DE102019110389B4 - Verfahren und vorrichtung zur justierung einer optischen messeinrichtung mit einem koordinatenmessgerät sowie messkopf hierfür - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur justierung einer optischen messeinrichtung mit einem koordinatenmessgerät sowie messkopf hierfür Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Justierung einer optischen Messeinrichtung mit einem Koordinatenmessgerät, welches ein Positioniersystem und einen Messkopf (13) umfasst, der so an dem Positioniersystem angeordnet ist, dass der Messkopf in einem dreidimensionalen Raum an einen beliebigen Punkt bewegt werden kann, wobei der Messkopf eine Lichtquelle (18) und eine optische Erfassungseinrichtung (20) umfasst, die beabstandet zueinander an dem Messkopf (13) angeordnet sind und zwischen sich einen Aufnahmeraum definieren, der so ausgebildet ist, dass das Licht der Lichtquelle (18) durch den Aufnahmeraum strahlen und auf die optische Erfassungseinrichtung (20) treffen kann und dass durch relative Bewegung des Messkopfs zu einem Referenzkörper dieser zumindest teilweise in den Aufnahmeraum des Messkopfs bewegbar ist, sodass es zur Wechselwirkung zwischen dem Lichtstrahl der Lichtquelle und dem Referenzkörper kommen kann.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung einer optischen Messeinrichtung und insbesondere die Kalibrierung einer optischen Erfassungseinrichtung für die Justierung einer optischen Messeinrichtung unter Verwendung eines Koordinatenmessgeräts sowie eine entsprechende Vorrichtung und einen Messkopf hierfür und ein System aus der Vorrichtung und einem Referenzkörper.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei optischen Messanordnungen kann es erforderlich sein, die in der Messanordnung verwendeten optischen Messeinrichtungen im Raum zu positionieren und auszurichten. Beispielsweise kann dies bei Interferometeranordnungen erforderlich sein, um die Interferometerstrahlengänge im Raum auszurichten und die optische Erfassungseinrichtung, die für die Erfassung des Arbeitslichts der Interferometeranordnung verwendet wird, wie beispielsweise eine Kamera oder einen Kamerachip entsprechend zu positionieren oder auszurichten.
  • Eine besonders exakte Positionierung und Ausrichtung von optischen Messeinrichtungen ist bei Geräten, die eine hohe Auflösung erfordern, wie beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, erforderlich. Entsprechend müssen derartige Messeinrichtungen, die im Zusammenhang mit Projektionsbelichtungsanlagen Verwendung finden sollen, besonders genau positioniert und ausgerichtet werden.
  • Darüber hinaus sind Im Stand der Technik Koordinatenmessgeräte bekannt. Beispielsweise ist in der Patentschrift EP 2 208 015 B1 eine herkömmliche Anwendung eines Koordinatenmessgeräts offenbart. Insbesondere ist darin ein Messkopfsystem für ein Koordinatenmessgerät beschrieben, welches ein mechanisches Tastelement umfasst und zum optischen Messen von Verschiebungen des Tastelements konfiguriert ist. Das Messkopfsystem beinhaltet ein relativ zu einer Messkopfbasis beweglich gelagertes Tastelement, das zum Kontaktieren der Oberfläche eines zu vermessenden Objekts dient und dieses mechanisch abtasten kann, wobei aus der Auslenkung des Tastelements die Raumkoordinate des getasteten Messpunktes bestimmt wird. Zur Bestimmung der Auslenkung des Tastelements kommt ein optischer Detektor mit einem Lichtsender und einem korrespondierenden Empfänger zum Einsatz.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Justierung einer optischen Messeinrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Justierung einer optischen Messeinrichtung mit geeigneten Hilfsmitteln bereitzustellen. Die Justierung soll sowohl hohen Anforderungen an die Exaktheit der Messung als auch an die Effizienz und Durchführbarkeit genügen.
  • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Messkopf für ein Koordinatenmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 5, durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schlägt vor, zur Justierung einer optischen Messeinrichtung, wie beispielsweise einer Interferometeranordnung, und insbesondere zur Kalibrierung einer optischen Erfassungseinrichtung für die Justierung einer optischen Messeinrichtung ein Koordinatenmessgerät zu verwenden, welches ein Positioniersystem und einen Messkopf umfasst, wobei der Messkopf so an dem Positioniersystem angeordnet ist, dass der Messkopf in einem dreidimensionalen Raum an einen beliebigen Punkt eines durch das Positioniersystem definierten Messeraums bewegt werden kann, wobei der Messkopf eine Lichtquelle und eine optische Erfassungseinrichtung für die zu justierende optische Messeinrichtung umfasst, die das Licht der Lichtquelle erfassen kann. Beispielsweise kann der Messkopf eine Kamera oder einen Kamerachip, wie beispielsweise einen CCD (charge coupled device (ladungsgekoppeltes Bauteil)) - Sensor oder einen CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor (sich ergänzender Metall-Oxid-Halbleiter)) - Sensor, aufweisen, der als optische Erfassungseinrichtung in einer Interferometeranordnung zur Justierung derselben eingesetzt wird. Durch die Verwendung eines Koordinatenmessgeräts mit einem entsprechenden Positioniersystem, welches die Bewegung in einem dreidimensionalen Raum bezüglich mehrerer unabhängiger Bewegungsfreiheitsgrade erlaubt, ist eine einfache Positionierung und / oder Ausrichtung einer optischen Messeinrichtung oder zumindest eines Teils davon möglich.
  • Da ein Körper im Raum üblicherweise sechs Bewegungsfreiheitsgrade aufweist, nämlich drei Bewegungsfreiheitsgrade hinsichtlich einer translatorischen Bewegung entlang unabhängiger Raumrichtungen und drei Bewegungsfreiheitsgrade hinsichtlich einer Drehung um Drehachsen entlang der unabhängigen Raumrichtungen, wird bei der vorliegenden Beschreibung unter Positionierung die Anordnung im Raum entlang der drei translatorischen Bewegungsfreiheitsgrade verstanden, während die Ausrichtung die Drehorientierung um die drei unabhängigen Drehachsen bezeichnet.
  • Durch die Verwendung eines Messkopfs mit einer Lichtquelle und einer optischen Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Lichts der Lichtquelle kann im Zusammenhang mit dem Positioniersystem des Koordinatenmessgeräts die für die Justierung der optischen Messeinrichtung erforderliche optische Erfassungseinrichtung, die auch Teil der optischen Messeinrichtung sein kann, in einfacher Weise hinsichtlich der Positionierung und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung kalibriert werden, um eine exakte Justierung vornehmen zu können.
  • Das Positioniersystem des Koordinatenmessgeräts und die Anordnung des Messkopfs an dem Positioniersystem können die Bewegung des Messkopfs bezüglich mehrerer Bewegungsfreiheitsgrade ermöglichen, insbesondere die Bewegung entlang der translatorischen Bewegungsfreiheitsgrade entlang von drei unabhängigen Raumrichtungen und um eine Drehachse entlang einer unabhängigen Raumrichtung. Darüber hinaus kann der Messkopf mehrteilig ausgebildet sein, sodass unterschiedliche Teile des Messkopfs durch mehrere senkrecht zueinander und insbesondere senkrecht auch zur Drehachse, um die der Messkopf drehbar an dem Positioniersystem angeordnet sein kann, angeordnete Drehachsen relativ zueinander verschwenkbar sind, sodass es möglich ist, die am Messkopf angeordnete Lichtquelle und die dazugehörige optische Erfassungseinrichtung bezüglich sämtlicher Bewegungsfreiheitsgrade zu bewegen.
  • Sofern die optische Erfassungseinrichtung des Messkopfs Teil der zur justierenden optischen Messeinrichtung ist, kann insbesondere die Lichtquelle am Messkopf entfernbar ausgebildet sein, sodass lediglich die optische Erfassungseinrichtung am Messkopf verbleibt und die optische Erfassungseinrichtung als Teil der optischen Messeinrichtung Verwendung findet.
