WO2008128610A1 - Modulares messkopfsystem - Google Patents

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WO2008128610A1
WO2008128610A1 PCT/EP2008/002305 EP2008002305W WO2008128610A1 WO 2008128610 A1 WO2008128610 A1 WO 2008128610A1 EP 2008002305 W EP2008002305 W EP 2008002305W WO 2008128610 A1 WO2008128610 A1 WO 2008128610A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
measuring head
central
head module
connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/002305
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Brosette
Norbert Steffens
Original Assignee
Carl Mahr Holding Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Mahr Holding Gmbh filed Critical Carl Mahr Holding Gmbh
Priority to JP2010504479A priority Critical patent/JP5523305B2/ja
Publication of WO2008128610A1 publication Critical patent/WO2008128610A1/de
Priority to US12/589,250 priority patent/US8174684B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • 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
    • G01B11/002—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 an optical modular measuring head system, in particular for measuring machines.
  • Measuring machines which have an optical measuring head which can solve several measuring tasks. Reference is made, for example, to DE 38 06 686 A1.
  • This measuring machine contains a measuring head, which works both as a video sensor imaging and recording a laser probe, to make point measurements in Z-directions.
  • this measuring machine contains a mechanical probe mounted on a separate Z-sleeve, which can also perform measuring tasks.
  • the optical measuring head is usually suitable for carrying out a specific type of measurement or image recording. tet.
  • the conversion from, for example, interferometric measurement to imaging modes and non-interferometric measurements is usually associated with a conversion of the measuring head, if at all possible.
  • the measuring head module system includes at least one cuboid central module which serves as a central carrier module and to which different functional groups in the form of, for example, a lighting module, a lens module, a mirror module and / or a camera module can be attached.
  • a lighting module a lens module
  • a mirror module a mirror module
  • auxiliary elements such as cover caps, cover plates, intermediate rings, spacers, tubes and the like, which also belong to the measuring head module system, can be provided.
  • the central module has defined connection points to which the other modules can be attached.
  • the measuring head module system can be used, for example, as an imaging measuring head with ring illumination, an imaging measuring head with objective illumination, a laser measuring head, a fixed magnification measuring head, a measuring head with a continuously variable graduation scale and the like realize more.
  • the connection points of the central module are preferably designed so that various other modules can be connected to the relevant connection point. Ideally, the connection points are formed uniformly, so that a large variability in terms of the composition of the individual modules and their spatial arrangements is achieved.
  • the central module encloses an interior space which intersects optical paths for the optical components to be connected, i. represents the modules to be connected.
  • the openings are formed so that their central axes intersect at right angles in a central point.
  • at the central module further openings and connection points may be, the central axes intersect in another central point.
  • the modular measuring head is intended for an optical coordinate measuring machine. It has at least one optical sensor in the form of, for example, a camera module. Additionally, one or more optically imaging modules are associated with the probe head module system for capturing two-dimensional images.
  • the central module is suitable for mounting a coaxial lighting unit, which is formed by a lighting module. This is preferably a module into which the required light is fiber-optically coupled. This keeps the heat input low. Alternatively, the lighting module may be provided with a LED for generating light. Without structural modification of the central module, various adjustments can be easily made by adding, removing or replacing other modules. For example, a coaxial lighting unit can be be built by light by means of a mirror module and the illumination module is reflected in the measuring path of the lens.
  • lighting modules such as a ring light module surrounding the lens
  • sensors or sensor elements such as a laser-based distance sensor or other optical point sensors for detecting the altitude of a lens point can be provided.
  • further detector modules for example further camera modules, can be provided, which differ, for example, in the image scale from the first detector module (camera module).
  • An actuator for example a piezoactuator, can be provided on the modular measuring head in order to carry out a deep scan with the objective designed, for example, as an interference lens.
  • An additional tactile push-button can be attached to the modular measuring head.
  • the modular measuring head may additionally have an optical point sensor.
  • This can be constructed, for example, as a chromatically confocal sensor or as a sensor based on an interferometric measuring principle.
  • FIG. 1 shows a measuring head constructed on the basis of the measuring head module system according to the invention in a front view
  • FIG. 2 is a perspective view of the central module of the measuring head according to FIG. 1 with illumination module and mirror module;
  • FIG. 3 to 9 different on the basis of the measuring head module according to the invention together Asked measuring heads, each in a perspective view and
  • FIG. 10 shows the measuring head module system in a perspective assignment representation.
  • FIG. 1 illustrates an optical measuring head 1, which is modularly constructed on the basis of a measuring head module system 2.
  • the latter is illustrated in FIG. 10 in an overview.
  • To the measuring head module system 2 include various modules that can be put together in a variety of combinations.
  • the basis of each compilation is a central module 3, as illustrated in FIG. It is formed by a six-sided cuboid having small sides 4, 5 and large sides 6, 7, 8, 9.
