WO2004055474A1 - Tasteinrichtung zur werkstückvermessung - Google Patents

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WO2004055474A1
WO2004055474A1 PCT/EP2003/013554 EP0313554W WO2004055474A1 WO 2004055474 A1 WO2004055474 A1 WO 2004055474A1 EP 0313554 W EP0313554 W EP 0313554W WO 2004055474 A1 WO2004055474 A1 WO 2004055474A1
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WO
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light
probe body
probe
detection device
light source
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PCT/EP2003/013554
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French (fr)
Inventor
Rainer Ziegenbein
Original Assignee
Carl Mahr Holding Gmbh
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    • 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
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G01B11/007—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines feeler heads therefor

Definitions

  • So-called measuring heads which have a stylus, are used for point-by-point measurement of the surface carries the probe body.
  • the resultant deflection of the stylus is generally used to determine contact between the probe body and the workpiece surface.
  • Such an optically working measuring head is known from DE 197 24 739 AI.
  • This includes an optically transparent, spherical probe body, which is supported by a pivotable stylus designed as a light guide.
  • the stylus is formed by an optical fiber and illuminated at its fixed end. Accordingly, the probe ball emits light on all sides.
  • At least two imaging measuring devices are provided, in which the image of the luminous probe ball is imaged on a sensor line.
  • the probe ball is optically transparent and is connected to a light guide.
  • the probe ball itself is optically transparent, but is connected to a position indicator body, which in turn is illuminated from the inside via a light guide.
  • the probe body touches the workpiece surface during the measurement.
  • a conclusion is drawn about the tactile direction.
  • a visual connection between the optical detection device, for example several cameras and the probe body, is always required for the measurement.
  • Such a visual contact is not always present on complicated workpieces.
  • physical probing of the workpiece requires a static measurement, ie it can only be carried out strictly point by point. It is not possible to scan the surface in the sense of a continuous linear scanning process.
  • the feeler device has a light source and a feeler body which is connected to the light source via a light guide device and is optically transparent.
  • An optical detection device is also connected to the light guide device, which detects light reflected by the probe body and supplies corresponding electrical signals to an evaluation device.
  • the probe body is illuminated from the inside by the light guide. The detection device thus detects the amount of light that was neither itself absorbed by the probe body nor could it leave it.
  • the probe body is preferably crystal clear.
  • the reflectivity of the probe body changes at the point of contact. In other words, light is absorbed at the contact point, so that the connected detection device receives less light, which the evaluation device can evaluate as a touch.
  • the reflection Properties of the surface of the probe body which forms a boundary layer between media of different refractive index, changes even before the probe body surface touches.
  • the change in the reflection properties begins at a certain distance of, for example, 100 ⁇ m. Electrostatic effects can play a role here.
  • the total reflection properties change when the totally reflecting probe body approaches the workpiece surface even closer to a few, for example four, light wavelengths (approx. 2 to 3 ⁇ m), so that contactless probing is possible.
  • a defined change in the intensity and / or areal distribution of the light returned by the probe body via the light guide device can be used as a sign that the approach to a foreign surface (workpiece surface) has been reached to a defined extent.
  • the coordinates of the point of the workpiece surface closest to the probe body can thus be determined from the position of the probe body without actual contact between the probe body and the workpiece surface.
  • the probe device according to the invention opens up the possibility of linear scanning of surface profiles. Because there is no real contact between the probe body and the workpiece surface, the probe body can be to the workpiece surface following the surface shape, so that the surface shape is continuously recorded.
  • a tracking device for example, is used to track the surface shape, which detects the distance on the basis of the change in the light intensity or distribution reflected back from the probe body into the light-guiding device, and keeps it constant by readjusting a corresponding positioning device that guides the probe device. Point-to-point probing as well as linear scanning is possible.
  • the capturing device is preferably an image capturing device which can capture not only the light intensity reflected back from the probe body into the light-guiding device, but also the light distribution. In individual cases, it may be sufficient to divide the field of view of the image capturing device into a few, for example three or four, zones, each of which has a light-sensitive element. With three photosensor elements arranged in sectors or four in quadrants, both a change in light intensity and a change in the light distribution can be detected.
  • a photodiode array or a camera or a camera circuit which divides the field of view into a larger number of pixels and detects their brightness individually, can be used for a more refined detection.
  • the probe body preferably has a curved surface at all points in order to keep large parts of the light radiated into the probe body by total reflection in the probe body and ultimately to couple it back into the light-guiding device.
  • the probe body can be designed as a ball, which is connected to the light path via a single light guide. This light guide then guides both the light into the probe body in and out of it.
  • a beam splitter which connects the light source, the probe body and the detection device, can be used to separate the incident and reflected beam. The beam splitter can be set such that light coming from the light source and light coming from the probe body are superimposed in an output branch of the light path. If a coherent light source is used, an interference effect can be used here in order to obtain a characteristically structured light distribution on the image-capturing detection device. A change in this distribution can be detected in order to detect the proximity of a foreign surface to the probe body.
  • the evaluation of the light thrown back by the probe body into the light-guiding device allows not only the detection of the proximity of a foreign surface but also its position relative to the probe ball. If a surface is missing in the vicinity of the probe ball, a rotationally symmetrical image or a rotationally symmetrical brightness distribution usually results on the detection device. This is regardless of whether coherent or non-coherent light is used. If the probe ball is now approached to a workpiece surface, the brightness distribution changes in a characteristic manner, for example the image captured by the image capturing device deforms or the brightness increases or decreases in certain quadrants. From the position of the increase or decrease in heat, it can be concluded at which point on the spherical surface of the probe body the total reflection properties have been changed by approaching another surface. In this way, not only the tactile position but also the tactile direction can be detected.
  • the evaluation device is preferably designed to change the light distribution at the detection device. to close the direction of the key.
  • the probe body can be connected to the stationary light source and the stationary detection device via a flexible light guide. In this case, only the probe body is moved.
  • a miniature light source for example an incandescent lamp or a light-emitting diode, as a light source, which is part of the probe and how the detection device is moved with it. In this way, influences that could result from the deformation of an optical fiber can be excluded.
  • Monochromatic coherent light is preferred.
  • changes in interference can then also be evaluated.
  • white, non-coherent light can also be used.
  • the light can have a line spectrum or a continuous spectrum.
  • the probe body is connected to the light source via a first branch of the light guide device and the connection to the detection device is established via a second branch.
  • the branches can be formed, for example, by optical fibers which are connected to one another or opposite one another to the probe body. It is also possible to connect the probe body to the light source and the detection device via a plurality of optical fibers.
