WO2007033811A1 - Verfahren und anordnung zur messung von strukturen eines objekts - Google Patents

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WO2007033811A1
WO2007033811A1 PCT/EP2006/009078 EP2006009078W WO2007033811A1 WO 2007033811 A1 WO2007033811 A1 WO 2007033811A1 EP 2006009078 W EP2006009078 W EP 2006009078W WO 2007033811 A1 WO2007033811 A1 WO 2007033811A1
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optical
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PCT/EP2006/009078
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Matthias ANDRÄS
Ralf Christoph
Ulrich NEUSCHÄFER-RUBE
Wolfgang Rauh
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Werth Messtechnik Gmbh
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • 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

  • the invention relates to a method for measuring structures of an object by means of a coordinate measuring device associated probe element, which is brought into contact with the object and then its position is determined indirectly.
  • the invention relates to a method for determining structures of an object by means of a coordinate measuring machine associated with a probe extension of a probe outgoing Antastformelements, which brought into contact with the object and then determines the spatial position of the Antastformelements or directly associated with this target with optical sensors becomes.
  • the invention relates to an arrangement for measuring structures of an object by means of a coordinate measuring machine associated with a Antastformelement and preferably a probe extension comprehensive push button.
  • the subject matter of the invention is an arrangement for measuring structures of an object by means of a coordinate measuring machine associated with a probe extension or a probe shaft of a probe outgoing Antastformelements, which if necessary.
  • Immediately associated with the button or the probe extension target mark is assigned, wherein the Antastfo ⁇ nelement can be brought into contact with the object and then its position with at least one optical sensor can be determined.
  • a method and an arrangement of the aforementioned type is known from WO-A-98/57121. In the known method, a photogrammetric method based on the triangulations is used for a 3-dimensional determination of the probe element position.
  • a coordinate measuring machine with mechanically scanning sensors can be found in DE-A-43 27 250.
  • a visual inspection of the mechanical probing process can be done with the aid of a monitor in order to avoid destruction of the probe.
  • a structure of an object is measured by means of a coordinate measuring device associated with a probe form element whose position is detected by means of an optical sensor.
  • sensor and probe are designed as a jointly adjustable unit. This can emanate from the WO-A-02/025206 of a rotary swivel joint.
  • the present invention is based on the object, a method and an arrangement of the type mentioned in such a way that any structures can be determined with a high accuracy, with a precise determination of the position of the object to be brought into contact Antastformelements to take place.
  • the object is essentially achieved by determining the 2-dimensional position of the probe element and / or the target mark by means of positionally associated 2D optical 2D sensors and calculating the spatial (3-dimensional) position of the probe shape element from the 2-dimensional position values becomes.
  • the position of the probe element is determined based on an associated target with two orthogonal or approximately orthogonal to the stylus 2D optical 2D sensors, from the 2-dimensional position values of the two sensors a valid for the probe element 3-dimensional position value is calculated ,
  • two coordinates are measured with two two-dimensional sensors, in order then to determine the space coordinate (X, Y, Z coordinates) of the probe element from the total of four coordinates.
  • a calibration is performed beforehand such that for each of the four coordinates of the two-dimensional sensors, the change in the coordinate in deflection of the probe element in the X, Y and Z directions is determined. From this, a matrix can be created, which allows the determination of the deflection of the probe element from the change in the coordinates of the two-dimensional sensors. From the deflection of the probe element and the coordinates of the axes of the coordinate measuring machine results in the spatial coordinate of the probe element.
  • the probing element and, associated with this associated target mark extend the same along the length of a probe extending along a straight line.
  • the Antastformelement or the target mark by means of the optical 2D sensors in planes with a cutting line 2-dimensional are determined, which coincides with the straight line or almost with the straight line or extends in the Z direction.
  • the planes themselves should be perpendicular or nearly perpendicular to each other.
  • the target has a self-luminous behavior. It is provided that the target mark is made visible in transmitted light by a light device opposite the 2-dimensional sensor.
  • the target mark can be a bottleneck of the probe shaft - also called button extension - can be used.
  • a spherical or ellipsoidal structure can be integrated into the stylus shaft as a target.
  • a cylindrical or spherical structure may be applied to the probe shaft or a thickening on the probe shaft may be used as a target.
  • the two optical sensors are connected by suitable optical deflection means such as mirrors or image guide with an optoelectronic camera, such as CCD camera or CMOS camera and evaluated together on this.
  • suitable optical deflection means such as mirrors or image guide with an optoelectronic camera, such as CCD camera or CMOS camera and evaluated together on this.
  • the two 2-dimensional optical sensors can be equipped by optical deflection means such as mirrors in conjunction with a uniform imaging lens for both sensors and a uniform matrix camera such as CCD camera.
  • At least two endoscopes are used as imaging beam paths for the realization of the sensors and two further endoscopes as illumination beam paths for the representation of the transmitted light illumination.
  • the endoscopes used for imaging can in one Semiconductor chip for image evaluation open. It is also possible that all optical components for the realization of the two sensors mentioned are integrated in one unit.
  • a particularly preferred procedure is characterized.
  • the overall behavior of the 3-dimensional sensor is recorded by recording the characteristic curves of the respective 1-dimensional components of the 2-dimensional sensors and is mathematically corrected by depositing corresponding correction values.
  • the overall behavior of the 3-dimensional sensor by recording the 2-dimensional characteristics of the individual sensors z. B. is detected by measurement on suitable standards and corrected by depositing appropriate correction values and their consideration during measurement.
  • the physical location of the target and probe element may coincide.
  • the optical beam path is mechanically designed so that it is possible to replace the target with the Antastformelement without changing the Justageschreib the optical beam path.
  • the total sensor system is mounted on a rotary pivot unit of a coordinate measuring device, wherein the above-described contact element within the coordinate measuring machine can be used together with other sensors.
  • the detection of the deflection components can be carried out by distance sensors, in particular laser distance sensors.
  • the target can be replaced by the evaluation of the changes in the shaft diameter of the probe.
  • Another preferred method is characterized in that the bending line of the probe shaft is evaluated in the observed range and from this it is concluded that the position of the probe-forming element is present.
  • the position of the probing element and / or the at least one target can be determined by means of reflecting and / or shading and / or radiation emitting from the probing element or the target.
  • An arrangement of the type mentioned above for measuring structures of an object is characterized by two-dimensional positional values of the probe element and / or the target mark can be determined by two optical 2D sensors and that from the 2-dimensional position values 3-dimensional position value of the probe form element is calculable.