  • the opposing smaller sides 4, 5 each have connection points with a central large opening, whose central axes are aligned.
  • a connection point 10 for a lighting module 11 is provided on the surface 5.
  • This has a preferably rectangular housing 12, which is supplied via an optical fiber or a light guide 13 light.
  • suitable alignment means for example in the form of a tubular extension 14, can be provided which fits into the opening of the connection point 10.
  • connection point 15 is likewise provided, which can serve to accommodate various optical components.
  • it is set up to receive a mirror module 16 with a semitransparent mirror 17. This is arranged at a 45 ° angle to the central axis of the terminal 15 forming the opening.
  • the mirror module 16 is associated with intermediate rings 18 and a lens 19 having on its inwardly facing side a light absorbing surface 20, e.g. serves as a light trap.
  • connection point 21 which is formed by an opening whose central axis with the central axes of the connection points 10 and 15 under a right Angle intersects.
  • a further opening 22 may be provided, which is oriented parallel to the opening 21 and whose central axis preferably also the central axis of the connection points 10, 15 intersects.
  • the opening 22 can serve as a connection point for an optical component or, for example, only for receiving projections of another component. Such projections may be, for example actuators of a zoom drive.
  • the vertical front large side 7 has one or more mutually preferably parallel connection points 23, 24, which are formed by openings whose central axis intersect the central axis of the connection points 10, 15.
  • the central axis of the connection point 23 also preferably intersects the central axis of the connection point 21 at the same time.
  • connection point 25 is provided on the lower large side 8 of the central module 3, whose center axis coincides with the central axis of the connection point 21. It is used to attach, for example, a lens.
  • FIG. 1 illustrates a particularly simple constructed measuring head based on the central module 3.
  • a lens module 26 is connected, preferably cylindrical neck can carry a connector 27.
  • the objective module 26 receives light via the mirror module 16 and the illumination module 11, which are not visible in FIG. 1.
  • the connector 27 can carry a ring illumination module 28, which can serve, for example, for dark field illumination.
  • the connection point 15 carries in addition to the mirror module a holding module 29 with a holding tube 30 which is adapted to receive a mechanical button 31, for example, a switching button.
  • a zoom module 32 is placed, which optionally carries a camera module 34 on its upper side via a tube 33.
  • the measuring head 1 can serve to measure a workpiece tactile and optical.
  • the imaging optical system formed by the objective module 26, the zoom module 32 and the camera module 34 serves for optical measurement.
  • Either the ring illumination module 28 and / or the illumination module 11 are used if the mirror module 16 is provided in the light path.
  • FIG. 3 illustrates a modified measuring head 1a, based on the central module 3, which is completely covered by further components in FIG. If already explained components are present, reference is made to the previous description on the basis of the same reference numerals.
  • the objective module 26 is concealed in FIG. 3 by a laser autofocus module 35, which is connected to the large side 7. Its laser 36 projects parallel to the lens down. As illustrated in FIG. 10, the laser 36 with a semi-transparent mirror 37 and optionally via the mirror module 16 reflects light into the optical path of the objective module 26.
  • a step zoom module 38 is provided on the upper side 6 of the central module 3, which splits the optical path from the connection point 21 to two mutually parallel optical paths by means of a semitransparent and a fully reflecting mirror.
  • the two camera modules 34, 39 are preferred wise electronically pixel cameras with different chip sizes and / or different pixel numbers. They work simultaneously and thus simultaneously provide image signals, so that electronically selected very quickly between the two camera modules 34, 39 and thus switched the magnification or even image signals can be recorded in parallel.
  • DE 19514498 A1 for additional disclosure, reference is made to DE 19514498 A1.
  • the step zoom module 38 may also support an electrical connection module 40 with a connector 41. This is preferably a multi-pin connector, via the measuring head Ia electrical power, for example, for driving LED groups of the ring lighting module 28 can be supplied.
  • the zoom module 32 is provided, whose drives are controlled via the connector 41.
  • the central module 3 for forwarding electrical signals from the connection module 40 to other assemblies, the central module 3, as shown in FIG. formed as a shallow groove cable channel 42.
  • FIG. 4 illustrates a further compilation of the modules to a measuring head Ib.
  • a lens 26a of fixed focal length is used.
  • the central module 3 is provided at the front with a cover 43. This completes the connection point 24 and the connection point or inspection opening or cleaning opening 23.
  • FIG. 5 again shows in perspective the measuring head 1 according to FIG. 1.
  • FIG. 6 illustrates a variant of an optical probe Ic without zooming based on the embodiment according to FIG.
  • the camera module 34 is connected directly to the fixed lens 26b. Between the camera module 34 and the central module 3, an intermediate module 44 is arranged, which contains no adjustable optical components or no optical elements at all. Otherwise, the previous description applies accordingly.
  • FIG. 7 illustrates a further modification.
