EP1556667A2 - Arrangement for measuring the geometry or structure of an object - Google Patents

Arrangement for measuring the geometry or structure of an object

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Publication number
EP1556667A2
EP1556667A2 EP03809757A EP03809757A EP1556667A2 EP 1556667 A2 EP1556667 A2 EP 1556667A2 EP 03809757 A EP03809757 A EP 03809757A EP 03809757 A EP03809757 A EP 03809757A EP 1556667 A2 EP1556667 A2 EP 1556667A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lenses
beam path
arrangement according
measuring
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03809757A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralf Christoph
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Werth Messtechnik GmbH
Original Assignee
Werth Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Werth Messtechnik GmbH filed Critical Werth Messtechnik GmbH
Publication of EP1556667A2 publication Critical patent/EP1556667A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for measuring the geometry or structure of an object by means of a coordinate measuring machine with an optical system for recording and imaging a measuring point on at least one optical sensor such as a CCD sensor, the optical system containing at least one displaceable lens group having measuring lenses and wherein at least some of the measuring lenses are each received by a holder.
  • Zoom lenses are particularly suitable as imaging systems for use in image processing systems for measurement technology. Both systems in which only the magnification can be adjusted and systems in which both the magnification and working distance can be adjusted are known (DE 198 16 270.7-52).
  • the object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to provide an arrangement in which the lighting is optimized while avoiding disturbing reflections.
  • the problem is essentially solved in that at least one further lens for imaging a light beam onto the object is arranged in at least some of the receptacles of the at least one displaceable lens group, the first beam path emanating from the measuring lenses on the object side being parallel to that of the at least one another lens outgoing second beam path.
  • a plurality of beam paths are combined in parallel within a mechanical structure of at least one, preferably a plurality of adjustable lens groups for setting the imaging scale and / or the working distance, in particular a zoom lens.
  • the optical axis of the measuring lenses runs parallel to the optical axis of the imaging lenses in the region of the displaceable lens groups.
  • the beam passing through the illuminating lenses is deflected into the optical axis of the measuring lenses. This can be done using mirrors or beam splitters.
  • zoom optics with adjustable lenses suitable for enlargement or working distance changes are distinguished by the fact that the imaging lenses for two or more parallel imaging beam paths are accommodated in each lens receptacle.
  • One beam path can be optimized for the requirements of image processing imaging optics and a second beam path for the requirements of bright field illumination.
  • one beam path is optimized according to the requirements of an image processing optics and another according to the requirements of a laser distance sensor.
  • the corresponding beams pass through separate lenses, which are however taken up by common receptacles, which in turn are designed to be adjustable to the desired extent and according to the requirements, as can be seen in principle both from DE 198 16 270 AI or DE 10049 303 AI.
  • More than two lenses can also be accommodated in one and the same receptacle, with one beam path being designed for the requirements of image processing optics, one beam path for the requirements of a laser distance sensor and one beam path for the requirements of bright field incident light illumination.
  • the corresponding lenses are integrated in the corresponding receptacles.
  • the lenses present in the respective recordings can have the same optical properties, but the coating can be optimized with regard to the use of differently colored light.
  • high-quality optical systems with basically the same nominal parameters can be selected for the optics, that is to say the lenses for the image processing beam path and for the other beam paths or those of lower value.
  • optical beam paths should be combined into a common beam path by a deflection system in the front area of the optics, ie on the object side.
  • Mirror systems or radiation splitters should preferably be mentioned.
  • a displaceable diaphragm can be integrated, which is arranged at the respective location required for the setting of the object in such a way that a telecentric optical system can be implemented.
  • a so-called telecenter aperture can be poured into and out of the optical beam path as required.
  • the realization of a telecenter aperture can also be effectively brought into the beam path by opening and closing.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an optic
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine.
  • FIG. 3 shows a coordinate measuring machine 100 with a base frame 2 consisting for example of granite.
  • a measuring table 104 is arranged on this, on which there is a non-workpiece 105 that is to be measured.
  • a portal 106 is arranged to be adjustable along the base frame 102 in the Y direction of the coordinate measuring machine 100.
  • columns or stands 108, 110 are slidably supported on the base frame 102.
  • a crossmember 112 extends from the columns 108, 110, along which, in the exemplary embodiment in the X direction of the coordinate measuring machine, a carriage 114 is adjustably arranged, which in turn accommodates a quill or column 116 which is adjustable in the Z-axis direction.
  • a sensor system 118 which is described in more detail in FIGS. 1 and 2, emanates from the sleeve or column 116 or from an interchangeable interface provided thereon in order to measure the workpiece 105 arranged on the measuring table 104.
  • the sensor system 118 comprises a first lens group 10 and a second lens group 12.
  • Each lens group 10, 12 has a plurality of lenses 14, 16 or 18, 20 or 22, 24, a plurality of lenses in each case from one joint recording 26, 28, 30 go out.
  • the lenses 18, 20 proceed from the receptacle 26, the lenses 14, 16 from the receptacle 28 and the lenses 22, 24 from the receptacle 30. If only two lenses per image are shown in the exemplary embodiment, then more than two lenses can also be present in each image according to the requirements.