  • two optical 2-dimensional sensors for determining the position of the probe element are arranged orthogonally or approximately orthogonal to the probe shaft, wherein from the 2-dimensional position values of the two sensors a valid for the probe element 3-dimensional position value can be calculated.
  • the Antastformelement or the target of the extending along a straight line stylus extension should go out and 2-dimensional position of the Antastformelements or at least one of these associated target by means of the optical 2-D sensors in planes with a cut line be determined with the Straight line or almost coincident with the straight line. It should be in two mutually perpendicular planes z. B. xz and yz levels are measured.
  • the measuring beam of the respective 2D sensor which detects the detection element or the target should be perpendicular or orthogonal to the straight line which is predetermined by the probe shaft in the region of the detection element or the target.
  • the measuring beams or the measuring beam areas should also run in or approximately in a common plane (xy plane).
  • the target has self-luminous behavior.
  • a lighting device is arranged opposite the 2-dimensional sensor.
  • the target mark is integrated as bottleneck of the probe shaft and / or as a spherical or ellipsoidal structure in the probe shaft and / or applied as a cylindrical or spherical structure on the probe shaft and / or formed as a thickening on the probe shaft.
  • the Antastformelement and / or the target are designed as a reflector.
  • the probe extension may be at least partially bending elastic and / or formed as a light guide or include such.
  • the probe extension has an L-shaped geometry, wherein the free leg section has the probing form element and in particular at least one target mark.
  • Probe element and target can be exchangeably connected to the probe extension.
  • a connection can also be made by gluing or welding.
  • the touch-sensitive element and / or the target mark a self-luminous electronic element such as LED on or represents such.
  • the Antastformelement is provided with a reflective and / or fluorescent layer and / or with a reflective or fluorescent material layer such that reflected by tastelement.00er surface of the layer radiation inside the Tastelement generates an optically detectable mark as bright spot as the target. It is also possible to create a bright Le ⁇ chtfleck by lighting from the outside.
  • the position of the Antastformiatas can be determined by means of the mark.
  • the mark can be a darkened area in the illuminated probe form element.
  • optical deflection means such as mirrors or image guide with an optoelectronic camera such as CCD camera or CMOS camera.
  • the two 2-dimensional optical sensors are equipped by optical deflection means such as mirrors in conjunction with a uniform imaging lens for the two sensors and a uniform matrix camera such as CCD camera.
  • the two optical sensors are realized by two or more endoscopes, wherein at least two endoscopes are provided as imaging beam paths for the realization of the sensors and two further endoscopes as illumination beam paths for the representation of the transmitted light illumination. The latter are only required if the targets have no intrinsic lighting.
  • 1 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine
  • Fig. 3 shows a second embodiment of an arrangement for measuring structures of an object.
  • FIG. 4 shows views of a target mark in the image field of a camera.
  • Fig. 6 is a plan view of a Flalterung the probe element.
  • FIG. 1 is purely in principle a coordinate measuring machine 10 with a z. B. granite existing base frame 12 with measuring table 14, on which an unillustrated object can be arranged to measure this.
  • Flierzu are columns or stands 18, 20 slidably supported on the base frame 12. From the columns 18, 20 is a traverse 22, along which - that is in the X direction - a carriage 24 is adjustable, which in turn receives a quill or column 26 which is adjustable in the Z direction.
  • a measuring sensor which consists in the embodiment of an L-shaped curved probe 28 and an optical sensor 30 such as CCD camera.
  • the button 28 has at its end a probe element 32.
  • the push-button 28 is formed elastically bending and therefore has a construction, as can be found in WO-A-98/57121.
  • the button 28 may be partially surrounded by a rigid element in order to set probing forces or vibration amplitudes targeted.
  • the adjacent to the probe element 32 portion of the probe 28 is flexurally elastic.
  • a probe material itself is in particular a multimode optical fiber in question.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an arrangement for measuring structures of an object.
  • the button 28 has at least one flexurally elastic probe extension 34 or stylus or probe shaft on which the probe element 32 is arranged, the is brought into contact with objects to be measured. From the flexurally elastic probe extension 34 goes from a target 36.
  • the first embodiment shown in FIG. 2 describes the technical structure of the solution according to the invention on the basis of the use of endoscopes as 2D optical sensors.
  • the probe element or Antastformelement 32 are the target 36, which are attached to the entire probe system in a holder with lighting 38 for generating the self-illumination of the target.
  • the imaging endoscopes 40, 42 can thus image the image of the target 36 on the camera 44 in the case of self-congestion.
  • a transmitted light illumination 46 can additionally be attached via two further endoscopes 48, 50.
  • the imaging endoscopes 40, 42 measure in planes that are preferably perpendicular to each other, such as in the xz plane and in the yz plane.
  • the imaging beams 37, 39 preferably intersect at a right angle and preferably extend in a common plane (xy-plane) which intersects vertically the vertically extending portion of the probe extension 34 and the Z-axis, respectively.
  • optical sensors which are the imaging endoscopes 40, 42 in the exemplary embodiment
  • 2-dimensional images of the target mark 36 are determined, from which then the 3-dimensional, ie spatial position of the sensing element 36 is determined.
  • the probing element 32 and the target mark 36 start from a portion of the probe extension 34, which runs along a straight line. Orthogonal to this section, the 2D optical sensors in the form of imaging endoscopes 40, 42 are then arranged to determine the 2-dimensional position values of the target 36. Alternatively, it is also possible to directly determine the position of the Antastformimplantations 32 by means of the sensors.
  • the position of the aiming mark 36 or of the probing element 32 is detected by means of the imaging endoscopes 40, 42 in planes with a cutting line 2-dimensional. true, which coincides with the course of the portion of the probe extension 34 from which the target 36 and the Antastformelement 32 go out.
  • FIG. 3 shows an analogous solution of the invention according to a second embodiment, in which instead of the endoscopes 40, 42 a mirror arrangement 56, 58 is used.
  • the position of the probing element 32 is ensured by determining the position of the target mark 36 by sighting with the objective 52 and the camera 54 via the imaging mirrors 56, 58.
  • the self-illumination of the target mark 36 can be realized via an integrated illumination 60.
  • An additional transmitted light can be achieved by arranging additional mirrors 62, 64 via the integrated brightfield illumination of the image processing sensor system 66.
  • FIG. 4 shows an example of how the image of the target mark 36 represents two views in the image field of the camera. It becomes visible how the position of the target mark in X- / Z-direction and in the other part-picture in Y- / Z-direction becomes visible in one field. From both positions, the position of the target mark 36 in the space and derived therefrom can calculate the Antastformelements 32.
  • Figs. 5a) to 5e) show various shapes of targets.