  • a piezoelectric actuator module 45 is connected to the central module 3 provided on the front side with the end cover 43, which carries at its connection point 25 an interference-optical objective 26c, for example a Mirau objective. This serves to move the objective 26, for example, with a pitch of 50 nanometers and a speed of e.g. 50 steps per second to adjust. With the piezo actuator module 45, an active movement of the objective lens can be achieved. This measuring head Id allows the achievement of particularly high measuring accuracies.
  • Figure 8 illustrates a measuring head Ie, which can serve for the simultaneous recording of interference optical images, as well as pictorial images. As far as already described components are used, reference is made to the previous description. It can be realized with the modular measuring system, a measuring arrangement according to DE 102004022341 Al.
  • a beam splitter housing 47 is connected via a tube 46, from which a reference light path branches off with a reference mirror 48.
  • a white light illumination unit 49 is arranged, which is supplied via an optical waveguide 50 with light.
  • This can also be a polarizing filter contain.
  • a ⁇ / 4-plate can be arranged.
  • Polarization filters may also be provided in the intermediate module 44 to direct light having one polarization to the camera module 34 and light having the other polarization to the camera module 39. In this way, an interference image can be recorded with one camera module and a live image of the examined object with the other camera module. It can be recorded with two camera modules 34, 39 interference images, from the difference, once the live image and the other results in the difference image.
  • FIG. 9 illustrates a further compilation of the described modules in the form of a measuring head Id.
  • the objective 26 with the connection piece 27 and the ring light module 28 is connected to the lateral connection point 15.
  • the lower connection point 25 is closed by a cover.
  • FIG. 10 illustrates a number of the described modules and elements for illustrating alternative assembly possibilities.
  • On the back (page 9) of the central module 3 preferably no larger openings and no connections for other modules are provided.
  • the rear side serves for fastening the central module 3 to a guide element, as provided, for example, on a measuring machine.
  • a dovetail plate 51 can be used which, together with a dovetail groove 52, forms a connection device 53 for the mechanical fastening of the central module to a mechanical support.
  • the dovetail groove is arranged on the rectangular large side 9, preferably centrally parallel to the short edges.
  • a measuring head module system 2 which has at least one cuboid central module 3 with six sides 4, 5, 6, 7, 8, 9. It encloses an interior and has on at least five sides 4, 5, 6, 7, 8 connection points 10, 15, 21, 24, 25, each surrounding at least one opening which leads into the interior.
  • the central module 3 forms with other modules a kit for forming a variety of optical measuring heads.
  • Such modules may be a lighting module 11 and / or a lens module 26 and / or a mirror module 16 and / or a camera module 34.
  • Each of these optional modules can be connected at least indirectly, optionally with the interposition of a further module, to at least one of the connection points 10, 15, 21, 24, 25.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Es wird ein Messkopfmodul System (2) vorgeschlagen, das wenigstens ein quaderförmiges Zentralmodul (3) mit sechs Seiten (4, 5, 6, 7, 8, 9) aufweist. Es umschließt einen Innenraum und weist an mindestens fünf Seiten (4, 5, 6, 7, 8) Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) auf, die jeweils mindestens eine Öffnung umgeben, die in den Innenraum führt. Das Zentralmodul (3) bildet mit weiteren Modulen einen Bausatz zur Ausbildung der verschiedensten optischen Messkδpfe. Solche Module können ein Beleuchtungsmodul (11) und/oder ein Objektivmodul (26) und/oder ein Spiegelmodul (16) und/oder ein Kameramodul (34) sein. Jedes dieser optionalen Module ist zumindest mittelbar, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren Moduls, an wenigstens eine der Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) anschließbar.

Description

Modulares MesskopfSystem
Die Erfindung betrifft ein optisches modulares Messkopf- System, insbesondere für Messmaschinen.
Es sind Messmaschinen bekannt, die einen optischen Messkopf aufweisen, der mehrere Messaufgaben lösen kann. Dazu wird beispielsweise auf die DE 38 06 686 Al verwiesen. Diese Messmaschine enthält einen Messkopf, der sowohl als Videotaster abbildend arbeitet als auch einen Lasertaster aufnimmt, um punktuelle Messungen in Z-Richtungen durchführen zu können.
Des Weiteren enthält diese Messmaschine einen an einer gesonderten Z-Pinole gelagerten mechanischen Taster, der e- benfalls Messaufgaben erfüllen kann.