  • Ein entsprechender Messkopf für ein Koordinatenmessgerät, für welchen alleine und im Zusammenhang mit anderen Aspekten der Erfindung Schutz begehrt wird, weist ein Anschlusselement für den Anschluss des Messkopfs an ein Positioniersystem eines Koordinatenmessgeräts auf. Darüber hinaus weist der Messkopf einen Grundkörper auf, der mit dem Anschlusselement verbunden ist und der zwei Halterungen aufweist, die beabstandet voneinander angeordnet sind und einen Aufnahmeraum definieren, wobei an der ersten-Halterung eine optische Erfassungseinrichtung angeordnet ist und von der zweiten Halterung eine Lichtquelle aufgenommen ist, sodass das Licht der Lichtquelle durch den Aufnahmeraum strahlen und auf die optische Erfassungseinrichtung treffen kann.
  • Mit einem derartigen Messkopf kann bei einem Verfahren zur Justierung einer optischen Messeinrichtung die bei der Justierung der optischen Messeinrichtung verwendete optische Erfassungseinrichtung in einem Kalibrierschritt hinsichtlich der Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung kalibriert werden. Hierzu kann ein Referenzkörper vorgesehen sein, dessen Position und / oder Ausrichtung im Raum bekannt ist und dessen Form mit den entsprechenden Dimensionen ebenfalls bekannt sind. In dem Kalibrierschritt kann der Referenzkörper mittels des Messkopfs mit der Lichtquelle und der optischen Erfassungseinrichtung vermessen werden, wobei aufgrund der Messdaten auf die Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung zurück geschlossen werden kann.
  • Zur Vermessung des Referenzkörpers oder eines Teils davon kann zumindest ein Teil des Referenzkörpers in den Aufnahmeraum des Messkopf bewegt werden bzw. der Messkopf so bewegt werden, dass ein Teil des Referenzkörpers in den Aufnahmeraum gelangt, wobei es zur Wechselwirkung zwischen dem Lichtstrahl der Lichtquelle und dem Referenzkörper kommt, sodass das von der optischen Erfassungseinrichtung erfasste Licht verändert wird.
  • Beispielsweise kann der Referenzkörper aus einem für das Licht der Lichtquelle undurchlässigen Material gebildet sein, sodass durch die Relativbewegung des Referenzkörpers zum Messkopf das Licht der Lichtquelle abgeschattet wird, sodass die optische Erfassungseinrichtung eine Veränderung des erfassten Lichts erfasst, beispielsweise hinsichtlich der erfassten Intensität. Dadurch kann aufgrund der bekannten Relativbewegung zwischen Messkopf und Referenzkörper sowie der bekannten Form und Dimensionen sowie der Position und / oder Ausrichtung des Referenzkörpers der Referenzkörper oder ein Teil davon vermessen werden, wobei die ermittelten Messdaten die Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung ermöglichen.
  • Der Referenzkörper kann zumindest teilweise auch aus einem Material gebildet sein, das für das Licht der Lichtquelle durchlässig ist, aber am Referenzkörper gebrochen wird, sodass auch durch diese Wechselwirkung zwischen Lichtstrahl des Messkopfs und Referenzkörper eine Veränderung des von der optischen Erfassungseinrichtung erfassten Lichts bei der Relativbewegung zwischen Messkopf und Referenzkörper gegeben ist und für die Vermessung des Referenzkörpers verwendet werden kann.
  • Der Referenzkörper kann beispielsweise eine lichtundurchlässige oder transparente Kalibrierkugel aufweisen, die für die Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung in den Aufnahmeraum des Messkopfs bewegt werden kann oder durch Bewegung des Messkopfs in dessen Aufnahmeraum gelangen kann.
  • Zur Kalibrierung bzw. Vermessung des Referenzkörpers oder eines Teils davon kann der Messkopf mehrmals relativ zum Referenzkörpers bewegt werden und zwar insbesondere mit unterschiedlicher Ausrichtung des Messkopfs und / oder in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen, sodass eine Kalibrierung bezüglich verschiedener Orientierungen des Referenzkörpers stattfinden kann.