  • the lenses 14, 16, 18, 20, 22, 24 present in the receptacles 26, 28, 30 are aligned with one another in such a way that beam paths running parallel to one another can be formed.
  • the lenses 14, 18, 22 are arranged in a first row and the lenses 16, 20, 24 in a second row, each with a common optical axis 32, 34.
  • the lenses 14, 18, 22 are designed with zoom optics in order to measure an object 38 - the workpiece 38 in the illustration in FIG. 3 - by means of an optical sensor such as a CCD sensor 36 or camera.
  • the recordings 26, 28 are adjustable, as indicated by the arrows.
  • a light source 38 is assigned to the lenses 16, 20, 24 aligned along the optical axis 34.
  • the beam passing through the lenses 24, 16, 28 is then deflected onto the object 38 via a mirror 40 and a beam splitter 24 as well as a further fixed lens 44 running on the object side.
  • the light beam originating from the illumination source 38 and the beam required for the measurement by means of the CCD sensor thus strike the same measurement point of the object 38.
  • the exemplary embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that a beam 46 running parallel to a measuring beam 44 is deflected into the optical beam 44 outside of lenses via a mirror 48 and a beam splitter 50 in the exemplary embodiment.
  • the light beams 44, 46 thus strike the same point 52 of an object 54. 2 along an optical axis 56 of lenses 58, 60, 62, 64, which are aligned with an optical sensor such as a CCD sensor 66.
  • the lenses 58, 60, 62, 64 also proceed from receptacles 68, 70, 72, 74, in which lenses 76, 78, 80, 82 are arranged, via which the beam 46 is imaged.
  • the lenses 76, 78, 80, 88 can be intended for bright field illumination or a laser distance sensor.
  • the receptacles 70, 72 are adjustable (see arrows).
  • the teaching according to the invention avoids the disadvantages inherent in the prior art, in particular undesirable scattered light or light reflection
  • Different requirements can be met with different lens groups without additional mechanical expenditure.
  • the lenses 58, 76 and 64, 68 starting from the receptacles 68, 74 are fixed and the lenses 60, 78 and 62, 80 starting from the receptacles 70, 72 are arranged to be movable relative to one another, for example by an enlargement or working distance in to be able to change the desired scope.
  • Measurements with a laser distance sensor or for a bright-field incident light measurement are integrated without sacrificing quality.
  • the images taken by the sensor 36 are processed in the usual way.
  • the images recorded by the CCD sensor 36 can e.g. B. digitized in an interface card in a computer.
  • the image is then available in the computer so that it can be accessed for image processing purposes.
  • These include numerical methods for simple image enhancement such as noise reduction or contrast enhancement as well as more complex methods for automatic feature extraction or pattern recognition.
  • the image processing computer can be a PC, a workstation or a parallel computer architecture.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

The invention relates to an arrangement for measuring the geometry or structure of an object (38), by means of a co-ordinate measuring device with an optical system for recording and reproduction of a measured point on at least one optical sensor (36), whereby the optical system has at least one displaceable lens group (10, 12) comprising at least one measuring lens (14, 18, 22) and at least some of the measuring lenses are supported in a housing (26, 28, 30). At least one further lens is arranged in at least some of the housings for supporting the measuring lenses of the at least one displaceable lens group, for the focussing of a light beam on the object.

Description

Beschreibungdescription
Anordnung zur Messung der Geometrie bzw. Struktur eines ObjektesArrangement for measuring the geometry or structure of an object
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der Geometrie bzw. Struktur eines Objektes mittels eines Koordinatenmessgerätes mit einem optischen System zur Erfassung und Abbildung eines Messpunktes auf wenigstens einen optischen Sensor wie CCD-Sensor, wobei das optische System zumindest eine Messlinsen aufweisende verschiebbare Linsengruppe enthält und wobei zumindest einige der Messlinsen jeweils von einer Aufnahme aufgenommen sind.The invention relates to an arrangement for measuring the geometry or structure of an object by means of a coordinate measuring machine with an optical system for recording and imaging a measuring point on at least one optical sensor such as a CCD sensor, the optical system containing at least one displaceable lens group having measuring lenses and wherein at least some of the measuring lenses are each received by a holder.
Für den Einsatz in Bildverarbeitungssystemen für die Messtechnik eignen sich insbesondere Zoom-Objektive als Abbildungssysteme. Bekannt sind hierbei sowohl Systeme, bei denen nur die Vergrößerung verstellt werden kann, als auch Systeme, bei denen sowohl Vergrößerung und Arbeitsabstand verstellt werden können (DE 198 16 270.7-52).Zoom lenses are particularly suitable as imaging systems for use in image processing systems for measurement technology. Both systems in which only the magnification can be adjusted and systems in which both the magnification and working distance can be adjusted are known (DE 198 16 270.7-52).