Der optische Messkopf ist in der Regel zur Durchführung einer bestimmten Art der Messung oder Bildaufnahme eingerich- tet . Die Umrüstung beispielsweise von interferometrischer Messung auf abbildende Betriebsarten und nicht interfero- metrische Messungen ist in der Regel mit einer Umrüstung des Messkopfs verbunden, wenn überhaupt möglich.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, auf rasche und effiziente Weise Messköpfe zur Durchführung einer gewünschten Messung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1 gelöst :
Zu dem erfindungsgemäßen Messkopfmodulsystem gehören wenigstens ein quaderförmiges Zentralmodul, das als zentraler Trägerbaustein dient und an dem verschiedene Funktionsgruppen in Form beispielsweise eines Beleuchtungsmoduls, eines Objektivmoduls, eines Spiegelmoduls und/oder eines Kameramoduls angebracht werden können. Es können weitere Module und Hilfs- elemente, wie beispielsweise Abdeckkappen, Abdeckplatten, Zwischenringe, Zwischenstücke, Tuben und dergleichen vorgesehen werden, die ebenfalls zu dem Messkopfmodulsystem gehören. Das Zentralmodul weist definierte Anschlussstellen auf, an denen die anderen Module angebracht werden können. Durch Wahl und Anbringung der jeweils für eine bestimmte Messaufgabe erforderlichen Module lässt sich mit dem Messkopfmodulsystem z.B. ein abbildender Messkopf mit Ringlichtbeleuchtung, ein abbildender Messkopf mit Objektivbeleuchtung, ein Lasermesskopf, ein Messkopf mit festem Abbildungsmaßstab, ein Messkopf mit kontinuierlich oder in Stufen variablem Abbildungsmaßstab und dergleichen mehr realisieren. Dies gelingt nach dem Baukastenprinzip, in dem an das quaderförmige Zentralmodul die jeweils erforderlichen oder gewünschten anderen Module angebaut werden. Die Anschlussstellen des Zentralmoduls sind vorzugsweise so gestaltet, dass an die betreffende Anschlussstelle verschiedene andere Module angeschlossen werden können. Im Idealfall sind die Anschlussstellen einheitlich ausgebildet, so dass eine große Variabilität hinsichtlich der Zusammenstellung der einzelnen Module und deren räumlichen Anordnungen erreicht wird.
Das Zentralmodul umschließt einen Innenraum, der sich kreuzende optische Wege für die anzuschließenden optischen Komponenten, d.h. die anzuschließenden Module darstellt. Vorzugsweise sind die Öffnungen dabei so ausgebildet, dass ihre Mittelachsen sich in einem Zentralpunkt unter rechten Winkeln schneiden. Gegebenenfalls können an dem Zentralmodul weitere Öffnungen und Anschlussstellen sein, deren Mittelachsen sich in einem weiteren Zentralpunkt schneiden. Durch diese Bedingungen wird sicher gestellt, dass die verschiedenen optischen Komponenten, wie sie auch immer an das Zentralmodul angeschlossen werden, miteinander richtig zusammen arbeiten.
Der modulare Messkopf ist für ein optisches Koordinaten- messgerät vorgesehen. Er weist mindestens einen optischen Sensor in Form beispielsweise eines Kameramoduls auf. Außerdem gehören ein oder mehrere optisch abbildende Module zu dem Messkopfmodulssystem, um zweidimensionale Bilder erfassen zu können. Das Zentralmodul ist zum Anbau einer koaxialen Beleuchtungseinheit geeignet, die durch ein Beleuchtungsmodul gebildet wird. Dieses ist vorzugsweise ein Modul in das das erforderliche Licht faseroptisch eingekoppelt wird. Dies hält den Wärmeeintrag gering. Alternativ kann das Beleuchtungsmodul mit einer LED zur Lichterzeugung versehen sein. Ohne bauliche Veränderung des Zentralmoduls können durch Hinzufügen, Wegnehmen oder Austauschen von anderen Modulen auf einfache Art und Weise verschiedene Anpassungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine koaxiale Beleuchtungseinheit ange- baut werden, indem mittels eines Spiegelmoduls und des Beleuchtungsmoduls Licht in den Messweg des Objektivs eingespiegelt wird. Andere Beleuchtungsmodule, wie beispielsweise ein das Objektiv umgebendes Ringlichtmodul, können angebaut oder abgebaut werden. Es können weitere Sensoren oder Sensorelemente, wie beispielsweise ein laserbasierter Abstandssensor oder andere optische Punktsensoren zur Erfassung der Höhenlage eines Objektivpunkts vorgesehen werden. Ebenso können weitere Detektormodule, beispielsweise weitere Kameramodule, vorgesehen werden, die sich beispielsweise im Abbildungsmaßstab von dem ersten Detektormodul (Kameramodul) unterscheiden.
An dem modularen Messkopf kann ein Aktuator, beispielsweise ein Piezoaktuator vorgesehen sein, um mit dem beispielsweise als Interferenzobjektiv ausgebildeten Objektiv einen Tiefenscan durchzuführen.
An dem modularen Messkopf kann zusätzlich ein taktiler Taster angebaut sein.
