtquelle in gleicher Weise translatorisch, und gegebenenfalls auch rotatorisch, bewegt wie die Kamera.
Der optische Sensor kann eine Trägerstruktur aufweisen, an welcher die Kamera und/oder die Lichtquelle angebracht sind.
Die Kamera weist eine Optik auf.
In dem optischen Sensor ist die Lichtquelle derart angeordnet, dass die von ihr erzeugten Lichtflächen, und gegebenenfalls die nachfolgend noch erwähnten Lichtstrahlen nicht durch die Optik der Kamera verlaufen. Anders ausgedrückt verlaufen die von der Lichtquelle erzeugten Lichtflächen, gegebenenfalls auch Lichtstrahlen, nicht durch den oder nicht in dem Strahlengang der Kamera.
Die durch die Lichtquelle(n) erzeugten Lichtstrukturen, wie Lichtlinien und Lichtpunkte, und deren Veränderung auf einer Oberfläche eines Objekts können außerhalb der Kamera, nur mit dem bloßen Auge bei direkter Betrachtung des Objekts, beobachtet werden und auf Basis dieser Beobachtung erfindungsgemäße Verfahren, die nachfolgend noch beschrieben sind, durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, besagte Lichtstrukturen und ihre Veränderung durch die Kamera hindurch zu beobachten.
Die Lichtquelle kann relativ ortsfest zu der Kamera angeordnet sein, was sich insbesondere auf den Betrieb des Sensors bezieht. Es kann möglich sein, eine Position und/oder Orientierung (nachfolgend Pose) der Lichtquelle relativ zu der Kamera zu ändern, um die Pose einer von der Lichtquelle erzeugten Lichtfläche, und gegebenenfalls die Pose eines erzeugten Lichtstrahls, relativ zur optischen Achse der Kamera zu ändern. Es ist aber bevorzugt, dass die Pose der Lichtquelle relativ zur Kamera fixierbar ist. Es ist bevorzugt, dass die Pose der Lichtquelle relativ zur Kamera fixiert ist, vorzugsweise zumindest während des Betriebs des optischen Sensors.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise einschaltbar und ausschaltbar, sodass sie bei Bedarf eingeschaltet und bei Nichtbedarf ausgeschaltet werden kann. Bei Vorhandensein mehrerer Lichtquellen können diese unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sein. Dies hat Vorteile bei der Durchführung nachfolgend noch genannter erfindungsgemäßer Verfahren, beispielsweise zur Ermittlung einer optimalen Beleuchtung eines Objekts.
Mehrere Lichtquellen können unabhängig voneinander in ihrer Helligkeit oder Lichtintensität veränderbar, insbesondere steuerbar sein.
Mit dem Begriff „Licht“ ist der für das menschliche Auge sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung im elektromagnetischen Spektrum gemeint.
Die Lichtquelle ist in einer bevorzugten Variante der Erfindung eine Laserlichtquelle, aber die Lichtquelle ist hierauf nicht beschränkt. Eine Laserlichtquelle hat den Vorteil einer hohen Strahlungsintensität, was für diese Erfindung von Vorteil ist, und hoher Kohärenz.
Erwähnte Lichtflächen können durch eine Lichtquelle oder durch verschiedene Lichtquellen erzeugt werden.
Nachfolgend noch erwähnte Lichtstrahlen können durch eine Lichtquelle oder durch verschiedene Lichtquellen erzeugt werden.
Die Lichtquelle kann eine Optik, insbesondere eine Linsenoptik, aufweisen. Mit einer solchen Optik kann eine erwähnte Lichtfläche erzeugbar sein. Die Optik ist in einer speziellen Ausprägung der Erfindung eine Zylinderlinse. Die Lichtquelle ist beispielsweise eine Linien-Laserlichtquelle, die ein Lasermodul und eine Zylinderlinse aufweisen kann. Durch die Zylinderlinse kann das linienförmige Licht so gebrochen werden, dass eine erwähnte Lichtfläche entsteht, die beispielsweise fächerförmig und eben ist. In analoger Weise kann auch bei einer Lichtquelle verfahren werden, die keine Laserlichtquelle ist.
Erwähnte Lichtflächen befinden sich zumindest teilweise im Erfassungsfeld der Kamera. Die Lichtflächen können auf die Oberfläche eines Objektes, beispielsweise eines Werkstücks, treffen, das sich im Erfassungsbereich der Kamera befindet. Auf diesem Objekt kann durch die Lichtflächen je nach Beschaffenheit der Objektoberfläche eine Lichtstruktur gebildet werden. Wenn die Oberfläche des Objektes eine ebene Oberfläche ist, wird auf dieser ebenen Oberfläche durch jede der Lichtflächen jeweils eine gerade, ununterbrochene Lichtlinie gebildet. Diese Lichtlinien sind nicht zueinander parallel, da die Lichtflächen bzw. die Ebenen, in denen sich die Lichtflächen befinden, nicht zueinander parallel sind. Solche nicht parallelen Lichtlinien können als Markierung genutzt werden, da sie sich entweder in einem Punkt schneiden oder zumindest auf einen gedachten Schnittpunkt zulaufen, und vor dem Schnittpunkt enden. Ein gedachter Stützpunkt ist ein Schnittpunkt, auf dem sich Verlängerungen der Lichtlinien schneiden würden. Unabhängig davon, ob der Schnittpunkt ein tatsächlicher Schnittpunkt oder ein gedachter Stützpunkt ist, werden beide nachfolgend als „Schnittpunkt“ bezeichnet.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Normalenvektor und der zweite Normalenvektor senkrecht zu der optischen Achse. Dies bedeutet, dass eine Schnittgerade der beiden Lichtflächen, bzw. der Ebenen, in denen die Lichtflächen liegen, parallel zu der optischen Achse der Kamera ist. Ein oben erwähnter Schnittpunkt verändert sich in dieser Ausführungsform nicht, wenn der Abstand von Kamera zu einem Objekt, auf dem die Lichtlinien erzeugt werden, verändert wird.
In einer noch spezielleren Ausführungsform liegt eine Schnittgerade der ersten Ebene und der zweiten Ebene (in denen die Lichtflächen liegen) auf/in der optischen Achse. Ein erwähnter Schnittpunkt von Lichtlinien auf einer Oberfläche eines Objekts markiert dann die optische Achse der Kamera, was zur Positionierung des optischen Sensors zur Vermessung des Objekts vorteilhaft ist. In dieser Ausführungsform sind auf einem Objekt erzeugte Lichtlinien radial zur Achse der Kamera ausgerichtet und der Schnittpunkt aller Laserlinien liegt auf der optischen Achse der Kamera.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine Lichtquelle weiterhin dazu eingerichtet, zumindest zwei Lichtstrahlen zu erzeugen, die sich in der Fokusebene der Kamera schneiden. Dies gilt zumindest für die Betrachtung des Sensors allein, ohne dass ein Objekt im Strahlengang der Lichtstrahlen angeordnet ist. Die Lichtstrahlen schneiden sich dann, wenn nicht ein lichtundurchlässiges Objekt, wie zum Beispiel ein Werkstück, im Strahlengang vor der Fokusebene angeordnet ist, auf das die Strahlen treffen. Ist dies der Fall, schneiden sich gedachte Verlängerungen der Strahlen in der Fokusebene.
Die Lichtstrahlen können durch eine Lichtquelle oder durch verschiedene Lichtquellen erzeugt werden. Die Lichtstrahlen befinden sich zumindest teilweise im Erfassungsfeld der Kamera. Die Lichtstrahlen können auf die Oberfläche eines Objektes, beispielsweise eines Werkstücks, treffen, das sich im Erfassungsbereich der Kamera befindet. Auf diesem Objekt können durch die Lichtstrahlen je nach Beschaffenheit der Objektoberfläche (möglich wäre beispielsweise eine Abschattung eines der Lichtstrahlen) zwei Lichtpunkte gebildet werden.
Zur Erzeugung einer erwähnten Lichtfläche und eines Lichtstrahls, bzw. um auf einer Oberfläche eines Objektes sowohl einen Punkt als auch eine Linie zu erhalten, kann als Lichtquelle eine Punkt-Linien-Lichtquelle, insbesondere eine Laserlichtquelle verwendet werden. Diese kann eine geeignete Optik aufweisen, beispielsweise eine Zylinderlinse. Eine Zylinderlinse kann so modifiziert werden, dass ein Teil des Lichtes nicht gebrochen wird, sondern gerade durch dieses optische Element geht. Hierdurch ist auch eine nachfolgend noch erwähnte Asymmetrie der Linie zum Punkt steuerbar. Stattdessen sind als Optik eine angepasste Powell-Linse oder eine modifizierte Rasterlinse verwendbar.
Wenn sich die Lichtstrahlen in der Fokusebene der Kamera schneiden, kann erreicht werden, dass zwei durch die Lichtstrahlen auf einer Oberfläche eines mit dem optischen Sensor zu vermessenen Objekts erzeugte Lichtpunkte in einem Punkt zusammenfallen, wenn sich die Oberfläche des Objekts oder ein beliebig kleiner Bereich der Oberfläche, in dem sich die Punkte befinden, in der Fokusebene der Kamera liegt. Diese Ausführungsform kann also vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, um eine Fokussierung des Objekts bei Vermessen mit dem optischen Sensor zu erreichen. In einer weiterführenden Variante sind mehr als zwei Lichtstrahlen vorhanden, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs.
In einer Ausführungsform schneiden sich die Lichtstrahlen in der optischen Achse der Kamera. Dies gilt zumindest für die Betrachtung des Sensors allein, ohne dass ein Objekt im Strahlengang der Lichtstrahlen vor der Fokusebene angeordnet ist. Dies ist der Fall, wenn nicht zuvor ein lichtundurchlässiges Objekt, wie zum Beispiel ein Werkstück, vorher im Strahlengang angeordnet ist, auf das die Strahlen treffen. Ist ein lichtundurchlässiges Objekt im Strahlengang angeordnet, schneiden sich gedachte Verlängerungen der Strahlen in der optischen Achse. Bei erreichter Fokussierung fallen die durch die Lichtstrahlen gebildeten Punkte auf der Oberfläche des Objekts und auch in der optischen Achse zusammen.
Bevorzugt stehen die Lichtstrahlen im gleichen Winkel, vorzugsweise in einem spitzen Winkel (kleiner 90°) zur optischen Achse der Kamera. Wenn der Winkel der Lichtstrahlen zur optischen Achse der Kamera jeweils gleich ist, liegen die durch zwei, vorzugsweise mehr als zwei, Lichtstrahlen auf einer ebenen Oberfläche gebildeten Punkte auf einem gedachten Kreis, durch dessen Mittelpunkt die optische Achse der Kamera verläuft.
In einer weiteren Ausführungsform verläuft jeder der Lichtstrahlen in jeweils einer der Lichtflächen. Dies hat zur Folge, dass die erwähnten Lichtpunkte auf einer Oberfläche eines Objekts jeweils auf einer durch eine Lichtfläche erzeugten Linie auf der Oberfläche des Objekts liegen. In einer speziellen Weiterbildung dieser Ausführungsform verläuft jeder der Lichtstrahlen so in jeweils einer Lichtfläche, dass die Lichtfläche durch den Verlauf dieses Lichtstrahls in zwei asymmetrische Teile geteilt wird. Dies hat zur Folge, dass ein durch die Linie erzeugte Lichtpunkt auf einer Oberfläche eines Objekts jeweils so auf einer durch eine Lichtfläche erzeugten Linie auf der Oberfläche des Objekts liegt, dass diese Lichtlinie durch den Lichtpunkt in zwei ungleich lange Strecken geteilt wird. Vorzugsweise befindet sich der Lichtpunkt um weniger als die Hälfte der Lichtlinienlänge entfernt von dem Schnittpunkt von Lichtlinien. Dies hat Vorteile bei der Durchführung nachfolgend noch beschriebener erfindungsgemäßer Verfahren, insbesondere bei einem Verfahren zur Fokussierung.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der optische Sensor dazu eingerichtet, dass eine Bilderfassung durch die Kamera automatisch dann deaktiviert wird, wenn die Lichtquelle(n) eingeschaltet ist/sind und eine Bilderfassung durch die Kamera automatisch dann aktiviert wird, wenn die Lichtquelle(n) ausgeschaltet ist/sind. Hierdurch wird erreicht, dass eine Bilderfassung durch die Kamera durch die Lichtquelle und die durch die Lichtquelle auf einem Objekt erzeugte Lichtstruktur, wie Linien und/oder Punkte, nicht gestört wird. Der optische Sensor kann eine Steuerung aufweisen, womit die Aktivierung/Deaktivierung gesteuert wird oder ein KMG oder eine Werkzeugmaschine, in welche der Sensor eingebaut ist, kann eine Steuerung aufweisen, womit die Aktivierung/Deaktivierung gesteuert wird. Die Steuerung kann unter Verwendung oder Einbeziehung einer Steuerungssoftware erfolgen, die beispielsweise in einer Steuerung oder einem Messrechner des KMG oder der Werkzeugmaschine installiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist der optische Sensor eine Beleuchtungseinrichtung auf, die eine optische Achse der Kamera umgibt und die zumindest zwei Beleuchtungssegmente aufweist, die jeweils einen Abschnitt bilden und die unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind, wobei jedem der Beleuchtungssegmente eine der Lichtquellen zugeordnet ist. Selbst verständlich ist die Beleuchtungseinrichtung auch eine Lichtquelle, wird aber begrifflich und auch nach ihrem Zweck von der zuvor offenbarten Lichtquelle unterschieden. Die Beleuchtungseinrichtung dient zur Beleuchtung einer Objektoberfläche zur optischen Vermessung. Die Lichtquelle dient zu den anderen hierin aufgeführten Zwecken, der Erzeugung einer oder mehrerer Lichtstrukturen, wie Lichtlinie und/oder Lichtpunkt auf einer Oberfläche eines Objektes oder eines Messtisches. Genannte Strukturen dienen insbesondere der Markierung, Positionierung und/oder Fokussierung, insbesondere zu den Verfahrenszwecken, die nachfolgend noch genannt sind.
Beleuchtungseinrichtungen sind prinzipiell von optischen Sensoren bekannt und beispielsweise als Ringlicht ausgeführt, wobei eine ringförmige Lichtquelle die optische Achse der Kamera umgibt und die Kamera durch die Öffnung der ringförmigen Lichtquelle hindurch blickt. Die Ringform ist für die Erfindung nicht obligatorisch aber bevorzugt. Erwähnte Ringlichter sind beispielsweise mit ringförmig angeordneten Leuchtdioden realisiert. Die einzeln anschaltbaren und abschaltbaren Beleuchtungssegmente bei einem solchen Ringlicht sind beispielsweise Segmente einer Bogenlänge von π/2 (90°), π/3 (60°) oder π/4 (45°). Die den Beleuchtungssegmenten zugeordneten Lichtquellen sind vorzugsweise ebenfalls unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar.
Die Zuordnung einer Lichtquelle zu einem Beleuchtungssegmente bedeutet insbesondere, dass die von einer zugeordneten Lichtquelle erzeugte Lichtlinie und/oder der von der Lichtquelle erzeugte Lichtpunkte auf einer Oberfläche im gleichen Bereich der Oberfläche liegt, der von dem betreffenden Beleuchtungssegment beleuchtet wird oder würde. In entsprechender Weise wird die Lichtquelle relativ zu dem Beleuchtungssegmente angeordnet. Eine Lichtquelle ist relativ zu einem Beleuchtungssegment vorzugsweise derart angeordnet, dass sie symmetrisch zu oder in dem Beleuchtungssegments angeordnet ist. Eine von der Lichtquelle abgestrahlte Lichtfläche oder ein von der Lichtquelle abgestrahlter Lichtstrahl sind vorzugsweise symmetrisch oder mittig zu/in einem Lichtfeld angeordnet, das von einem Beleuchtungssegment ausgesandt wird. Die Anordnung kann beispielsweise derart sein, dass ausgehend von einer optischen Achse der Kamera des optischen Sensors die Lichtquelle radial weiter außen liegend angeordnet ist als ein zugeordnetes Beleuchtungssegment der Beleuchtungseinrichtung. Stattdessen ist es möglich, dass Lichtquelle radial weiter innen liegend angeordnet ist als ein zugeordnetes Beleuchtungssegment der Beleuchtungseinrichtung. Ist das Beleuchtungssegment bogenförmig, dann kann die Lichtquelle auf halber Bogenlänge des Beleuchtungssegments angeordnet sein.
In einer Ausführungsform wird von der Erfindung ein optischer Sensor angegeben, aufweisend zumindest zwei Paare Lichtquellen, wobei bei jedem der Paare die Lichtquellen dieses Paares so angeordnet sind, dass die von diesen Lichtquellen erzeugten Lichtflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen, und wobei die Lichtflächen des eines Paares nicht parallel sind zu den Lichtflächen eines anderen Paares. Dieser Ausführungsform bilden die erste Ebene, in der die eine der Lichtflächen liegt und die zweite Ebene, in der die andere Lichtfläche liegt, eine gemeinsame Ebene. Bei der Beleuchtung eines Objektes wirkt sich dies so aus, dass bei einem Paar eine von der ersten Lichtquelle des Paares auf einer ebenen Oberfläche des Objektes erzeugte Linie und eine von der zweiten Lichtquelle des Paares auf der Oberfläche des Objekts erzeugte Lichtlinie zueinander fluchtend sind oder aneinander anschließen und eine gemeinsame Lichtlinie bilden. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die beiden Lichtquellen eines Paares symmetrisch zu einer optischen Achse der Kamera angeordnet. Sind zwei Paare Lichtquellen vorhanden, können diese so angeordnet sein, dass die beiden Lichtflächen des ersten Paares senkrecht zu den beiden Lichtflächen des zweiten Paares sind. Bei der Beleuchtung eines Objektes wirkt sich dies so aus, dass eine durch die Lichtflächen des ersten Paares gebildete gemeinsame Linie, oder durch diese gebildete zueinander fluchtende Linien, senkrecht ist/sind zu einer durch die Lichtflächen des zweiten Paares gebildete gemeinsame Linie, oder senkrecht zu durch diese Lichtflächen gebildete zueinander fluchtenden Linien. Einfacher ausgedrückt wird auf der Oberfläche eines Objektes in dieser Variante ein Fadenkreuz gebildet. Sind drei Paare Lichtquellen vorhanden, werden drei gemeinsame Linien gebildet, die sich in einem Schnittpunkt schneiden und vorzugsweise einen Winkel von 60° zueinander stehen, oder drei Paare jeweils in einem Paar zueinander fluchtender Linien, wobei ein paar zueinander fluchtend Linien zu einem nächsten Paar zueinander fluchtender Linien in einem Winkel von 60° steht. Dieses Prinzip kann beliebig fortgesetzt werden, mit beispielsweise vier Paaren Lichtquellen usw.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Werkstückvermessung in einem Koordinatenmessgerät oder einer Werkzeugmaschine, aufweisend