Beim Einsatz solcher Systeme ist es gleichfalls erforderlich, eine Beleuchtung der Messobjekte senkrecht von oben zu erzielen. Dies erfolgt bei sogenannten Hellfeld- Auflicht-Beleuchtungen durch Einspiegelung eines Beleuchtungsstrahlengangs in die Zoom-Optik. Hiermit verbunden ist oft der Nachteil, dass Beleuchtungslichtreflexionen an einzelnen optischen Grenzflächen auftreten und somit Falschlicht im Abbildungsstrahlengang die Bildqualität verschlechtert. Um dieses zu vermeiden, kann die Beleuchtung separat angeordnet werden. Das führt dazu, dass Beleuchtungsintensität und Beleuchtungsfleckgröße nicht dem jeweiligen Abbildungsmaßstab der Zoom-Optik an- gepasst sind.When using such systems, it is also necessary to achieve vertical illumination of the test objects from above. In so-called bright-field incident light illuminations, this is done by reflecting an illumination beam path into the zoom optics. This is often associated with the disadvantage that illuminating light reflections occur at individual optical interfaces and thus false light in the imaging beam path deteriorates the image quality. To avoid this, the lighting can be arranged separately. As a result, the lighting intensity and the size of the lighting spot are not adapted to the respective imaging scale of the zoom optics.
Es sind ebenfalls Systeme bekannt, bei denen Abstandssensoren, wie Laser- Abstandssensoren, mit in das optische System integriert werden (DE 100 49 303 AI, DE 38 06 606 C2). Auch hier bereitet es Schwierigkeiten, die optischen Eigenschaften der Zoom-Optik sowohl auf die Anforderung der Bildverarbeitung und die Anforderung der Lasersensorik zu optimieren. Durch separate Einspiegelung wird dieses Problem wiederum teilweise gelöst, jedoch mit dem Nachteil der geringeren Flexibilität erkauft, da keine Zoom-entsprechende Verstellung erfolgt.Systems are also known in which distance sensors, such as laser distance sensors, are also integrated into the optical system (DE 100 49 303 AI, DE 38 06 606 C2). Here, too, it is difficult to optimize the optical properties of the zoom optics to meet both the requirements of image processing and the requirements of laser sensors. This problem is again partially solved by separate reflection, but bought with the disadvantage of less flexibility, since there is no adjustment corresponding to zoom.
Die DE 100 56 073 AI sowie die US-A 4,277,130 beziehen sich auf Stereo-Zoom- Optiken. Dabei sind optische Systeme derart zueinander ausgerichtet, dass die von jedem Teilsystem durchsetzten Strahlengänge unter einem spitzen Winkel zueinander auf einen gemeinsamen Scharfpunkt ausgerichtet sind.DE 100 56 073 AI and US-A 4,277,130 relate to stereo zoom optics. Optical systems are aligned with one another in such a way that the beam paths penetrated by each subsystem are aligned at an acute angle to one another at a common focus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung zur Verfügung zu stellen, bei der eine Optimierung der Beleuchtung unter Vermeidung störender Reflexe erfolgt.The object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to provide an arrangement in which the lighting is optimized while avoiding disturbing reflections.
Das Problem wird erfϊndungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass in zumindest einigen der die Messlinsen aufnehmenden Aufnahmen der zumindest einen verschiebbaren Linsengruppe zumindest eine weitere Linse zum Abbilden eines Lichtstrahls auf das Objekt angeordnet ist, wobei von den Messlinsen ausgehender erster Strahlengang objektseitig parallel zum von der zumindest einen weiteren Linse ausgehenden zweiten Strahlengang verläuft. Erfindungsgemäß werden innerhalb eines Mechanikaufbaus von zumindest einer, vorzugsweise mehrerer verstellbarer Linsengruppe zum Einstellen des Abbildungsmaßstabes und/oder des Arbeitsabstandes, insbesondere einer Zoom-Optik, mehrere Strahlengänge parallel zusammengefasst. Dabei verläuft die optische Achse der Messlinsen parallel zur optischen Achse der Abbildungslinsen im Bereich der verschiebbaren Linsengruppen. Unterhalb der verschiebbaren Linsengruppe, also objektseitig wird dann, wenn die Aufnahmen Messlinsen und als weitere Linsen solche zur Beleuchtung des zu aussenden Objektes enthalten, der die Beleuchtungslinsen durchsetzende Strahl in die optische Achse der Messlinsen umgelenkt. Dies kann mittels Spiegeln bzw. Strahlteilern erfolgen.According to the invention, the problem is essentially solved in that at least one further lens for imaging a light beam onto the object is arranged in at least some of the receptacles of the at least one displaceable lens group, the first beam path emanating from the measuring lenses on the object side being parallel to that of the at least one another lens outgoing second beam path. According to the invention, a plurality of beam paths are combined in parallel within a mechanical structure of at least one, preferably a plurality of adjustable lens groups for setting the imaging scale and / or the working distance, in particular a zoom lens. The optical axis of the measuring lenses runs parallel to the optical axis of the imaging lenses in the region of the displaceable lens groups. Below the displaceable lens group, ie on the object side, when the recordings contain measuring lenses and, as further lenses, those for illuminating the object to be emitted, the beam passing through the illuminating lenses is deflected into the optical axis of the measuring lenses. This can be done using mirrors or beam splitters.