  • Fig. 5a) shows a spherical target 36
  • Fig. 5b shows a target 68 with a constriction
  • Fig. 5c shows a target 70 with a thickening
  • Fig. 4a) shows a cylindrical target 72
  • Fig. 4b) shows an ellipsoidal target 74th
  • Fig. 5 shows an arrangement in which it is ensured that through an opening 76 on the side of a mirror mount 80, the fiber probe element 28 itself can be removed laterally from the arrangement, without causing a risk of destruction.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung von Strukturen eines Objektes mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten von einer Tasterverlängerung eines Tasters ausgehenden Antastformelements, das mit dem Objekt in Berührung gebracht und sodann räumliche Position des Antastformelements oder einer diesem unmittelbar zugeordneten Zielmarke mit optischen Sensoren bestimmt wird. Um beliebige Strukturen mit einer hohen Messgenauigkeit bestimmen zu können, wobei eine präzise Lagebestimmung des mit dem Objekt in Berührung zu bringenden Antastformelements erfolgen soll, wird vorgeschlagen, dass 2-dimensionale Position des Tastelements und/oder der Zielmarke mittels positionsmäßig einander zugeordneter optischer 2D-Sensoren bestimmt wird und dass aus den 2-dimensionalen Positionswerten die räumliche (3-dimensionale) Position des Antastformelementes berechnet wird.

Description

Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten Tastelements, das mit dem Objekt in Berührung gebracht und dann seine Position mittelbar bestimmt wird. Insbesondere nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturen eines Objektes mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten von einer Tasterverlängerung eines Tasters ausgehenden Antastformelements, das mit dem Objekt in Berührung gebracht und sodann räumliche Position des Antastformelements oder einer diesem unmittelbar zugeordneten Zielmarke mit optischen Sensoren bestimmt wird.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten ein Antastformelement und vorzugsweise eine Tasterverlängerung umfassenden Tasters. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung eine Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten von einer Tasterverlängerung bzw. einem Tasterschaft eines Tasters ausgehenden Antastformelements, dem ggfs. unmittelbar eine von dem Taster bzw. der Tasterverlängerung ausgehende Zielmarke zugeordnet ist, wobei das Antastfoπnelement mit dem Objekt in Berührung bringbar und sodann seine Position mit zumindest einem optischen Sensor bestimmbar ist. Ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der WO-A- 98/57121 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird für eine 3-dimensionale Bestimmung der Tastelementposition ein fotogrammetrisches Verfahren auf der Basis der Triangulationen angewendet.
Ein Koordinatenmessgerät mit mechanisch abtastenden Sensoren ist der DE-A-43 27 250 zu entnehmen. Dabei kann eine visuelle Kontrolle des mechanischen Antastvorgangs mit Hilfe eines Monitors erfolgen, um eine Zerstörung des Tasters zu vermeiden.
In der US-A-4,972.597 wird ein Koordinatenmessgerät mit einem Taster beschrieben, dessen Tasterverlängerung mittels einer Feder in ihrer Position vorgespannt ist.
Nach der WOA-99/63301 wird eine Struktur eines Objektes mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten Antastformelements gemessen, dessen Position mittels eines optischen Sensors erfasst wird. Dabei sind Sensor und Taster als eine gemeinsam verstellbare Einheit ausgebildet. Diese kann nach der WO-A-02/025206 von einem Dreh-Schwenkgelenk ausgehen.
Aus dem DE-U-298 08 683 wird die Raumposition eines Tasters mittels zweier optischer Sensoren bestimmt, von denen einer die Z-Koordinate und der andere die X, Y- Koordinaten misst. Gleiches ergibt sich aus der DE. Z.: tm-Technisches Messen 66 (1999) 12, S. 1- 5, Schwenke et al.: „Opto-taktiler Sensor zur 2D- und 3D-Messung kleiner Strukturen mit Koordinatenmessgeräten".
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass beliebige Strukturen mit einer hohen Messgenauigkeit bestimmt werden können, wobei eine präzise Lagebestimmung des mit dem Objekt in Berührung zu bringenden Antastformelements erfolgen soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass 2- dimensionale Position des Tastelements und/oder der Zielmarke mittels positionsmäßig einander zugeordneter optischer 2D-Sensoren bestimmt wird und dass aus den 2- dimensionalen Positionswerten die räumliche (3-dimensionale) Position des Antastformelementes berechnet wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Position des Tastelements anhand einer zugeordneten Zielmarke mit zwei orthogonal oder annähernd orthogonal zum Taststift angeordneten optischen 2D-Sensoren bestimmt wird, wobei aus den 2-dimensionalen Positionswerten der beiden Sensoren ein für das Tastelement gültiger 3-dimensionaler Positionswert berechnet wird.
Das Wesentliche gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass für die 3- dimensionale Bestimmung der Tastelement- bzw. Fasertasterposition kein fotogrammet- risches Verfahren (immer auf der Basis Triangulationen) angewandet wird, sondern aus der reinen 2-dimensionalen Bestimmung der Position einer dem Tastelement bzw. Antastformelement zugeordneten Zielmarke auf die 3-dimensionale Lage des Tastelementes bzw. Antastformelementes geschlossen wird.
Es werden mit zwei zweidimensionalen Sensoren jeweils zwei Koordinaten gemessen, um sodann aus den insgesamt vier Koordinaten die Raumkoordinate (X-, Y-, Z- Koordinaten) des Tastelementes zu bestimmen. Hierzu erfolgt zuvor ein Einmessen derart, dass für jede der vier Koordinaten der zweidimensionalen Sensoren die Veränderung der Koordinate bei Auslenkung des Tastelementes in X-, Y- und Z-Richtung bestimmt wird. Hieraus kann eine Matrix erstellt werden, die die Bestimmung der Auslenkung des Tastelementes aus der Veränderung der Koordinaten der zweidimensionalen Sensoren ermöglicht. Aus der Auslenkung des Tastelementes und den Koordinaten der Verfahrachsen des Koordinatenmessgerätes ergibt sich die Raumkoordinate des Tastelementes.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Antastformelement und bei diesem zugeordneter Zielmarke diese an der entlang einer Geraden verlaufenden Tasterverlänge- rung angeordnet werden und dass das Antastformelement bzw. die Zielmarke mittels der optischen 2D-Sensoren in Ebenen mit einer Schnittgeraden 2-dimensional bestimmt werden, die mit der Geraden oder nahezu mit der Geraden zusammenfallt bzw. in Z- Richtung verläuft. Die Ebenen selbst sollten senkrecht oder nahezu senkrecht zueinander verlaufen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zielmarke ein Eigenleuchtverhalten auf. Es ist vorgesehen, dass die Zielmarke durch eine dem 2-dimensionalen Sensor gegenüberliegende Beleuchtungseinrichtung im Durchlicht sichtbar gemacht wird.