- eine Kamera,
- zumindest eine Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Lichtstrahlen zu erzeugen, die sich in der Fokusebene der Kamera schneiden.

Bei diesem optischen Sensor erzeugt die zumindest eine Lichtquelle keine Lichtflächen, sondern es werden nur Lichtstrahlen erzeugt. Bezüglich der Lichtstrahlen können sämtliche Merkmale bei diesem optischen Sensor Verwendung finden, die vorangehend bereits erläutert wurden. Insbesondere können in bevorzugten Ausführungsformen folgende Merkmale in beliebiger Kombination vorhanden sein, die vorangehend bereits erläutert wurden:

- Die zumindest eine Lichtquelle ist dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Lichtstrahlen zu erzeugen, die sich in der Fokusebene der Kamera schneiden.
- Die Lichtstrahlen schneiden sich in der optischen Achse der Kamera.
- Die Lichtstrahlen weisen einen gleichen Winkel zu optischen Achse der Kamera auf.
- Der optische Sensor weist zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, Lichtquellen auf, wobei jede der Lichtquellen dazu eingerichtet ist, einen der Lichtstrahlen zu erzeugen.
- Die Lichtquellen sind unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar und/oder in ihrer Intensität regelbar.
- Der optische Sensor ist dazu eingerichtet, dass eine Bilderfassung durch die Kamera automatisch dann deaktiviert wird, wenn die Lichtquelle(n) eingeschaltet ist/sind und eine Bilderfassung durch die Kamera automatisch dann aktiviert wird, wenn die Lichtquelle(n) ausgeschaltet ist/sind.
- Der optische Sensor weist eine Beleuchtungseinrichtung auf, die eine optische Achse der Kamera umgibt und die zumindest zwei Beleuchtungssegmente aufweist, die jeweils einen Abschnitt bilden und die unabhängig voneinander ein-und ausschaltbar sind, wobei jedem der Beleuchtungssegmente eine der Lichtquellen zugeordnet ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Koordinatenmessgerät, aufweisend einen der optischen Sensoren wie vorangehend beschrieben. Das Koordinatenmessgerät ist insbesondere ein Portal-Koordinatenmessgerät. Auch andere Bauarten sind einsetzbar, beispielsweise Gantry oder Horizontalarm. Das Koordinatenmessgerät kann eine Steuerung aufweisen, die dazu eingerichtet ist eines oder mehrere der folgenden zu steuern:

- Ein-und Ausschalten der Lichtquellen, auch einzeln und unabhängig voneinander.
- Einstellen der Intensität der Lichtquellen, auch einzeln und unabhängig voneinander.
- Deaktivieren einer Bilderfassung durch die Kamera, wenn die Lichtquelle(n) eingeschaltet ist/sind und Aktivieren einer Bilderfassung durch die Kamera, wenn die Lichtquelle(n) ausgeschaltet ist/sind.
- Einschalten einer Lichtquelle, die einem Segment einer Beleuchtungseinrichtung zugeordnet ist, wenn das Segment der Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet wird,
- Einschalten eines Segments einer Beleuchtungseinrichtung, das einer Lichtquelle zugeordnet ist, wenn die Lichtquelle eingeschaltet wird,

Mit vorangehend beschriebenen optischen Sensoren können eine Vielzahl Verfahren durchgeführt werden, die nachfolgend beschrieben sind und die verschiedene Verfahrensschritte und/oder Verfahrenszwecke aufweisen. Bei nachfolgend beschriebenen Verfahren können alle Merkmale Verwendung finden, die zuvor anhand optischer Sensoren verfahrensartig beschrieben sind. Ferner können in diesen Verfahren alle vorangehend beschriebenen optischen Sensoren eingesetzt werden, mit denen die erwähnten Verfahrensschritte durchgeführt werden können. Die nachfolgenden Verfahren können in beliebiger Art kombiniert werden.
Als weiteren Verfahrensschritt können die Verfahren das Vermessen des Werkstücks mit dem optischen Sensor aufweisen, wobei bei dem Vermessen vorzugsweise die Lichtquelle(n) ausgeschaltet ist/sind.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Positionierung eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei einer der optischen Sensoren wie vorangehend beschrieben eingesetzt wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Anordnen des optischen Sensors über dem Werkstück, wobei die zumindest eine Lichtquelle eingeschaltet ist und die Oberfläche des Werkstücks im Erfassungsbereich der Kamera liegt,
- Erzeugen von Lichtlinien auf einer Oberfläche des Werkstücks durch die Lichtquelle, wobei die Lichtlinien nicht zueinander parallel sind und zumindest abschnittweise auf der Oberfläche erzeugt werden, und wobei sich die Lichtlinien in einem Schnittpunkt schneiden oder Verlängerungen der Lichtlinien sich in dem Schnittpunkt schneiden würden,
- Bewegen des optischen Sensors und Positionieren des Schnittpunkts an einer gewünschten Stelle auf der Oberfläche des Werkstücks.

Bei diesem Verfahren kann der Sensor auf einfache Weise relativ zu dem Werkstück ausgerichtet und verfahren werden und insbesondere der Sensor auf einfache Weise über die gewünschte zu untersuchende Stelle auf der Oberfläche des Werkstücks gebracht werden. Wenn die mehreren Lichtlinien von mehreren Lichtquellen erzeugt werden, können diese Lichtquellen einzeln an oder ausgeschaltet werden, wodurch je nach Gestalt der Werkstückoberfläche passende Linien dargestellt werden können, die auf der Werkstückoberfläche auch sichtbar sind.
Bei diesem Verfahren kann die Kamera ausgeschaltet sein. Die Beobachtung der Lichtlinien und der Schnittpunkt kann von außerhalb des optischen Sensors, also nicht zwingend durch die Kamera, erfolgen. Die Lichtlinien sind durch den neben beispielsweise einem KMG stehenden Benutzer mit bloßem Auge sichtbar der Benutzer kann überprüfen, ob der Sensor an die richtige Stelle des Werkstücks fährt oder gefahren ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fokussierung eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei ein optischer Sensor eingesetzt wird, bei dem die Lichtquelle dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Lichtstrahlen zu erzeugen, die sich in der Fokusebene der Kamera schneiden, und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Anordnen des optischen Sensors über dem Werkstück, wobei die zumindest eine Lichtquelle eingeschaltet ist und die Oberfläche des Werkstücks im Erfassungsbereich der Kamera liegt,
- Erzeugen von Lichtpunkten auf einer Oberfläche des Werkstücks durch die Lichtquelle,
- Einstellen des optischen Sensors bis die Lichtpunkte sich in einem Punkt auf der Oberfläche des Werkstücks treffen.