  • the light can be supplied via a first optical fiber, the back-reflected light being guided to two different detection devices via two outgoing optical fibers arranged symmetrically to the supplying optical fiber. If several optical fibers leading away, for example three, four, five or an even larger number, are used, these can each be connected to a single photosensor input. direction be connected, in which case image acquisition in the actual sense is not required. The proximity of a workpiece surface can then be detected by an uneven distribution of the light intensities on the individual photosensitive elements.
  • the method according to the invention uses the effect that a light-guiding probe body, when brought into the vicinity of a workpiece surface, changes its total reflection properties at the contact point.
  • the change begins before there is physical contact between the probe body and the workpiece surface.
  • FIG. 1 shows a probe device with a transparent probe body for measuring a workpiece in a schematic representation
  • FIG. 1 in a schematic and enlarged representation
  • FIG. 3 shows the light intensity of the light thrown back by the probe body into the light-guiding device, at different distances from a workpiece surface as a schematic diagram
  • FIG. 4 shows the probe body according to FIG. 2 in a schematic illustration
  • FIG. 5 the probe device according to FIG. 1 with a schematic representation of an image captured by the detection device without a workpiece surface
  • FIG. 6 shows the probe device according to FIG. 5 with a workpiece surface located nearby and the resulting image change in a schematic representation
  • FIG. 9 shows a modified embodiment of the probe device with separate light paths to the probe ball and away from it in a schematic illustration
  • FIG. 10 shows a modified embodiment of the pushbutton device according to FIG. 9 with a symmetrical arrangement of the light path leading back and forth
  • FIG 11 shows a probe with light source and detection device in a schematic representation.
  • a probe device 1 is illustrated, which is used to measure a workpiece 2. The latter is resting on a table 3 in the present embodiment.
  • the feeler device 1 has a feeler head 4, which is movably mounted on a guide device 5 in at least one direction X.
  • a position sensor 6 is used to detect the position of the probe 4, which detects the position of the probe 4 using a material measure 7. If necessary, the guide device 5 can have a plurality of guide directions with corresponding actuating devices and displacement sensors.
  • the probe 4 carries a slim light guide 8, which can be rigid or flexible.
  • the light guide 8 is, for example, a thin, optically transparent rod or an optical fiber.
  • an optically transparent, preferably crystal-clear, ball 9 is provided, which serves as a probe body.
  • the light guide 8 and the ball 9 are made of such a material that the refractive index of the light held in by total reflection within the light guide 8 and the ball 9.
  • the light guide 8 belongs to a light guide device 10 which defines a light path 11 (FIG. 5) from a light source 12 via the probe ball 9 to a detection device 13.
  • the light guide device 10 has, for example, a light guide 15 leading from the light source 12 to a beam splitter 14, the light guide 8 and a light guide 16 leading from the beam splitter 14 to the detection device 13.
  • the light guide 8 is connected to the beam splitter 14.
  • the light source 12 is preferably a source of non-coherent little or non-interfering light; for example, it is an incandescent lamp 17 or light-emitting diode.
  • the detection device 13 has at least one, but preferably a plurality of light-sensitive sensors, for example in the form of a diode array 18 (FIG. 5).
  • the individual light sensors of the diode array 18 are connected via a corresponding line 19 to an evaluation device 21, which is formed, for example, by a computer.
  • the evaluation device 21 receives, via the line 19, electrical signals from the detection device 13 which identify the image received by the detection device 13.
  • the evaluation device 21 then serves to detect and interpret changes in this image in order to detect the approach of the workpiece 2 to the ball (or vice versa).
  • the evaluation device 21 receives signals from the displacement sensor 6 via a line 22, which identify the current position of the probe 4.
  • the evaluation device 21 can also control the movement of the probe 4 via a connection (not illustrated further) in order to selectively approach the ball 9 or remove it from the workpiece 2.
  • FIG. 2 schematically illustrates the relationships with regard to total light reflection in the sphere 9.
  • a beam 23 radiated into the ball 9 via the light guide 8 is refracted one or more times inwards by the surface of the ball and thus totally reflected until it finally leaves the ball 9 via the light guide 8 as an emerging beam 24.
  • Further rays enter the sphere 9 at different angles and are reflected at different points on the surface of the sphere.
  • the rays 23, 24 are thus only exemplary illustrated. If there is no surface in the vicinity of the ball 9, total reflection of the relevant rays arriving here takes place at many points on the surface of the ball 9, so that the light radiated into the ball 9 essentially leaves it again via the light guide 8.
  • FIG. 3 illustrates this using a schematic principle diagram.
  • the intensity of the reflected light decreases almost suddenly, even before there is contact between the surfaces involved.
  • a change in distance .DELTA.X in the range of approximately one .mu.m produces a very strong change in the intensity of the reflection in the area 26.
  • FIG. If a surface enters this capture area, this is detected by changing the intensity and the distribution of the light on the detection device 13.
  • the feeler device 1 described so far operates as follows:
  • the probe 4 is moved towards the workpiece 2 by the guide device 5 such that the ball 9 approaches the surface of the workpiece 2.
  • the detection device 13 detects an image with a rotationally symmetrical light distribution. Deviations from the rotationally symmetrical light distribution can be caused by inaccuracies in the ball 9 or the light guides 8, 15, 16 involved.
  • the brightness distribution is indicated by lines of constant brightness. The image can be divided into ring-shaped zones of higher and lower brightness.
  • the diode array 18 is used to detect this light distribution, which is illustrated only in part in FIGS. 5 and 6 in the upper left quadrant. However, the diode array 18 preferably captures the entire image.
  • the ball 9 now approaches the surface of the workpiece 2, as shown in FIG. 6, there is a disturbance in the total reflection of the ball 9 in the region 26.
  • the light distribution changes, which is indicated on the right in FIG. 6 by a change in the zones of the same brightness.
  • the position or the position of the region 26 can be inferred from the type of change in the image, ie from the point at which the image change, for example an image brightening or an image darkening.
  • the distance between the ball 9 and the workpiece surface can be concluded from the magnitude of the change.
  • the evaluation device 21 does both, which determines the distance between the ball 9 and the surface of the workpiece 2 and the position of the region 26.
  • the coordinates of the point P can be determined precisely without actually having to touch the surface of the workpiece 2.
  • Another effect can be that the ball 9 lets out light in some places, which hits the workpiece surface. falls below the distance between the workpiece 2 and the ball 9 is a limit, the ball 9 receives light reflected by the workpiece 2, which can also change the light distribution at the detection device 13.