Als Zielmarke kann eine Engstelle des Tasterschaftes - auch Tasterverlängerung genannt - eingesetzt werden. Alternativ kann als Zielmarke eine kugelförmige oder el- lipsoidförmige Struktur in den Tasterschaft integriert werden. Ferner kann als Zielmarke eine zylinder- oder kugelförmige Struktur auf den Tasterschaft aufgebracht oder es kann eine Verdickung am Tasterschaft als Zielmarke verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zwei optischen Sensoren durch geeignete optische Ablenkmittel wie Spiegel oder Bildleiter mit einer optoelektronischen Kamera, wie CCD-Kamera oder CMOS-Kamera verbunden sind und über diese gemeinsam ausgewertet werden.
Die beiden 2-dimensionalen optischen Sensoren können durch optische Ablenkmittel wie Spiegel in Verbindung mit einem einheitlichen Abbildungsobjektiv für beide Sensoren und einer einheitlichen Matrix-Kamera, wie CCD-Kamera, ausgestattet sein.
Auch besteht die Möglichkeit, die zwei optischen Sensoren durch zwei oder mehr Endoskope zu realisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei Endoskope als Abbildungsstrahlengänge für die Realisierung der Sensoren und zwei weitere Endoskope als Beleuchtungsstrahlengänge für die Darstellung der Durchlichtbeleuch- tung eingesetzt werden. Die zur Abbildung eingesetzten Endoskope können in einem Halbleiterchip zur Bildauswertung münden. Auch besteht die Möglichkeit, dass alle optischen Bauelemente für die Realisierung der zwei genannten Sensoren in einer Einheit integriert werden.
Eine besonders bevorzugte Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus. dass das Gesamtverhalten des 3-dimensionalen Sensors durch Aufnahme der Kennlinien der jeweiligen 1 -dimensionalen Komponenten der 2-dimensionalen Sensoren erfasst und durch Hinterlegung entsprechender Korrekturwerte rechnerisch korrigiert wird.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Gesamtverhalten des 3-dimensionalen Sensors durch Aufnahme der 2-dimensionalen Kennlinien der Einzelsensoren z. B. durch Messung an geeigneten Normalen erfasst und durch Hinterlegung entsprechender Korrekturwerte und deren Berücksichtigung beim Messen rechnerisch korrigiert wird.
Der physikalische Ort von Zielmarke und Antastformelement kann zusammenfallen.
Des Weiteren ist entsprechend einer Weiterbildung vorgesehen, dass der optische Strahlengang mechanisch so ausgelegt wird, dass es möglich ist, die Zielmarke mit dem Antastformelement auszuwechseln, ohne den Justagezustand des optischen Strahlengangs zu verändern.
Vorteilhafterweise ist die Gesamtsensorik an einer Drehschwenkeinheit eines Koordina- tenmessgerätes angebracht, wobei das oben beschriebene Antastelement innerhalb des Koordinatenmessgerätes gemeinsam mit anderen Sensoren zum Einsatz gebracht werden kann. Die Erfassung der Auslenkungskomponenten kann durch Abstandssensoren, insbesondere Laserabstandssensoren erfolgen. Für die Bestimmung der 3-dimensionalen Auslenkung werden vorzugsweise mehrere getrennte Zielmarken verwendet. Dabei kann die Zielmarke durch die Auswertung der Änderungen des Schaft-Durchmessers des Antastelementes ersetzt werden. Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, dass die Biegelinie des Tasterschaftes im beobachteten Bereich ausgewertet wird und hieraus auf die Lage des Antastformelementes geschlossen wird.
Auch können zwei oder mehr Marken gleichzeitig ausgewertet werden und hieraus auf die Lage des Antastformelementes geschlossen werden. Anstatt der einen Kamera für jeden Sensor kann eine dem Sensor zugeordnete separate Kamera zum Einsatz kommen.
Die Position des Antastformelementes und/oder der zumindest einen Zielmarke können mittels reflektierender und/oder dieses bzw. diese abschattender und/oder von dem Antastformelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung bestimmt werden.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art zur Messung von Strukturen eines Objektes zeichnet sich dadurch aus, mittels zweier optischer 2D-Sensoren 2-dimensionale Positionswerte des Antastformelements und/oder der Zielmarke bestimmbar sind und dass aus den 2-dimensionalen Positionswerten 3-dimensionaler Positionswert des Antastformelementes berechenbar ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass orthogonal oder annähernd orthogonal zum Tasterschaft zwei optische 2-dimensionale Sensoren zur Bestimmung der Position des Tastelementes angeordnet sind, wobei aus den 2-dimensionalen Positionswerten der beiden Sensoren ein für das Tastelement gültiger 3-dimensionaler Positionswert berechenbar ist.
Dabei sollte das Antastformelement bzw. die Zielmarke von der entlang einer Geraden verlaufenden Tasterverlängerung ausgehen und 2-dimensionale Position des Antastformelements bzw. der zumindest einer diesem zugeordneten Zielmarke mittels der optischen 2-D-Sensoren in Ebenen mit einer Schnittgeraden bestimmbar sein, die mit der Geraden oder nahezu mit der Geraden zusammenfällt. Es sollte in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen z. B. xz- und yz-Ebenen gemessen werden. Der das Antastformelement bzw. die Zielmarke erfassende Messstrahl des jeweiligen 2D-Sensors sollte senkrecht bzw. orthogonal zu der Geraden verlaufen, die durch den Tasterschaft im Bereich des Antastformelementes bzw. der Zielmarke vorgegeben ist. Auch sollten die Messstrahlen bzw. die Messstrahlenbereiche in oder in etwa einer gemeinsamen Ebene (xy-Ebene) verlaufen.
Es ist vorgesehen, dass die Zielmarke Eigenleuchtverhalten aufweist. Um die Zielmarke durch Licht sichtbar zu machen ist vorgesehen, dass dem 2-dimensionalen Sensor gegenüberliegend eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Zielmarke als Engstelle des Tasterschaftes und/oder als kugelförmige oder ellipsoidförmige Struktur in den Tasterschaft integriert und/oder als zylinder- oder kugelförmige Struktur auf den Tasterschaft aufgebracht und/oder als Verdickung am Tasterschaft ausgebildet.
