DE19713987A1 - Optischer Meßfühler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Meßfühler bzw. eine optische Meß­ lehre oder Meßeinrichtung, die zum Messen von mehr als einer Dimension eines auf einem Tisch angeordneten Objekts sowie zum Bestimmen des Profils des Objekts dient. Hierzu erfaßt der optische Meßfühler Licht, das von dem Objekt reflektiert oder durch dieses hindurchgeleitet wird.

Bekannte optische Meßfühler, die von einem Objekt reflektiertes oder durch diese hindurchgelei­ tetes Licht zum Messen von mehr als einer Dimension und zum Bestimmen des Profils des Objekts erfassen, weisen üblicherweise ein optisches System auf, das oberhalb eines das Objekt tragenden Tisches angeordnet ist und derart betrieben wird, daß es das Objekt zur Bestimmung der Dimensionen bzw. Abmessungen und des Profils des Objekts mit Licht bestrahlt und das reflektierte Licht empfängt.

Bekannte optische Meßfühler mit einer solchen positionsmäßigen Ausgestaltung können ledig­ lich die dem optischen System zugewandte Oberfläche des Objekts betrachten, da das optische System oberhalb des das Objekt tragenden Tisches angeordnet und derart ausgelegt ist, daß es die Lichtstrahlen nach unten aussendet. Anders ausgedrückt, muß das Objekt zur Änderung seiner Haltung und Ausrichtung gedreht werden, wenn die Seitenflächen und die Unterseite des Objekts gemessen werden sollen, da der Meßfühler diese Flächen nur nach einem Wenden des Objekts abtasten kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird im folgenden als Beispiel der Fall betrachtet, daß der jewei­ lige Durchmesser D₁ und D₂ von Löchern 102₁ und 102₂, die in einer Ebene oder Fläche 101 eines zu messenden Objekts 100 eingebracht sind, und auch der Abstand L zwischen diesen Löchern 102₁ und 102₂ gemessen werden sollen und weiterhin die Breite W einer Rille oder Nut 104 gemessen werden soll, die an einer zur Fläche 101 rechtwinklig verlaufenden Ebene oder Fläche 103 ausgebildet ist. Der Benutzer legt zunächst das Objekt 100 derart auf den Tisch auf, daß die Fläche 101 nach oben gewandt ist, und mißt die Durchmesser D₁ und D₂ der jeweiligen Löcher 102₁ und 102₂ sowie den Abstand L zwischen den Löchern. Anschließend dreht er das Objekt 100 auf dem Tisch um 90°, so daß die Fläche 103 nach oben gerichtet ist, bevor er die Breite W der Rille 104 mißt.

Wenn das zu messende Objekt eine Vielzahl von einer Meßbetrachtung zu unterziehenden Ebenen bzw. Flächen aufweist, muß jede Fläche jeweils einzeln nach oben gewendet und zentriert werden, bevor sie tatsächlich ausgemessen werden kann. Der gesamte Meßvorgang ist somit zeitaufwendig und mühsam und daher recht ineffizient.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen optischen Meßfühler zu schaffen, der zur Betrachtung einer Mehrzahl von unterschiedlichen Ebenen eines zu messenden Objekts ohne Änderung der Ausrichtung des auf einem Tisch angeordneten Objekts ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 bzw. 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1 wird der Lichtpfad des Lichts (einschließlich natürlichen Lichts), das von dem zu messenden und auf einem Tisch angeordneten Objekt reflektiert und/oder durch dieses hindurchgelassen wird und in das optische System eintritt, gedreht oder abgelenkt. Falls zum Beispiel der Lichtpfad des an einer ersten von mehreren Objektebenen reflektierten Lichts in eine Richtung umgelenkt wird, entlang derer das Licht verläuft, das von einer zweiten, zur ersten Objektebene rechtwinklig angeordneten Objektebene reflektiert wird, können die beiden sich rechtwinklig schneidenden Ebenen des zu messenden Objekts gleichzeitig betrachtet werden. Auf diese Weise lassen sich eine Mehrzahl von Objekt­ ebenen des zu messenden Objekts zur Ausmessung betrachten, ohne daß die Ausrichtung des auf dem Tisch angeordneten Objekts geändert wird.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Meßfühler geschaffen, der einen Tisch, der zum Tragen eines zu messenden Objekts ausgelegt ist, und ein optisches System enthält, das derart angeordnet ist, daß es relativ zu dem Tisch bewegbar ist und zur Bestrahlung des Objekts von der Oberseite her mit nach unten gerichtetem Licht sowie zum Aufnehmen des von dem auf dem Tisch angeordneten Objekt reflektierten Lichts zur Messung von mehr als einer Dimension und zur Bestimmung des Profils des Objekts auf der Grundlage des durch das optische System erhaltenen Bilds dient, wobei der optische Meßfühler sich durch ein optisches Bauteil zur Bestrahlung einer Seitenfläche des Objekts unter Umlenkung des optischen Pfads des von dem optischen System ausgesandten Lichts und unter Einleitung des von dem Objekt reflektierten Lichts in das optische System auszeichnet.