  • the evaluation device 21 guides the probe 4 while keeping the distance between the ball 9 and the surface of the workpiece 2 constant along a predetermined scanning path along the workpiece surface and thus detects the surface shape continuously along a line.
  • FIGS. 7 and 8 again schematically illustrate the resulting change in the image on the detection device 13.
  • the image on the detection device 13 can have a basic structure with the ball 9 standing freely in space. This can be calibrated to a uniform level in the evaluation device 21, so that a processed image 28 appears uniformly gray. If, as FIG. 8 illustrates, the surface of the workpiece 2 is in the vicinity of the ball 9, so that the total reflection in a region 26 is disturbed, an image is obtained which shows brightness maxima and minima 29, 30 with the same calibration , which allow conclusions to be drawn about the position of area 26. If the conclusion is not clearly possible, the relevant point on the surface of the workpiece 2 can be touched without contact from at least two different directions in order to ultimately clearly determine the position of the scanning direction.
  • a light source for interference-capable light for example a laser or a laser diode
  • the incandescent lamp 17 can be used instead of the incandescent lamp 17.
  • the light guide 16 recombine light from the beam splitter 14 from the laser and the ball 9. This results in an interference pattern on the detection device 13, which in turn can be used to evaluate the reflection conditions on the ball 9.
  • a laser diode 31 is part of the probe 4 here and rests with respect to the ball 9 and the light guide 8.
  • a camera chip 32 serves as the detection device 13.
  • the probe 4 thus only has electrical connecting lines 19, 33.
  • the advantage of this embodiment is that the interference pattern cannot be changed by movement between the beam controller 14 of the laser diode 31 and the camera chip 32, but only by deflecting the light guide 8 and / or by changing the reflection conditions on the surface of the ball 9.
  • the image captured by the detection device 13 is, so to speak, the hologram of the inside view of the sphere 9.
  • the hologram changes in a characteristic manner when the reflection ceases at one point on the surface of the sphere 9.
  • FIG. 9 illustrates a further embodiment of the touch device 1 according to the invention in a detail.
  • the ball 9 is here connected to a light-guiding light guide 8a and a light-guiding light guide 8b.
  • the beam splitter 14 is dispensed with.
  • the light source 12 is connected to the light guide 8a.
  • the detection device 13 is connected to the light guide 8b.
  • the embodiment corresponds to the embodiment according to FIG. 1.
  • the function and image evaluation is corresponding.
  • a plurality of additional light guides can be connected to the ball 9, which for example are arranged symmetrically around the light guide 8a. are arranged and each lead to a single sensor cell. In simple cases, this can simplify the evaluation of the resulting light distribution over the individual sensor elements.
  • the scanning process may have to be repeated coming from several scanning directions in order to be able to infer the scanning direction from the distribution of the signal strengths via the individual sensor elements.
  • Figure 10 illustrates another embodiment.
  • the feeding light guide 8a and the leading light guide 8b on the ball 9 are coaxial with one another, i.e. connected symmetrically.
  • the light guide 8b leads to an image capturing device, for example in the embodiment according to FIG. 1.
  • the touch device 1 according to the invention and the corresponding method are based on the change in total reflection on an optically transparent ball or some other touch body which is illuminated from the inside.
  • the approach of the probe body to a workpiece surface is detected by evaluating the light returned by the probe body 9 into a light guide 8 with regard to intensity and / or intensity distribution (imaging examination).
  • the corresponding probe 4 can contactlessly scan workpiece surfaces, measure precisely and reach surface parts that are difficult to access.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Tasteinrichtung (1) und das entsprechende Verfahren beruhen auf der Änderung der Totalreflexion an einer optisch transparenten Kugel oder einem anderweitigen Tastkörper, der von innen her beleuchtet ist. Die Annäherung des Tastkörpers an eine Werkstückoberfläche wird erfasst, indem das von dem Tastkörper (9) in einen Lichtleiter (8) zurückgegebene Licht hinsichtlich Intensität und/oder Intensitätsverteilung (bildgebende Untersuchung) ausgewertet werden. Der entsprechende Tastkopf (4) kann Werkstückoberflächen berührungslos abtasten, präzise vermessen und schwer zugängliche Oberflächenteile erreichen.

Description

Tasteinrichtung zur Werkstückvermessung
Es ist bekannt, Werkstücke zur Bestimmung der genauen Oberflächengeometrie punktweise zu vermessen. Dazu wird die Werkstückoberfläche mit einem Tastkörper punktweise angetastet, um Punkt für Punkt die Koordinaten der Oberfläche zu bestimmen.
Zur punktweisen Vermessung der Oberfläche dienen dabei so genannte Messköpfe, die einen Taststift aufweisen, der den Tastkörper trägt. Zur Feststellung einer Berührung zwischen dem Tastkörper und der Werkstückoberfläche wird in der Regel die sich ergebende Auslenkung des Taststifts herangezogen .
Aus der DE 197 24 739 AI ist ein solcher optisch arbeitender Messkopf bekannt. Zu diesem gehört ein optisch transparenter, kugelförmiger Tastkörper, der von einem schwenkbar, als Lichtleiter ausgebildeten, Taststift getragen ist. Der Taststift ist durch eine Lichtleitfaser gebildet und an seinem festen Ende beleuchtet. Entsprechend strahlt die Tastkugel allseitig Licht ab. Zur Erfassung der Tastkugelposition sind wenigstens zwei bildgebende Messeinrichtungen vorgesehen, bei denen das Bild der leuchtenden Tastkugel auf einer Sensorzeile abgebildet wird.
Aus der DE 198 05 892 ist ebenfalls eine Tasteinrichtung mit optischer Erfassung der Tastkugelposition er- fasst. Die Tastkugel ist in einer Ausführungsform optisch transparent ausgebildet und an einem Lichtleiter angeschlossen. In einer anderen Ausführungsform ist die Tastkugel selbst optisch transparent, wobei sie jedoch mit einem Positionsindikatorkörper verbunden ist, der seinerseits über einen Lichtleiter von innen her beleuchtet ist .