Nach Weiterbildungen der Erfindungen ist vorgesehen, dass das Antastformelement und/oder die Zielmarke als Reflektor ausgebildet sind. Ferner kann die Tasterverlängerung zumindest abschnittsweise biegeelastisch und/oder als Lichtleiter ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Insbesondere weist die Tasterverlängerung eine L-förmige Geometrie auf, wobei freier Schenkelabschnitt das Antastformelement und insbesondere zumindest eine Zielmarke aufweist.
Antastformelement und Zielmarke können auswechselbar mit der Tasterverlängerung verbunden sein. Eine Verbindung kann auch mittels Kleben oder Schweißen erfolgen.
In Weiterbildung weist das Antastformelement und/oder die Zielmarke ein selbstleuchtendes elektronisches Element wie LED auf oder stellt ein solches dar.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antastformelement mit einer reflektierenden und/oder fluoreszierenden Schicht und/oder mit einer aus reflektierendem bzw. fluoreszierendem Material bestehenden Schicht derart versehen ist, dass von tastelementseitiger Fläche der Schicht reflektierte Strahlung im Inneren des Tastelements eine optisch erfassbare Marke wie heller Leuchtfleck als die Zielmarke erzeugt. Auch besteht die Möglichkeit, einen hellen Leυchtfleck durch Beleuchtung von außen zu erzeugen.
Auch besteht die Möglichkeit, dass von der Tasterverlängerung des Tasters eine in dem optischen 2D-Sensor als Marke des Antastformelements erscheinende Markierung ausgeht, wobei die Position des Antastformelementes mittels der Marke bestimmbar ist. Dabei kann die Marke ein abgedunkelter Bereich im beleuchteten Antastformelement sein.
Zur gemeinsamen Auswertung der zwei optischen Sensoren ist vorgesehen, dass diese durch geeignete optische Ablenkmittel wie Spiegel oder Bildleiter mit einer optoelektronischen Kamera wie CCD-Kamera oder CMOS-Kamera verbunden sind.
Ferner sind die beiden 2-dimensionalen optischen Sensoren durch optische Ablenkmittel wie Spiegel in Verbindung mit einem einheitlichen Abbildungsobjektiv für die beiden Sensoren und einer einheitlichen Matrix-Kamera, wie CCD-Kamera ausgestattet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zwei optischen Sensoren durch zwei oder mehr Endoskope realisiert, wobei mindestens zwei Endoskope als Abbildungsstrahlengänge für die Realisierung der Sensoren und zwei weitere Endoskope als Beleuchtungsstrahlengänge für die Darstellung der Durchlichtbeleuchtung vorgesehen sind. Letztere sind nur dann erforderlich, wenn die Zielmarken kein Eigenleuchten aufweisen.
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 von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Koordinatenmessgerätes,
Fig. 2 eine erste Ausfuhrungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objektes,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objektes.
Fig. 4 Ansichten einer Zielmarke im Bildfeld einer Kamera.
Fig. 5a - 5e verschiedene Ausführungsformen einer Zielmarke und Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Flalterung des Tastelementes.
Der Fig. 1 ist rein prinzipiell ein Koordinatenmessgerät 10 mit einem z. B. aus Granit bestehenden Grundrahmen 12 mit Messtisch 14 zu entnehmen, auf dem ein nicht dargestelltes Objekt anordbar ist, um dieses zu messen. Entlang dem Grundrahmen 12 ist ein Portal 16 in X-Richtung verstellbar. Flierzu sind Säulen oder Ständer 18, 20 gleitend auf den Grundrahmen 12 abgestützt. Von den Säulen 18, 20 geht eine Traverse 22 aus, entlang der - also in X-Richtung - ein Schlitten 24 verstellbar ist, der seinerseits eine Pinole oder Säule 26 aufnimmt, die in Z-Richtung verstellbar ist. Von der Pinole oder Säule 26 geht ein Messsensor aus, der im Ausführungsbeispiel aus einem L-fÖrmig gebogenen Taster 28 und einem optischen Sensor 30 wie CCD-Kamera besteht. Der Taster 28 weist an seinem Ende ein Tastelement 32 auf. In diesem Bereich ist der Taster 28 biegeelastisch ausgebildet und weist demzufolge eine Konstruktion auf, wie diese der WO-A- 98/57121 zu entnehmen ist. Dabei kann der Taster 28 abschnittsweise von einem starren Element umgeben sein, um Antastkräfte bzw. Schwingungsamplituden gezielt einstellen zu können. Der an dem Tastelement 32 angrenzende Abschnitt des Tasters 28 ist jedoch biegeelastisch. Als Tastermaterial selbst kommt insbesondere eine Multimode- Lichtleitfaser in Frage.
Fig. 2 zeigt eine Ausfuhrungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts. Dabei weist der Taster 28 zumindest eine biegeelastische Tasterverlängerung 34 bzw. Taststift bzw. Tasterschaft auf, an der das Tastelement 32 angeordnet ist, das mit zu messenden Objekten in Berührung gebracht wird. Von der biegeelastischen Tasterverlängerung 34 geht eine Zielmarke 36 aus.
Die in Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsform beschreibt den technischen Aufbau der erfindungsgemäßen Lösung auf der Grundlage des Einsatzes von Endoskopen als optische 2D-Sensoren. Hierbei sind das Tastelement oder Antastformelement 32 die Zielmarke 36, die für das gesamte Tastsystem in einer Halterung mit Beleuchtung 38 für das Erzeugen des Eigenleuchtens der Zielmarke befestigt sind. Die Abbildungsendoskope 40, 42 können so das Bild der Zielmarke 36 auf die Kamera 44 im Eigenleuchlfall abbilden. Optional kann zusätzlich eine Durchlichtbeleuchtung 46 über zwei weitere Endoskope 48, 50 angebracht werden. Die Abbildungsendoskope 40, 42 messen in Ebenen, die vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen, wie in der xz-Ebene und in der yz-Ebene. Die Schnittlinie der Ebene verläuft in z-Richtung. Die Abbildungsstrahlen 37, 39 schneiden sich demnach vorzugsweise unter einem rechten Winkel und verlaufen bevorzugterweise in einer gemeinsamen Ebene (xy-Ebene), die den vertikal verlaufenden Abschnitt der Tasterverlängerung 34 bzw. die Z-Achse senkrecht schneidet.
Mittels der optischen Sensoren, die im Ausführungsbeispiel die Abbildungsendoskope 40, 42 sind, werden 2-dimensionale Bilder von der Zielmarke 36 ermittelt, aus denen sodann die 3-dimensionale, also räumliche Position des Antastformelementes 36 bestimmt wird.