Es kann so der Mechanikaufwand für das Gesamtsystem konstant gehalten werden und gleichzeitig können die unterschiedlichen Anforderungen mit unterschiedlichen Linsengruppen erfüllt werden. Insbesondere zeichnet sich eine Zoom-Optik mit zu Vergröße- rungs- bzw. Arbeitsabstandsänderungen geeigneten verstellbaren Linsen dadurch aus, dass in jeder Linsenaufnahme die Abbildungslinsen für zwei oder mehrere parallel verlaufende Abbildungsstrahlengänge aufgenommen werden. Dabei kann ein Strahlengang für die Erfordernisse einer Bildverarbeitungsabbildungsoptik und ein zweiter Strahlengang für die Erfordernisse einer Hellfeldbeleuchtung optimiert werden. Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Strahlengang nach den Erfordernissen einer Bildverarbeitungsoptik und ein weiterer nach den Erfordernissen eines Laserabstandssensors optimiert wird. Die entsprechenden Strahlen durchsetzen getrennte, jedoch von gemeinsamen Aufnahmen aufgenommene Linsen, die ihrerseits im gewünschten Umfang und den Anforderungen entsprechend verstellbar ausgebildet sind, wie dies rein prinzipiell sowohl der DE 198 16 270 AI oder der DE 10049 303 AI zu entnehmen ist.The mechanical outlay for the overall system can thus be kept constant and at the same time the different requirements can be met with different lens groups. In particular, zoom optics with adjustable lenses suitable for enlargement or working distance changes are distinguished by the fact that the imaging lenses for two or more parallel imaging beam paths are accommodated in each lens receptacle. One beam path can be optimized for the requirements of image processing imaging optics and a second beam path for the requirements of bright field illumination. Furthermore, it is provided that one beam path is optimized according to the requirements of an image processing optics and another according to the requirements of a laser distance sensor. The corresponding beams pass through separate lenses, which are however taken up by common receptacles, which in turn are designed to be adjustable to the desired extent and according to the requirements, as can be seen in principle both from DE 198 16 270 AI or DE 10049 303 AI.
Auch können mehr als zwei Linsen in ein und derselben Aufnahme aufgenommen sein, wobei ein Strahlengang den Erfordernissen einer Bildverarbeitungsoptik, ein Strahlengang nach den Erfordernissen eines Laserabstandssensors und ein Strahlengang nach den Erfordernissen einer Hellfeld-Auflicht-Beleuchtung ausgelegt ist. Die entsprechenden Linsen sind in entsprechenden Aufnahmen integriert. Die in den jeweiligen Aufnahmen vorhandenen Linsen können gleiche optische Eigenschaften aufweisen, jedoch kann hinsichtlich der Benutzung unterschiedlich farbigen Lichts die Vergütung optimiert sein.More than two lenses can also be accommodated in one and the same receptacle, with one beam path being designed for the requirements of image processing optics, one beam path for the requirements of a laser distance sensor and one beam path for the requirements of bright field incident light illumination. The corresponding lenses are integrated in the corresponding receptacles. The lenses present in the respective recordings can have the same optical properties, but the coating can be optimized with regard to the use of differently colored light.
Des Weiteren können für die Optik, also die Linsen für den Bildverarbeitungsstrahlen- gang hochwertig und für den bzw. die anderen Strahlengänge geringerwertig optische Systeme mit prinzipiell gleichen Nennparametern gewählt werden.Furthermore, high-quality optical systems with basically the same nominal parameters can be selected for the optics, that is to say the lenses for the image processing beam path and for the other beam paths or those of lower value.
Ferner sollten die optischen Strahlengänge durch ein Umlenksystem im Frontbereich der Optik, also objektseitig zu einem gemeinsamen Strahlengang zusammengefasst werden. Bevorzugt sind Spiegelsysteme bzw. Strahlungsteiler zu nennen.Furthermore, the optical beam paths should be combined into a common beam path by a deflection system in the front area of the optics, ie on the object side. Mirror systems or radiation splitters should preferably be mentioned.
Des Weiteren kann zusätzlich zu den verschiebbaren Linsenbaugruppen eine verschiebbare Blende integriert sein, die an dem jeweiligen für die Einstellung des Objekts erforderlichen Ort so angeordnet ist, dass ein telezentrisches optisches System realisierbar ist.Furthermore, in addition to the displaceable lens assemblies, a displaceable diaphragm can be integrated, which is arranged at the respective location required for the setting of the object in such a way that a telecentric optical system can be implemented.
Auch besteht die Möglichkeit, dass eine sogenannte Telezenterblende in den optischen Strahlengang bedarfsweise ein- und ausgeschenkt wird. Die Realisierung einer Telezenterblende kann auch durch Öffnen und Schließen wirksam in den Strahlengang eingebracht werden.There is also the possibility that a so-called telecenter aperture can be poured into and out of the optical beam path as required. The realization of a telecenter aperture can also be effectively brought into the beam path by opening and closing.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.Embodiments of the invention result from the further claims.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further details, advantages and features of the invention result not only from the claims, the features to be extracted from them - by themselves and / or in combination - but also from the following description of a preferred embodiment to be taken from the drawings. Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Optik,1 shows a first embodiment of an optical system,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Optik undFig. 2 shows a second embodiment of an optic and
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Koordinatenmesgerätes.Fig. 3 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine.