Bei Einrichtungen gemäß diesem Stand der Technik berührt der Tastkörper bei der Messung die Werkstückoberfläche. Auf die Tastrichtung wird in Folge der sich ergebenden Auslenkung des Taststifts geschlossen. Zur Messung ist immer eine SichtVerbindung zwischen der optischen Erfassungseinrichtung, beispielsweise mehreren Kameras und dem Tastkörper erforderlich. Bei komplizierten Werkstücken ist ein solcher Sichtkontakt nicht immer vorhanden. Außerdem erfordert die körperliche Antastung des Werkstücks eine ruhende Messung, d.h. sie kann nur streng punktweise erfolgen. Ein Abtasten der Oberfläche im Sinne einer kontinuierlichen linienhaften Scanvorgangs ist nicht möglich.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Tasteinrichtung zu schaffen, die wenigstens hinsichtlich einem der genannten Nachteile eine Verbesserung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit der Tasteinrichtung nach Anspruch 1 gelöst:
Die erfindungsgemäße Tasteinrichtung weist eine Lichtquelle und einen über eine Lichtleiteinrichtung an die Lichtquelle angeschlossenen Tastkörper auf, der optisch transparent ist . An die Lichtleiteinrichtung ist außerdem eine optische Erfassungseinrichtung angeschlossen, die von dem Tastkörper reflektiertes Licht erfasst und entsprechende elektrische Signale an eine Auswerteeinrichtung liefert. Der Tastkorper wird über die Lichtleiteinrichtung von innen beleuchtet. Somit erfasst die Erfassungseinrichtung die ' Lichtmenge die von dem Tastkörper weder selbst absorbiert worden ist noch diesen verlassen konnte. Der Tastkörper ist vorzugsweise glasklar ausgebildet .
Berührt der Tastkörper eine andere Fläche, beispielsweise eine Werkstückoberfläche, ändert sich an der Berührungsstelle das Reflexionsvermögen des Tastkörpers . Mit anderen Worten, an der Berührungsstelle wird Licht absorbiert, so dass die angeschlossene Erfassungseinrichtung weniger Licht empfängt, was die Auswerteeinrichtung als Berührung auswerten kann.
Darüber hinaus zeigt sich, dass sich die Reflexions- eigenschaften der Oberfläche des Tastkörpers, die eine Grenzschicht zwischen Medien unterschiedlicher Brechungsindezes bildet, ändert, noch bevor die Tastkörperoberfläche berührt . Die Änderung der Reflexionseigenschaften beginnt schon bei einem gewissen Abstand von z.B. 100 μm. Hier können elektrostatische Effekte eine Rolle spielen. Außerdem ändern sich die Totalreflexionseigenschaften bei noch größerer Annäherung des totalreflektierenden Tastkörpers an die Werkstückoberfläche bei einer Annäherung auf einige wenige, z.B. vier Lichtwellenlängen (ca. 2 bis 3 μm) , so dass ein berührungsloses Antasten möglich ist. Eine definierte Änderung der Intensität und/oder flächigen Verteilung des von dem Tastkörper über die Lichtleiteinrichtung zurückgegebenen Lichts wird als Kennzeichen dafür verwendbar, dass die Annäherung an eine Fremdfläche (Werkstückoberfläche) auf ein definiertes Maß erreicht worden ist. Damit sind die Koordinaten des dem Tastkörper nächstgelegenen Punkts der Werkstückoberfläche aus der Position des Tastkörpers bestimmbar, ohne dass eine wirkliche Berührung zwischen dem Tastkörper und der Werkstückoberfläche stattfinden würde.
Dies eröffnet die Möglichkeit der Vermessung komplizierter und zerklüfteter Oberflächenstrukturen, bei denen der Tastkörper aus dem Sichtfeld eines äußeren Beobachters verschwindet . Es können Hinterschneidungen, Bohrungen oder enge Nuten oder gleichen Ausnehmungen und sonstige Oberflächenstrukturen berührungslos vermessen werden.
Darüber hinaus eröffnet die erfindungsgemäße Tasteinrichtung wegen der Möglichkeit der berührungslosen Vermessung von Werkstückoberflächen die Möglichkeit der linienhaften Abtastung von Oberflächenprofilen. Wegen der fehlenden wirklichen Berührung zwischen dem Tastkorper und der Werkstückoberfläche, kann der Tastkörper in konstantem Ab- stand zu der Werkstückoberfläche der Oberflächenform folgend bewegt werden, so dass die Oberflächenform kontinuierlich aufgenommen wird. Zur Verfolgung der Oberflächenform dient beispielsweise eine Regeleinrichtung, die anhand der Änderung der von dem Tastkörper in die Lichtleiteinrichtung zurück reflektierten Lichtintensität oder -Verteilung den Abstand erfasst und durch Nachregelung einer entsprechenden Positioniereinrichtung, die die Tasteinrichtung führt, konstant hält. Es ist sowohl punktweise Antastung als auch linienhaftes Scannen möglich.
Die Erf ssungseinrichtung ist vorzugsweise eine Bilderfassungseinrichtung, die nicht nur die von dem Tastkörper in die Lichtleiteinrichtung zurück reflektierte Lichtintensität, sondern auch die Lichtverteilung erfassen kann. Dabei kann es im Einzelfall genügen, das Gesichtsfeld der Bilderfassungseinrichtung in wenige, beispielsweise drei oder vier Zonen aufzuteilen, die jeweils ein lichtempfindliches Element aufweisen. Mit drei in Sektoren angeordneten oder vier in Quadranten angeordneten photosensorischen Elementen, lässt sich sowohl eine Lichtintensitätsänderung als auch eine Änderung der Lichtverteilung erfassen. Zu einer verfeinerten Erfassung kann ein Photodiodenarray oder eine Kamera bzw. ein Kameraschaltkreis dienen, der das Gesichtsfeld in eine größere Zahl von Bildpunkten unterteilt und deren Helligkeit einzeln erf sst .
Der Tastkörper weist vorzugsweise eine an allen Stellen gewölbte Oberfläche auf, um große Teile des in den Tastkörper eingestrahlten Lichts durch Totalreflexion in dem Tastkörper zu halten und letztendlich in die Lichtleiteinrichtung zurück zu koppeln. Beispielsweise kann der Tastkörper als Kugel ausgebildet sein, die über einen einzigen Lichtleiter an den Lichtweg angeschlossen ist . Dieser Lichtleiter führt dann sowohl das Licht in den Tastkörper hinein als auch wieder aus diesem heraus. Zur Trennung zwischen eingestrahltem und reflektiertem Strahl kann ein Strahlteiler dienen, der die Lichtquelle, den Tastkörper und die Erfassungseinrichtung miteinander verbindet . Der Strahlteiler kann dabei so eingestellt sein, dass in einem Ausgangszweig des Lichtwegs von der Lichtquelle herkommendes Licht und von dem Tastkörper herkommendes Licht überlagert wird. Wird eine kohärente Lichtquelle verwendet, können hier Interferenzeffekt genutzt werden, um eine charakteristisch strukturierte Lichtverteilung auf der bilderfassenden Erfassungseinrichtung zu erhalten. Eine Veränderung dieser Verteilung kann zur Erfassung einer Nähe einer Fremdoberfläche zu dem Tastkörper erfasst werden.