  • Entsprechend kann gemäß dem vorgestellten Verfahren die Justierung einer optischen Messeinrichtung, z.B. in Form einer Interferometeranordnung, und insbesondere die Kalibrierung einer optischen Erfassungseinrichtung, wie beispielsweise einer Kamera oder eines Kamerachips, für die Justierung einer optischen Messeinrichtung unter Verwendung eines Koordinatenmessgeräts durchgeführt werden.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
    • 1 eine Darstellung eines Koordinatenmessgeräts,
    • 2 eine Seitenansicht eines Messkopf mit einem Referenzkörper,
    • 3 eine Ansicht entlang der Schnittlinie A - A aus der 2,
    • 4 ein Intensität - Messweg - Diagramm gemäß einer Relativbewegung des Messkopfs zum Referenzkörper gemäß den Ausführungsbeispielen aus den 2 und 3,
    • 5 eine Darstellung einer alternativen Messung mit einem um 90° verdrehten Messkopf,
    • 6 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit einem gegenüber der Messung aus 2 verdrehten Messkopf 13 und einem alternativen Referenzkörper mit einer transparenten Kalibrierkugel,
    • 7 eine Seitenansicht des Messkopf aus 2 ohne Lichtquelle und in
    • 8 eine Ansicht des Messkopf aus 7 um 90° gedreht.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Die 1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 1, wie es bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst ein Positioniersystem mit einem verfahrbaren Portalträger 2, in welchem wiederum verfahrbar ein Schlitten 3 aufgenommen ist, an welchem ein Messkopf 5 an einem vertikal verfahrbaren Träger 7 angeordnet ist. Der Messkopf 5 kann zusätzlich um eine Drehachse 8 drehbar an dem Träger 7 angeordnet sein.
  • Der Portalträger 2 weist vertikale Stützen 6 auf, die mit einem Ende in Schienen 4 einer Schienenanordnung angeordnet sind, und ist entlang der Schienenanordnung verfahrbar, wobei die Längserstreckung der Schienen 4 der X - Richtung entspricht, sodass der Messkopf 5 durch ein Verfahren des Portalträgers 2 entlang der Schienen 4 in X - Richtung verstellt werden kann. Der Schlitten 3 kann in dem Portalträger 2 in einer Richtung quer zur X - Richtung, nämlich der Y - Richtung verfahren werden, wobei zusätzlich eine Bewegung des Messkopfs 5 mit dem vertikal im Schlitten 3 verfahrbaren Träger 7 senkrecht zu der durch die X - und Y - Richtung aufgespannten Ebene möglich ist, sodass der Messkopf 5 entlang der Koordinatenachsen X, Y und Z an jeden beliebigen Punkt im vom Koordinatenmessgerät 1 definierten Messraum bewegt werden kann.
  • Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Messkopfs 13, wie er in dem Positioniersystem der 1 angeordnet werden kann. Der Messkopf 13 weist ein Anschlusselement 14 auf, mit welchem der Messkopf 13 beispielsweise an dem Träger 7 des Positioniersystems aus 1 angeordnet werden kann. Das Anschlusselement 14 ist an einem Grundkörper 15 ausgebildet, wobei an dem Grundkörper 15 zwei Halterungen 16 und 17 vorgesehen sind, die zum einen eine Lichtquelle 18 und zum anderen eine optische Erfassungseinrichtung 20 aufnehmen. Die Lichtquelle 18 und die optische Erfassungseinrichtung 20 sind dabei so an den beiden Halterungen 16 und 17 vorgesehen, dass ein Lichtstrahl 19, der von der Lichtquelle 18 ausgesandt wird, einen Aufnahmeraum, der zwischen den Halterungen 16 und 17 ausgebildet ist, durchstrahlt und auf die optische Erfassungseinrichtung 20 in Form eines Kamerachips, beispielsweise eines CMOS - oder CCD - Sensors trifft.
  • In der 3 ist eine Ansicht auf die erste Halterung 16 gemäß der Schnittlinie A - A aus 2 gezeigt, in der zu sehen ist, dass die erste Halterung 16, die die optische Erfassungseinrichtung 20 aufnimmt, zwei Teile 16a, 16b umfasst, die zwischen sich die optische Erfassungseinrichtung 20 aufnehmen.