Bei der vorstehend angegebenen Ausgestaltung wird der Lichtpfad des von dem optischen System nach unten in Richtung zu dem Tisch ausgesandten Lichts durch das optische Bauteil zur Bestrahlung einer Seitenfläche des Objekts mit Licht gewendet bzw. umgelenkt. Der Licht­ pfad des von dem zu messenden Objekt reflektierten Lichts wird ebenfalls für die Einleitung in das optische System umgelenkt, so daß die Seitenfläche des auf dem Tisch angeordneten Objekts betrachtet werden kann und folglich eine oder mehr Dimensionen gemessen und das Profil der Seitenfläche des Objekts bestimmt werden können. Ein Bruchteil des von dem opti­ schen System nach unten in Richtung zu dem Tisch ausgesandten Lichts ist auf die Oberseite des Objekts gerichtet und wird durch dieses reflektiert, so daß es in das optische System eintritt und folglich die Oberseite des Objekts ebenfalls betrachtet werden kann. Dies ermöglicht die Messung von einer oder mehreren Dimensionen und die Bestimmung des Profils der Ober­ seite des Objekts. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Ebenen des Objekts einer Meßbe­ trachtung unterzogen werden, ohne daß die Ausrichtung des auf dem Tisch angeordneten Objekts geändert wird.

Das optische Bauteil kann ein Halbspiegel bzw. halbdurchlässiger Spiegel oder ein Prisma sein. Vorzugsweise weist das optische Bauteil aber im Hinblick auf geringen Kostenaufwand einen den Lichtpfad umlenkenden Spiegel auf.

Ein solcher, den Lichtpfad umlenkender Spiegel kann an dem Tisch oder an dem optischen System angebracht sein. Wenn der den Lichtpfad umlenkende Spiegel an dem optischen System angeordnet ist, ist vorzugsweise das obere Ende des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels schwenkbar an einem unteren Endabschnitt des optischen Systems derart angebracht, daß der Spiegel an einer Achse gelagert ist, die rechtwinklig zu der optischen Achse des optischen Systems verläuft, und der Spiegel zwischen einer parallel zu der optischen Achse des optischen Systems liegenden Position und einer Winkelposition verdrehbar ist, die die optische Achse des optischen Systems schneidet und relativ zu dieser geneigt ist.

Bei dieser Ausgestaltung läßt sich die Oberseite des zu messenden Objekts im normalen Betriebsmodus betrachten, wenn der den Lichtpfad umlenkende Spiegel um seine an dessen oberen Ende angeordnete Achse in eine solche Position gedreht ist, daß er parallel zu der opti­ schen Achse liegt. Demgegenüber läßt sich eine Seitenfläche des Objekts zur Durchführung eines Seitenmeßbetriebs betrachten, wenn der den Lichtpfad umlenkende Spiegel um seine an seinem oberen Ende angeordnete Achse in eine solche Position gedreht ist, daß er die optische Achse des optischen Systems schneidet. Die Auswahl der Betriebsart läßt sich folglich leicht und rasch ausführen. Zur Auswahl der Betriebsart, das heißt zum Drehen des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels, ist der erfindungsgemäße Meßfühler vorzugsweise mit einem Motor zum Hoch klappen des Spiegels versehen, der zum Drehen des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels zwischen einer parallel zu der optischen Achse des optischen Systems verlaufenden Position und einer Winkelposition dient, die die optische Achse des optischen Systems schneidet und relativ zu dieser optischen Achse geneigt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung muß der Spiegel nicht manuell, sondern kann automatisch gedreht werden, so daß die Betriebsartauswahl leicht und rasch durchgeführt werden kann.