Der Fig. 3 ist rein prinzipiell ein Koordinatenmessgerät 100 mit zum Beispiel aus Granit bestehendem Grundrahmen 2 zu entnehmen. Auf diesem ist ein Messtisch 104 angeordnet, auf dem sich ein nicht Werkstück 105 befindet, das zu messen ist.In principle, FIG. 3 shows a coordinate measuring machine 100 with a base frame 2 consisting for example of granite. A measuring table 104 is arranged on this, on which there is a non-workpiece 105 that is to be measured.
Entlang dem Grundrahmen 102 ist ein Portal 106 in Y-Richtung des Koordinatenmess- gerätes 100 verstellbar angeordnet. Hierzu sind Säulen oder Ständer 108, 110 gleitend auf dem Grundrahmen 102 abgestützt. Von den Säulen 108, 110 geht eine Traverse 112 aus, entlang der, also im Ausführungsbeispiel in X-Richtung des Koordinatenmessgerä- tes ein Schlitten 114 verstellbar angeordnet ist, der seinerseits eine Pinole oder Säule 116 aufnimmt, die in Z-Achsenrichtung verstellbar ist. Von der Pinole oder Säule 116 bzw. einer an dieser vorhandenen Wechselschnittstelle geht ein Sensorsystem 118 aus, das in den Fig. 1 und 2 näher beschrieben ist, um das auf dem Messtisch 104 angeordnete Werkstück 105 zu messen.A portal 106 is arranged to be adjustable along the base frame 102 in the Y direction of the coordinate measuring machine 100. For this purpose, columns or stands 108, 110 are slidably supported on the base frame 102. A crossmember 112 extends from the columns 108, 110, along which, in the exemplary embodiment in the X direction of the coordinate measuring machine, a carriage 114 is adjustably arranged, which in turn accommodates a quill or column 116 which is adjustable in the Z-axis direction. A sensor system 118, which is described in more detail in FIGS. 1 and 2, emanates from the sleeve or column 116 or from an interchangeable interface provided thereon in order to measure the workpiece 105 arranged on the measuring table 104.
Das Sensorsystem 118 umfasst entsprechend im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eine erste Linsengruppe 10 und eine zweite Linsengruppe 12. Jede Linsengruppe 10, 12 weist mehrere Linsen 14, 16 bzw. 18, 20 bzw. 22, 24 auf, wobei mehrere Linsen jeweils von einer gemeinsamen Aufnahme 26, 28, 30 ausgehen. Im Ausführungsbeispiel gehen von der Aufnahme 26 die Linsen 18, 20, von der Aufnahme 28 die Linsen 14, 16 und von der Aufnahme 30 die Linsen 22, 24 aus. Sind im Ausführungsbeispiel nur zwei Linsen pro Aufnahme dargestellt, so können entsprechend den Anforderungen auch mehr als zwei Linsen in jeder Aufnahme vorhanden sein. Die in den Aufnahmen 26, 28, 30 vorhandenen Linsen 14, 16, 18, 20, 22, 24 sind zueinander derart ausgerichtet, dass parallel zueinander verlaufende Strahlengänge ausbildbar sind. So sind nach der Fig. 1 die Linsen 14, 18, 22 in einer ersten Reihe und die Linsen 16, 20, 24 in einer zweiten Reihe mit jeweils gemeinsamer optischer Achse 32, 34 angeordnet. Dabei sind die Linsen 14, 18, 22 mit einer Zoomoptik ausgelegt, um mittels eines optischen Sensors wie CCD-Sensor 36 bzw. Kamera eine Objekt 38 - in der Darstellung der Fig. 3 das Werkstück 38 - zu messen. Die Aufnahmen 26, 28 sind verstellbar, wie durch die Pfeile angedeutet wird.Correspondingly, in the exemplary embodiment in FIG. 1, the sensor system 118 comprises a first lens group 10 and a second lens group 12. Each lens group 10, 12 has a plurality of lenses 14, 16 or 18, 20 or 22, 24, a plurality of lenses in each case from one joint recording 26, 28, 30 go out. In the exemplary embodiment, the lenses 18, 20 proceed from the receptacle 26, the lenses 14, 16 from the receptacle 28 and the lenses 22, 24 from the receptacle 30. If only two lenses per image are shown in the exemplary embodiment, then more than two lenses can also be present in each image according to the requirements. The lenses 14, 16, 18, 20, 22, 24 present in the receptacles 26, 28, 30 are aligned with one another in such a way that beam paths running parallel to one another can be formed. 1, the lenses 14, 18, 22 are arranged in a first row and the lenses 16, 20, 24 in a second row, each with a common optical axis 32, 34. The lenses 14, 18, 22 are designed with zoom optics in order to measure an object 38 - the workpiece 38 in the illustration in FIG. 3 - by means of an optical sensor such as a CCD sensor 36 or camera. The recordings 26, 28 are adjustable, as indicated by the arrows.