Der modulare Messkopf kann zusätzlich einen optischen Punktsensor aufweisen. Dieser kann beispielsweise als chromatisch konfokaler Sensor oder als ein auf einem interfero- metrischen Messprinzip basierender Sensor aufgebaut sein.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung oder der Beschreibung oder von Ansprüchen. Die Beschreibung ist auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten beschränkt. Die Zeichnung zeigt weitere Einzelheiten und ergänzt die Beschreibung. Es zeigen:
Figur 1 einen Messkopf aufgebaut auf Basis des erfindungsgemäßen Messkopfmodulsystems in einer Frontansicht, Figur 2 das Zentralmodul des Messkopfs nach Figur 1 mit Beleuchtungsmodul und Spiegelmodul in perspektivischer Darstellung,
Figur 3 bis 9 verschiedene auf Basis des erfindungsgemäßen Messkopfmodulsystems zusammen gestellte Messköpfe, jeweils in perspektivischer Darstellung und
Figur 10 das MesskopfmodulSystem in perspektivischer Zuordnungsdarstellung .
In Figur 1 ist ein optischer Messkopf 1 veranschaulicht, der modular auf Basis eines Messkopfmodulsystems 2 aufgebaut ist. Letzteres ist in Figur 10 in Übersichtsdarstellung veranschaulicht. Zu dem Messkopfmodulsystem 2 gehören verschiedene Module, die sich in vielfältiger Kombination zusammenstellen lassen. Basis jeder Zusammenstellung ist ein Zentral- modul 3, wie es in Figur 2 veranschaulicht ist. Es wird durch einen sechsseitigen Quader gebildet, der kleine Seiten 4, 5 und große Seiten 6, 7, 8, 9 aufweist. Die einander gegenüber liegenden kleineren Seiten 4, 5 weisen jeweils Anschlussstellen mit einer zentralen großen Öffnung auf, deren Mittelachsen miteinander fluchten. An der Fläche 5 ist eine Anschlussstelle 10 für ein Beleuchtungsmodul 11 vorgesehen. Dieser weist ein vorzugsweise rechteckiges Gehäuse 12 auf, dem über eine Lichtleitfaser oder ein Lichtleitkabel 13 Licht zugeführt wird. Zur Ausrichtung des Gehäuses 12 an dem Zentralmodul 3 können geeignete Ausrichtmittel, beispielsweise in Form eines Rohrfortsatzes 14 vorgesehen sein, der in die Öffnung der Anschlussstelle 10 passt.
An der gegenüber liegenden kleinen Seite 4 ist ebenfalls eine Anschlussstelle 15 vorgesehen, die zur Aufnahme verschiedener optischer Komponenten dienen kann. Im vorliegenden Beispiel ist sie zur Aufnahme eines Spiegelmoduls 16 mit einem halbdurchlässigen Spiegel 17 eingerichtet. Dieser ist in einem 45° -Winkel zu der Mittelachse, der die Anschlussstelle 15 bildenden Öffnung angeordnet. Dem Spiegelmodul 16 sind Zwischenringe 18 und eine Abschlussscheibe 19 zugeordnet, die an ihrer nach innen weisenden Seite eine lichtabsorbierende Fläche 20 aufweist, die z.B. als Lichtfalle dient.
Des Weiteren weist das Zentralmodul 3 an seiner oberen großen Seite 6 eine Anschlussstelle 21 auf, die durch eine Öffnung gebildet ist, deren Mittelachse sich mit den Mittelachsen der Anschlussstellen 10 und 15 unter einem rechten Winkel schneidet. Neben der Anschlussstelle 21 kann eine weitere Öffnung 22 vorgesehen sein, die parallel zu der Öffnung 21 orientiert ist und deren Mittelachse vorzugsweise ebenfalls die Mittelachse der Anschlussstellen 10, 15 schneidet. Die Öffnung 22 kann als Anschlussstelle für eine optische Komponente oder z.B. lediglich zur Aufnahme von Vorsprüngen einer anderen Komponente dienen. Solche Vorsprünge können beispielsweise Stellmotoren eines Zoom-Antriebs sein.
Die vertikale vordere große Seite 7 weist ein oder mehrere zueinander vorzugsweise parallele Anschlussstellen 23, 24 auf, die durch Öffnungen gebildet sind, deren Mittelachse die Mittelachse der Anschlussstellen 10, 15 schneiden. Die Mittelachse der Anschlussstelle 23 schneidet außerdem vorzugsweise zugleich die Mittelachse der Anschlussstelle 21.
Fluchtend zu der Anschlussstelle 21 ist an der unteren großen Seite 8 des Zentralmoduls 3 eine weitere Anschlussstelle 25 vorgesehen, deren Mittelachse mit der Mittelachse der Anschlussstelle 21 übereinstimmt. Sie dient zum Anbau beispielsweise eines Objektivs.