Der optische Meßfühler kann auch so ausgelegt sein, daß der den Lichtpfad umlenkende Spiegel um die optische Achse des optischen Systems drehbar ist. In diesem Fall läßt sich mehr als eine Seitenfläche des zu messenden Objekts im Hinblick auf die Bestimmung der Dimensionen und des Profils des Objekts betrachten, ohne daß die Ausrichtung des auf dem Tisch angeordneten Objekts geändert wird. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der erfindungsgemäße optische Meßfühler vorzugsweise mit einem Spiegeldrehmotor zum Drehen des den Lichtpfad umlenken­ den Spiegels (um die optische Achse des optischen Systems) versehen. Die Auswahl der Betriebsart, bei der der den Lichtpfad umlenkende Spiegel zur Betrachtung von mehr als einer Seitenfläche des zu messenden Objekts zu drehen ist, läßt sich in diesem Fall ebenfalls leicht und rasch ausführen.

Das optische System kann jede beliebige Gestaltung aufweisen, vorausgesetzt, daß es dazu ausgelegt ist, Licht von einer Position oberhalb des Tisches nach unten auszusenden und das von dem zu messenden und auf dem Tisch angeordneten Objekt reflektierte Licht zu empfan­ gen. Vorzugsweise weist das optische System aber ein Gehäuse, eine Objektivlinse, die an der Unterseite des Gehäuses angebracht ist, einen Strahlteiler, der an der optischen Achse der Objektivlinse angeordnet ist, und einen Bildaufnehmer auf, der zum Aufnehmen des optischen Bilds dient, das durch das von dem zu messenden Objekt reflektierte Licht erzeugt und zu dem Bildaufnehmer über den Strahlteiler geleitet ist.

Bei der im Patentanspruch 10 angegebenen Ausgestaltung läßt sich die Auswahl der Betriebs­ art, bei der der den Lichtpfad umlenkende Spiegel zur Betrachtung von mehr als einer Seitenflä­ che des zu messenden Objekts gedreht wird, einfach und rasch ausführen, indem ein Koordina­ tentransformationsdatensatz herangezogen bzw. ausgewertet wird, der dem Drehwinkel des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels entspricht, wobei der Drehwinkel des Spiegels durch einen Spiegeldrehwinkel-Sensor ermittelt wird, der zum Erfassen des Drehwinkels des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels um seine optische Achse, oder um die optische Achse des optischen Systems, dient.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Meßfühlers,

Fig. 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht, des optischen Systems, das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eingesetzt wird,

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht, in der das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eingesetzte optische System dargestellt ist,

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, in dem die Steuereinheit des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 veranschaulicht ist,

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bei einer Seitenmessung,

Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht, in der ein weiteres Ausführungsbeispiel eines opti­ schen Meßfühlers gemäß der Erfindung dargestellt ist,

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht, in der der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 eingesetzte Tisch dargestellt ist, der ein auf ihm befindliches, zu messendes Objekt trägt, und

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht, in der ein typisches, zu messendes Objekt darge­ stellt ist, das mit Hilfe eines erfindungsgemäßen optischen Meßfühlers betrachtet werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsformen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfin­ dungsgemäßen optischen Meßfühlers. Der Meßfühler weist einen Hauptkörper 1, der einen hori­ zontalen Abschnitt 1A und einen hochstehenden bzw. vertikalen Abschnitt 1B umfaßt, einen Tisch 2, der an dem horizontalen Abschnitt 1A angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, ein zu messendes Objekt 100 auf seiner Oberseite zu halten, und in Querrichtung und Längsrichtung (entlang der Achsen X und Y) beweglich ist, und ein optisches System 3 auf, das in Vertikal­ richtung (entlang der Achse Z) bewegbar an dem hoch stehenden Abschnitt 1B des Hauptkör­ pers angebracht ist und dazu dient, Licht nach unten (in Richtung auf den Tisch 2) auszusenden und das von dem zu messenden Objekt reflektierte Licht aufzunehmen. Der Tisch 2 und das optische System 3 sind relativ zueinander in drei Richtungen bzw. Dimensionen bewegbar (ent­ lang der Achsen X, Y und Z).