Bei dem Einstellen des optischen Sensors wird insbesondere der Abstand von Sensor zu Werkstückoberfläche so eingestellt, dass eine Fokussierung erfolgt. Bei diesem Verfahren kann auf einfache Weise eine Fokussierung des Bildes der Oberfläche des Werkstücks, bzw. eines Ausschnitts davon, erreicht werden. Wenn alle Lichtpunkte übereinander liegen bzw. sich in einem Punkt treffen findet sich betrachtete Teil der Werkstückoberfläche genau in der Fokusebene der Kamera.
Wenn die mehreren Lichtpunkte von mehreren Lichtquellen erzeugt werden, können diese Lichtquellen einzeln an oder ausgeschaltet werden, wodurch je nach Gestalt der Werkstückoberfläche passende Lichtpunkte dargestellt werden können, die auf der Werkstückoberfläche auch sichtbar sind.
Auch bei diesem Verfahren kann die Kamera ausgeschaltet sein. Die Beobachtung der Lichtpunkte kann von außerhalb des optischen Sensors, also nicht zwingend durch die Kamera, erfolgen. Die Lichtpunkte sind durch den neben beispielsweise einem KMG stehenden Benutzer mit bloßem Auge sichtbar der Benutzer kann überprüfen, ob eine Fokussierung erfolgt ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung eines Abstands einer Oberfläche eines Werkstücks von einer Fokusebene eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei ein optischer Sensor eingesetzt wird, bei dem die Lichtquelle dazu eingerichtet ist, zumindest zwei die folgenden Schritte aufweist:

- Anordnen des optischen Sensors über dem Werkstück, wobei die zumindest eine Lichtquelle eingeschaltet ist und die Oberfläche des Werkstücks im Erfassungsbereich der Kamera liegt,
- Erzeugen zumindest eines Lichtpunktes auf der Oberfläche des Werkstücks durch die Lichtquelle,
- Ermitteln des Abstands des Lichtpunkts von der optischen Achse der Kamera,
- Ermitteln des Abstands der Oberfläche des Werkstücks von der Fokusebene eines optischen Sensors unter Verwendung eines bekannten Winkels zwischen dem Lichtstrahl, der den Lichtpunkt auf einer Oberfläche des Werkstücks erzeugt, und der optischen Achse.

Auch bei diesem Verfahren kann die Kamera ausgeschaltet sein. Die Beobachtung der Lichtpunkte kann von außerhalb des optischen Sensors, also nicht zwingend durch die Kamera, erfolgen.
Das Ermitteln des Abstands des Lichtpunkts von der optischen Achse der Kamera kann beispielsweise erfolgen durch Ermitteln des Abstands des Lichtpunkts zum Schnittpunkt auf der Oberfläche dargestellter Lichtlinien, wenn dieser Schnittpunkt in der optischen Achse liegt.
Der Abstand des Lichtpunkts von der optischen Achse der Kamera kann mit der Kamera selbst ermittelt werden, wobei diese dann selbstständig eingeschaltet ist. Der Abstand Ist vorzugsweise der kürzeste Abstand des Lichtpunkts von der optischen Achse der Kamera. Der Abstand der Oberfläche des Werkstücks von der Fokusebene kann beispielsweise mit nachfolgender Beziehung ermittelt werden: $A = r / tan α$
wobei

α der Winkel zwischen dem Lichtstrahl, der den Lichtpunkt auf einer Oberfläche des Werkstücks erzeugt, und der optischen Achse ist,
r der kürzeste Abstand des Lichtpunkts von der optischen Achse der Kamera ist, und
A der Abstand der Oberfläche des Werkstücks von der Fokusebene ist.

In einer speziellen Variante des vorangehend genannten Verfahrens werden zumindest zwei Lichtpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt und die Lichtstrahlen, welche die Lichtpunkte auf einer Oberfläche des Werkstücks erzeugen, sind derart ausgerichtet, dass sie sich in der optischen Achse der Kamera schneiden, in der gleichen Ebene liegen und im gleichen Winkel zur optischen Achse stehen. Hierbei ergibt sich der Abstand eines der Lichtpunkte oder beider Lichtpunkte von der optischen Achse als die Hälfte des Abstands zwischen den Lichtpunkten. Der Abstand zwischen den Lichtpunkten, oder die Hälfte davon, kann beispielsweise mit der Kamera ermittelt werden
In einer weiteren speziellen Variante des vorangehend genannten Verfahrens werden zumindest drei Lichtpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt, und die Lichtstrahlen, welche die Lichtpunkte auf einer Oberfläche des Werkstücks erzeugen, schneiden sich in der optischen Achse der Kamera und stehen im gleichen Winkel zur optischen Achse. Dieser Variante ist der Abstand eines der Lichtpunkte, oder aller Lichtpunkte, von der optischen Achse der ermittelte Radius eines Kreises, auf dem alle Lichtpunkte liegen. Der Radius des Kreises kann beispielsweise mit der Kamera ermittelt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung oder Ermittlung der Beleuchtung einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei ein optischer Sensor eingesetzt wird, der eine vorangehend genannte Beleuchtungseinrichtung aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einschalten eines oder mehrerer der Beleuchtungssegmente der Beleuchtungseinrichtung,
- Einschalten der Lichtquelle(n) die dem/den Beleuchtungssegment(en) zugeordnet ist/sind, wobei durch die Lichtquelle(n) zumindest eine Lichtlinie und/oder zumindest ein Lichtpunkt auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt wird,
- Ermitteln anhand der Position der zumindest einen Lichtlinie und/oder des zumindest einen Lichtpunkts, welche(s) der Beleuchtungssegmente der Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet ist/sind.

Auch dieses Verfahren kann bei ausgeschalteter Kamera durchgeführt werden. Es sind die lichterzeugenden Elemente der Beleuchtungseinrichtung dem außenstehenden Betrachter in der Regel abgewandt und es ist auch nicht ratsam, in diese zu blicken, da dies für das Auge schädlich ist. Verbindet man aber nun das Einschalten von Segmenten der Beleuchtungseinrichtung mit dem Einschalten der zugeordneten Lichtquelle und der Darstellung einer Lichtlinie oder eines Lichtpunktes, so kann man an der Lichtlinie oder den Lichtpunkt sehen, welches Segment eingeschaltet ist.
Mit einer vorangehend genannten Steuerung ist es möglich, ein Einschalten einer Lichtquelle zu bewirken, die einem Segment einer Beleuchtungseinrichtung zugeordnet ist, wenn das Segment der Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet wird.
In noch einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere zum Zweck der Einstellung einer Beleuchtung der Oberfläche, wobei einer der beschriebenen optischen Sensoren eingesetzt wird, und wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

- sequenzielles, pulsierendes und/oder gleichzeitiges Einschalten und/oder Ausschalten der Lichtquelle(n) die dem/den Beleuchtungssegment(en) zugeordnet ist/sind, wobei durch die Lichtquelle(n) zumindest eine Lichtlinie und/oder zumindest ein Lichtpunkt auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt wird, und wobei das Verfahren weiterhin einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweist:
- Ermitteln anhand der Position der zumindest einen Lichtlinie und/oder des zumindest einen Lichtpunkts, welche Teile der Oberfläche durch der/den Lichtquelle(n) zugeordnete Beleuchtungssegment(e) beleuchtet werden, wenn diese/dieses Beleuchtungssegment(e) eingeschaltet wird.
- Ermitteln ob und/oder wo die zumindest eine Lichtlinie unterbrochen ist oder abgeknickt ist und/oder ob und/oder wo der zumindest eine Lichtpunkt dargestellt wird oder nicht, und dadurch Ermitteln, ob ein Teil der Oberfläche des Werkstücks abgeschattet wird, wenn ein der/den Lichtquelle(n) zugeordnetes Beleuchtungssegment(e) der Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet wird/werden.
- Ermitteln ob die zumindest eine Lichtlinie unterbrochen, verzerrt oder abgeknickt ist, und dadurch Ermitteln, ob und/oder wo die Oberfläche des Werkstücks eine Unebenheit, insbesondere eine Erhebung, Vertiefung, Kante oder Höhenversatz, aufweist.

Das sequenzielle, pulsierende und/oder gleichzeitige Einschalten der Lichtquellen wirkt sich in entsprechender Weise auf die von der Lichtquelle erzeugten Strukturen, wie Lichtlinien und/oder Lichtpunkte, aus.
Dieses Verfahren bietet die folgenden Vorteile:
Sind spezielle Beleuchtungen notwendig, um ein Werkstück zur vermessen, müssen gegebenenfalls nur einzelne Segmente der Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet werden, um das Licht nur aus einer bestimmten Richtung kommen zu lassen. Diese Segmente werden üblicherweise an einem Bildschirm eines Rechners ausgewählt, mit dem die Beleuchtungseinrichtung bzw. die Segmente angesteuert werden. Oft ist schwer vorher vorstellbar, was die Einstellungen und Auswahl der Beleuchtungssegmente bedeuten bzw. wie sie sich auf die Beleuchtung der Oberfläche des Werkstücks auswirken.
Ebenfalls ist vorher schwer vorhersehbar, welche Teile des Werkstücks durch einzelne Segmente beleuchtet werden welche beispielsweise im Schatten sein werden. Bei einer Abschattung ist beispielsweise eine Abschattung einer dargestellten Lichtlinie erkennbar. Es ist ebenfalls erkennbar, wenn eine Kante auf einer Oberfläche eines Werkstücks einen Schatten bei einer Beleuchtung des Werkstücks erzeugen würde. Dies ist erkennbar daran, dass an der betreffenden Kante eine der Lichtquelle erzeugter Lichtlinie unterbrochen ist, da auch diese abgeschattet wird.
In diesem Verfahren dienen also die Lichtquelle und die durch sie erzeugten Strukturen auf der Werkstückoberfläche der Untersuchung oder Vorabuntersuchung der Werkstückoberfläche oder der Untersuchung des Ortes und/oder Auswirkung einer Beleuchtung mit einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einer Beleuchtung mit verschiedenen Segmenten einer Beleuchtungseinrichtung. Eine sequenzielle oder pulsierende Erzeugung von Lichtlinien und/oder Lichtpunkte mit verschiedenen Lichtquellen hat auch den Vorteil, dass die verschiedenen Lichtquellen und durch sie erzeugte Lichtstrukturen sicher unterschieden werden können.
Noch einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausrichtung eines Werkstücks auf einem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine, wobei das Koordinatenmessgerät oder die Werkzeugmaschine einen vorangehend beschriebenen optischen Sensor mit einer Lichtquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine erste Lichtfläche zu erzeugen, die in einer ersten Ebene liegt, und die dazu eingerichtet ist, eine zweite Lichtfläche zu erzeugen, die in einer zweiten Ebene liegt, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Anordnen des optischen Sensors über dem Messtisch, wobei die zumindest eine Lichtquelle eingeschaltet ist,
- Erzeugen zumindest einer Lichtlinie auf einer Oberfläche des Messtisches durch die Lichtquelle,
- Ausrichten eines Werkstücks an einer oder mehrerer der Lichtlinien.

In diesem Verfahren werden Lichtlinien nicht auf das Werkstück sondern zunächst auf den Messtisch projiziert und anschließend anhand einer (oder mehrerer) dieser Lichtlinien das Werkstück ausgerichtet. Beispielsweise kann ein Werkstück so ausgerichtet werden, dass eine gerade Kante des Werkstücks bündig oder parallel zu der Lichtlinie ist.
Mehrere erzeugte Lichtlinien sind nicht zueinander parallel und werden zumindest abschnittweise auf dem Messtisch erzeugt.
In einer Variante des vorangehend genannten Verfahrens verläuft zumindest eine der Lichtlinien parallel oder deckungsgleich zu einer Koordinatenachse eines Maschinenkoordinatensystems des Koordinatenmessgerätes oder der Werkzeugmaschine, insbesondere einer X-Achse oder Y-Achse. Der optische Sensor oder die Lichtquellen können hierzu entsprechend ausgerichtet sein. Vorteil hierbei ist, dass bei Ausrichtung des Werkstücks, insbesondere einer Werkstückkante, anhand der Lichtlinie das Werkstück auch gleich in einer Koordinatenrichtung ausgerichtet ist. Eine Messung kann dann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Bewegungseinrichtung für den optischen Sensor lediglich in einer Koordinatenrichtung verfahren wird und dabei die Messung entlang dieser Koordinatenrichtung erfolgen kann. Ist beispielsweise eine Kante eines Werkstücks entlang einer Lichtlinie ausgerichtet, die in einer Koordinatenrichtung verläuft, kann der optische Sensor auf einfache Weise nur in eine Richtung verfahren werden, wodurch seine Positionierung an verschiedenen Stellen entlang der Kante erheblich vereinfacht wird.
In noch einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Benutzerführung oder Benutzerinformation bei dem Betrieb eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine, wobei das Koordinatenmessgerät oder die Werkzeugmaschine einen vorangehend beschriebenen optischen Sensor aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Erzeugen zumindest eines Lichtsignals, wobei ein Lichtsignal zumindest eine Lichtlinie und/oder zumindest einen Lichtpunkt auf der Oberfläche eines Werkstücks oder auf der Oberfläche eines Messtisches des Koordinatenmessgeräts oder der Werkzeugmaschine beinhaltet,
- Anzeigen eines Betriebszustandes, eines Status einer Messung oder einer durch den Benutzer vorzunehmenden Handlung, wobei der Betriebszustand, der Status der Messung, oder die vorzunehmenden Handlung durch die Art des Lichtsignals angezeigt oder codiert ist.