Es wird nun auf Figur 1 zurückgegriffen. Diese veranschaulicht einen besonders einfach aufgebauten Messkopf auf Basis des Zentralmoduls 3. An die untere große Seite 8 ist ein Objektivmodul 26 angeschlossen, dessen vorzugsweise zylindrischer Hals ein Anschlussstück 27 tragen kann. Das Objektivmodul 26 erhält Licht über das in Figur 1 nicht sichtbare Spiegelmodul 16 und das Beleuchtungsmodul 11. Außerdem kann das Anschlussstück 27 ein Ringbeleuchtungsmodul 28 tragen, das z.B. zur Dunkelfeldbeleuchtung dienen kann. Die Anschlussstelle 15 trägt zusätzlich zu dem Spiegelmodul ein Haltemodul 29 mit einem Halterohr 30 das dazu eingerichtet ist, einen mechanischen Taster 31, beispielsweise einen schaltenden Taster aufzunehmen. Auf die ebene obere große Seite 6 des Zentralmoduls 3 ist ein Zoom-Modul 32 aufgesetzt, das an seiner Oberseite gegebenenfalls über einen Tubus 33 ein Kameramodul 34 trägt.
Der Messkopf 1 kann dazu dienen, ein Werkstück taktil und optisch zu vermessen. Zur optischen Vermessen dient das abbildende optische System, gebildet aus dem Objektivmodul 26, dem Zoom-Modul 32 und dem Kameramodul 34. Zur Beleuchtung dienen entweder das Ringbeleuchtungsmodul 28 und/oder das Beleuchtungsmodul 11, sofern in dem Lichtweg das Spiegelmodul 16 vorgesehen ist.
Figur 3 veranschaulicht einen abgewandelten Messkopf Ia, auf Basis des Zentralmoduls 3, der in Figur 3 von weiteren Komponenten vollständig verdeckt ist. Sofern bereits erläuterte Komponenten vorhanden sind, wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorige Beschreibung verwiesen. Das Objektivmodul 26 ist in Figur 3 von einem Laserautofokus- modul 35 verdeckt, das an die große Seite 7 angeschlossen ist. Sein Laser 36 ragt parallel zu dem Objektiv nach unten. Wie Figur 10 veranschaulicht, spiegelt der Laser 36 mit einem halb durchlässigen Spiegel 37 und gegebenenfalls über das Spiegelmodul 16 Licht in den optischen Pfad des Objektivmoduls 26 ein.
An Stelle des Zoom-Moduls 32 ist an der oberen Seite 6 des Zentralmoduls 3 ein Stufen-Zoom-Modul 38 vorgesehen, das mittels eines halbdurchlässigen und eines vollständig reflektierenden Spiegels den optischen Pfad ausgehend von der Anschlussstelle 21 auf zwei zueinander parallele optische Pfade aufspaltet. Von diesen führt einer zu dem Kameramodul 34 und der andere zu einem weiteren Kameramodul 39, die beide parallel zueinander an der Oberseite des Stufen-Zoom-Moduls 38 angeordnet sind. Die beiden Kameramodule 34, 39 sind Vorzugs- weise elektronisch Pixelkameras mit unterschiedlichen Chip- Größen und/oder unterschiedlichen Pixelzahlen. Sie arbeiten gleichzeitig und liefern somit gleichzeitig Bildsignale, so dass elektronisch sehr schnell zwischen den beiden Kameramodulen 34, 39 gewählt und somit die Vergrößerung umgeschaltet oder auch Bildsignale parallel aufgezeichnet werden können. Zur ergänzenden Offenbahrung wird auf die DE 19514498 Al verwiesen.
Das Stufen-Zoom-Modul 38 kann außerdem ein elektrisches Anschlussmodul 40 mit einem Steckverbinder 41 tragen. Dieser ist vorzugsweise ein vielpoliger Steckverbinder, über den dem Messkopf Ia elektrische Leistung beispielsweise zur Ansteuerung von LED-Gruppen des Ringbeleuchtungsmoduls 28 zugeführt werden können. Außerdem kann, wenn an Stelle des Stufen-Zoom- Moduls 38 das Zoom-Modul 32 vorgesehen ist, dessen Antriebe über den Steckverbinder 41 gesteuert werden. Zur Weiterleitung elektrischer Signale von dem Anschlussmodul 40 zu anderen Baugruppen weist das Zentralmodul 3, wie aus Figur 2 ersichtlich, an seiner Rückseite 9 einen z.B. als flache Nut ausgebildeten Kabelkanal 42 auf.
Figur 4 veranschaulicht eine weitere Zusammenstellung der Module zu einem Messkopf Ib. Soweit bereits beschriebene Module und Elemente verwendet sind, wird unter Zugrundelegung der eingeführten Bezugszeichen auf die vorige Beschreibung verwiesen. Es wird ein Objektiv 26a mit fester Brennweite verwandt. Das Zentralmodul 3 ist frontseitig mit einem Abschlussdeckel 43 versehen. Dieser schließt die Anschlussstelle 24 und die Anschlussstelle bzw. Inspektionsöffnung oder Reinigungsδffnung 23 ab.