Fig. 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des optischen Systems 3. In Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht des optischen Systems 3 dargestellt, das zur Veranschauli­ chung des Innenbereichs teilweise ausgebrochen gezeigt ist. Das optische System 3 weist ein Gehäuse 11, eine Objektivlinse bzw. ein Objektiv 12, die bzw. das an der Unterseite des Gehäuses 11 angebracht ist, einen Strahlteiler 13, der an der optische Achse der Objektivlinse 12 angebracht ist, eine CCD-Kamera 15 zum Aufnehmen von optischen Bildern und einen Beleuchtungssatz bzw. eine Beleuchtungseinrichtung 16 zum Aussenden von Licht in Richtung zu dem Tisch auf. Die Beleuchtungseinrichtung 16 umfaßt eine nicht gezeigte Lichtquelle, eine optische Faser 17 zum Leiten des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts durch bzw. in das Gehäuse 11, und einen Spiegel 18 zum reflektierenden Umlenken des in das Gehäuse 11 eingeleiteten Lichts in Richtung zu dem Strahlteiler 13.

Ein Spiegelhaltering 21 ist an dem äußeren Bereich bzw. Außenumfang der Objektivlinse 12 in einer solchen Weise angebracht, daß er um die optische Achse herum drehbar ist. Ein den Lichtpfad umlenkender Spiegel 22 ist an der Unterseite des Spiegelhalterings 21 angebracht und dient als ein optisches Bauteil, das den von dem optischen System 3 ausgehenden Lichtpfad derart umlenkt, daß eine Seitenfläche des zu messenden Objekts 100 mit Licht bestrahlbar ist und das von dem zu messenden Objekt 100 reflektierte Licht wieder in das optische System 3 eingeleitet wird. Ein erster und ein zweiter Anschlag 23 und 24 sind ebenfalls an der Unterseite des Spiegelhalterings 21 derart angebracht, daß der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22, der an der Unterseite des Spiegelhalterings 21 an einer rechtwinklig zu der optischen Achse des optischen Systems 3 verlaufenden Achse gehalten ist, zwischen einer Position, an der er an dem ersten Anschlag 23 anliegt (und parallel zu der optischen Achse des optischen Systems 3 orientiert ist) und einer Position drehbar ist, an der er an dem zweiten Anschlag 24 anliegt (und die optische Achse des optischen Systems 3 mit einem Winkel von 45° schneidet).

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Steuereinheit bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel des optischen Meßfühlers, wobei eine Zentraleinheit CPU 41 vorgesehen ist. Diese Zentraleinheit 41 ist mit einer Kathodenstrahlröhren-Anzeige 43 unter Zwischenschaltung eines Anzeigesteuerblocks 42 verbunden sowie mit der Beleuchtungseinrichtung 16 unter Zwischen­ schaltung eines Beleuchtungssteuerblocks 44 gekoppelt. Weiterhin ist die Zentraleinheit 41 mit der CCD-Kamera 1 5 mit Hilfe eines Einzelbildumsetzers "Frame Grabber" 45 verbunden und weiterhin mit einem Spiegelantriebsblock 46, einem X-Achsen-Codierer 47 für die Ermittlung der Position des Tisches 2 entlang der Achse X, einem Y-Achsen-Codierer 48 für die Erfassung der Position des Tisches 2 entlang der Achse Y, einem Z-Achsen-Codierer 49 für die Erfassung der Position des optischen Systems 3 entlang der Achse Z, und mit einem Befehlseingabeblock 50 gekoppelt.

Der Spiegelantriebsblock 46 ist seinerseits mit einem Spiegelhochklapp-Motor 51 zum Hoch­ klappen bzw. Aufwärts bewegen des unteren Endes des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels 22 derart, daß der Spiegel 22 um seine an den oberen Ende angeordnete Drehachse herumge­ schwenkt wird, mit einem Spiegeldrehmotor 52 zum Drehen des Spiegelhalterings 21 um die optische Achse, und mit einem Spiegeldrehwinkel-Sensor 53 zum Erfassen des Drehwinkels des durch den Spiegeldrehmotor 52 gedrehten Spiegelhalterings 21 (und damit des Drehwinkels des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels 22) verbunden.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 dargestellte Ablaufdiagramm erläutert.

Es sei angenommen, daß ein zu messendes Objekt 100 auf dem Tisch 2 derart angeordnet ist, daß die Ebene bzw. Fläche 101 nach oben weist, und daß zuerst die Durchmesser D₁ und D₂ der jeweiligen, in die Fläche 101 eingebrachten Löcher 102₁ und 102₂ in einer "normalen" Betriebsart gemessen werden sollen, und anschließend nach dem Umschalten auf einen Seiten- Meßbetrieb die Breite W der an der Ebene bzw. Fläche 103 ausgebildeten Rille 104 gemessen werden soll.