Um das Objekt 38 in Hellfeld- Auflichtbeleuchtung messen zu können, ist den entlang der optischen Achse 34 ausgerichteten Linsen 16, 20, 24 eine Lichtquelle 38 zugeordnet. Der die Linsen 24, 16, 28 durchsetzende Strahl wird sodann über einen Spiegel 40 und einen Strahlenteiler 24 sowie eine weitere objektseitig verlaufende feststehende Linse 44 auf das Objekt 38 umgelenkt. Somit treffen der von der Beleuchtungsquelle 38 stammende Lichtstrahl und der für die Messung mittels des CCD-Sensors erforderlich Strahl auf den gleichen Messpunkt des Objektes 38 auf.In order to be able to measure the object 38 in bright-field incident light illumination, a light source 38 is assigned to the lenses 16, 20, 24 aligned along the optical axis 34. The beam passing through the lenses 24, 16, 28 is then deflected onto the object 38 via a mirror 40 and a beam splitter 24 as well as a further fixed lens 44 running on the object side. The light beam originating from the illumination source 38 and the beam required for the measurement by means of the CCD sensor thus strike the same measurement point of the object 38.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 dahingehend, dass ein parallel zu einem Messstrahl 44 verlaufender Strahl 46 außerhalb von Linsen über im Ausführungsbeispiel einen Spiegel 48 sowie einen Strahlenteiler 50 in den optischen Strahl 44 umgelenkt wird. Somit treffen die Lichtstrahlen 44, 46 im selben Punkt 52 eines Objektes 54 auf. Der Messstrahl verläuft im Ausfuhrungsbei spiel der Fig. 2 entlang einer optischen Achse 56 von Linsen 58, 60, 62, 64, die auf einen optischen Sensor wie CCD-Sensor 66 ausgerichtet sind. Femer gehen die Linsen 58, 60, 62, 64 von Aufnahmen 68, 70, 72, 74 aus, in denen Linsen 76, 78, 80, 82 angeordnet sind, über die der Strahl 46 abgebildet wird. Die Linsen 76, 78, 80, 88 können dabei für eine Hell- feld-Aufiichtbeleuchtung oder einen Laserabstandssensor bestimmt sein.The exemplary embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that a beam 46 running parallel to a measuring beam 44 is deflected into the optical beam 44 outside of lenses via a mirror 48 and a beam splitter 50 in the exemplary embodiment. The light beams 44, 46 thus strike the same point 52 of an object 54. 2 along an optical axis 56 of lenses 58, 60, 62, 64, which are aligned with an optical sensor such as a CCD sensor 66. The lenses 58, 60, 62, 64 also proceed from receptacles 68, 70, 72, 74, in which lenses 76, 78, 80, 82 are arranged, via which the beam 46 is imaged. The lenses 76, 78, 80, 88 can be intended for bright field illumination or a laser distance sensor.
Die Aufnahmen 70, 72 sind verstellbar (s. Pfeile).The receptacles 70, 72 are adjustable (see arrows).
Durch die erfindungsgemäße Lehre werden die dem Stand der Technik immanenten Nachteile insbesondere unerwünschten Streulichts bzw. Lichtreflexion vermieden und es kann ohne zusätzlichen Mechanikaufwand unterschiedlichen Anforderungen mit unterschiedlichen Linsengruppen entsprochen werden. Dabei sind die von den Aufnahmen 68, 74 ausgehenden Linsen 58, 76 bzw. 64, 68 fest und die von den Aufnahmen 70, 72 ausgehenden Linsen 60, 78 bzw. 62, 80 beweglich zueinander angeordnet, um z.B. Vergrößerungs- bzw. Arbeitsabstand im gewünschten Umfang verändern zu können. Messungen mit einem Laserabstandssensor bzw. für eine Hellfeld- Auflichtbeleuchtungsmessung werden integriert, ohne dass Einbußen hinsichtlich der Güte in Kauf genommen werden müssen.The teaching according to the invention avoids the disadvantages inherent in the prior art, in particular undesirable scattered light or light reflection Different requirements can be met with different lens groups without additional mechanical expenditure. In this case, the lenses 58, 76 and 64, 68 starting from the receptacles 68, 74 are fixed and the lenses 60, 78 and 62, 80 starting from the receptacles 70, 72 are arranged to be movable relative to one another, for example by an enlargement or working distance in to be able to change the desired scope. Measurements with a laser distance sensor or for a bright-field incident light measurement are integrated without sacrificing quality.