Die Auswertung des von dem Tastkörper in die Licht- leiteinrichtung zurück geworfenen Lichts gestattet nicht nur die Erfassung der Nähe einer Fremdoberfläche sondern zugleich deren Position relativ zu der Tastkugel. Fehlt eine Oberfläche in der Nähe der Tastkugel entsteht auf der Erfassungseinrichtung in der Regel ein rotationssymmetrisches Bild, bzw. eine rotationssymmetrische Helligkeitsverteilung. Dies ist unabhängig davon, ob kohärentes oder nichtkohärentes Licht verwendet wird. Wird die Tastkugel nun einer Werkstückoberfläche angenähert, ändert sich die Helligkeitsverteilung in charakteristischer Weise, z.B. verformt sich das von der Bilderfassungseinrichtung erfass- te Bild oder in bestimmten Quadranten nimmt die Helligkeit zu oder ab. Aus der Position der He11igkeitszunähme bzw. - abnähme kann darauf geschlossen werden, an welcher Stelle der Kugeloberfläche des Tastkörpers die Totalreflexions- eigenschaften durch Annäherung einer anderen Oberfläche verändert worden sind. Auf diese Weise ist nicht nur die Tastposition sondern auch die Tastrichtung erfassbar. Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise darauf ausgelegt, aus der Änderung der Lichtverteilung an der Erfassungseinrich- tung auf die Tastrichtung zu schließen.
Der Tastkörper kann über ein flexibles Lichtleitmittel an die ruhende Lichtquelle und die ruhende Erfassungseinrichtung angeschlossen werden. In diesem Fall wird nur der Tastkörper bewegt. Es ist jedoch auch möglich, als Lichtquelle eine Miniaturlichtquelle, beispielsweise eine Glühlampe oder eine Leuchtdiode zu verwenden, die Teil des Tastkopfs ist und wie die Erfassungseinrichtung mit diesem mitbewegt wird. Auf diese Weise können Einflüsse, wie sie aus der Verformung eines Lichtleiters herrühren könnten, ausgeschlossen werden. Es wird monochromatisches kohärentes Licht bevorzugt. Zusätzlich zur Intensitätsänderung des totalreflektierten Lichts können dann auch Interferenzänderungen ausgewertet werden. Es kann aber auch weißes, nicht- kohärentes Licht Anwendung finden. Das Licht kann ein Linienspektrum oder ein kontinuierliches Spektrum aufweisen.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist der Tast- körper über einen ersten Zweig der Lichtleiteinrichtung mit der Lichtquelle verbunden und über einen zweiten Zweig ist die Verbindung zu der Erfassungseinrichtung hergestellt. Die Zweige können beispielsweise durch Lichtleitfasern gebildet sein, die einander benachbart oder einander gegenüberliegend an den Tastkörper angeschlossen sind. Es ist darüber hinaus möglich, den Tastkörper über mehrere Lichtleitfasern mit der Lichtquelle und der Erfassungseinrichtung zu verbinden. Beispielsweise kann das Licht über eine erste Lichtleitfaser zugeführt werden, wobei das zurückreflektierte Licht über zwei symmetrisch zu der zuführenden Lichtleitfaser angeordnete abführende Lichtleitfasern zu zwei verschiedenen Erfassungseinrichtungen geführt wird. Werden mehrere wegführende Lichtleitfasern, beispielsweise drei, vier, fünf oder eine noch größere Anzahl verwendet, können diese jeweils an eine einzelne photosensorische Ein- richtung angeschlossen sein, wobei dann eine Bilderfassung im eigentlichen Sinne nicht erforderlich ist. Die Nähe einer Werkstückoberfläche kann dann durch eine Ungleichver- teilung der Lichtintensitäten auf die einzelnen photosenso- rischen Elemente erfasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zur berührenden oder vorzugsweise berührungslosen Vermessung von Werkstückoberflächen den Effekt, dass ein lichtführender Tastkörper, wenn er in die Nähe einer Werkstückoberfläche gebracht wird, seine Totalreflexionseigenschaften an der Berührstelle ändert. Die Änderung beginnt bevor eine körperliche Berührung zwischen dem Tastkörper und der Werkstückoberfläche stattfindet. Dies ermöglicht den Aufbau filigraner, sehr kleiner und dabei empfindlicher Präzisionsmessköpfe, mit denen sich auch kleinste Oberflächenstrukturen punktweise oder kontinuierlich erfassen lassen. Durch die fehlende körperliche Berührung zwischen Tastkörper und Werkstückoberfläche können Oberflächenprofile linienhaft abgetastet (gescannt) werden. Der Tastkörper haftet nicht an der Werkstückoberfläche .
Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen und ergeben sich aus der Zeichnung oder der Beschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Figur 1 eine Tasteinrichtung mit transparentem Tastkörper zur Vermessung eines Werkstücks in schematisierter Darstellung,
Figur 2 den Tastkörper und die Werkstückoberfläche nach
Figur 1 in einer schematisierten und vergrößerten Darstellung, Figur 3 die Lichtintensität des von dem Tastkörper in die Lichtleiteinrichtung zurückgeworfenen Lichts, bei verschiedenen Abständen zu einer Werkstückoberfläche als schematisch.es Diagramm,
Figur 4 den Tastkörper nach Figur 2 in schematischer Darstellung,
Figur 5 die Tasteinrichtung nach Figur 1 mit schematischer Darstellung eines von der Erfassungseinrichtung erfassten Bildes ohne Werkstückoberfläche,
Figur 6 die Tasteinrichtung nach Figur 5 mit einer in der Nähe befindlichen Werkstückoberfläche und die sich daraus ergebende Bildveränderung in schematischer Darstellung,
Fig. 7u.8 die Tasteinrichtung nach Figur 1 in einer abgewandelten Ausführungsform mit und ohne in der, Nähe der Tastkugel befindliche Werkstückoberfläche in schematischer Darstellung,
Figur 9 eine abgewandelte Ausführungsform der Tasteinrichtung mit getrennten Lichtwegen zu der Tastkugel hin und von dieser weg in schematisierter Darstellung,
Figur 10 eine abgewandelte Ausführungsform der Tasteinrichtung nach Figur 9 mit symmetrischer Anordnung von hin- und rückführendem Lichtweg und
Figur 11 ein Tastkopf mit Lichtquelle und Erfassungseinrichtung in schematisierter Darstellung. In Figur 1 ist eine Tasteinrichtung 1 veranschaulicht, die zur Vermessung eines Werkstücks 2 dient. Letzteres ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einem Tisch 3 ruhend gelagert.