  • Für die Kalibrierung der optischen Messeinrichtung wird der Messkopf 13 relativ zu einem Referenzkörper 11 bewegt, sodass eine an dem Referenzkörper 11 ausgebildete Kalibrierkugel 12 in den Aufnahmeraum zwischen der ersten Halterung 16 und der zweiten Halterung 17 des Messkopfs 13 gelangt. Wenn die Kalibrierkugel 12 in den Aufnahmeraum des Messkopfs 13 bewegt wird, so wird der Lichtstrahl 19, der von der Lichtquelle 18 in Richtung der optischen Erfassungseinrichtung 20 gestrahlt wird, abgeschattet und bei Kenntnis der Position und / oder Ausrichtung des Referenzkörpers 11 sowie der Form des Referenzkörpers 11 bzw. der Kalibrierkugel 12 kann aufgrund des Intensitätsverlaufs des Lichts, dessen Intensität die optische Erfassungseinrichtung 20 während der Relativbewegung des Messkopfs 13 zur Kalibrierkugel 12 erfasst, die Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung 20 bestimmt werden.
  • Die 4 zeigt den Intensitätsverlauf über den Messweg, d.h. die Relativbewegung des Messkopfs 13 zum Referenzkörper 11 bzw. zur Kalibrierkugel 12 während der Bewegung der Kalibrierkugel 12 in den Aufnahmeraum des Messkopfs 13. Solange die Kalibrierkugel 12 noch nicht in den Aufnahmeraum gelangt ist bzw. den Lichtstrahl 19 noch nicht erreicht hat, erfasst die optische Erfassungseinrichtung 20 eine maximale Intensität des Lichtstrahls 19, entsprechend dem Licht, das von der Lichtquelle 18 ausgesandt wird. Dies ist in dem Diagramm der 4 durch den ersten Intensitätsbereich 21 dargestellt.
  • Sobald die Kalibrierkugel 12 durch die weitere Relativbewegung zwischen Messkopf 13 und Referenzkörper 11 in den Bereich des Lichtstrahls 19 gelangt, wird ein Teil des Lichtstrahls 19 abgeschattet und die von der optischen Erfassungseinrichtung 20 gemessene Intensität des Lichts nimmt ab, bis der gesamte Lichtstrahl 19 durch die Kalibrierkugel 12 abgeschattet ist, sodass die Intensität des von der optischen Erfassungseinrichtung 20 erfassten Lichts gleich 0 ist. Dieser Übergang von der maximalen Intensität zur minimalen Intensität des erfassten Lichts ist in dem Diagramm durch den zweiten Intensitätsbereich 22 dargestellt.
  • Danach wird bei der weiteren Relativbewegung des Messkopfs 13 relativ zur Kalibrierkugel 12 die Intensität des von optischen Erfassungseinrichtung 20 erfassten Lichts gleich 0 bleiben, solange die Kalibrierkugel 12 den Lichtstrahl 19 der Lichtquelle 18 komplett abschattet. Dies ist im Diagramm der 4 der dritte Intensitätsbereich 23.
  • Sobald die Kalibrierkugel 12 durch die Relativbewegung des Messkopfs 13 zur Kalibrierkugel 12 den Pfad des Lichtstrahls 19 wieder verlässt, steigt die Intensität des von der optischen Erfassungseinrichtung 20 erfassten Lichts im vierten Intensitätsbereich 24 wieder auf die maximale Intensität an.
  • Wie sich aus dem Diagramm der 4 ergibt, kann aus dem Verlauf der Intensität gegenüber dem Messweg, der sich durch die Relativbewegung des Messkopfs 13 zur Kalibrierkugel 12 ergibt, der Durchmesser der Kalibrierkugel 12 bestimmt werden, beispielsweise durch Bestimmung der Punkte, in denen die Intensität einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, wie dies durch den Doppelpfeil der 4 dargestellt ist. Darüber hinaus kann die Zentrumsposition der Kalibrierkugel 12 bestimmt werden in dem das Zentrum symmetrisch zu den Intensitätsveränderungen ermittelt wird.