Die Art des Lichtsignals kann die Art der Darstellung des Lichtsignals (insbesondere eines oder mehrerer Lichtpunkte und/oder einer oder mehrerer Lichtlinien) und/oder die Auswahl eines oder mehrerer verschiedener Lichtsignale (insbesondere eines oder mehrerer Lichtpunkte und/oder einer oder mehrerer Lichtlinien) bedeuten.
Das Lichtsignal kann in einer Variante beispielsweise durch ein sequenzielles, pulsierendes, gleichzeitiges Einschalten/Ausschalten der Lichtquelle(n) (möglich mit verschiedenen Frequenzen), unterschiedliche Lichtfarben bei verschiedenen Lichtlinien oder Punkten und/oder Änderung der Intensität (möglich mit verschiedenen Frequenzen) der Lichtquelle(n) erzeugt werden, was sich in entsprechender Weise auf die Darstellung der Lichtlinie und/oder des Lichtpunktes auswirkt.
In einer weiteren Variante, die alternativ oder zusätzlich zu vorangehender angewandt werden kann, kann eine bestimmte Auswahl einer oder mehrerer Lichtlinien und eines oder mehrerer Lichtpunkte getroffen werden. Insbesondere kann die relative Lage und/oder Bewegung eines Lichtpunkts zu einer Lichtlinie oder von mehreren Lichtpunkten relativ zueinander beobachtet werden.
Zur Erzeugung eines Lichtsignals können, in beliebiger Kombination der genannten Maßnahmen, Lichtquellen unterschiedlich angesteuert werden, zu unterschiedlichen Zeiten eingeschaltet werden, in verschiedenen Kombinationen eingeschaltet werden, eine bestimmter Pulsfrequenz bei dem Ein- und Ausschalten gewählt werden etc. diese Aufzählung ist nicht abschließend und verschiedene weitere Kombinationen sind denkbar. Maßgeblich ist, dass einem bestimmten Lichtsignal, unter der Art des Lichtsignals, ein Betriebszustand, ein Status einer Messung, oder eine vorzunehmende Handlung zugeordnet ist.
Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Benutzer ohne auf einen Bildschirm eines Messrechners zu schauen über eine vorzunehmende Handlung, einen Betriebszustand, oder einen Status der Messung oder eine vorzunehmende Handlung informiert werden kann. Durch einer Vielzahl von Lichtlinien und/oder Punkten in Verbindung mit veränderbarer Helligkeit und Darstellungszeit kann der Nutzer z. B. zu einer bestimmten Bedienung des Gerätes aufgefordert oder über den Status der Messung informiert werden, ohne auf den Bildschirm zu schauen. Dies kann die Geschwindigkeit der manuellen Messung bzw. der Werkstückprogrammierung enorm steigern. Ein beispielhafter Status einer Messung ist der, dass eine Messung in einer bestimmten Stelle des Werkstücks oder in Gänze beendet ist. Eine beispielhafte vorzunehmende Handlung ist die, dass der Sensor an eine andere Stelle des Werkstücks verfahren werden sollte, zum Beispiel gemäß Prüfplan. Ein beispielhafter Betriebszustand kann eine Störung sein oder die Bereitschaft des KMG, die Messung zu beginnen.
In einer Weiterbildung des vorangehend genannten Verfahrens zur Benutzerinformation wird folgendes Verfahren angegeben:

Verfahren, wobei die Benutzerinformation ermittelt wird, ob eine Oberfläche eines Werkstücks sich, betrachtet von dem optischen Sensor aus, vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera befindet, wobei
bei dem Schritt des Erzeugens des Lichtsignals zumindest zwei voneinander unterscheidbare Lichtpunkte von zwei unterschiedlichen Lichtquellen auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt werden, und das Verfahren weiterhin aufweist:
- - Bewegen des Sensors relativ zu dem Werkstück und Beobachten, in welcher relativen Lage die beiden Lichtpunkte zueinander auf der Oberfläche des Werkstücks liegen oder wie sich die beiden Lichtpunkte auf der Oberfläche des Werkstücks relativ zueinander bewegen,
- - Ermitteln, aus der bekannten Lage der zugeordneten Lichtquellen relativ zur optischen Achse der Kamera, ob sich die Oberfläche des Werkstücks vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera befindet.

Durch die bekannte Lage der zugeordneten Lichtquellen ist bekannt, wie die Lichtpunkte relativ zur optischen Achse liegen sollten, beispielsweise rechts oder links, oder oberhalb oder unterhalb aus Sicht des Betrachters, wenn die Oberfläche des Werkstücks vor oder hinter der Fokusebene ist.
Durch die relative Bewegung eines oder mehrerer Lichtpunkte relativ zur optischen Achse ergibt sich ein Regelkreis. Durch die Bewegung der Lichtpunkte kann ermittelt werden, wie die relative Lage der Oberfläche des Werkstücks zur Fokusebene der Kamera ist, davor oder dahinter, und wie die Kamera relativ zu dem Werkstück bewegt werden sollte, um eine Fokussierung zu erzielen. Eine Fokussierung kann nach vorangehend genannten Verfahren erreicht werden, wobei die Punkte sich in einem Punkt treffen.
Die Lichtpunkte können beispielsweise durch unterschiedliche Lichtfarben oder unterschiedliche Pulsationsfrequenz der Lichtpunkte unterschieden werden. Beispielsweise kann ein Lichtpunkt permanent sein, während der andere blinkend dargestellt wird.
In einer anderen Variante können Lichtquellen sequenziell ein oder ausgeschaltet werden, um durch diese Lichtquellen auf der Werkstückoberfläche erzeugte Punkte sequenziell abzubilden oder zu entfernen. Dieser Variante wird die Unterscheidung der Lichtpunkte auf diese Art und Weise vorgenommen. Diese Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Lichtpunkte nicht durch andere oder visuelle Merkmale unterscheidbar sind, wie beispielsweise vorangehend genannte Pulsation oder Farbe. Durch das sequenzielle ein oder ausschalten kann bestimmt werden, welcher Lichtpunkt welcher Lichtquelle zugeordnet ist. Aus der bekannten Lage der zugeordneten Lichtquelle relativ zur optischen Achse der Kamera kann dann ermittelt werden, ob ob sich die Oberfläche des Werkstücks vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera befindet.
In noch einer Weiterbildung des vorangehend genannten Verfahrens zur Benutzerinformation wird folgendes Verfahren angegeben:

Verfahren, wobei die Benutzerinformation ermittelt wird, ob eine Oberfläche eines Werkstücks sich, betrachtet von dem optischen Sensor aus, vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera befindet, wobei bei dem Schritt des Erzeugens des Lichtsignals zumindest ein Lichtpunkt aus einer Lichtquelle und zumindest zwei Lichtlinien auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt werden und das Verfahren weiterhin aufweist:
- - Bewegen des Sensors relativ zu dem Werkstück und Beobachten, in welcher relativen Lage der zumindest eine Lichtpunkt zu einem Schnittpunkt auf der Oberfläche des Werkstücks liegt, in welchem sich die Lichtlinien schneiden oder in welchem Verlängerungen der Lichtlinien sich schneiden würden oder wie sich der zumindest eine Lichtpunkt auf der Oberfläche des Werkstücks relativ zu dem Schnittpunkt (P5) bewegt,
- - Ermitteln, aus der bekannten Lage der dem Lichtpunkt zugeordneten Lichtquelle relativ zur optischen Achse der Kamera, ob sich die Oberfläche des Werkstücks vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera befindet.

In dieser Verfahrensvariante die optische Achse durch den besagten Schnittpunkt angezeigt und es genügt ein Lichtpunkt, dessen Lage und/oder Bewegung relativ zur optischen Achse beobachtet wird. Die Lage der Lichtquelle, die den Lichtpunkt auf der Oberfläche erzeugt, relativ zur optischen Achse ist bekannt. So kann aus der Lage oder Bewegung des Lichtpunkts relativ zur optischen Achse bzw. dem Schnittpunkt ermittelt werden, ob sich die Oberfläche vor oder hinter der Fokusebene befindet. Liegt der Lichtpunkt auf dem Schnittpunkt, dann ist die Werkstückoberfläche im Fokus. Einer der Lichtstrahlen und ein Lichtpunkt können auf der Oberfläche von der gleichen Lichtquelle erzeugt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

1: einen erfindungsgemäßen optischen Sensor, der oberhalb eines Werkstücks platziert ist;
2: eine Beleuchtung einer Oberfläche mit einem erfindungsgemäßen Sensor mit Lichtquellen zur Erzeugung von Lichtpunkten und einer Lichtlinie;
3: eine in einem erfindungsgemäßen Sensor eingesetzte Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtpunktes und einer Lichtlinie;
4a-c: eine Anordnung einer Zylinderlinse in einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtpunktes und einer Lichtlinie;
5: eine Anordnung und Befestigung von Lichtquellen zur Erzeugung eines Lichtpunktes und einer Lichtlinie in einem erfindungsgemäßen Sensor;
6: die Erzeugung von Lichtlinien und Lichtpunkten auf einer ebenen Oberfläche mit einer Anordnung nach 5;
7: die Erzeugung von Lichtlinien auf einer Oberfläche eines Werkstücks mit nicht ebener Oberfläche mit einer Anordnung nach 5;
8: die Erzeugung von Lichtlinien auf einer Oberfläche eines Werkstücks mit nicht ebener Oberfläche mit einer Anordnung nach 5;
9a-d: eine ringförmige Beleuchtungseinrichtung mit einzeln ein- und ausschaltbaren Beleuchtungssegmenten;
10: die Erzeugung von Lichtlinien auf einem Werkstück, wobei eine der Lichtlinien abgeschattet ist;
11: ein Koordinatenmessgerät mit eingebautem optischem Sensor gemäß der Erfindung;
12: erfindungsgemäße Verfahrensabläufe;
13: einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensablauf;
14: weitere erfindungsgemäße Verfahrensabläufe;
15: einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensablauf;
16: einen weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.