Das Antastformelement 32 und die Zielmarke 36 gehen von einem Abschnitt der Tasterverlängerung 34 aus, der entlang einer Geraden verläuft. Orthogonal zu diesem Abschnitt sind sodann die optischen 2D-Sensoren in Form der Abbildungsendoskope 40, 42 angeordnet, um die 2-dimensionalen Positionswerte der Zielmarke 36 zu bestimmen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, unmittelbar die Position des Antastformelementes 32 mittels der Sensoren zu bestimmen.
Folglich wird die Position der Zielmarke 36 bzw. des Antastformelements 32 mittels der Abbildungsendoskope 40, 42 in Ebenen mit einer Schnittgeraden 2-dimensional be- stimmt, die mit dem Verlauf des Abschnitts der Tasterverlängerung 34 zusammenfällt, von der die Zielmarke 36 und das Antastformelement 32 ausgehen.
Fig. 3 zeigt eine analoge Lösung der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der statt der Endoskope 40. 42 eine Spiegelanordnung 56. 58 zum Einsatz kommt. Die Position des Antastelements 32 wird über Bestimmung der Position der Zielmarke 36 durch Anvisieren mit Objektiv 52 und Kamera 54 über die Abbildungsspiegel 56. 58 gewährleistet. Das Eigenleuchten der Zielmarke 36 kann über eine integrierte Beleuchtung 60 realisiert werden. Ein zusätzliches Durchlicht kann durch Anordnung zusätzlicher Spiegel 62, 64 über das integrierte Hellfeldauflicht der Bildverarbeitungssensorik 66 erreicht werden.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, wie sich das Bild der Zielmarke 36 aus zwei Ansichten im Bildfeld der Kamera darstellt. Es wird sichtbar, wie in einem Teilbild die Position der Zielmarke in X-/Z-Richtung und in dem anderen Teilbild in Y-/Z-Richtung sichtbar wird. Aus beiden Positionen lässt sich die Position der Zielmarke 36 im Raum und hieraus abgeleitet die des Antastformelements 32 berechnen.
Die Fig. 5a) bis 5e) zeigen verschiedene Formen von Zielmarken. Fig. 5a) zeigt eine kugelförmige Zielmarke 36, Fig. 5b zeigt eine Zielmarke 68 mit einer Einschnürung, Fig. 5c zeigt eine Zielmarke 70 mit einer Verdickung, Fig. 4a) zeigt eine zylinderförmige Zielmarke 72 und Fig. 4b) zeigt eine ellipsoidförmige Zielmarke 74.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der sichergestellt wird, dass durch eine Öffnung 76 an der Seite einer Spiegelhalterung 80 das Fasertasterelement 28 selbst seitlich aus der Anordnung herausgenommen werden kann, ohne ein Zerstörungsrisiko auszulösen. Hierbei sind im Einzelnen die Trägerbaugruppe bzw. Spiegelhalterung mit den Bezugszeichen 80, die Spiegel zur Erzeugung des bereits erläuterten Abbildungsstrahlengangs mit dem Bezugszeichen 82, 84, 86, 88 und der Fasertaster 28 mit Antastelement und Zielmarke in der Draufsicht dargestellt.

Claims

PatentansprücheVerfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts
1. Verfahren zur Bestimmung von Strukturen eines Objektes mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten von einer Tasterverlängerυng eines Tasters ausgehenden Antastformelements, das mit dem Objekt in Berührung gebracht und sodann räumliche Position des Antastformelements oder einer diesem unmittelbar zugeordneten Zielmarke mit optischen Sensoren bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass 2-dimensionale Position des Tastelements und/oder der Zielmarke mittels positionsmäßig einander zugeordneter optischer 2D-Sensoren bestimmt wird und dass aus den 2-dimensionalen Positionswerten die räumliche (3- dimensionale) Position des Antastformelementes berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Antastformelementes bzw. der diesem zugeordneten Zielmarke mit den orthogonal oder annähernd orthogonal zur Tasterverlängerung angeordneten optischen 2D-Sensoren bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement und diesem zugeordneter Zielmarke an der entlang einer Geraden verlaufenden Tasterverlängerung angeordnet werden und dass das Antastformelement bzw. die Zielmarke mittels der optischen 2D-Sensoren in Ebenen mit einer Schnittgeraden 2-dimensional bestimmt werden, die mit der Geraden oder nahezu mit der Geraden zusammenfällt bzw. in z-Richtung verläuft.
4. Verfahrennach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen senkrecht oder nahezu senkrecht aufeinander stehen.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass die Zielmarke Eigenleuchtverhalten aufweist.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass die Zielmarke durch eine dem 2-dimensionalen Sensor gegenüberliegende Beleuchtungseinrichtung im Durchlicht sichtbar gemacht wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielmarke eine Engstelle der Tasterverlängerung (Tasterschaft) eingesetzt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielmarke eine kugelförmige oder ellipsoidförmige Struktur in den Tasterverlängerung integriert wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielmarke eine Zylinder- oder kugelförmige Struktur auf den Tasterschaft aufgebracht wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdickung am Tasterschaft als Zielmarke verwendet wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 2 optischen Sensoren durch geeignete optische Ablenkmittel, wie Spiegel oder Bildleiter, mit einer opto-elektronischen Kamera, wie CCD-Kamera o- der CMOS-Kamera, verbunden sind und über diese gemeinsam ausgewertet werden.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden 2-dimensionalen optischen Sensoren durch optische Ablenkmittel, wie Spiegel, in Verbindung mit einem einheitlichen Abbildungsobjektiv für beide Sensoren und einer einheitlichen Matrix-Kamera, wie CCD-Kamera, ausgestattet werden.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei optischen Sensoren durch zwei oder mehr Endoskope realisiert werden.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Endoskope als Abbildungsstrahlengänge für die Realisierung der Sensoren und zwei weitere Endoskope als Beleuchtungsstrahlengänge für die Darstellung der Durchlichtbeleuchtung eingesetzt werden.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Abbildung eingesetzten Endoskope in einem Halbleiterchip zur Bildauswertung münden.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Bauelemente für die Realisierung der zwei optischen Sensoren in einer Einheit integriert werden.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass das Gesamtverhalten so gebildeten 3-dimensionalcn Sensors durch Aufnahme der Kennlinien der jeweiligen 1-dimensionalen Komponenten der 2- dimensionalen Sensoien erfasst und durch Hinterlegung entsprechender Korrekturwerte rechnerisch korrigiert wird.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtverhalten so gebildeten 3-dimensionalen Sensors durch Aufnahme der 2-dimensionalen Kennlinien der Einzelsensoren durch Messung an geeigneten Normalen erfasst und durch Hinterlegung entsprechender Korrekturwerte und deren Berücksichtigung beim Messen rechnerisch korrigiert wird.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Ort von Zielmarke und Antastformelement zusammenfällt.