Figur 5 veranschaulicht nochmals perspektivisch den Messkopf 1 nach Figur 1. Figur 6 veranschaulicht eine auf der Ausführungsform nach Figur 4 beruhende Variante eines optischen Tastkopfs Ic ohne Zoom. Das Kameramodul 34 ist unmittelbar an das Festobjektiv 26b angeschlossen. Zwischen dem Kameramodul 34 und dem Zentralmodul 3 ist ein Zwischenmodul 44 angeordnet, der keine verstellbaren optischen Komponenten oder überhaupt keine optischen Elemente enthält. Ansonsten gilt die vorige Beschreibung entsprechend.
Eine weitere Abwandlung veranschaulicht Figur 7. An das frontseitig mit dem Abschlussdeckel 43 versehene Zentralmodul 3, das an seiner Anschlussstelle 25 ein interferenzoptisches Objektiv 26c, beispielsweise ein Mirau-Objektiv trägt, ist ein Piezostellmodul 45 angeschlossen. Dieses dient dazu, das Objektiv 26 beispielsweise mit einer Schrittweite von 50 Na- nometer und einer Geschwindigkeit von z.B. 50 Schritten pro Sekunde zu verstellen. Mit dem Piezostellmodul 45 lässt sich eine aktive Bewegung der Objektivlinse erreichen. Dieser Messkopf Id gestattet die Erzielung besonders hoher Messgenauigkeiten.
Figur 8 veranschaulicht einen Messkopf Ie, der zur gleichzeitigen Aufnahme interferenzoptischer Abbildungen, wie auch bildlicher Abbildungen dienen kann. Soweit bereits beschriebene Komponenten genutzt werden, wird auf die vorige Beschreibung verwiesen. Es kann mit dem modularen Messsystem eine Messanordnung gemäß DE 102004022341 Al realisiert werden.
An seiner unteren Anschlussstelle 25 ist über einen Tubus 46 ein Strahlteilergehäuse 47 angeschlossen, von dem ein Referenzlichtweg mit einem Referenzspiegel 48 abzweigt. Gegenüber liegend ist eine Weißlichtbeleuchtungseinheit 49 angeordnet, die über einen Lichtwellenleiter 50 mit Licht versorgbar ist. Diese kann außerdem ein Polarisierungsfilter enthalten. In dem Referenzlichtweg kann eine λ/4-Platte angeordnet sein. In dem Zwischenmodul 44 können ebenfalls Polarisationsfilter vorgesehen sein, um Licht mit einer Polarisation zu dem Kameramodul 34 und Licht mit der anderen Polarisation zu dem Kameramodul 39 zu leiten. Auf diese Weise kann mit einem Kameramodul ein Interferenzbild und mit dem anderen Kameramodul ein Live-Bild des untersuchten Gegenstands aufgenommen werden. Es können mit beiden Kameramodulen 34, 39 Interferenzbilder aufgenommen werden, aus deren Differenz sich einmal das Live-Bild und zum anderen das Differenzbild ergibt.
Figur 9 veranschaulicht eine weitere Zusammenstellung der beschriebenen Module in Form eines Messkopfs Id. Bei diesem ist das Objektiv 26 mit dem Anschlussstück 27 und dem Ringlichtmodul 28 an die seitliche Anschlussstelle 15 angeschlossen. Die untere Anschlussstelle 25 ist durch einen Abschlussdeckel geschlossen.
Figur 10 veranschaulicht eine Anzahl der beschriebenen Module und Elemente zur Verdeutlichung alternativer Zusammen- baumόglichkeiten. An der Rückseite (Seite 9) des Zentralmoduls 3 sind vorzugsweise keine größeren Öffnungen und auch keine Anschlüsse für andere Module vorgesehen. Die Rückseite dient der Befestigung des Zentralmoduls 3 an einem Führungselement, wie es beispielsweise an einer Messmaschine vorgesehen ist. Zur Verbindung kann ein Schwalbenschwanzblech 51 dienen, das zusammen mit einer Schwalbenschwanznut 52 eine Anschlusseinrichtung 53 zur mechanischen Befestigung des Zentralmoduls an einem mechanischen Träger bildet. Die Schwalbenschwanznut ist an der rechteckigen großen Seite 9 vorzugsweise mittig parallel zu den kurzen Kanten angeordnet.
Es wird ein MesskopfmodulSystem 2 vorgeschlagen, das wenigstens ein quaderförmiges Zentralmodul 3 mit sechs Seiten 4, 5, 6, 7, 8, 9 aufweist. Es umschließt einen Innenraum und weist an mindestens fünf Seiten 4, 5, 6, 7, 8 Anschlussstellen 10, 15, 21, 24, 25 auf, die jeweils mindestens eine Öffnung umgeben, die in den Innenraum führt . Das Zentralmodul 3 bildet mit weiteren Modulen einen Bausatz zur Ausbildung der verschiedensten optischen Messköpfe. Solche Module können ein Beleuchtungsmodul 11 und/oder ein Objektivmodul 26 und/oder ein Spiegelmodul 16 und/oder ein Kameramodul 34 sein. Jedes dieser optionalen Module ist zumindest mittelbar, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren Moduls, an wenigstens eine der Anschlussstellen 10, 15, 21, 24, 25 anschließbar.