Bei der normalen Betriebsart liegt der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 an dem ersten Anschlag 23 an und ist daher parallel zu der optischen Achse des optischen System 3 gehalten. Folglich wird das Licht, das von der optischen Faser 17 der Beleuchtungseinrichtung 16 ausge­ sandt wird, durch den Spiegel 18 und den Strahlteiler 13 reflektiert und bestrahlt die Oberseite 101 des zu messenden Objekts 100 nach Durchlaufen der Objektivlinse 12. Das von der Ebene 101 (Oberseite) des zu messenden Objekts 100 reflektierte Licht läuft durch die Objektivlinse 12, den Strahlteiler 13 und eine Tubuslinse 14 und wird dann durch die CCD-Kamera 15 aufge­ nommen, so daß die Durchmesser D₁ und D₂ der jeweiligen Löcher 102₁ und 102₂ in der Fläche (Oberseite) 101 und auch der Abstand L zwischen den Löchern 102₁ und 102₂ bestimmt werden können.

Anschließend wird über den Befehlseingabeblock 50 der Seitenmeßbetrieb ausgewählt. Die Zentraleinheit 41 führt dann einen Meßbetrieb in Übereinstimmung mit dem in Fig. 5 gezeigten Ablaufdiagramm durch. Bei einem Schritt ST1 steuert sie den Spiegelhochklapp-Motor 51 an, damit der Lichtpfad umgelenkt wird. Wenn der Spiegelhochklapp-Motor 51 angesteuert wird, wird der Spiegel 22 bewegt und dreht sich ausgehend von der Position, die in Fig. 3 mit den doppelpunktierten Linien angegeben ist, in die mit durchgezogenen Linien angezeigte Position, so daß das Licht, das aus der Objektivlinse 1 2 austritt, durch den Spiegel 22 im rechten Winkel reflektiert wird (und daher in eine Richtung umgelenkt wird, die im wesentlichen parallel zu der Oberseite des Tisches 2 verläuft), um hierdurch eine Seitenfläche des zu messenden Objekts 100 zu bestrahlen, die in diesem Fall die Fläche 103 ist.

Bei einem Schritt ST2 erfaßt der Spiegeldrehwinkel-Sensor 53 den Drehwinkel des Spiegels 22, wonach die Zentraleinheit 41 zu einem Schritt ST3 fortschreitet, bei dem ein Satz aus Koordina­ tenumwandlungsdaten in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Spiegels 22 eingesetzt wird. Nachfolgend steuert die Zentraleinheit 41 bei einem Schritt ST4 die Durchführung des aktuellen Meßvorgangs, bei dem das Licht, das von der Fläche 103 (Seitenfläche) des zu messenden Objekts 100 reflektiert wird, durch die CCD-Kamera 15 nach Reflexion an dem Spiegel 22 und Durchlaufen der Objektivlinse 12, des Strahlteilers 13 und der Tubuslinse 14 aufgenommen wird, um hierdurch die Breite W der Rille 104 an der Fläche 103 (seitliche Ebene) des zu mes­ senden Objekts zu bestimmen.

Nachfolgend überprüft die Zentraleinheit 41 bei einem Schritt ST5, ob an dem Befehlseingabe­ block 50 ein Spiegeldrehbefehl eingegeben worden ist oder nicht. Falls ein Spiegeldrehbefehl vorhanden ist, schreitet die Zentraleinheit 41 zu dem Schritt ST6 weiter, bei dem der Spiegel­ drehmotor 52 zum Drehen des Spiegelhalterings 21 angesteuert wird, wonach eine Rückkehr zu dem Schritt ST2 stattfindet. Falls andererseits kein Spiegeldrehbefehl vorhanden sein sollte, überprüft die Zentraleinheit 41, ob der Seitenmeßbetrieb beendet ist, und kehrt dann zu dem Schritt ST4 zurück.

Schließlich steuert die Zentraleinheit 41 bei einem Schritt ST8 den Motor 51 derart an, daß der ursprüngliche Lichtpfad wieder hergestellt wird.

Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das optische System 3 an seinem unterseitigen Endabschnitt mit einem den Lichtpfad umlenkenden Spiegel 22 versehen, der zum Umlenken des von dem optischen System ausgehenden Lichtpfads im rechten Winkel und zum Zuführen des reflektierten, entlang des Lichtpfads ankommenden Lichts zu dem optischen System 3 zurück dient. Das von dem optischen System 3 vertikal nach unten ausgesandte Licht wird somit durch den Spiegel 22 reflektiert und pflanzt sich parallel zu der Oberseite des Tisches 2 fort, so daß es die Seite 103 (seitliche Ebene) des zu messenden Objekts 100 bestrahlt. Das von der Ebene (Seitenfläche) 103 des zu messenden Objekts 100 reflektierte Licht wird anschließend durch den Spiegel 22 im rechten Winkel umgelenkt und gelangt in das optische System 3 zurück. Die Ebene (Seitenfläche) 103 des zu messenden und auf dem Tisch 2 angeordneten Objekts 100 läßt sich daher ohne Änderung der Ausrichtung und Haltung des Objekts 100 betrachten und messen, so daß eine oder mehrere Dimensionen bzw. Orientierungslagen des zu messenden Objekts bestimmt werden können.

Ferner ist der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 an seinem oberen Ende schwenkbar an einem unteren Endabschnitt des optischen Systems 3 befestigt, so daß er um eine Achse verschwenkbar ist, die rechtwinklig zu der optischen Achse des optischen Systems 3 verläuft. Der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 ist daher aus der optischen Achse des optischen Systems 3 herausbewegt, wenn er um seine Drehachse in eine solche Position verdreht ist, daß er parallel zu der optischen Achse des optischen Systems 3 gehalten ist. Die oberseitige Fläche 103 des zu messenden Objekts läßt sich daher in diesem Zustand im Normalbetrieb (normale Betriebsart) betrachten und messen, so daß eine oder mehrere Dimensionen oder Abmessungen des Objekts bestimmt werden können. Das Ausführungsbeispiel kann dann einfach und rasch in einen Seitenmeßbetrieb zur Betrachtung einer der Seitenfläche des zu messenden Objekts gebracht werden, indem der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 um seine an seiner Oberseite angebrachte Drehachse herum in eine Position gedreht wird, bei der er um 45° relativ zu der optischen Achse des optischen Systems 3 geneigt ist.

Da der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbei­ spiel durch einen Spiegelhochklapp-Motor 51 drehend angetrieben wird, kann die Auswahl der Betriebsart automatisch in einfacher und rascher Weise durchgeführt werden.

Da ferner ein Spiegelhaltering 21 an dem Außenumfang der Objektivlinse 12 in einer solchen Weise angebracht ist, daß er um die optische Achse des optischen Systems 3 herum drehbar ist, und ferner der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 an dem Spiegelhaltering 21 befestigt ist, ist der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 um die optische Achse des optischen Systems herum drehbar, so daß mehr als eine Seitenfläche des zu messenden und auf dem Tisch 2 angeordneten Objekts 100 betrachtet werden kann, ohne daß die Ausrichtung des zu messen­ den Objekts 100 geändert werden muß.

Bei einer solchen Ausgestaltung, bei der der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 durch den Spiegeldrehmotor 52 drehend angetrieben wird (um die optische Achse des optischen Systems 3 herum), läßt sich mehr als eine Seitenfläche des zu messenden Objekts 100 mit einer einfa­ chen und raschen Umschaltbewegung betrachten.

Da ferner das Ausführungsbeispiel mit einem Spiegeldrehwinkel-Sensor 53 zum Erfassen des Drehwinkels des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels 22 versehen ist, läßt sich mehr als eine Seitenfläche des zu messenden Objekts 100 zum Messen von Dimensionen und Abmessungen sowie des Profils einfach beobachten, wobei ein Koordinatenumwandlungsdatensatz in Überein­ stimmung mit dem jeweiligen Drehwinkel des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels 22 herange­ zogen wird, wobei dieser Drehwinkel des Spiegels 22 bei jeder Drehbewegung durch den Spiegeldrehwinkel-Sensor 53 erfaßt wird.

Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel ist derart ausgestaltet, daß der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 schwenkbar an einem unteren Endbereich des optischen Systems 3 befestigt ist. Der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 kann aber alternativ auch an einem Abschnitt der Oberfläche des Tisches 2 befestigt sein. Zum Messen der Höhe H von Verbinder­ stiften 111 eines in Fig. 6 gezeigten Verbinders 110 kann dieser in einem solchen Fall an einer Position auf der Oberseite des Tisches 2 angeordnet werden, wobei eine Bühne 61 zwischen dem Verbinder 110 und der Oberseite des Tisches 2 angeordnet ist, und es kann der den Licht­ pfad umlenkende Spiegel 22 um 45° geneigt sein, so daß er der zu betrachtenden Seite (der die Verbinderstifte 111 aufweisenden Seite) schräg zugewandt ist. Der Spiegel 22 wird hierbei in diesem Winkel gehalten.