1 zeigt den optischen Sensor 1, der die Kamera 2 mit dem Objektiv 3 aufweist. Die optische Achse der Kamera 2 ist mit der gestrichelten Linie OA gekennzeichnet. Ferner weist der optische Sensor 1 die Lichtquellen 4, 6 auf die seitlich der optischen Achse OA in einem hier geschnitten gezeigten Trägerring 8 befestigt sind, der die optische Achse OA umgibt. Die Lichtquellen 4,6 weisen jeweils eine Zylinderlinse 12a, 12b auf, die hier im Querschnitt gezeigt ist. Innerhalb des Trägerrings 8 ist die Beleuchtungseinrichtung 10 angeordnet, die nach unten Licht in Richtung eines Werkstücks 11 abstrahlt. Die Lichtquellen 4, 6 Strahlen Licht quer nach unten in Richtung Werkstück 11 ab. Nicht gezeigt ist in 1 eine Trägerstruktur, die den Trägerring 8, die Beleuchtungseinrichtung 10 und die Kamera 2, welche relativ zueinander ortsfest sind, verbindet. Ferner sind in 1 keine Kopplungsmittel gezeigt, die vorhanden sind und dazu geeignet sind, den optischen Sensor 1 an ein Koordinatenmessgerät oder eine Werkzeugmaschine anzukoppeln.
2 zeigt die Art der Beleuchtung der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 mit Lichtquellen. Gezeigt ist hier lediglich die Oberfläche 12 des Werkstücks. Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist zwecks Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Lediglich schematisch dargestellt sind die Lichtquellen 4,6, die bereits in 1 dargestellt sind, sowie die weiteren Lichtquellen 5, 7. Die Lichtquellen 4, 6 bilden ein Paar symmetrisch zur optischen Achse OA gegenüberliegender Lichtquellen, ebenso wie die Lichtquellen 5, 7. In Abwandlung hiervon ist es auch möglich, drei oder mehr Paare Lichtquellen um die optische Achse OA herum anzuordnen. Andererseits ist es auch möglich, eine ungerade Anzahl Lichtquellen um die optische Achse OA herum anzuordnen, vorzugsweise gleichmäßig.
Die Lichtquelle 4 erzeugt eine erste Lichtfläche 13, die schraffiert dargestellt ist. Die Lichtfläche 13 liegt in der ersten Ebene 14. Weiterhin erzeugt die Lichtquelle 4 den ersten Lichtstrahl 15, der ebenfalls in der Ebene 14 liegt. Die Ebene 14 ist keine reale Erscheinung, sondern eine Ebene im Raum. Es ist ersichtlich, dass der Lichtstrahl 15 die Lichtfläche 13 in zwei asymmetrische Teile 13a, 13b teilt.
Die Form bzw. Abgrenzungen der Lichtflächen 13, 16 sind lediglich beispielhaft. Beispielweise könnten die Lichtflächen weiter ausgedehnt sein.
In gleicher Weise wie die Lichtquelle 4 erzeugt auch die Lichtquelle 7 eine Lichtfläche 16 und einen Lichtstrahl 17, die beide in der zweiten Ebene 18 liegen, die in diesem Beispiel senkrecht zu der ersten Ebene 14 steht. Die Schnittgerade S beider Ebenen 14, 18 liegt genau in der optischen Achse OA der Kamera 2. Die Ebene 14 weist den Normalenvektor N1 auf und die Ebene 18 den Normalenvektor N2, die im rechten Winkel zueinander und beide quer und in diesem speziellen Beispiel auch im rechten Winkel zu der optischen Achse OA orientiert sind.
Auch aus den Lichtquellen 5, 6 werden jeweils Lichtstrahlen 19, 20 ausgesandt, wobei der Lichtstrahl 19 in der Ebene 18 liegt und der Lichtstrahl 20 in der Ebene 14. Ebenfalls werden von den Lichtquellen 5, 6 Lichtflächen ausgesandt, die in den Ebenen 14 bzw. 18 liegen, die in der 2 der besseren Übersichtlichkeit halber aber nicht eingezeichnet sind.
Als Oberfläche 12 des Werkstücks 11 wurde hier der Einfachheit halber eine ebene Oberfläche gewählt. Lässt man die Oberfläche 12 des Werkstücks 11, die als lichtundurchlässig angenommen wird, außer Betracht, betrachtet also nur den optischen Sensor 1 ohne Werkstück 11 im Kamerafeld und den Strahlengang der Lichtquellen 4, 5, 6, 7, dann treffen die Lichtstrahlen 15, 17, 19, 20 auf der optischen Achse OA in einem Punkt P0 zusammen bzw. schneiden sich dort. Der Punkt P0 liegt in der Fokusebene der Kamera 2, wobei die Fokusebene hier der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet ist. In diesem Beispiel liegt die Fokusebene parallel zu der Oberfläche des Werkstücks 12 auf der Höhe des Punktes P0.
Die genannten Lichtstrahlen 15, 17, 19, 20 aus den Lichtquellen 4, 5, 6, 7 treffen auf die Oberfläche 12, sodass durch den Lichtstrahl 15 der Lichtpunkt P1, durch den Lichtstrahl 17 der Lichtpunkt P2, durch den Lichtstrahl 19 der Lichtpunkt P3 und durch den Lichtstrahl 20 der Lichtpunkt P4 auf der Oberfläche 12 erzeugt wird. In diesem Beispiel liegt die Oberfläche 12 nicht in der Fokusebene, was dadurch angezeigt wird, dass die Lichtpunkte P1, P2, P3 und P4 nicht zusammen fallen. Wird die Oberfläche 12 in die Fokusebene gebracht, durch Vergrößern des Abstands zwischen Kamera 2 und Oberfläche 12, dann fallen alle Lichtpunkte P1, P2, P3 und P4 im Punkt P0 zusammen. Wird der Abstand zwischen Kamera 2 und Oberfläche 12 noch weiter vergrößert, dann laufen die Lichtpunkte P1, P2, P3 und P4 wieder auseinander, da die Lichtstrahlen 15, 17, 19, 20 nach der durch den Punkt P0 verlaufenden Fokusebene wieder auseinander laufen, wie in 2 gezeigt.
Ferner werden durch die von den Lichtquellen 4, 7 ausgesendeten Lichtflächen 13 und 16, und durch von den Lichtquellen 5, 6, ausgesendete, aber hier nicht gezeigte Lichtflächen, auf der Oberfläche 12 die Lichtlinien 21, 22, 23, 24 erzeugt, die nicht zueinander parallel sind und deren gedachte Verlängerungen im Punkt P5 auf der Oberfläche 12 zusammentreffen. Der Punkt P5 ist der Schnittpunkt der optischen Achse OA mit der Oberfläche 12. In einer Abwandlung dieses Beispiels könnten die Lichtlinien 21, 22, 23, 24 sich auch tatsächlich in dem Punkt P5 schneiden, was von der Ausdehnung der Lichtflächen 13, 16 (und der nicht gezeigten weiteren beiden Lichtflächen) und dem Abstand der Oberfläche 12 von den Lichtquellen 4, 5, 6, 7 abhängt. Jedenfalls wird durch die Lage der Lichtlinien 21, 22, 23, 24 eine Art Fadenkreuz gebildet und durch die Lage der Lichtlinien relativ zueinander die Lage der optischen Achse OA angezeigt, und damit das Zentrum des durch die Kamera 2 aufgenommenen Bildes.
3 zeigt eine Punkt-Linien-Laserlichtquelle, die beispielsweise als Lichtquelle 4, 5, 6, 7 eingesetzt werden kann. Sie besteht aus dem Lasermodul 25 und der Linse 26, die unten in 3 nochmals im Querschnitt gezeigt ist. Die Linse 26 ist eine sogenannte Powell Linse. Stattdessen kann auch eine in anderen 1 gezeigte Zylinderlinse 12 verwendet werden. Um sowohl einen Lichtstrahl als auch eine Lichtfläche zu erhalten, wird die Zylinderlinse 12 so modifiziert, dass ein Teil des Lichtes nicht gebrochen wird, sondern gerade durch dieses optische Element geht. Hierdurch ist auch die Asymmetrie des Lichtstrahls 15 zu der Lichtfläche 13, wie in 2 gezeigt, steuerbar. In 3 ist die von der Lichtquelle 4 bzw. der Kombination aus Lasermodul 25 und Linse 26 erzeugte Lichtfläche 13 gezeigt.
Die nachfolgenden 4a - 4c zeigen prinzipiell den Aufbau jeweils eines Lasers 27 mit Zylinderlinse 12, wobei die Zylinderlinse 12 nur im Querschnitt und nicht perspektivisch dargestellt ist. In den 4a-4c wird die Lage der Zylinderlinse 12 relativ dem Laser 27 variiert. Aus dem Laserstrahl 28 wird im ersten Fall (4a) bei Auftreffen auf die ebenfalls nicht perspektivisch dargestellte Oberfläche 12 eine Linie 21, im zweiten Fall (4b) eine Linie 21 mit symmetrischem, d. h. auf halber Länge der Linie 21 liegendem Punkt P1, und im dritten Fall eine Linie 21 mit asymmetrischem Punkt P1 gezeigt. Bei der Anordnung nach 4c ergibt sich eine ähnliche Asymmetrie wie in 2 anhand der Lichtflächen 13 dargestellt. Bei 4a und 4c ist die Zylinderlinse 12 vollständig rund, während bei 4b rechts und links an der Zylinderlinse 12 eine Abflachung vorhanden ist.
5 zeigt eine Ansicht auf eine Trägerstruktur 30 mit dem Trägerring 8, der Ausnehmungen für hier insgesamt acht Lichtquellen aufweist. In der vorderen Ausnehmung ist die Lichtquelle 31 gezeigt, die genauso aufgebaut ist, wie die Lichtquelle aus 3, das Lasermodul 25 ist in die Ausnehmung eingesetzt, wie auch in 1 gezeigt, und die Zylinderlinse 12 ist vor dem Lasermodul an dem Trägerring 8 befestigt.
Die Trägerstruktur 30 weist die zentrale Ausnehmung 32 auf, in der diesem Beispiel lediglich ein Kopplungsmittel 33 zur Befestigung an einem Koordinatenmessgerät befestigt ist. Bei dem vollständigen optischen Sensor 1, wie in 1 gezeigt, verläuft der Strahlengang der Kamera 2 durch die Ausnehmung 32 und das Kopplungsmittel 33 ist anderweitig an dem Sensor 1 angebracht, beispielsweise oberhalb der Kamera 2.
Die 6 zeigt die Position der Lichtpunkte P10, P20, P30, P40, P50, P 60, P70, P80 innerhalb der Lichtlinien 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, wobei die Lichtpunkte die Position der Fokusebene sichtbar machen. Diese Lichtpunkte und Lichtlinien werden in analoger Art und Weise erzeugt, wie bei dem Aufbau aus der 2, wobei hier im Unterschied zu 2 acht statt vier Lichtquellen verwendet werden und entsprechend acht Lichtpunkte und 8 Lichtlinien erzeugt werden. In der optischen Achse der Kamera schneiden sich die Lichtlinien 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 im Schnittpunkt P5. Es ist erkennbar, dass Lichtpunkte P10, P20, P30, P40, P50, P 60, P70, P80 einen Ring bilden, bzw. auf einem Kreis liegen, welcher seinen Radius mit dem Abstand zur Fokusebene vergrößert. Sobald sich alle Punkte im Schnittpunkt P5 der Lichtlinien 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 vereinigen, ist das Bild scharf.
Nachfolgend werden weitere Beispiele angegeben, bei denen die Lichtpunkte, Lichtlinien und der Schnittpunkt der Lichtlinie nicht nochmals mit Bezugszeichen versehen sind, in denen aber verschiedene Messsituationen und Werkstückformen gezeigt sind. Erzeugte Lichtpunkte sind in den 7 und 8 nicht deutlich zu sehen.
7 zeigt die Beleuchtung eines Werkstücks 42, das eine unebene und unterbrochene Oberfläche aufweist, mit einer gleichen Anordnung aus Lichtquellen, wie in 6 gezeigt. 7 zeigt eine Einstellung zur Erkennung der Bildmitte bzw. der optischen Achse OA der Kamera 2 aus der Sicht eines Anwenders, wobei alle acht Lichtquellen eingeschaltet sind und entsprechend acht Lichtlinien erzeugt werden, die aufgrund der Unebenheiten des Werkstücks 42 verzerrt sind. Der Schnittpunkt liegt hier in der Mitte des Werkstücks auf der Oberfläche des Messtisches 201 eines KMG.
in 8 ist gezeigt, wie die Möglichkeit zur getrennten An- und Abschaltung von Lichtquellen die Funktionalität der Erfindung verbessert. Es ist gezeigt, dass durch Abschaltung von einzelnen Lichtquellen die Mittenposition der Kamera 2 wesentlich übersichtlicher kenntlich gemacht werden kann, obwohl dieses Werkstück 42 sehr tiefe Einschnitte hat. Hier ist die Verwendung von vier Lichtquellen, die Lichtlinien in Form eines Fadenkreuzes erzeugen, durchaus ausreichend. Durch die gezielte Auswahl der eingeschalteten Lichtquellen und ihre Anordnung treten deutlich weniger Abschattungseffekte bei der Darstellung der Lichtlinien auf.
9a, 9b, 9c und 9d zeigen eine Beleuchtungseinrichtung 10 zur Beleuchtung der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 (oder eines anderen Werkstücks, zum Beispiel 42), die bereits in 1 dargestellt wurde, von der Unterseite. Zu sehen ist eine Vielzahl Leuchtdioden 43, die einen Beleuchtungsring bilden. Eine solche Beleuchtungseinrichtung 10 kann beispielsweise an der in der in vorangehenden 5 gezeigten Trägerstruktur 30 radial innenseitig der Lichtquellen angebracht werden. Der Beleuchtungsring ist in vier Beleuchtungssegmente unterteilt, jeweils mit einer Bogenlänge von π/2, die getrennt an- und abschaltbar sind. Die neben Beleuchtungseinrichtung 10 dargestellten Hilfslinien dienen lediglich zum kenntlich machen der Beleuchtungssegmente. In 9a sind die Beleuchtungssegmente mit den Bezugszeichen 44, 45, 46, 47 bezeichnet. In 9a sind die Beleuchtungssegmente 44 und 45 eingeschaltet, die Beleuchtungssegmente 46, 47 ausgeschaltet. In 9b ist nur das Beleuchtungssegment 45 eingeschaltet, in 9c die Beleuchtungssegmente 45 und 47, und in 9d sind alle Beleuchtungssegmente eingeschaltet.
Sind spezielle Beleuchtungen notwendig, um ein Werkstück zu vermessen, müssen nur einzelne der Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 eingeschaltet werden, um das Licht aus der Beleuchtungseinrichtung 10 nur aus einer gewissen Richtung kommen zu lassen. Diese Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 werden üblicherweise am Bildschirm eines Messrechners ausgewählt und eingestellt. Es ist oft schwer vorstellbar, was die Einstellungen tatsächlich bei der Beleuchtung eines Werkstücks bedeuten, da man die Leuchtdioden 43 bei normaler Bedienung nicht sehen kann und soll, denn sie wären oft viel zu hell und würden das Auge blenden.
Erfindungsgemäß können die in 2 gezeigten Lichtquellen 4, 5, 6, 7 den Beleuchtungssegmenten 44, 45, 46, 47 zugeordnet sein, wobei jeweils eine Lichtquelle jeweils einem Beleuchtungssegmente zugeordnet ist. Dies bedeutet grundsätzlich, dass die von einer zugeordneten Lichtquelle erzeugte Lichtlinie und/oder der von der Lichtquelle erzeugte Lichtpunkte auf einer Oberfläche im gleichen Bereich der ObjektOberfläche liegt, der von dem betreffenden Beleuchtungssegment beleuchtet wird oder würde.
Verbindet man das Einschalten von einem, mehreren oder allen Beleuchtungssegmenten 44, 45, 46, 47 der Beleuchtungseinrichtung 10 mit dem Einschalten der jeweils zugeordneten Lichtquellen 4, 5, 6, 7, so kann man an den durch die Lichtquellen 4, 5, 6, 7 erzeugten Lichtlinien sehen, welche Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 eingeschaltet sind und welche nicht. Um an dem Punkt P5 gegenüberliegende Lichtlinien sicher unterscheiden zu können, kann eine sequentielle oder unterschiedlich blinkende Ansteuerung der Lichtquellen 4, 5, 6, 7 gewählt werden. Hierdurch kann man auch sehen, welche Teile des Werkstücks durch einzelne Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 beleuchtet werden und welche im Schatten sein werden. Es ist auch klar erkennbar, wenn zum Beispiel eine Kante oder einer Erhebung auf der Oberseite eines Objekts einen Schatten erzeugen würde. Dies erkennt man sicher daran, dass an der betreffenden Schattenkante eine Laserlinie unterbrochen sein muss, da auch diese abgeschattet wird. Eine solch unterbrochene Laserlichtlinie ist in der 10 gezeigt. Die obere der dort gezeigten Laserlichtlinien erstreckt sich nicht mehr bis zu dem Schnittpunkt P5, anders als die untere Laserlichtlinie.
Das in 11 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 211 in Portalbauweise weist einen Messtisch 201 auf, über der Säulen 202, 203 in Y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems beweglich angeordnet sind. Die Säulen 202, 203 bilden zusammen mit einem Querträger 204 ein Portal des KMG 211. Der Querträger 204 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 202 bzw. 203 verbunden. Nicht näher dargestellte Elektromotoren verursachen die Linearbewegung der Säulen 202, 203 in Y-Richtung, entlang der Y-Bewegungs-Achse. Dabei ist z. B. jeder der beiden Säulen 202, 203 ein Elektromotor zugeordnet. Der Querträger 204 ist mit einem Querschlitten 207 kombiniert, welcher luftgelagert entlang dem Querträger 204 in X-Richtung des kartesischen Koordinatensystems beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 207 relativ zu dem Querträger 204 kann anhand einer Maßstabsteilung 206 festgestellt werden. Die Bewegung des Querträgers 204 in X-Richtung, d.h. entlang der X-Bewegungs-Achse, wird durch einen weiteren Elektromotor angetrieben. An dem Querschlitten 207 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 208 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 210 und eine Drehvorrichtung 205 mit einer Messkopf 209 verbunden ist. Der Messkopf 209 kann angetrieben durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 207 in Z-Richtung, entlang der Z-Bewegungs-Achse, des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die Elektromotoren des KMG kann der Messkopf 209 in dem Bereich unterhalb des Querträgers 204 in nahezu beliebige Positionen bewegt werden. Ferner kann die Drehgelenk 205 den Messkopf 209 um die Z-Achse drehen. Nicht dargestellt ist eine Steuerung, die die Bewegung der beweglichen Teile des KMG entlang der BewegungsAchsen steuert. Die Steuerung ist eingerichtet zur Durchführung einer oder mehrerer der im allgemeinen Beschreibungsteil erläuterten Schritte. An den Messkopf 209 ist beispielsweise ein optischer Sensor 1 gemäß 1 oder 2 angekoppelt.
Nachfolgend werden beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren beschrieben:

In 12 ist ein Verfahren zur Positionierung eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung dargestellt, wobei ein optischer Sensor 1 wie vorangehend erläutert eingesetzt wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- S1: Anordnen des optischen Sensors 1 über dem Werkstück 11, wobei die zumindest eine Lichtquelle 4, 5, 6, 7 eingeschaltet ist und die Oberfläche 12 des Werkstücks 11 im Erfassungsbereich der Kamera 2 liegt. Diese Anordnung ist in den 1 und 2 gezeigt
- S2: Erzeugen von Lichtlinien 21, 22, 23, 24 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 durch die Lichtquelle 4, 5, 6, 7, wobei die Lichtlinien 21, 22, 23, 24 nicht zueinander parallel sind und zumindest abschnittweise auf der Oberfläche 12 erzeugt werden, und wobei sich die Lichtlinien 21, 22, 23, 24 in einem Schnittpunkt P5 schneiden oder Verlängerungen der Lichtlinien 21, 22, 23, 24 sich in dem Schnittpunkt P5 schneiden würden. Dieser Schritt ist in 2 dargestellt und dort erläutert.
- S3: Bewegen des optischen Sensors 1 und Positionieren des Schnittpunkts P5 an einer gewünschten Stelle auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11. Dieser Schritt kann anhand der 2 erläutert werden. Der optische Sensor 1 kann beispielsweise an den Messkopf 209 des KMG 211, das in 11 gezeigt ist, angekoppelt sein und auf dem Messtisch 201 ist das Werkstück 11 positioniert. Es kann dann die anhand 2 erläuterte Situationen hergestellt werden und festgestellt werden, ob der Punkt P5 an der erwünschten Stelle der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 positioniert ist. Ist dies nicht der Fall, kann der optische Sensor 1 entlang der Bewegungsachsen X, Y und/oder Z des KMG 211 entsprechend verfahren werden, bis die erwünschte Position erreicht ist.

Weiterhin ist in 12 ein Verfahren zur Fokussierung eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung dargestellt, wobei ein optischer Sensor 1 wie vorangehend beschrieben eingesetzt wird, Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

S1: Anordnen des optischen Sensors 1 über dem Werkstück 11, wobei die zumindest eine Lichtquelle 4, 5, 6, 7 eingeschaltet ist und die Oberfläche 12 des Werkstücks 11 im Erfassungsbereich der Kamera 2 liegt. Dieser Schritt ist der gleiche wie in vorangehend beschriebenem Verfahren und eine solche Anordnung ist in den 1 und 2 gezeigt.
S4: Erzeugen von Lichtpunkten P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 durch die Lichtquelle 4, 5, 6, 7. Ein solches erzeugen von Lichtpunkten ist in der 2 gezeigt.
S5: Einstellen des optischen Sensors bis die Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 sich in einem Punkt P5 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 treffen. Eine solche Vorgehensweise wurde ebenfalls anhand der 2 erläutert. Ausgehend von der dort gezeigten Konstellation muss der Abstand zwischen Kamera 2 und Oberfläche 12 vergrößert werden, bis sich die Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 sich in dem Punkt P5 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 treffen. Dann liegt die Oberfläche 12 genau in der Fokusebene. Ein analoges Vorgehen ist bei nicht ebenen Oberflächen möglich, wobei dann ein Teilbereich einer solchen Oberfläche, in dem der Punkt P5 liegt, fokussiert wird.

Weiterhin zeigt 12 ein Verfahren zur Ermittlung eines Abstands einer Oberfläche eines Werkstücks von einer Fokusebene eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei ein optischer Sensor 1 wie zuvor beschrieben eingesetzt wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

S1: Anordnen des optischen Sensors 1 über dem Werkstück 11, wobei die zumindest eine Lichtquelle 4, 5, 6, 7 eingeschaltet ist und die Oberfläche 12 des Werkstücks 11 im Erfassungsbereich der Kamera 2 liegt. Dieser Schritt ist der gleiche wie in vorangehend beschriebenen Verfahren und eine solche Anordnung ist in den 1 und 2 gezeigt.
S6 Erzeugen zumindest eines Lichtpunktes P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 durch die Lichtquelle 4, 5, 6, 7.
S7 Ermitteln des Abstands r des Lichtpunkts P1, P2, P3, P4 von der optischen Achse OA der Kamera 2. Der Abstand r ist in 2 anhand des Punktes P1 gezeigt. Die anderen Punkte stehen im gleichen Abstand zur optischen Achse OA. Der Abstand kann beispielsweise sie mit der Kamera 2 ermittelt werden.
S8 Ermitteln des Abstands A der Oberfläche 12 der Werkstücks 11 von der Fokusebene eines optischen Sensors 1 unter Verwendung eines bekannten Winkels α zwischen dem Lichtstrahl 15, 17, 19, 20, der den Lichtpunkt P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugt, und der optischen Achse OA. Alle Lichtstrahlen 15, 17, 19, 20 in 2 stehen im Winkel α zu der optischen Achse OA. Nur bei dem Lichtstrahl 15 ist der Winkel α beispielhaft eingezeichnet. Der Abstand A ist in 2 ebenfalls eingezeichnet und kann aus folgender Beziehung errechnet werden: $A = r / tan α$

In einer besonderen Ausprägung dieses Verfahrens zur Abstandsermittlung werden zumindest zwei Lichtpunkte P1, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugt, und die Lichtstrahlen 15, 20, welche die Lichtpunkte P1, P4 auf einer Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugen, sich in der optischen Achse OA der Kamera 2 schneiden, in der gleichen Ebene 14 liegen und im gleichen Winkel α zur optischen Achse OA stehen, wobei der Abstand r eines der Lichtpunkte P1, P4 oder beider Lichtpunkte P1, P4 von der optischen Achse OA die Hälfte des Abstands zwischen den Lichtpunkten P1, P4 ist. Diese Variante kann aus der der 2 ersehen werden. Der Abstand zwischen den Punkten P1 und P4 beträgt 2r und kann mit der Kamera 2 ermittelt werden. Hieraus ist r erhältlich und damit nach obiger Beziehung der Abstand A.
In einer weiteren besonderen Ausprägung dieses Verfahrens zur Abstandsermittlung werden zumindest drei Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugt, wobei die Lichtstrahlen 15, 17, 19, 20, welche die Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugen, sich in der optischen Achse OA der Kamera 2 schneiden und im gleichen Winkel α zur optischen Achse OA stehen, wobei der Abstand r eines der Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 oder aller Lichtpunkte von der optischen Achse OA der ermittelte Radius eines Kreises ist, auf dem alle Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 liegen. Auch diese Variante kann aus der der 2 ersehen werden, worin alle Lichtpunkte P1, P2, P3, P4 auf einem Kreis (nicht eingezeichnet) mit dem Radius r liegen.
Diese Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Linien 21,42, 43,24 nicht angezeigt werden und damit der Punkt P5, der Schnittpunkt der Linien, nicht ohne weiteres ersichtlich ist und der Radius r nicht ohne weiteres aus dem Abstand zwischen einem der Punkte P1, P2, P3, P4 und dem Punkt P5 ermittelt werden kann. In diesem Fall kann mithilfe der Kamera, und gegebenenfalls rechnerischer Hilfsmittel beispielsweise in einem Messrechner ein Kreis durch alle Punkte P1, P2, P3, P4 gelegt und dessen Radius r ermittelt werden.
In 13 ist ein Verfahren zur Einstellung oder Ermittlung der Beleuchtung einer Oberfläche eines Werkstücks dargestellt, wobei ein optischer Sensor 1 wie vorangehend beschrieben eingesetzt wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

S10: Einschalten eines oder mehrerer der Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 der Beleuchtungseinrichtung 10. Dieser Schritt kann anhand der der 1 und 9a-d erläutert werden. Gemäß 9a-d werden eines oder mehrere der Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 eingeschaltet
S11 Einschalten der Lichtquellen 4, 5, 6, 7 die dem/den Beleuchtungssegmenten 44, 45, 46, 47 zugeordnet ist/sind, wobei durch die Lichtquellen 4, 5, 6, 7 zumindest eine Lichtlinie 21, 22, 23, 24 und/oder zumindest ein Lichtpunkt P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugt wird. Die Zuordnung von Lichtquellen zu Beleuchtungssegmenten wurde bereits zuvor erläutert. In diesem Schritt werden diejenigen der in 2 dargestellten Lichtquellen 4, 5, 6, 7 angeschaltet, denen ein eingeschaltetes Beleuchtungssegment 44, 45, 46, 47 zugeordnet ist.
S12 Ermitteln anhand der Position der zumindest einen Lichtlinie 21, 22, 23, 24 und/oder des zumindest einen Lichtpunkts P1, P2, P3, P4, welches der Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 der Beleuchtungseinrichtung 10 eingeschaltet ist/sind. Wie zuvor erläutert, bedeutet die Zuordnung einer Lichtquelle zu einem Beleuchtungssegment, dass eine durch die Lichtquelle erzeugte Lichtlinie oder ein die Lichtquelle erzeugter Lichtpunkt in dem Bereich der Oberfläche 12 liegt, der von dem zugeordneten Beleuchtungssegment 44, 45, 46, 47 beleuchtet wird. Entsprechend kann nach Lage der Richtlinie oder des Lichtpunktes festgestellt werden, welches Beleuchtungssegment eingeschaltet ist.

In 14 ist ein Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere zum Zweck der Einstellung einer Beleuchtung der Oberfläche dargestellt, wobei ein optischer Sensor 1 wie vorangehend erläutert eingesetzt wird, und wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

S13: sequenzielles, pulsierendes und/oder gleichzeitiges Einschalten und/oder Ausschalten der Lichtquellen 4, 5, 6, 7 die dem/den Beleuchtungssegmenten 44, 45, 46, 47 zugeordnet ist/sind, wobei durch die Lichtquellen 4, 5, 6, 7 zumindest eine Lichtlinie 21, 22, 23, 24 und/oder zumindest ein Lichtpunkt P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 erzeugt wird. Zu diesem Schritt kann auf die 2 verwiesen werden, in der Lichtquellen 4, 5, 6, 7 im eingeschalteten Zustand gezeigt sind. Da die Lichtquellen getrennt ein-und abschaltbar sind, können diese sequenziell, pulsierend und/oder gleichzeitig geschaltet werden.

Weiterhin weist das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte auf:

S14: Ermitteln anhand der Position der zumindest einen Lichtlinie 21, 22, 23, 24 und/oder des zumindest einen Lichtpunkts P1, P2, P3, P4, welche Teile der Oberfläche 12 durch der/den Lichtquellen 4, 5, 6, 7 zugeordnete Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 beleuchtet werden, wenn diese/dieses Beleuchtungssegmente eingeschaltet wird. Anhand des obigen Schrittes S12 wurde erläutert, dass durch eine Position einer Lichtlinie oder eines Lichtpunktes festgestellt werden kann, welches Beleuchtungssegment 44, 45, 46, 47 einer Beleuchtungseinrichtung 10 aktuell eingeschaltet ist. In Abwandlung davon wird in Schritt S 14 durch die Lage einer oder mehrerer Lichtlinien und/oder einer oder mehreren Lichtpunkten vorab eingeschätzt, bevor überhaupt ein Beleuchtungssegment eingeschaltet ist, welche Teile der Oberfläche 12 bei Einschalten eines oder mehrerer Beleuchtungssegmente beleuchtet werden.
S15 Ermitteln ob die zumindest eine Lichtlinie 21, 22, 23, 24 unterbrochen ist oder abgeknickt ist und/oder ob der zumindest eine Lichtpunkt P1, P2, P3, P4 dargestellt wird oder nicht, und damit Ermitteln, ob ein Teil der Oberfläche 12 des Werkstücks 11 abgeschattet wird, wenn ein der/den Lichtquellen 4, 5, 6, 7 zugeordnetes Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 der Beleuchtungseinrichtung 10 eingeschaltet wird/werden. Hierzu kann auf die 10 und 7 verwiesen werden. In 10 ist eine unterbrochene Lichtlinie gezeigt, die auf eine Abschattung hindeutet. In 7 sind durch die Struktur des Werkstücks 42 abgeknickte Linien gezeigt, wobei sich je nach Kanten und Seitenflächenstruktur des Werkstücks 42 auch Abschattungen ergeben könnten. In Schritt S15 wird also anhand der Struktur der Lichtlinien 21, 22, 23, 24 abgeschätzt, ob sich bei eingeschalteter Beleuchtung durch die Beleuchtungseinrichtung 10 bzw. durch Einschalten eines oder mehrerer der Beleuchtungssegmente 44, 45, 46, 47 bei Beleuchtung des Werkstücks im Messbetrieb eine Abschattung ergibt. Im Messbetrieb werden die Lichtquellen 4, 5, 6, 7 abgeschaltet, um störende Lichtsignale zu vermeiden.