  • Bei Kenntnis der Form und Dimensionen des Referenzkörpers 11 sowie der Position und / oder Ausrichtung des Referenzkörpers 11 kann mit den ermittelten Messdaten beispielsweise hinsichtlich des Durchmessers und der Zentrumsposition der Kalibrierkugel 12 die Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung 20 bestimmt werden und dadurch eine Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung 20 vorgenommen werden.
  • Die Kalibrierung der optischen Erfassungseinrichtung 20 hinsichtlich ihrer Position und / oder Ausrichtung kann durch mehrmalige Wiederholung der Messungen des von der optischen Erfassungseinrichtung 20 erfassten Lichts der Lichtquelle 18 bei Bewegung des Messkopfs 13 relativ zu einem Referenzkörper 11 vorgenommen werden. Hierbei kann die Ausrichtung des Messkopfs 13 und / oder die Bewegungsrichtung des Messkopfs 13 relativ zur Kalibrierkugel 12 verändert werden.
  • Bei der Darstellung der 2 und 3 kann die Bewegung des Messkopfs 13 relativ zur Kalibrierkugel 12 so durchgeführt werden, dass die Kalibrierkugel 12 gemäß der Zeichnung von unten und / oder von der Seite in den Aufnahmeraum zwischen der ersten Halterung 16 und der zweiten Halterung 17 eingeführt wird und der Messkopf 13 sich entsprechend der Darstellung der 2 von oben nach unten bewegt und / oder eine Bewegung in die Zeichenebene hinein oder aus ihr heraus macht. Eine weitere Messung könnte beispielsweise bei einem um 90° verdrehten Messkopf 13 durchgeführt werden, wobei die Drehung des Messkopfs 13 sowohl um eine Drehachse 7, wie sie beim Positioniersystem der 1 gezeigt ist, erfolgen kann, als auch um eine Drehung, um eine horizontale Achse, bei der der Messkopf 13 so gekippt wird, dass die erste und zweite Halterungen 16 und 17 nicht mehr in einer horizontalen Linie nebeneinander angeordnet sind, sondern in einer vertikalen Linie übereinander. Dies ist in der 5 dargestellt. Entsprechend kann nunmehr das Einführen der Kalibrierkugel 12 in den Aufnahmeraum zwischen den beiden Halterungen 16 und 17 durch eine seitliche Bewegung des Messkopfs 13 zu Kalibrierkugel 12 oder bezogen auf die Darstellung der 5 von vorne nach hinten, also senkrecht zur Bildebene erfolgen. Selbstverständlich sind auch weitere Ausrichtungen des Messkopfs 13 und Bewegungsrichtungen denkbar, wie dies beispielsweise auch in der 6 dargestellt ist, wobei auch mehrere Bewegungen in mehreren Bewegungsrichtungen miteinander kombiniert werden können.
  • Die 6 zeigt im Übrigen eine weitere Ausführungsform eines Systems zur Justierung einer optischen Messeinrichtung, bei welchem ein Referenzkörper 11 mit einer transparenten Kalibrierkugel 25 eingesetzt wird. Die transparente Kalibrierkugel 25 erzeugt keine vollständige Abschattung des Lichtstrahls 19 der Lichtquelle 18, sondern sorgt für eine Ablenkung des Lichtstrahls 19 durch entsprechende Brechung des Lichtstrahls 19 an der Kugeloberfläche. Durch die Ablenkung des Lichtstrahls 19 kommt es zu einer Veränderung des Auftreffpunkts des Lichts auf der optischen Erfassungseinrichtung 20, die entsprechend erfasst werden kann. Lediglich beim Auftreffen des Lichtstrahls in der Mitte der Kugel kommt es nicht zu einer Ablenkung des Lichtstrahls. Durch Erfassung des Auftreffpunktes eines durch eine transparente Kalibrierkugel transmittierten Lichtstrahls kann auch mit einer transparenten Kalibrierkugel 25 durch Wechselwirkung des Lichts der Lichtquelle 18 mit der transparenten Kalibrierkugel 25 bei einer relativen Bewegung des Messkopfs 13 zum Referenzkörper 11 eine Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung 20 vorgenommen werden.