Bei dieser Ausgestaltung wird der den Lichtpfad umlenkende Spiegel 22 zunächst in eine Posi­ tion direkt unterhalb des optischen Systems gebracht, indem der Tisch 2 entlang der Achsen X und Y bewegt wird. Anschließend wird das von dem optischen System 3 abgegebene Licht durch den den Lichtpfad umlenkenden Spiegel 22 im rechten Winkel umgelenkt und schreitet parallel zu der Oberseite des Tisches 2 fort, so daß es die Verbinderstifte 111 des Verbinders 110 bestrahlt. Die Höhe H der Verbinderstifte 111 kann daher auf der Grundlage des von diesen reflektierten Lichts gemessen werden. Falls die Breite der Bühne 61 derart ausgelegt ist, daß sie exakt mit der Breite der Verbinderstifte, bzw. der durch die Verbinderstifte belegten Gesamt­ breite, übereinstimmt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, trifft das durch den den Lichtpfad umlenken­ den Spiegel 22 umgelenkte Licht nicht unerwünschterweise auf die Bühne 61. Es läßt sich ein klares Bild der Kante der Bühne 61 erhalten, wenn deren Oberseite und Seitenflächen derart bearbeitet sind, daß sie nicht reflektierend sind. Die gesamte Gestaltung des vorstehend erläu­ terten Ausführungsbeispiels läßt sich noch weiter vereinfachen, wenn der den Lichtpfad umlen­ kende, bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel eingesetzte Spiegel 22 durch einen Halbspiegel oder ein Prisma ersetzt wird, da in diesem Fall der Antriebsmechanismus zum Antreiben des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels 22 zur Drehung desselben entfallen kann.

Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel sendet das optische System 3 Licht nach unten aus und empfängt das von dem zu messenden Objekt reflektierte Licht. Das optische System 3 muß jedoch nicht zwingend Licht aussenden und kann auch derart ausgelegt sein, daß es lediglich einen Anteil des natürlichen Lichts empfängt, das von dem zu messenden Objekt 100 reflektiert oder durch dieses hindurchgeleitet wird.

Durch den erfindungsgemäßen optischen Meßfühler läßt sich daher mehr als eine Seite eines zu messenden, auf einem Tisch angeordneten Objekts zur Erfassung von Objektabmessungen betrachten, ohne daß die Haltung bzw. Ausrichtung des Objekts geändert wird.

Claims (14)

1. Optischer Meßfühler mit einem Tisch (2) zum Tragen eines zu messenden Objekts (100), und einem optischen System (3), das derart ausgelegt ist, daß es relativ zu dem Tisch (2) beweglich ist und Licht, das von dem auf dem Tisch (2) angeordneten Objekt (100) reflektiert oder durch das Objekt (100) durchgelassen wird, empfängt, wobei auf der Basis des durch das optische System (3) erhaltenen Bilds mehr als eine Dimension des Objekts (100) meßbar und das Profil des Objekts (100) bestimmbar ist, gekennzeichnet durch ein optisches Bauteil (22) zum Umlenken des optischen Pfads des von dem zu messenden Objekt (100) reflektierten oder durch dieses Objekt (100) durchgeleiteten Lichts sowie zum Einleiten des reflektierten oder durchgelassenen Lichts in das optische System (3).

2. Optischer Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (3) das Objekt (100) von einer oberhalb des Objekts befindlichen Position mit nach unten gerichtetem Licht bestrahlt und daß das optische Bauteil (22), das von dem optischen System (3) ausgesandte Licht auf eine Seitenfläche (103) des Objekts (100) umlenkt, und das von dem Objekt reflektierte Licht in das optische System (3) zurückleitet.

3. Optischer Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauteil einen den Lichtpfad umlenkenden Spiegel (22) umfaßt.

4. Optischer Meßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Spiegels (22) schwenkbar an einem unteren Endbereich des optischen Systems (3) derart angebracht ist, daß der Spiegel (22) an einer rechtwinklig zu der optischen Achse des optischen Systems (3) verlaufenden Achse gelagert ist und zwischen einer Position, in der er parallel zu der optischen Achse des optischen Systems (3) liegt, und einer Winkelposition verdrehbar ist, in der er die optische Achse des optischen Systems schneidet und relativ zu der optischen Achse geneigt ist.