In 10 ist der abschattende Gegenstand selbst nicht gezeigt. Ein abgeschatteter Gegenstand ist natürlich auf dem Kamerabild an sich sichtbar, da die Umgebung nicht abgedunkelt ist. Mit den Laserlinien wird jedoch sichtbar, wenn ein Segment der Beleuchtung einen Schatten und damit möglicherweise einen nicht vorhandenen Helligkeitsübergang auf einem Bild erzeugt, da die Laserlinie aus der Sicht der Kamera eine Unterbrechung aufweist, wenn sie seitlich auf einen erhabenen Teil des Werkstück trifft. Eine solche Unterbrechung ist in 10 gezeigt.

S16 Ermitteln ob die zumindest eine Lichtlinie 21, 22, 23, 24 unterbrochen, verzerrt oder abgeknickt ist, und dadurch Ermitteln, ob und/oder wo die Oberfläche 12 des Werkstücks 11 eine Unebenheit aufweist. Hierzu kann auf die 7 verwiesen werden. Dort ist gezeigt, dass Lichtlinien verzerrt und abgeknickt sind, wodurch die unebene Oberflächenstruktur des Werkstücks 42, das Ausnehmungen aufweist, sichtbar wird. Bei 7 handelt es sich um einen sehr deutlichen Fall, bei dem die Unregelmäßigkeit des Werkstücks 42 bereits mit bloßem Auge sichtbar ist. Es ist mit dem Verfahren aber auch möglich geringere Linienverzerrungen festzustellen und geringere Abweichungen einer Oberfläche eines Werkstücks von einer Ebene festzustellen.

In 15 ist ein Verfahren zur Ausrichtung eines Werkstücks auf einem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine dargestellt, wobei das Koordinatenmessgerät 211 oder die Werkzeugmaschine einen optischen Sensor wie vorangehend beschrieben aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

S17: Anordnen des optischen Sensors 1 über dem Messtisch 201, wobei die zumindest eine Lichtquelle 4, 5, 6, 7 eingeschaltet ist. Eine solche Anordnung ist in der 11 gezeigt.
S18: Erzeugen von Lichtlinien 21, 22, 23, 24 auf einer Oberfläche des Messtisches 201 durch die Lichtquelle 4, 5, 6, 7. Sofern das von den Lichtquellen 4, 5, 6, 7 ausgesendete Licht nicht auf ein Werkstück trifft, werden die in 2 gezeigten Linien 21,22, 43,24 auf der Oberfläche des Messtisches 201 erzeugt.
S19: Ausrichten eines Werkstücks 11 an einer oder mehreren der Lichtlinien 21, 22, 23, 24. Beispielsweise kann eine in 1 gezeigte Kante 51, die hier eine gerade Kante ist und senkrecht zur Bildebene der 1 verläuft, des Werkstücks 11 entlang einer projizierten Lichtlinie 21, 22, 23, 24 auf dem Messtisch 201 ausgerichtet werden. Sofern nach einer vorteilhaften Variante zumindest eine der Lichtlinien 21, 22, 23, 24 parallel oder deckungsgleich zu einer Koordinatenachse X, Y, Z eines Maschinenkoordinatensystems des Koordinatenmessgerätes 211 oder der Werkzeugmaschine verläuft, wird dadurch auch die Kante 51 in der betreffenden Koordinatenrichtung ausgerichtet. Dadurch ist gleichzeitig auch die benachbarte Kante 52, die eine zur Kante 51 parallele Kante ist, der betreffenden Koordinatenrichtung ausgerichtet, beispielsweise in X-Richtung. Zum optischen Vermessen der Kante 51 ist es dann nur noch erforderlich, die Kamera 2 über der Kante 52 zu positionieren, sodass die Kante 52 von der Kamera 2 erfasst wird. Anschließend braucht die Kamera 2 nur noch in X- Richtung bewegt zu werden, was messtechnisch von Vorteil ist.

In 16 ist ein Verfahren zur Benutzerführung oder Benutzerinformation bei dem Betrieb eines Koordinatenmessgeräts 211 oder einer Werkzeugmaschine dargestellt, wobei das Koordinatenmessgerät 211 oder die Werkzeugmaschine einen optischen Sensor 1 wie zuvor beschrieben aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

S20: Erzeugen eines Lichtsignals in Form einer Lichtlinie 21, 22, 23, 24 und/oder eines Lichtpunktes P1, P2, P3, P4 auf der Oberfläche 12 eines Werkstücks 11 oder auf der Oberfläche eines Messtisches 201 des Koordinatenmessgeräts 211 oder der Werkzeugmaschine. Das Lichtsignal kann analog zu Schritt S13 durch pulsierendes, sequenzielles oder gleichzeitiges einschalten und/oder Ausschalten erzeugt werden, wobei beliebige Kombinationen von Lichtlinien/Lichtpunkten und Ein- und Ausschaltmustern denkbar sind, die hier nicht abschließend aufgezählt werden können.
S21: Anzeigen eines Betriebszustandes, eines Status einer Messung oder einer durch den Benutzer vorzunehmenden Handlung, wobei der Betriebszustand, der Status der Messung, oder die vorzunehmenden Handlung durch die Art des Lichtsignals codiert ist. Dies bedeutet insbesondere, dass einer oben beschriebenen Lichtstruktur oder Lichtsignal eine Information über einen Betriebszustand, einen Status einer Messung oder eine durch den Benutzer vorzunehmenden Handlung zugeordnet ist. So wenn dem Benutzer Informationen und/oder Handlungsanweisungen gegeben. Beispiele hierfür wurden im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits aufgezählt.

In einer Weiterbildung des vorangehenden Verfahrens wird festgestellt, ob die Oberfläche 12 des Werkstücks 2 vor oder hinter der Fokusebene ist. Dies kann anhand der 2 erläutert werden:
Ist nur der Laser 4 eingeschaltet und das Werkstück zu nah, dann befindet sich der Punkt P1 rechts der optischen Achse, ist das Werkstück zu weit entfernt, so befindet sich der Punkt P1 links der optischen Achse. Wenn der Laser 6 immer eingeschaltet ist, während Laser 4 blinkend angesteuert wird, so wird der Punkt P1 auf der Werkstückoberfläche blinkend erzeugt und der aus dem Laser 6 herrührende Punkt P4 permanent erzeugt. So kann man anhand des blinkenden Punkts P1 zum nichtblinkenden Punkt P4 sehen, ob man zu nah oder zu fern ist. In der Darstellung der 2 ist Punkt P1 aus der Betrachterperspektive rechts von Punkt P4, und aus der Lage der Lichtquellen 4 und 6 relativ zur optischen Achse OA weiß man, dass die Fokusebene weiter weg ist bzw. die Kamera zu nah an dem Werkstück ist. Ist hingegen die Kamera zu weit entfernt, tauschen die Punkte P1 und P4 ihre relative Lage und P4 erscheint rechts und P1 aus der Betrachterperspektive links (selbstverständlich hängt die relative Lage von der Betrachterperspektive ab).
In dieser Variante werden die Punkte durch unterschiedliche Signalgebung, hier blinkend, unterschieden. Gleiches könnte man erreichen, wenn z. B. gegenüberliegende Laser unterschiedliche Farben haben. Dann würde z. B. die Position des roten Punktes zum grünen Punkt eine Abstandsaussage zur Fokusebene bedeuten, wenn gegenüberliegende Punkte auf der gleichen Fläche liegen.
In einer anderen Variante zur Feststellung, ob die Oberfläche 12 des Werkstücks 2 vor oder hinter der Fokusebene ist, werden der Lichtpunkt P1 durch die Lichtquelle 4 und Lichtlinien 21 und 24 durch die Lichtquelle 4 und die Lichtquelle 5 erzeugt. Jede beliebige Auswahl von Lichtlinien aus verschiedenen Lichtquellen 4, 5, 6, 7 kann angezeigt werden, wobei zumindest zwei Lichtlinien angezeigt werden, um einen Schnittpunkt P5 anzuzeigen. Durch die Lichtlinien 21 und 24 wird der Schnittpunkt P5 auf der Werkstückoberfläche 12 und damit die optische Achse OA bzw. deren Schnittpunkt mit der Werkstückoberfläche 12 angezeigt. Die in 2 gezeigte Lage des Lichtpunktes P1 zu dem Punkt P5 bzw. der optischen Achse OA, hier in der Betrachterperspektive rechts davon, zeigt dem Beobachter an, dass die Werkstückoberfläche 12 noch vor der Fokusebene der Kamera 2 liegt, weil die relative Lage der Lichtquelle 4 zu der optischen Achse OA bekannt ist. Liegt oder wandert, bei einer Bewegung von Kamera 2 relativ zur Werkstückoberfläche 12, der Lichtpunkt P1 links neben P5, dann ist die Werkstückoberfläche 12 von der Fokusebene (die durch den Punkt P0 geht) zu weit entfernt.
Bezugszeichenliste

1: optischer Sensor
2: Kamera
3: Objektiv
4: Lichtquelle
5: Lichtquelle
6: Lichtquelle
7: Lichtquelle
8: Trägerring
10: Beleuchtungseinrichtung
11: Werkstück
12: Oberfläche des Werkstücks
12a: Zylinderlinse
12b: Zylinderlinse
13: Lichtfläche
13a: Teil der Lichtfläche 13
13b: Teil der Lichtfläche
14: Ebene
15: Lichtstrahl
16: Lichtfläche
17: Lichtstrahl
18: Ebene
19: Lichtstrahl
20: Lichtstrahl
21: Lichtlinie
22: Lichtlinie
23: Lichtlinie
24: Lichtlinie
25: Lasermodul
26: Linse
27: Laser
28: Laserstrahl
30: Trägerstruktur
31: Lichtquelle
32: Ausnehmung
33: Kopplungsmittel
34: Lichtlinie
35: Lichtlinie
36: Lichtlinie
37: Lichtlinie
38: Lichtlinie
39: Lichtlinie
40: Lichtlinie
41: Lichtlinie
42: Werkstück
43: Leuchtdioden
44: Beleuchtungssegment
45: Beleuchtungssegment
46: Beleuchtungssegment
47: Beleuchtungssegment
201: Meßtisch
202: Säule
203: Säule
204: Querträger
205: Drehgelenk
206: Maßstabsteilung
207: Querschlitten
208: Pinole
209: Meßkopf
210: Montageeinrichtung
211: Koordinatenmessgerät
N1: Normalenvektor
N2: Normalenvektor
OA: optische Achse
P0: Punkt in der Fokusebene
P1: Lichtpunkt
P2: Lichtpunkt
P3: Lichtpunkt
P4: Lichtpunkt
P5: Schnittpunkt der optischen Achse OA mit der Oberfläche 12
P10: Lichtpunkt
P20: Lichtpunkt
P30: Lichtpunkt
P40: Lichtpunkt
P50: Lichtpunkt
P60: Lichtpunkt
P70: Lichtpunkt
P80: Lichtpunkt
S: Schnittgerade der Ebenen 14,18
S1-S21: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0349034 A1 [0004]