Die Verarbeitung der von dem Sensor 36 erfolgten Bilder erfolgt in gewohnter Weise. So können die von dem CCD-Sensor 36 aufgenommenen Bilder z. B. in einer Interface- Karte in einem Rechner digitalisiert werden. Das Bild steht sodann im Rechner zur Verfügung, um für Bildverarbeitungszwecke zugreifen zu können. Diese umfassen numerische Verfahren zur einfachen Bildverbesserung wie Rauschminderung oder Kontrastanhebung sowie komplexere Verfahren zur automatischen Merkmalextraktion oder Mustererkennung. Der Bildverarbeitungsrechner kann je nach Anforderung ein PC, eine Workstation oder eine parallele Rechnerarchitektur sein. The images taken by the sensor 36 are processed in the usual way. Thus, the images recorded by the CCD sensor 36 can e.g. B. digitized in an interface card in a computer. The image is then available in the computer so that it can be accessed for image processing purposes. These include numerical methods for simple image enhancement such as noise reduction or contrast enhancement as well as more complex methods for automatic feature extraction or pattern recognition. Depending on the requirements, the image processing computer can be a PC, a workstation or a parallel computer architecture.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Messung der Geometrie bzw. Struktur eines Objektes (38) mittels eines Koordinatenmessgerätes (100) mit einem optischen System zur Erfassung und Abbildung eines Messpunktes auf wenigstens einen optischen Sensor (36) wie CCD-Sensor, wobei das optische System zumindest eine Messlinsen (14, 18, 22, 58, 60, 62, 64) aufweisende verschiebbare Linsengruppe enthält und wobei zumindest einige der Messlinsen jeweils von einer Aufnahme (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) aufgenommen sind, d adurch gekennzeichnet , dass in zumindest einigen der die Messlinsen (14, 18, 22, 58, 60, 62, 64) aufnehmenden Aufnahmen (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) der zumindest einen verschiebbaren Linsengruppe zumindest eine weitere Linse (16, 20, 24, 76, 78, 80, 88) zum Abbilden eines Lichtstrahls auf das Objekt (38) angeordnet ist, wobei von den Messlinsen ausgehender erster Strahlengang objektseitig parallel zum von der zumindest einen weiteren Linse ausgehenden zweiten Strahlengang verläuft.1. Arrangement for measuring the geometry or structure of an object (38) by means of a coordinate measuring machine (100) with an optical system for detecting and imaging a measuring point on at least one optical sensor (36) such as a CCD sensor, the optical system at least one Contains measuring lenses (14, 18, 22, 58, 60, 62, 64) having a displaceable lens group and wherein at least some of the measuring lenses are each received by a receptacle (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) characterized in that in at least some of the receptacles (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) receiving the measuring lenses (14, 18, 22, 58, 60, 62, 64) of the at least one displaceable lens group, at least one further lens (16, 20, 24, 76, 78, 80, 88) is arranged for imaging a light beam onto the object (38), the first beam path emanating from the measuring lenses running on the object side parallel to the second beam path emanating from the at least one further lens.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , d a d urch g ek ennze i chn et, dass der erste Strahlengang ein Bildverarbeitungsstrahlengang und/oder der zweite Strahlengang ein Beleuchtungsstrahlengang eines Hellfeldauflichts oder ein Laserabstandssensorstrahlengang ist.2. Arrangement according to claim 1, so that the first beam path is an image processing beam path and / or the second beam path is an illuminating beam path of a bright-field incident light or a laser distance sensor beam path.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rch g ek enn ze i chn et, dass sich der erste und der zweite Strahlengang und gegebenenfalls ein weiterer in den Aufnahmen (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) angeordnete Linsen durchsetzender Strahlengang in oder in etwa in einem Punkt des Objektes (38) auftreffen. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, so that the first and second beam paths and optionally another one arranged in the receptacles (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) are arranged The ray path passing through the lenses strikes at or approximately at a point of the object (38).
4. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennze i c hn et, dass in jeder Aufnahme (26, 28, 30, 68, 70, 7274) der Messlinsen (14, 18, 20, 58, 60, 62, 64) der verschiebbaren Linsengruppe zumindest eine weitere Linse (16, 20, 24, 76, 78, 80, 88) wie Abbildungslinse angeordnet ist.4. Arrangement according to at least one of the preceding claims, since by marked ic hn et that in each receptacle (26, 28, 30, 68, 70, 7274) of the measuring lenses (14, 18, 20, 58, 60, 62, 64 ) of the displaceable lens group, at least one further lens (16, 20, 24, 76, 78, 80, 88) is arranged such as an imaging lens.
5. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzei chnet, dass vor oder hinter unverschiebbar angeordneter objektseitiger weiterer Messlinse (44) von den weiteren Linsen (16, 20, 22) ausgehender zweiter Strahlengang in optische Achse (32) der Messlinsen (14, 18, 22) umlenkbar ist.5. Arrangement according to at least one of the preceding claims, since by gekennzei chnet that in front of or behind immovably arranged object-side further measuring lens (44) from the further lenses (16, 20, 22) outgoing second beam path in the optical axis (32) of the measuring lenses ( 14, 18, 22) can be deflected.