20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Strahlengang mechanisch so ausgelegt wird, dass die Zielmarke mit dem Antastformelement ohne Veränderung vom Jυstagezustand des optischen Strahlengangs auswechselbar ist.
21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gesamtsensorik an einer Drehschwenkeinheit eines Koordinatenmessgerä- tes angebracht ist.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. dass Antastformelement innerhalb des Koordinatenmessgerätes gemeinsam mit anderen Sensoren zum Einsatz gebracht wird.
23. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung von Auslenkungskomponenten durch Abstandssensoren, insbesondere Laserabstandssensoren. erfolgt.
24. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung 3-dimensionaler Auslenkung des Tasters bzw. der Tasterverlängerung mehrere getrennte Zielmarken verwendet werden.
25. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke durch die Auswertung der Änderungen vom Durchmessers des Tasterschafts bzw. der Tasterverlängerung des Tasters ersetzt wird.
26. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegelinie des Tasterschaftes im beobachteten Bereich ausgewertet wird und hieraus auf die Lage des Antastformelementes geschlossen wird.
27. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Zielmarken gleichzeitig ausgewertet werden und hieraus auf die Lage des Antastformelementes geschlossen wird.
28. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Sensor eine separate Kamera zugeordnet wird.
29. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Antastformelementes und/oder der zumindest einen Zielmarke mittels reflektierender und/oder dieses bzw. diese abschattender und/oder von dem Antastformelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung bestimmt wird.
30. Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Ko- ordinatenmessgerät (10) zugeordneten von einer Tasterverlängemng (34) bzw. einem Tasterschaft eines Tasters ausgehenden Antastformelements (32), dem ggfs. unmittelbar eine von dem Taster bzw. der Tasterverlängerung ausgehende Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74, 76) zugeordnet ist, wobei das Antastformelement mit dem Objekt in Berührung bringbar und sodann seine Position mit zumindest einem optischen Sensor (40, 42, 56, 58) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zweier optischer 2D-Sensoren (40, 42, 56, 58) 2-dimensionale Positionswerte des Antastformelements (32) und/oder der Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74, 76) bestimmbar sind und dass aus den 2-dimensionalen Positionswerten 3- dimensionaler Positionswert des Antastformelementes (32) berechenbar ist.
31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement (32) bzw. die Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74, 76) von der entlang einer Geraden verlaufenden Tasterverlängerung (34) ausgehen und dass 2-dimensionale Position des Antastformelements bzw. der zumindest einen diesem zugeordneten Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74, 76) mittels der optischen 2- D-Sensoren (40, 42, 56, 58) in Ebenen mit einer Schnittgeraden bestimmbar sind, die mit der Geraden oder nahezu mit der Geraden zusammenfällt.
32. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen (xz; yz) senkrecht oder nahezu senkrecht zueinander verlaufen.
33. Anordnung nach Anspruch 30 bis 32. dadurch gekennzeichnet, dass orthogonal oder annähernd orthogonal zur Tasterverlängerung (34) bzw. Tastschaft des Tasters die zwei optischen 2D-Sensorcn (40, 42.56, 58) zur Bestimmung der 2-dimensionalen Position des Antastformelementcs (32) bzw. der zumindest einen diesem zugeordneten Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74, 76) angeordnet sind.
34. Anordnung nach den Ansprüchen 30 bis 33. dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74) eigenleuchtend ausgebildet ist.
35. Anordnung nach den Ansprüchen 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass dem 2-dimensionalen Sensor (40, 42; 56, 58) gegenüberliegend eine Beleuchtungseinrichtung (48, 50; 60, 64) angeordnet ist, mit der die Zielmarke (36) zur Durchlichtmessung anstrahlbar ist.
36. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (68) eine Engstelle des Tasterschaftes bzw. der Tasterverlängerung (34) ist.
37. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (32, 74) als eine kugelförmige oder ellipsoidförmige Struktur in dem Taster ausgebildet bzw. auf dem Tasterschaft (34) aufgebracht ist.
38. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (70) als Verdickung am Tasterschaft (34) ausgebildet ist.
39. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement und/oder die Zielmarke als Reflektor ausgebildet sind.
40. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 39. dadurch gekennzeichnet, dass die Tasterverlängerung zumindest abschnittsweise biegeelastisch und/oder als Lichtleiter ausgebildet ist oder einen solchen umfasst.
41. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasterverlängerung L-förmig gebogen ist.
42. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 41. dadurch gekennzeichnet, dass die Tasterverlängerung endseitig als das Antastformelement ausgebildet ist.
43. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement und/oder die Zielmarke auswechselbar mit der Tasterverlängerung verbunden sind.
44. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement und/oder die Zielmarke mit der Tasterverlängerung durch Kleben oder Schweißen verbunden sind.
45. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement und/oder die Zielmarke ein sclbstleuchtcndes elektronisches Element wie LED aufweist oder ein solches ist.
46. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement mit einer reflektierenden und/oder fluoreszierenden Schicht versehen ist und/oder mit einer aus reflektierendem bzw. fluoreszierendem Material bestehenden Schicht derart versehen ist, dass von tastclementsei- tiger Fläche der Schicht reflektierte Strahlung im Inneren des Tastelcments eine optisch erfassbare Marke wie heller Leuchtfleck als die Zielmarke erzeugt.
47. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass von der Tasterverlängerung des Tasters eine in dem optischen 2D-Sensor als Marke des Antastformelements erscheinende Markierung ausgeht, wobei die Position des Antastformelementes mittels der Marke bestimmbar ist.
48. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Marke ein abgedunkelter Bereich im beleuchteten Antastformelement ist.
49. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei optischen Sensoren (40, 42) durch geeignete optische Ablenkmittel, wie Spiegel oder Bildleiter, mit einer opto-elektroni sehen Kamera (44, 54), wie CCD-Kamera oder CMOS-Kamera, verbunden sind.
50. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden 2-dimensionalen optischen Sensoren (56, 58) durch optische Ablenkmittel, wie Spiegel, in Verbindung mit einem einheitlichen Abbildungsobjektiv (52) für beide Sensoren und einer einheitlichen Matrix-Kamera (54), wie CCD-Kamera, ausgestattet sind.
51. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 50 bis 50, dadurch gekennzeichnet. dass die zwei optischen Sensoren (40, 42) durch zwei oder mehrere Endoskope realisiert sind.
52. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 29 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Endoskope (40, 42) als Abbildungsstrahlengänge für die Realisierung der Sensoren und zwei weitere Endoskope (48, 50) als Beleuchtungsstrahlengänge für die Darstellung in Durchlichtbeleuchtung eingesetzt sind, wobei die auf das Antastformelement (32) bzw. Zielmarke (36) auftreffenden Strahlengänge (37, 39) sich vorzugsweise unter einem rechten Winkel oder nahezu rechten Winkel schneiden.
53. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Abbildung eingesetzten Endoskope (40, 42) in einem Halbleiterchip (44) zur Bildauswertung münden;
54. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Bauelemente für die Realisierung der Sensoren und zwei weitere Endoskope (48, 50) als Beleuchtungsstrahlengänge für die Darstellung der Durchlichtbeleuchtung eingesetzt sind.
55. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Bauelemente für die Realisierung der genannten Sensoren in einer Einheit integriert sind.
56. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 55. dadurch gekennzeichnet. dass der physikalische Ort von Zielmarke (36, 68, 70, 72.74) und Antastformelement (32) zusammenfällt.
57. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 56. dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (36, 68, 70, 72, 74) mit dem Antastformelement (32) ohne Veränderung vom Justagezustand des optischen Strahlengangs auswechselbar angeordnet ist.
58. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Trägerbaugruppe (80) zur Befestigung von Ablenkmitteln zu Erzeugung eines optischen Strahlengangs aufweist, wobei die Trägerbaugruppe (80) eine Öffnung (76), vorzugsweise eine seitliche Öffnung aufweist, durch die der Taster bzw. das Antastformelement aus der Anordnung herausnehmbar ist.
59.. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtsensorik an einer Drehschwenkeinheit des Koordinatenmessge- rätes (10) angeordnet ist.
60. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass das Antastformelement (32) innerhalb des Koordinatenmessgerätes (10) gemeinsam mit anderen Sensoren angeordnet ist.
61. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Auslenkungskomponenten des Tasters (58) Abstandssensoren vorgesehen sind, die insbesondere als Laserabstandssensoren ausgebildet sind.
62. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 61. dadurch gekennzeichnet, dass der Taster (28) für die Bestimmung einer 3-dimensionalen Auslenkung mehrere getrennte Zielmarken aufweist.
63. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Sensor eine diesem zugeordnete separate Kamera vorgesehen ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010060833A1 (de) 2009-11-26 2011-06-01 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur taktil-optischen Bestimmung der Geometrie eines Messobjektes
JP2018072267A (ja) * 2016-11-02 2018-05-10 株式会社キーエンス 画像測定装置
JP2019002931A (ja) * 2017-06-16 2019-01-10 株式会社ミツトヨ ４象限型光検出器を使用するエミッタ材料構成体を用いる測定装置のための光学的構成体
JP2019002930A (ja) * 2017-06-16 2019-01-10 株式会社ミツトヨ エミッタ材料構成体を用いる測定装置のための光学的構成体

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11159784B2 (en) 2014-10-23 2021-10-26 Cognex Corporation System and method for calibrating a vision system with respect to a touch probe
DE102015103373A1 (de) * 2015-03-09 2015-12-31 Hochschule Aalen Messelement für ein Koordinatenmessgerät

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4972597A (en) 1988-12-15 1990-11-27 Governor of Toyama Prefecture, Yutaka Nakaoki Three-dimensional displacement gage
DE4327250A1 (de) 1992-09-25 1994-03-31 Zeiss Carl Fa Verfahren zur Koordinatenmessung an Werkstücken
DE29808683U1 (de) 1998-05-13 1998-08-20 Schwenke Heinrich Dipl Ing Anordnung zur Sensierung der dritten Raumrichtung bei einem mikromechanischen Tastsystem
WO1998057121A1 (de) 1997-06-12 1998-12-17 Werth Messtechnik Gmbh Koordinatenmessgerät mit tastelement und dieses vermessenden optischen sensor
WO1999063301A1 (de) 1998-05-29 1999-12-09 Werth Messtechnik Gmbh Anordnung zur messung von strukturen eines objektes
WO2002025206A1 (de) 2000-09-20 2002-03-28 Werth Messtechnik Gmbh Anordnung und verfahren zum opto-taktilen messen von strukturen
DE10258579A1 (de) 2002-12-16 2004-07-08 Carl Mahr Holding Gmbh Messeinrichtung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4972597A (en) 1988-12-15 1990-11-27 Governor of Toyama Prefecture, Yutaka Nakaoki Three-dimensional displacement gage
DE4327250A1 (de) 1992-09-25 1994-03-31 Zeiss Carl Fa Verfahren zur Koordinatenmessung an Werkstücken
WO1998057121A1 (de) 1997-06-12 1998-12-17 Werth Messtechnik Gmbh Koordinatenmessgerät mit tastelement und dieses vermessenden optischen sensor
DE29808683U1 (de) 1998-05-13 1998-08-20 Schwenke Heinrich Dipl Ing Anordnung zur Sensierung der dritten Raumrichtung bei einem mikromechanischen Tastsystem
WO1999063301A1 (de) 1998-05-29 1999-12-09 Werth Messtechnik Gmbh Anordnung zur messung von strukturen eines objektes
WO2002025206A1 (de) 2000-09-20 2002-03-28 Werth Messtechnik Gmbh Anordnung und verfahren zum opto-taktilen messen von strukturen
DE10258579A1 (de) 2002-12-16 2004-07-08 Carl Mahr Holding Gmbh Messeinrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SCHWENKE ET AL.: "Opto-taktiler Sensor zur 2D- und 3D-Messung kleiner Strukturen mit Koordinatenmessgeräten", DE.Z.: TM-TECHNISCHES MESSEN, vol. 66, no. 12, 1999, pages 1 - 5, XP000927938

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010060833A1 (de) 2009-11-26 2011-06-01 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur taktil-optischen Bestimmung der Geometrie eines Messobjektes
WO2011064339A2 (de) 2009-11-26 2011-06-03 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und anordnung zur taktil-optischen bestimmung der geometrie eines messobjektes
JP2018072267A (ja) * 2016-11-02 2018-05-10 株式会社キーエンス 画像測定装置
JP2019002931A (ja) * 2017-06-16 2019-01-10 株式会社ミツトヨ ４象限型光検出器を使用するエミッタ材料構成体を用いる測定装置のための光学的構成体
JP2019002930A (ja) * 2017-06-16 2019-01-10 株式会社ミツトヨ エミッタ材料構成体を用いる測定装置のための光学的構成体

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Publication number Publication date
DE102006001531A1 (de) 2007-03-22
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