Claims

Optischer Sensor zur Werkstückvermessung in einem Koordinatenmessgerät 211 oder einer Werkzeugmaschine, aufweisend - eine Kamera (2) zur optischen Werkstückvermessung, - zumindest eine relativ zu der Kamera (2) ortsfest angebrachte Lichtquelle (4, 5, 6, 7), die dazu eingerichtet ist, eine erste Lichtfläche (13) zu erzeugen, die in einer ersten Ebene (14) liegt, und die dazu eingerichtet ist, eine zweite Lichtfläche (16) zu erzeugen, die in einer zweiten Ebene (18) liegt, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene nicht zueinander parallel sind und wobei ein Normalenvektor (N1) der ersten Ebene (14) und ein Normalenvektor (N2) der zweiten Ebene (18) quer zu einer optischen Achse (OA) der Kamera (2) sind.
Optischer Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Normalenvektor (N1) und der zweite Normalenvektor (N2) senkrecht zu der optischen Achse (OA) sind.
Optischer Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Schnittgerade (S) der ersten Ebene (14) und der zweiten Ebene (18) in der optischen Achse (OA) liegt.
Optischer Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lichtquelle (4, 5, 6, 7) weiterhin dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Lichtstrahlen (15, 17, 19, 20) zu erzeugen, die sich in der Fokusebene der Kamera (2) schneiden.
Optischer Sensor (1) nach Anspruch 4, wobei die Lichtstrahlen (15, 17, 19, 20) sich in der optischen Achse (OA) der Kamera (2) schneiden.
Optischer Sensor (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder der Lichtstrahlen (15, 17) in jeweils einer der Lichtflächen (13, 16) liegt.
Optischer Sensor (1) nach Anspruch 6, wobei jeder der Lichtstrahlen (15) so in jeweils einer Lichtfläche (13) liegt, dass die Lichtfläche durch den Verlauf des Lichtstrahls (15) in zwei asymmetrische Teile (13a, 13b) geteilt wird.
Optischer Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, Lichtquellen (4, 7), wobei jede der Lichtquellen (4, 7) dazu eingerichtet ist, eine der Lichtflächen (13, 16) und, sofern auf einen der Ansprüche 4-7 rückbezogen, einen der Lichtstrahlen (15, 17, 19, 20) zu erzeugen.
Optischer Sensor (1) nach Anspruch 8, wobei die Lichtquellen (4, 7) unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind.
Optischer Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der dazu eingerichtet ist, dass eine Bilderfassung durch die Kamera (2) automatisch dann deaktiviert wird, wenn die Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) eingeschaltet ist/sind und eine Bilderfassung durch die Kamera (2) automatisch dann aktiviert wird, wenn die Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) ausgeschaltet ist/sind.
Optischer Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Beleuchtungseinrichtung (10), welche die optische Achse der Kamera (2) umgibt und die zumindest zwei Beleuchtungssegmente (44, 45, 46, 47) aufweist, die jeweils einen Abschnitt der Beleuchtungseinrichtung bilden und die unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind, wobei jedem der Beleuchtungssegmente (44, 45, 46, 47) eine der Lichtquellen (4, 5, 6, 7) zugeordnet ist.
Optischer Sensor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend zumindest zwei Paare (4/6 und 5/7) Lichtquellen, wobei bei jedem der Paare (4/6 und 5/7) die Lichtquellen dieses Paares so angeordnet sind, dass die von diesen Lichtquellen erzeugten Lichtflächen in einer gemeinsamen Ebene (14, 18) liegen, und wobei die Lichtflächen des eines Paares nicht parallel sind zu den Lichtflächen eines anderen Paares.
Optischer Sensor (1) zur Werkstückvermessung in einem Koordinatenmessgerät (211) oder in einer Werkzeugmaschine, aufweisend - eine Kamera (2), - zumindest eine Lichtquelle (4, 5, 6, 7), die dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Lichtstrahlen (15, 17, 19, 20) zu erzeugen, die sich in der Fokusebene der Kamera (2) schneiden.
Koordinatenmessgerät (211), aufweisend einen optischen Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1-13.
Verfahren zur Positionierung eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei ein Optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1-12 eingesetzt wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Anordnen (S1) des optischen Sensors (1) über dem Werkstück (11), wobei die zumindest eine Lichtquelle (4, 5, 6, 7) eingeschaltet ist und die Oberfläche (12) des Werkstücks (11) im Erfassungsbereich der Kamera (2) liegt, - Erzeugen (S2) von Lichtlinien (21, 22, 23, 24) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) durch die Lichtquelle (4, 5, 6, 7), wobei die Lichtlinien (21, 22, 23, 24) nicht zueinander parallel sind und zumindest abschnittweise auf der Oberfläche (12) erzeugt werden, und wobei sich die Lichtlinien (21, 22, 23, 24) in einem Schnittpunkt (P5) schneiden oder Verlängerungen der Lichtlinien (21, 22, 23, 24) sich in dem Schnittpunkt (P5) schneiden würden, - Bewegen (S3) des optischen Sensors (1) und Positionieren des Schnittpunkts (P5) an einer gewünschten Stelle auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11).
Verfahren zur Fokussierung eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei ein optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 4-13 eingesetzt wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Anordnen (S1) des optischen Sensors (1) über dem Werkstück (11), wobei die zumindest eine Lichtquelle (4, 5, 6, 7) eingeschaltet ist und eine Oberfläche (12) des Werkstücks (11) im Erfassungsbereich der Kamera (2) liegt, - Erzeugen (S4) von Lichtpunkten (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) durch die Lichtquelle (4, 5, 6, 7), - Einstellen (S5) des optischen Sensors bis die Lichtpunkte (P1, P2, P3, P4) sich in einem Punkt (P5) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) treffen.
Verfahren zur Ermittlung eines Abstands einer Oberfläche eines Werkstücks von einer Fokusebene eines optischen Sensors bei einer Werkstückvermessung, wobei ein optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 4-13 eingesetzt wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Anordnen (S1) des optischen Sensors (1) über dem Werkstück (11), wobei die zumindest eine Lichtquelle (4, 5, 6, 7) eingeschaltet ist und die Oberfläche (12) des Werkstücks (11) im Erfassungsbereich der Kamera (2) liegt, - Erzeugen (S6) zumindest eines Lichtpunktes (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) durch die Lichtquelle (4, 5, 6, 7), - Ermitteln (S7) des Abstands (r) des Lichtpunkts (P1, P2, P3, P4) von der optischen Achse (OA) der Kamera (2) - Ermitteln (S8) des Abstands (A) der Oberfläche (12) der Werkstücks (F) von der Fokusebene eines optischen Sensors (1) unter Verwendung eines bekannten Winkels (a) zwischen dem Lichtstrahl (15, 17, 19, 20), der den Lichtpunkt (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugt, und der optischen Achse (OA).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei zumindest zwei Lichtpunkte (P1, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugt werden und wobei die Lichtstrahlen (15, 20), welche die Lichtpunkte (P1, P4) auf einer Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugen, sich in der optischen Achse (OA) der Kamera (2) schneiden, in der gleichen Ebene (14) liegen und im gleichen Winkel (a) zur optischen Achse (OA) stehen, wobei der Abstand (r) eines der Lichtpunkte (P1, P4) oder beider Lichtpunkte (P1, P4) von der optischen Achse (OA) die Hälfte des Abstands zwischen den Lichtpunkten (P1, P4) ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei zumindest drei Lichtpunkte (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugt werden und wobei die Lichtstrahlen (15, 17, 19, 20), welche die Lichtpunkte (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugen, sich in der optischen Achse (OA) der Kamera (2) schneiden und im gleichen Winkel zur optischen Achse (OA) stehen, wobei der Abstand (r) eines der Lichtpunkte (P1, P2, P3, P4) oder aller Lichtpunkte von der optischen Achse (OA) der ermittelte Radius eines Kreises ist, auf dem alle Lichtpunkte (P1, P2, P3, P4) liegen.
Verfahren zur Einstellung oder Ermittlung der Beleuchtung einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei ein optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12 eingesetzt wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Einschalten (S10) eines oder mehrerer der Beleuchtungssegmente (44, 45, 46, 47) der Beleuchtungseinrichtung (10), - Einschalten (S11) der Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) die dem/den eingeschalteten Beleuchtungssegment(en) (44, 45, 46, 47) zugeordnet ist/sind, wobei durch die Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) zumindest eine Lichtlinie (21, 22, 23, 24) und/oder zumindest ein Lichtpunkt (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugt wird, - Ermitteln (S12) anhand der Position der zumindest einen Lichtlinie (21, 22, 23, 24) und/oder des zumindest einen Lichtpunkts (P1, P2, P3, P4), welche(s) der Beleuchtungssegmente (44, 45, 46, 47) der Beleuchtungseinrichtung (10) eingeschaltet ist/sind.
Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere zum Zweck der Einstellung einer Beleuchtung der Oberfläche, wobei ein optischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1-13 eingesetzt wird, und wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: - sequenzielles, pulsierendes und/oder gleichzeitiges Einschalten und/oder Ausschalten (S13) der Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) die dem/den Beleuchtungssegment(en) (44, 45, 46, 47) zugeordnet ist/sind, wobei durch die Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) zumindest eine Lichtlinie (21, 22, 23, 24) und/oder zumindest ein Lichtpunkt (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) erzeugt wird, und wobei das Verfahren weiterhin einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweist: - Ermitteln (S14) anhand der Position der zumindest einen Lichtlinie (21, 22, 23, 24) und/oder des zumindest einen Lichtpunkts (P1, P2, P3, P4), welche Teile der Oberfläche (12) durch der/den Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) zugeordnete Beleuchtungssegment(e) (44, 45, 46, 47) beleuchtet werden, wenn diese/dieses Beleuchtungssegment(e) eingeschaltet wird. - Ermitteln (S15) ob und/oder wo die zumindest eine Lichtlinie (21, 22, 23, 24) unterbrochen ist oder abgeknickt ist und/oder ob und/oder wo der zumindest eine Lichtpunkt (P1, P2, P3, P4) dargestellt wird oder nicht, und damit Ermitteln, ob ein Teil der Oberfläche (12) des Werkstücks (11) abgeschattet wird, wenn ein der/den Lichtquelle(n) (4, 5, 6, 7) zugeordnetes Beleuchtungssegment(e) (44, 45, 46, 47) der Beleuchtungseinrichtung (10) eingeschaltet wird/werden. - Ermitteln (S15) ob die zumindest eine Lichtlinie (21, 22, 23, 24) unterbrochen, verzerrt oder abgeknickt ist, und dadurch Ermitteln, ob und/oder wo die Oberfläche (12) des Werkstücks (11) eine Unebenheit aufweist.
Verfahren zur Ausrichtung eines Werkstücks auf einem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts oder einer Werkzeugmaschine, wobei das Koordinatenmessgerät (211) oder die Werkzeugmaschine einen optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1-12 aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Anordnen (S17) des optischen Sensors (1) über dem Messtisch (201), wobei die zumindest eine Lichtquelle (4, 5, 6, 7) eingeschaltet ist, - Erzeugen (S18) zumindest einer Lichtlinie (21, 22, 23, 24) auf einer Oberfläche des Messtisches (201) durch die Lichtquelle (4, 5, 6, 7), - Ausrichten (S19) eines Werkstücks (11) an einer oder mehreren der Lichtlinien (21, 22, 23, 24).
Verfahren nach Anspruch 22, wobei zumindest eine der Lichtlinien (21, 22, 23, 24) parallel oder deckungsgleich zu einer Koordinatenachse (X, Y, Z) eines Maschinenkoordinatensystems des Koordinatenmessgerätes (211) oder der Werkzeugmaschine verläuft.
Verfahren zur Benutzerführung oder Benutzerinformation bei dem Betrieb eines Koordinatenmessgeräts (211) oder einer Werkzeugmaschine, wobei das Koordinatenmessgerät (211) oder die Werkzeugmaschine einen optischen Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1-13 aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Erzeugen (S20) zumindest eines Lichtsignals, wobei ein Lichtsignal zumindest eine Lichtlinie (21, 22, 23, 24) und/oder zumindest einen Lichtpunkt (P1, P2, P3, P4) auf der Oberfläche (12) eines Werkstücks (11) oder auf der Oberfläche eines Messtisches (201) des Koordinatenmessgeräts (211) oder der Werkzeugmaschine beinhaltet, - Anzeigen (S21) eines Betriebszustandes, eines Status einer Messung oder einer durch den Benutzer vorzunehmenden Handlung, wobei der Betriebszustand, der Status der Messung, oder die vorzunehmenden Handlung durch die Art des Lichtsignals angezeigt oder codiert ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Benutzerinformation ermittelt wird, ob eine Oberfläche eines Werkstücks sich, betrachtet von dem optischen Sensor aus, vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera (2) befindet, wobei bei dem Schritt des Erzeugens (S20) des Lichtsignals zumindest zwei voneinander unterscheidbare Lichtpunkte (P1, P2) von zwei unterschiedlichen Lichtquellen (4, 6) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks erzeugt werden, oder zumindest ein Lichtpunkt (P1) aus einer Lichtquelle (4) und zumindest zwei Lichtlinien (21, 22, 23, 24) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks erzeugt werden und das Verfahren weiterhin aufweist: - Bewegen des Sensors relativ zu dem Werkstück und Beobachten, in welcher relativen Lage die beiden Lichtpunkte zueinander auf der Oberfläche des Werkstücks liegen oder wie sich die beiden Lichtpunkte (P1, P2) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks relativ zueinander bewegen, oder Beobachten, in welcher relativen Lage der zumindest eine Lichtpunkt (P1) zu einem Schnittpunkt (P5) auf der Oberfläche des Werkstücks liegt, in welchem sich die Lichtlinien (21, 22, 23, 24) schneiden oder in welchem Verlängerungen der Lichtlinien (21, 22, 23, 24) sich schneiden würden oder wie sich der zumindest eine Lichtpunkt (P1) auf der Oberfläche (12) des Werkstücks relativ zu dem Schnittpunkt (P5) bewegt, - Ermitteln, aus der bekannten Lage der Lichtquelle (4) oder der Lichtquellen (4, 6) relativ zur optischen Achse (OA) der Kamera (2), ob sich die Oberfläche (12) des Werkstücks vor oder hinter einer Fokusebene der Kamera (2) befindet.