  • Nach dem Kalibrieren der optischen Erfassungseinrichtung 20 kann diese zur Justierung der optischen Messeinrichtung verwendet werden. Hierzu wird aus dem Messkopf 13 die Lichtquelle 18 entfernt, wie dies in den 7 und 8 dargestellt ist. Durch die Entfernung der Lichtquelle 18 ergibt sich in der zweiten Halterung 17 eine Durchgangsöffnung 26, sodass die optische Erfassungseinrichtung 20 durch die Durchgangsöffnung 26 für einen Messlichtstrahl (nicht gezeigt) zugänglich ist.
  • Die gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen einen Referenzkörper 11 mit einer bestimmten Form und einer Kalibrierkugel 12 bzw. 25. Allerdings ist für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedenste Referenzkörper mit unterschiedlichsten Formen eingesetzt werden können.
  • Auch der Messkopf ist für verschiedene Gestaltungen offen, solange das Grundprinzip, dass eine insbesondere abnehmbare Lichtquelle 18 einen Lichtstrahl auf eine optische Erfassungseinrichtung durch einen Aufnahmeraum strahlen kann, sodass ein Referenzkörper, der in dem Aufnahmeraum angeordnet werden kann, durch Wechselwirkung mit dem Lichtstrahl 19 vermessen werden kann, eingehalten wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Koordinatenmessgerät
    2
    Portalträger
    3
    Schlitten
    4
    Schienen
    5
    Messkopf
    6
    Stützen
    7
    Träger
    8
    Drehachse
    11
    Referenzkörper
    12
    Kalibrierkugel
    13
    Messkopf
    14
    Anschlusselement
    15
    Grundkörper
    16
    erste Halterung
    16a
    erster Teil der ersten Halterung
    16b
    zweiter Teil der ersten Halterung
    17
    zweite Halterung
    18
    Lichtquelle
    19
    Lichtstrahl
    20
    optische Erfassungseinrichtung
    21
    erster Intensitätsbereich
    22
    zweiter Intensitätsbereich
    23
    dritter Intensitätsbereich
    24
    vierter Intensitätsbereich
    25
    transparente Kalibrierkugel
    26
    Durchgangsöffnung

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Justierung einer optischen Messeinrichtung mit einem Koordinatenmessgerät, welches ein Positioniersystem und einen Messkopf (13) umfasst, der so an dem Positioniersystem angeordnet ist, dass der Messkopf in einem dreidimensionalen Raum an einen beliebigen Punkt bewegt werden kann, wobei der Messkopf eine Lichtquelle (18) und eine optische Erfassungseinrichtung (20) umfasst, die beabstandet zueinander an dem Messkopf (13) angeordnet sind und zwischen sich einen Aufnahmeraum definieren, der so ausgebildet ist, dass das Licht der Lichtquelle (18) durch den Aufnahmeraum strahlen und auf die optische Erfassungseinrichtung (20) treffen kann und dass durch relative Bewegung des Messkopfs zu einem Referenzkörper dieser zumindest teilweise in den Aufnahmeraum des Messkopfs bewegbar ist, sodass es zur Wechselwirkung zwischen dem Lichtstrahl der Lichtquelle und dem Referenzkörper kommen kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (13) drehbar an dem Positioniersystem angeordnet ist und / oder so aufgebaut ist, dass Teile des Messkopfs um mindestens eine, vorzugsweise mehrere senkrecht zueinander und insbesondere senkrecht zur Drehachse (7) bezüglich des Positioniersystems ausgerichtete Drehachsen relativ zueinander verschwenkbar sind.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) und / oder die optische Erfassungseinrichtung (20) vom Messkopf (13) lösbar sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung (20) durch einen CCD - oder CMOS - Sensor gebildet ist und / oder die Lichtquelle (18) ein Laser oder eine LED - Lichtquelle ist.