Die Tasteinrichtung 1 weist einen Tastkopf 4 auf, der an einer Führungseinrichtung 5 in zumindest einer Richtung X bewegbar gelagert ist. Zur Erfassung der Position des Tastkopfs 4 dient ein Wegsensor 6, der die Position des Tastkopfs 4 anhand einer Maßverkörperung 7 erfasst . Bedarfsweise kann die Führungseinrichtung 5 mehrere Führungsrichtungen mit entsprechenden Stelleinrichtungen und Wegsensoren aufweisen.
Der Tastkopf 4 trägt einen schlanken Lichtleiter 8, der starr oder flexibel ausgebildet sein kann. Der Lichtleiter 8 ist beispielsweise ein dünner, optisch transparenter Stab oder eine Lichtleitfaser. An dem freien Ende des Lichtleiters 8 ist eine optisch transparente, vorzugsweise glasklare, Kugel 9 vorgesehen, die als Tastkörper dient. Der Lichtleiter 8 und die Kugel 9 sind aus einem solchen Material, das der Brechungsindex eingestrahltes Licht im Wege der Totalreflexion innerhalb des Lichtleiters 8 und der Kugel 9 hält .
Der Lichtleiter 8 gehört zu einer Lichtleiteinrichtung 10, die einen Lichtweg 11 (Figur 5) von einer Lichtquelle 12 über die Tastkugel 9 zu einer Erfassungseinrichtung 13 festlegt. Die Lichtleiteinrichtung 10 weist dazu beispielsweise einen von der Lichtquelle 12 zu einem Strahlteiler 14 führenden Lichtleiter 15, den Lichtleiter 8 sowie einen von dem Strahlteiler 14 zu der Erfassungseinrichtung 13 führenden Lichtleiter 16 auf. Der Lichtleiter 8 ist an den Strahlteiler 14 angeschlossen. Die Lichtquelle 12 ist vorzugsweise eine Quelle für nichtkohärentes wenig oder nichtinterferierendes Licht; beispielsweise ist sie eine Glühlampe 17 oder Leuchtdiode. Die Erfassungseinrichtung 13 weist mindestens einen, vorzugsweise aber mehrere lichtempfindliche Sensoren, beispielsweise in Form eines Diodenarrays 18 auf (Figur 5) .
Die einzelnen Lichtsensoren des Diodenarrays 18 sind über eine entsprechende Leitung 19 an eine Auswerteeinrichtung 21 angeschlossen, die beispielsweise durch einen Computer gebildet ist. Die Auswerteeinrichtung 21 erhält über die Leitung 19 von der Erfassungseinrichtung 13 elektrische Signale, die das von der Erfassungseinrichtung 13 empfangene Bild kennzeichnen. Die Auswerteeinrichtung 21 dient dann dazu, Veränderungen in diesem Bild zu erfassen und zu interpretieren, um die Annäherung des Werkstücks 2 an die Kugel (oder umgekehrt) zu erfassen. Außerdem erhält die Auswerteeinrichtung 21 über eine Leitung 22 Signale von dem Wegsensor 6, die die aktuelle Position des Tastkopfs 4 kennzeichnen. Über eine nicht weiter veranschaulichte Verbindung mit der Führungseinrichtung 5 kann die Auswerteeinrichtung 21 außerdem die Bewegung des Tastkopfs 4 steuern, um die Kugel 9 gezielt an das Werkstück 2 anzunähern, bzw. von diesem zu entfernen.
Figur 2 veranschaulicht die Verhältnisse hinsichtlich der Licht-Totalreflexion in der Kugel 9 schematisch. Ein über den Lichtleiter 8 in die Kugel 9 eingestrahlter Strahl 23 wird von der KugelOberfläche ein- oder mehrfach nach innen gebrochen und somit total reflektiert, bis er letztendlich als austretender Strahl 24 die Kugel 9 über den Lichtleiter 8 wieder verlässt . Weitere Strahlen treten unter unterschiedlichen Winkeln in die Kugel 9 ein und werden an unterschiedlichen Stellen der Kugeloberfläche reflektiert. Die Strahlen 23, 24 sind somit lediglich exempla- risch veranschaulicht. Ist keine Oberfläche in der Nähe der Kugel 9 vorhanden, erfolgt an vielen Punkten der Oberfläche der Kugel 9 eine Totalreflexion der betreffenden, hier ankommenden Strahlen, so dass das in die Kugel 9 eingestrahlte Licht diese im Wesentlichen auch über den Lichtleiter 8 wieder verlässt . Nähert sich die Kugel 9 jedoch des Oberfläche des Werkstücks 2 an, können die Reflexionsverhältnisse beispielsweise an der Stelle 25 eines in Figur 2 gestrichelt veranschaulichten Bereichs 26 der Kugel 9 geändert werden, der sich der Werkstückoberfläche annähert. Wird der Abstand zwischen der Oberfläche des Werkstücks 2 und der Oberfläche der Kugel 9 geringer als etwa drei bis vier Lichtwellenlängen, wird die Totalreflexion in dem Bereich 26 gestört, so dass hier weniger Licht zurückgestrahlt wird. Figur 3 veranschaulicht dies anhand eines schematischen Prinzipdiagramms. Mit Verringerung des AbStands X nimmt die Intensität des rückgestrahlten Lichts nahezu sprunghaft ab und zwar noch bevor eine Berührung zwischen den beteiligten Oberflächen eintritt. Eine Abstandsänderung ΔX im Bereich von etwa einem μm erzeugt eine sehr starke Intensitätsänderung der Reflexion in dem Bereich 26. Somit weist die Kugel 9, wie in Figur 4 schematisch veranschaulicht ist, gewissermaßen einen Fangbereich 27 auf. Tritt eine Oberfläche in diesen Fangbereich ein, wird dies durch Änderung der Intensität und der Verteilung des Lichts an der Erfassungseinrichtung 13 erfasst.