6. Anordnung insbesondere noch Anspruch 1 mit einer Abbildungsoptik mit Zoom- Optik umfassend in Aufnahmen angeordnete Linsen, die zur Vergrößerungsund/oder Arbeitsabstandsveränderung zueinander verstellbar sind, d adurch gekennze i chn et, dass von jeder Aufnahme Linsen für zwei oder mehrere parallel zueinander verlaufende Strahlengänge aufgenommen sind.6. Arrangement in particular claim 1 with an imaging optics with zoom optics comprising lenses arranged in recordings, which are adjustable for changing the magnification and / or working distance from each other, d adurch by i chn et that lenses for two or more parallel to each other beam paths are included.
7. Anordnung nach zumindest Anspruch 6, d a durch gekennz e i chn et, dass die von dem Bildverarbeitungsstrahlengang durchsetzten Messlinsen (14, 18, 22, 58, 60, 62, 64) und/oder die von dem Beleuchtungsstrahlengang durchsetzten weiteren Linsen (16, 20, 24) und/oder die von dem Laserabstandsstrah- lengang durchsetzten Linsen (76, 78, 80, 88) in Bezug auf diese durchsetzendes Licht optimiert sind.7. Arrangement according to at least claim 6, since by means of the fact that the measuring lenses (14, 18, 22, 58, 60, 62, 64) penetrated by the image processing beam path and / or the further lenses (16, 20, 24) and / or the lenses (76, 78, 80, 88) penetrated by the laser distance beam path are optimized with regard to the light passing through them.
8. Anordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gek enn z ei chn et, dass die Linsen zur Erzielung einer Optimierung der diese durchsetzenden Strahlen beschichtet sind. 8. Arrangement according to at least claim 1, characterized in that the lenses are coated in order to achieve an optimization of the rays passing through them.
9. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d urch gek ennz e i chnet, dass in den Aufnahmen (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) Linsen (14, 16, 18, 20, 22, 24, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80, 88) angeordnet sind, die Erfordernissen einer Bildverarbeitungsoptik als auch Erfordernissen eines Laserabstandssensors als auch Erfordernissen einer Hellfeld-Auflichtbeleuchtung erfüllen.9. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the receptacles (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) have lenses (14, 16, 18, 20, 22, 24, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80, 88) are arranged, which meet the requirements of image processing optics as well as the requirements of a laser distance sensor and the requirements of bright-field incident light illumination.
10. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzei chnet, dass jeweilige von einem Strahlengang durchsetzte Linsen und/oder die von den Strahlengängen durchsetzten Linsen jeweils gleiche optische Eigenschaften aufweisen.10. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized by the fact that respective lenses penetrated by a beam path and / or the lenses penetrated by the beam paths each have the same optical properties.
11. Anordnung nach Anspruch 10, d adurch gekennzei chnet, dass die Linsen in Abhängigkeit von Farbe des diese durchsetzenden Lichts durch Vergütung optimiert sind.11. The arrangement according to claim 10, characterized by the fact that the lenses are optimized as a function of the color of the light passing through them by means of remuneration.
12. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gek ennz e i chn et, dass von dem Bildverarbeitungsstrahlengang durchsetzte Linsen (14, 18, 22, 58 60, 62, 64) hochwertige optische Eigenschaften und der bzw. die weiteren Linsen geringerwertigere optische Eigenschaften mit im Wesentlichen gleichen Nennparametern aufweisen.12. The arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized by the fact that lenses (14, 18, 22, 58 60, 62, 64) penetrated by the image processing beam path have high-quality optical properties and the further lens or lenses have lower-quality optical properties Have properties with essentially the same nominal parameters.
13. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d urch g ek enn z e i c hn et, dass die von den Linsen (14, 16, 18, 20, 22, 24, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80, 88) durchsetzten Strahlengänge durch ein Spiegelsystem objektseitig zu einem gemeinsamen Strahlengang zusammengeführt sind. 13. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the lenses (14, 16, 18, 20, 22, 24, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80 , 88) are passed through a mirror system on the object side to form a common beam path.
14. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch g ek enn ze i chn et, dass zusätzlich zu den verschiebbaren die Linsen (14, 16, 18, 20, 22, 24, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80, 88) aufnehmenden Aufnahmen (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74) eine verschiebbare Blende integriert ist, die an dem jeweiligen für die Einstellung des Objektivs erforderlichen Ortes so angeordnet ist, dass ein telezentrisches optisches System realisiert ist.14. Arrangement according to at least one of the preceding claims, d adurch g ek enn ze i chn et that in addition to the displaceable, the lenses (14, 16, 18, 20, 22, 24, 58, 60, 62, 64, 76, 78, 80, 88) accommodating recordings (26, 28, 30, 68, 70, 72, 74), a displaceable aperture is integrated, which is arranged at the respective location required for the adjustment of the lens in such a way that a telecentric optical system is realized is.
15. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, dass eine Telezenterblende in den optischen Strahlengang bedarfsweise ein- und ausschwenkbar angeordnet ist.15. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that a telecentric diaphragm is arranged in the optical beam path, if necessary, and can be swung out.
16. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzei chnet, dass eine Telezenterblende durch Öffnen bzw. Schließen wirksam in den Strahlengang einbringbar ist. 16. The arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized by the fact that a telecenter aperture can be effectively introduced into the beam path by opening or closing.
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