  5. Messkopf für ein Koordinatenmessgerät, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Anschlusselement (14) für den Anschluss an ein Positioniersystem eines Koordinatenmessgeräts, einem Grundkörper (15), der mit dem Anschlusselement verbunden ist und welcher zwei Halterungen (16,17) aufweist, die beabstandet voneinander angeordnet sind und einen Aufnahmeraum definieren, wobei an der ersten Halterung (16) eine optische Erfassungseinrichtung (20) angeordnet ist und an der zweiten Halterung (17) eine Lichtquelle (18) aufgenommen ist, und zwar so, dass das Licht der Lichtquelle (18) durch den Aufnahmeraum strahlen und auf die optische Erfassungseinrichtung (20) treffen kann, wobei der Aufnahmeraum so ausgebildet ist, dass durch relative Bewegung des Messkopfs zu einem Referenzkörper dieser zumindest teilweise in den Aufnahmeraum des Messkopfs bewegbar ist, sodass es zur Wechselwirkung zwischen dem Lichtstrahl der Lichtquelle und dem Referenzkörper kommen kann.
  6. Messkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) abnehmbar ist, wobei die zweite Halterung (17) so ausgebildet ist, dass, wenn die Lichtquelle abgenommen ist, eine Durchgangsöffnung (26) ausgebildet ist, die ein direktes Bestrahlen der optischen Erfassungseinrichtung (20) mit Licht durch die Durchgangsöffnung ermöglicht.
  7. System zur Justierung einer optischen Messeinrichtung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem Messkopf (5,13) nach einem der Ansprüche 5 oder 6 sowie einem Referenzkörper (11,12), der mit definierter Form an einer bestimmten Position und / oder in einer bestimmten Ausrichtung so angeordnet ist, dass durch relative Bewegung des Messkopfs zu dem Referenzkörper zumindest ein Teil des Referenzkörpers (11,12) in den Aufnahmeraum des Messkopfs (13) bewegbar ist.
  8. Verfahren zur Justierung einer optischen Messeinrichtung unter Verwendung eines Koordinatenmessgeräts, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und / oder einem Messkopf nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und / oder einem System nach Anspruch 7, wobei bei dem Verfahren ein Messkopf (5,13) mit einer optischen Erfassungseinrichtung (20) in einem Positioniersystem des Koordinatenmessgeräts eingesetzt wird, welches ermöglicht den Messkopf zu einem beliebigen Punkt in einem dreidimensionalen Raum zu bewegen, wobei das Verfahren einen Kalibrierschritt umfasst, bei welchem die Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung (20) ermittelt wird, und wobei für den Kalibrierschritt ein Referenzkörper (11,12) bereitgestellt wird, der mittels einer Lichtquelle (18), die am Messkopf (13) angeordnet ist, vermessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkörper (11) aus einem Material gebildet ist, welches für das Licht der Lichtquelle undurchlässig ist oder durchlässig ist, wobei transmittiertes Licht am Referenzkörper gebrochen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkörper (11,12) so ausgebildet ist, dass er in einem Aufnahmeraum, der zwischen Lichtquelle (18) und optischer Erfassungseinrichtung (20) ausgebildet ist, zumindest teilweise aufgenommen werden kann, wobei der Referenzkörper insbesondere eine Kalibrierkugel (12,25) umfasst.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vermessung des Referenzkörpers (11,12) der Messkopf (13) relativ zum Referenzkörper bewegt wird, sodass der Referenzkörper zumindest teilweise in den Aufnahmeraum des Messkopfs gelangt, wobei der Referenzkörper mit dem Licht der Lichtquelle (18) wechselwirkt, sodass durch die Wechselwirkung des Referenzkörpers mit dem Licht der Lichtquelle eine Veränderung der Erfassung des Lichts durch die optische Erfassungseinrichtung (20) erfolgt, wodurch die Position und / oder Ausrichtung zumindest von Teilen des Referenzkörpers bestimmt wird und aus der bekannten Position und / oder Ausrichtung und Form des Referenzkörpers die Position und / oder Ausrichtung der optischen Erfassungseinrichtung ermittelt wird. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vermessung des Referenzkörpers der Messkopf mehrmals relativ zum Referenzkörper bewegt wird und insbesondere mit unterschiedlicher Ausrichtung des Messkopfs (13) bewegt wird, sodass die Lichtstrahlen der Lichtquelle (18) während der Relativbewegung des Messkopfs zum Referenzkörper unterschiedlich zum Referenzkörper
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