Die insoweit beschriebene Tasteinrichtung 1 arbeitet wie folgt :
Zur Vermessung eines Werkstücks 2 wird der Tastkopf 4 von der Führungseinrichtung 5 so an das Werkstück 2 herangefahren, dass sich die Kugel 9 der Oberfläche des Werkstücks 2 nähert. Solange sich die Kugel 9 noch in größerer Entfernung (mehr als vier oder fünf Lichtwellenlängen) von dem Werkstück 2 befindet, erfasst die Erfassungseinrichtung 13, wie in Figur 5 veranschaulicht, ein Bild mit einer rotationssymmetrischen Lichtverteilung. Abweichungen von der rotationssymmetrischen Lichtverteilung können durch Unge- nauigkeiten der Kugel 9 oder der beteiligten Lichtleiter 8, 15, 16 verursacht sein. In Figur 5 ist die Helligkeitsverteilung durch Linien konstanter Helligkeit angedeutet . Das Bild kann in ringförmige Zonen größerer und geringerer Helligkeit aufgeteilt sein. Zur Erfassung dieser Lichtverteilung dient das Diodenarray 18, das in Figur 5 und 6 lediglich ausschnittsweise im oberen linken Quadranten veranschaulicht ist. Vorzugsweise erfasst das Diodenarray 18 jedoch das gesamte Bild.
Nähert sich die Kugel 9 nun der Oberfläche des Werkstücks 2 an, erfolgt, wie Figur 6 veranschaulicht, eine Störung der Totalreflexion der Kugel 9 in dem Bereich 26. Dadurch ändert sich die Intensität des aus der Kugel 9 über den Lichtleiter 8 zurückgegebenen Lichts. Darüber hinaus ändert sich die Lichtverteilung, was in Figur 6 rechts durch eine Änderung der Zonen gleicher Helligkeit angedeutet ist. Aus der Art der Änderung des Bilds, d.h. aus der Stelle an der die Bildänderung, beispielsweise eine Bildaufhellung oder eine Bildabdunklung erfolgt, kann auf die Lage bzw. die Position des Bereichs 26 geschlossen werden. Aus der Stärke der Veränderung kann auf den Abstand zwischen der Kugel 9 und der Werkstückoberfläche geschlossen werden. Beides leistet die Auswerteeinrichtung 21, die den Abstand zwischen der Kugel 9 und der Oberfläche des Werkstücks 2 sowie die Position des Bereichs 26 ermittelt. Daraus lassen sich die Koordinaten des Punkts P präzise bestimmen, ohne dass die Oberfläche des Werkstücks 2 wirklich berührt werden müsste. Als weiterer Effekt kann hinzukommen, dass die Kugel 9 an einigen Stellen Licht austreten lässt, das die Werkstückoberfläche trifft. Unterschreitet der Abstand zwischen dem Werkstück 2 und der Kugel 9 eine Grenze, empfängt die Kugel 9 von dem Werkstück 2 zurück geworfenes Licht, was ebenfalls die Lichtverteilung an der Erfassungseinrichtung 13 ändern kann.
Bei einer weiter entwickelten Ausführungsform führt die Auswerteeinrichtung 21 den Tastkopf 4 unter Konstant- haltung des Abstands zwischen der Kugel 9 und der Oberfläche des Werkstücks 2 entlang eines vorgegebenen Tastwegs an der Werkstückoberfläche entlang und erfasst so die Oberflächenform kontinuierlich entlang einer Linie.
Die Figuren 7 und 8 veranschaulichen die sich ergebende Änderung des Bilds an der Erfassungseinrichtung 13 nochmals schematisch. Das Bild an der Erfassungseinrichtung 13 kann, bei frei im Raum stehender Kugel 9, eine Grundstruk- turierung aufweisen. Diese kann in der Auswerteeinrichtung 21 auf ein einheitliches Niveau kalibriert werden, so dass ein verarbeitetes Bild 28 einheitlich grau erscheint. Befindet sich, wie Figur 8 veranschaulicht, die Oberfläche des Werkstücks 2 in der Nähe der Kugel 9, so dass die Totalreflexion in einem Bereich 26 gestört wird, wird ein Bild erhalten, das bei gleicher Kalibrierung Helligkeits- maxima und -minima 29, 30 zeigt, die Rückschlüsse auf die Lage des Bereichs 26 zulassen. Sollte der Rückschluss nicht eindeutig möglich sein, kann der betreffende Punkt der Oberfläche des Werkstücks 2 aus zumindest zwei verschiedenen Richtungen berührungslos angetastet werden, um letztendlich eindeutig die Position der Tastrichtung zu bestimmen.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann an Stelle der Glühlampe 17 eine Lichtquelle für interferenzfähiges Licht, beispielsweise ein Laser oder eine Laserdiode Anwendung finden. In dem Lichtleiter 16 interfe- rieren dann von dem Strahlteiler 14 rekombiniertes Licht von dem Laser und der Kugel 9. Dies ergibt ein Interferenzmuster an der Erfassungseinrichtung 13 , das wiederum zur Auswertung der Reflexionsverhältnisse an der Kugel 9 dienen kann. Dies ist beispielsweise bei der Ausführungsform des Tastkopfs 4 nach Figur 11 verwirklicht. Eine Laserdiode 31 ist hier Bestandteil des Tastkopfs 4 und ruht in Bezug auf die Kugel 9 und den Lichtleiter 8. Als Erfassungseinrich- tung 13 dient ein Kamerachip 32. Der Tastkopf 4 weist somit lediglich elektrische Anschlussleitungen 19, 33 auf. Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt darin, dass eine Veränderung des Interferenzmusters nicht durch Bewegung zwischen dem Strahlteuer 14 der Laserdiode 31 und dem Kamerachip 32 stattfinden kann, sondern lediglich durch Auslenkung des Lichtleiters 8 und/oder durch Änderung der Reflexionsverhältnisse an der Oberfläche der Kugel 9. Das von der Erf ssungseinrichtung 13 erfasste Bild ist gewissermaßen das Hologramm der Innenansicht der Kugel 9. Das Hologramm ändert sich auf charakteristische Weise, wenn an einer Stelle der Oberfläche der Kugel 9 die Reflexion wegfällt .
Figur 9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tasteinrichtung 1 im Ausschnitt . Die Kugel 9 ist hier mit einem lichtzuführenden Lichtleiter 8a und einem lichtwegführenden Lichtleiter 8b verbunden. Auf den Strahlteiler 14 wird verzichtet. An Stelle dessen ist die Lichtquelle 12 an den Lichtleiter 8a angeschlossen. Die Erfassungseinrichtung 13 ist an den Lichtleiter 8b angeschlossen. Ansonsten stimmt die Ausführungsform mit der Ausführungsform nach Figur 1 überein. Die Funktion und Bildauswertung ist entsprechend. Alternativ können ergänzend zu dem wegführenden Lichtleiter 8b mehrere zusätzliche Lichtleiter an die Kugel 9 angeschlossen werden, die beispielsweise symmetrisch um den Lichtleiter 8a herum ange- ordnet sind und die jeweils zu einer einzigen Sensorzelle führen. Dies kann in einfachen Fällen die Auswertung der sich ergebenden Lichtverteilung über die einzelnen Sensorelemente vereinfachen. Geben alle Sensorelemente das gleiche Signal ab, ist keine Oberfläche an die Kugel angenähert (im Fangbereich 27) . Geben jedoch ein oder mehrere Sensorelemente schwächeres Signal, befindet sich die Oberfläche des Werkstücks 2 in dem Fangbereich 27. Gegebenenfalls muss der Tastvorgang aus mehreren Tastrichtungen kommend wiederholt werden, um aus der Verteilung der Signalstärken über die einzelnen Sensorelemente auf die Tastrichtung schließen zu können.