5. Optischer Meßfühler nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Spiegel­ hochklapp-Motor (51) zum Drehen des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels (22) zwischen einer Position, in der er parallel zu der optischen Achse des optischen Systems (3) liegt, und einer Winkelposition, in der er die optische Achse des optischen Systems (3) schneidet und relativ zu der optischen Achse geneigt ist.

6. Optischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Lichtpfad umlenkende Spiegel (22) um die optische Achse des optischen Systems (3) drehbar ist.

7. Optischer Meßfühler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Spiegeldrehmo­ tor (52) zum Drehen des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels (22) um die optische Achse des optischen Systems (3).

8. Optischer Meßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Licht­ pfad umlenkende Spiegel (22) an den Tisch (2) angeordnet ist.

9. Optischer Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische System (3) ein Gehäuse (11), eine an dem Boden des Gehäuses (11) angebrachte Objektivlinse (12), einen auf der optischen Achse der Objektivlinse (12) angeordne­ ten Strahlteiler (13) und einen Bildaufnehmer (15) zum Aufnehmen des optischen Bilds, das durch das von dem zu messenden Objekt (100) zu dem Bildaufnehmer (15) über den Strahlteiler (13) reflektierte Licht gebildet ist, umfaßt.

10. Optischer Meßfühler mit einem Tisch (2) zum Halten eines zu messenden Objekts (100), und einem optischen System (3), das derart ausgelegt ist, daß es relativ zu dem Tisch (2) bewegbar ist und das Objekt (100) von einer oberhalb des Objekts befindlichen Position mit nach unten gerichtetem Licht bestrahlen kann sowie das von dem auf dem Tisch (2) angeordne­ ten Objekt (100) reflektierte Licht zur Messung von mehr als einer Dimension und zur Bestim­ mung des Profils des Objekts (100) auf der Grundlage des durch das optische System (3) erhal­ tenen Bilds aufnehmen kann, gekennzeichnet durch
einen Spiegelhaltering (21), der an dem unteren Endbereich des optischen Systems (3) angebracht und um die optische Achse des optischen Systems (3) drehbar ist,
einen den Lichtpfad umlenkenden Spiegel (22), der an dem Spiegelhaltering (21) derart angebracht ist, daß der Spiegel (22) um eine rechtwinklig zu der optischen Achse des optischen Systems (3) verlaufende Achse drehbar ist, um hierdurch den von dem optischen System (3) ausgehenden Lichtpfad zur Bestrahlung einer Seitenfläche (103) des zu messenden Objekts (100) mit Licht umzulenken und das von dem Objekt (100) reflektierte Licht in das optische System zurückzuleiten, und
einen Spiegeldrehwinkel-Sensor (53) zum Erfassen des Drehwinkels der Drehung des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels (22) um die optische Achse.

11. Optischer Meßfühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels (22) schwenkbar an dem Spiegelhaltering (21) derart angebracht ist, daß der Spiegel (22) um eine rechtwinklig zu der optischen Achse des optischen Systems (3) verlaufende Achse drehbar und zwischen einer Position, in der er parallel zu der optischen Achse des optischen Systems (3) liegt, und einer Winkelposition verschwenk­ bar ist, in der er die optische Achse des optischen Systems (3) schneidet und relativ zu der optischen Achse geneigt ist.

12. Optischer Meßfühler nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Spiegel hoch­ klapp-Motor (51) zum Drehen des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels (22) zwischen einer Position, in der er parallel zu der optischen Achse des optischen Systems (3) liegt, und einer Winkelposition, in der er die optische Achse des optischen Systems (3) schneidet und relativ zu der optischen Achse geneigt ist.

13. Optischer Meßfühler nach Anspruch 10, 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen Spiegeldrehmotor (52) zum Drehen des den Lichtpfad umlenkenden Spiegels (22) um die opti­ sche Achse des optischen Systems.

14. Optischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß das optische System (3) ein Gehäuse (11), eine an der Bodenseite des Gehäuses (11) angebrachte Objektivlinse (12), einen an der optischen Achse der Objektivlinse (12) angeordne­ ten Strahlteiler (13) und einen Bildaufnehmer (15) zum Aufnehmen des optischen Bilds aufweist, das durch das an dem Objekt (100) reflektierte Licht erzeugt und zu dem Bildaufneh­ mer (15) über den Strahlteiler (13) geleitet wird.