Bezugszeichen
1 Messkopf
2 Messkopfmodulsystem
3 Zentralmodul 4, 5 kleine Seiten 6, I1 8, 9 große Seiten
10 Anschlussstelle
11 Beleuchtungsmodul
12 Gehäuse
13 Lichtleitkabel
14 Rohrfortsatz
15 Anschlussstelle
16 Spiegelmodul
17 Spiegel
18 Zwischenringe
19 Abschlussscheibe 20 Fläche
21 Anschlussstelle
22 Öffnung
23 Anschlussstelle/Reinigungsöffnung 24, 25 Anschlussstellen
26 Objektivmodul
27 Anschlussstück
28 Ringbeleuchtungsmodul 9 Haltemodul 0 Halterohr 1 Taster 2 Zoommodul 3 Tubus 4 Kameramodul 5 Laser-Autofokusmodul 6 Laser 7 Spiegel 8 Stufenzoommodul 39 Kameramodul
40 Anschlussmodul
41 Steckverbinder
42 Kabelkanal
43 Abschlussdeckel
44 Zwischenmodul
45 Piezostellmodul
46 Tubus
47 Strahlteilergehäuse
48 Referenzspiegel
49 Beleuchtungseinheit
50 Lichtwellenleiter
51 Schwalbenschwanzblech
52 Schwalbenschwanznut
53 Befestigungseinrichtung

Claims

Patentansprüche :
1. Messkopfmodulsystem (2) wenigstens umfassend:
ein quaderförmiges Zentralmodul (3) , das sechs Seiten (4, 5, 6, I1 8, 9) aufweist und einen Innenraum umschließt und das an mindestens fünf Seiten (4, 5, 6, 7, 8) Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) aufweist, die jeweils mindestens eine Öffnung umgeben, die in den Innenraum führt ,
ein Beleuchtungsmodul (11) , das an wenigstens eine der Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) anschließbar ist,
ein Objektivmodul (26) , das an wenigstens eine der Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) anschließbar ist,
ein Spiegelmodul (16) , das an wenigstens eine der Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) anschließbar ist,
ein Kameramodul (34) , das zumindest mittelbar an wenigstens eine der Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) anschließbar ist, wobei
das Zentralmodul (3) eine mechanische Anschlusseinrichtung (53) aufweist, mittels derer der aus wenigstens einigen der vorgenannten Module (3, 11, 26, 16, 34) aufgebaute Messkopf (1) an einem mechanische Träger zu befestigen ist .
2. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen Mittelachsen aufweisen, wobei sich die Mittelachsen zweier an unterschiedlichen Seiten (4, 5, 6, 7, 8) vorgesehener Öffnungen jeweils in einem Punkt schneiden.
3. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Mittelachsen in höchstens zwei Punkten schneiden.
4. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vier große und zwei kleine Seiten (4, 5, 6, 7, 8, 9) aufweist.
5. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der vier großen Seiten (6, 7, 8) zwei Öffnungen (21, 22) aufweist.
6. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die großen Seiten (6, 7, 8, 9) doppelt so groß sind wie die kleinen Seiten (4, 5) .
7. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem ein Motorzoommodul (32) um- fasst .
8. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorzoommodul (32) eine Anschluss- stelle für das Kameramodul (34) aufweist, die mit der an dem Zentralmodul (3) vorgesehenen entsprechenden Anschlussstelle (21) übereinstimmt.
9. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Motorzoommodul (32) ein Zwischenmodul (44) vorgesehen ist, dessen mechanische Anschlüsse mit denen des Motorzoommoduls (32) übereinstimmen, so dass es gegen diese auswechselbar ist.
10. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem ein Elektroanschlussmodul (40) aufweist.
11. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroanschlussmodul (40) an dem Motorzoommodul (32) befestigbar ist.
12. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralmodul (3) einen Kabelkanal (42) enthält.
13. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelkanal (42) an der Seite des Zentralmoduls (3) angeordnet ist, an der auch die Anschlusseinrichtung (53) vorgesehen ist.
14. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralmodul (3) mit einer Halteeinrichtung für einen mechanischen Taster (31) versehen ist.
15. Messkopfmodulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralmodul (3) in Form der Befestigungseinrichtung (53) die einzige mechanische Systemschnittstelle, mittels des Elektroanschlussmoduls (40) eine elektrische Systemschnittstelle und durch die Anschlussstellen (10, 15, 21, 24, 25) und gegebenenfalls das Beleuchtungsmodul (11) eine optische Systemschnittstelle festlegt.
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