Figur 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform. Bei dieser sind der zuführende Lichtleiter 8a und der wegführende Lichtleiter 8b an die Kugel 9 koaxial zueinander, d.h. symmetrisch angeschlossen. Der Lichtleiter 8b führt zu einer Bilderfassungseinrichtung, wie beispielsweise bei der Ausführungsform nach Figur 1.
Die erfindungsgemäße Tasteinrichtung 1 und das entsprechende Verfahren beruhen auf der Änderung der Totalreflexion an einer optisch transparenten Kugel oder einem anderweitigen Tastkörper, der von innen her beleuchtet ist. Die Annäherung des Tastkörpers an eine Werkstückoberfläche wird erfasst, indem das von dem Tastkörper 9 in einen Lichtleiter 8 zurückgegebene Licht hinsichtlich Intensität und/oder Intensitätsverteilung (bildgebende Untersuchung) ausgewertet werden. Der entsprechende Tastkopf 4 kann Werkstückoberflächen berührungslos abtasten, präzise vermessen und schwer zugängliche Oberflächenteile erreichen.

Claims

Patentansprüche :
1. Tasteinrichtung (1), insbesondere zur berührungslosen Vermessung von Werkstückoberflächen,
mit einer Lichtquelle (12) ,
mit einer Lichtleiteinrichtung (10) , die einen Lichtweg (11) festlegt und mit einem Ende an die Lichtquelle (12) angeschlossen ist,
mit einem Tastkörper (9) , der optisch transparent und an die Lichtleiteinrichtung (10) angeschlossen ist,
mit einer optischen Erfassungseinrichtung (13) , die an die Lichtleiteinrichtung (10) angeschlossen ist, um aus dem Tastkörper (9) reflektiertes Licht zu erfassen und entsprechende elektrische Signale zu liefern, und
mit einer Auswerteeinrichtung (21) , die zur Auswertung der elektrischen Signale an die Erfassungseinrichtung (13) angeschlossen ist.
2. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (13) eine Bilderfassungseinrichtung ist.
3. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (13) ein Photodio- denarray (18) ist.
4. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (13) eine Kamera
(32) ist.
5. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper (9) eine gewölbte Oberfläche aufweist, deren Wölbung derart festgelegt ist, dass über den Lichtweg (11) in den Tastkörper (9) eingestrahltes Licht innerhalb des Tastkörpers (9) reflektiert wird.
6. Tasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Lichtweg (11) in den Tastkorper (9) eingestrahltes Licht den Tastkörper (9) ausschließlich nur über den Lichtweg (11) verlässt.
7. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkorper (9) eine Kugel ist.
8. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper (9) über einen einzigen Lichtleiter (10) an den Lichtweg (11) angeschlossen ist .
9. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lichtweg (11) ein Strahlteiler (14) angeordnet ist.
10. Tasteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) , der Tastkörper (9) und die Erfassungseinrichtung (13) über den Strahlteiler
(14) miteinander verbunden sind.
11. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkorper (9) über einen ersten Zweig
(15) des Lichtwegs (11) mit der Lichtquelle (12) und über einen zweiten Zweig (16) des Lichtwegs (11) mit der Erfassungseinrichtung (13) verbunden ist.
12. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) und die Erfassungseinrichtung (13) in Bezug auf den Tastkörper (9) ruhend angeordnet sind.
13. Tasteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtweg (11) zum Anschluss des Tastkörpers (9) wenigstens ein flexibles Lichtleitmittel (15) aufweist .
14. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12), die Erfassungseinrichtung (13) und der Tastkörper (9) in Bezug aufeinander ruhend angeordnet sind.
15. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) eine Quelle für interferenzfähiges Licht ist.
16. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) eine Kohärentlichtquel- le ist.
17. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) eine Glühlampe (17) oder eine Leuchtdiode ist .
18. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (12) eine Laserdiode (31) ist
19. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass der Lichtweg (11) einen Ausgangsabschnitt (16) aufweist, der Licht führt das unmittelbar von der Lichtquelle (12) kommt, sowie außerdem Licht, das aus dem Tastkörper (9) reflektiert ist.
20. Tasteinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (13) an den Ausgangsabschnitt (16) angeschlossen ist.
21. Tasteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (13) ein Bild mit einem Helligkeitsverteilungsmuster erfasst.
22. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (21) das sich in dem Bild ausbildendes Helligkeitsmuster und dessen Veränderung bei Änderung der Reflexionseigenschaften des Tastkörpers (9) ermittelt.
23. Tasteinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (21) ein sich in dem Bild durch Interferenz ausbildendes Muster und dessen Verformung bei Änderung der Reflexionseigenschaften des Tastkörpers (9) ermittelt.
24. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (21) eine Versteileinrichtung zur Bewegung des Tastkδrpers (9) steuert.
25. Tasteinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die VerStelleinrichtung die Annäherung des Tastkörpers (9) an eine Werkstückoberfläche stoppt, wenn das von der Erfassungseinrichtung (13) erfasste Bild mindestens eine vorgegebene Veränderung erfahren hat und dass die Auswerteeinrichtung (21) die Koordinaten des Tastkörpers (9) an dieser Stelle der Bestimmung der Oberflächenkoordinaten des Werkstücks (2) zu Grunde legt .
26. Tasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung aus der Position einer Bildveränderung (28, 29) in dem von der Erfassungseinrichtung (13) erfassten Bild auf die Lage der Werkstückoberfläche in Bezug auf den Tastkörper (9) schließt .
27. Verfahren insbesondere zur berührungslosen Vermessung von Werkstückoberflächen, wobei bei dem Verfahren ein lichtführender Tastkörper (9) in die Nähe einer Werkstückoberfläche gebracht wird und wobei eine bei Annäherung des Tastkörpers (9) an die Werkstückoberfläche auftretende Änderung des Lichtreflexionsverhaltens des Tastkörpers (9) als Maß für die Annäherung des Tastkörpers (9) an die Werkstückoberfläche herangezogen wird.
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