WO2014023342A1 - Vorrichtung zum inspizieren eines messobjekts mit triangulationssensor - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Inspizieren eines Messobjekts (12), mit einer Werkstückaufnahme (14) zur Aufnahme des Messobjekts (12), mit einem einen optischen Sensor (18) tragenden Messkopf (15), wobei der Messkopf (15) und die Werkstückaufnahme (12) relativ zueinander verfahrbar sind, wobei der optische Sensor (18) ein Objektiv (43) und eine Kamera (34) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Bild des Messobjekts (12) durch das Objektiv (43) aufzunehmen, wobei das Objektiv (43) eine Lichteintrittsöffnung (39) und eine Lichtaustrittsöffnung (41) aufweist, wobei das Objektiv (43) ferner eine Blende (52) und eine Vielzahl von Linsengruppen (40, 42, 44, 46, 48) aufweist, die in dem Objektiv (43) zwischen der Lichteintrittsöffnung (39) und der Lichtaustrittsöffnung (41) hintereinander entlang einer Längsachse (49) des Objektivs (43) angeordnet sind, und wobei mindestens zwei Linsengruppen parallel zu der Längsachse (49) verschiebbar sind. Des Weiteren weist die Vorrichtung (10) des Weiteren eine Beleuchtungseinrichtung (104) zum zumindest teilweisen Beleuchten des Messobjekts (12) unter zumindest einem Triangulationswinkel (112) relativ zu der Längsachse (49) auf, und wobei die Vorrichtung (10) des Weiteren eine Sensoreinrichtung (90) zum Erfassen von durch das Objektiv (43) auf die Sensoreinrichtung (90) einfallender Strahlung (108) der Beleuchtungseinrichtung (104) aufweist.

Description

Vorrichtung zum Inspizieren eines Messobjekts mit Triangulationssensor

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Messobjekts, mit einer Werkstückaufnahme zur Aufnahme des Messobjekts, mit einem einen optischen Sensor tragenden Messkopf, wobei der Messkopf und die Werkstückaufnahme relativ zueinander verfahrbar sind, wobei der optische Sensor ein Objektiv aufweist, wobei das Objektiv eine Lichteintrittsöffnung und eine Lichtaustrittsöffnung aufweist, wobei das Objektiv ferner eine Blende und eine Vielzahl von Linsengruppen aufweist, die in dem Objektiv zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtaustrittsöffnung hintereinander entlang einer Längsachse des Objektivs angeordnet sind, und wobei mindestens zwei Linsengruppen parallel zu der Längsachse verschiebbar sind.

[0002] Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 103 40 803 A1 bekannt. [0003] Die Verwendung von optischen Sensoren in Verbindung mit Koordinaten- messgeräten ermöglicht in vielen Fällen eine sehr schnelle Messung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts. Ein Nachteil bekannter Koordinatenmessgeräte mit optischen Sensoren besteht bislang darin, dass die optischen Sensoren auf bestimmte Messaufgaben und bestimmte Werkstückeigenschaften begrenzt sind. Die optischen Sensoren sind in der Regel für eine bestimmte Art von Messaufgabe optimiert, etwa im Hinblick auf die erreichbare Messgenauigkeit oder den Messbereich. Probleme können beispielsweise Werkstücke machen, die parallel zur optischen Achse des Sensors große Höhendifferenzen aufweisen. Teilweise werden verschiedene optische und/oder taktile Sensoren verwendet, um flexibel auf verschiedene Messanforderungen reagieren zu können, wobei die einzelnen Sensoren jeweils nur einen Teil der gesamten Messaufgabe übernehmen. In der Regel ist jeder einzelne Sensor auf eine bestimmte Messaufgabe hin optimiert. Vor allem optische Sensoren besitzen daher eine jeweils individuelle Optik, die für einen bestimmten Einsatzzweck gut geeignet und für andere Zwecke weniger gut geeignet ist.

[0004] Die Bereitstellung von verschiedenen Sensoren für unterschiedliche Messaufgaben in einem Koordinatenmessgerät ermöglicht eine hohe Flexibilität in Verbindung mit einer hohen Messgenauigkeit. Nachteil sind die hohen Kosten für die Bereitstellung der zahlreichen Sensoren mit jeweils eigener an den Einsatzzweck des Sensors ange- passter Optik. Des Weiteren benötigen die vielen Sensoren mit jeweils eigener Optik einen relativ großen Bauraum im Koordinatenmessgerät, was das Messvolumen einschränkt und weitere Kosten verursacht.

[0005] In der optischen Messtechnik sind Triangulationsverfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines bestimmten Punktes eines Messobjekts bereits bekannt. Aus einer bekannten Lage und Ausrichtung einer auf das Messobjekt einstrahlenden Lichtquelle und einer bekannten Lage einer Sensoreinrichtung kann aus erfassten Größen wie dem Auftreffort oder der Intensitätsverteilung der von dem Messobjekt reflektierten Strahlung unter Verwendung trigonometrischer Beziehungen die Topografie des Messobjekts bestimmt werden. [0006] Beisiele für Triangulationsverfahren sind etwa in der Druckschrift DE 10 2010 007 396 A1 genannt.

[0007] Triangulationsverfahren unter Verwendung von Lasern als Lichtquellen nutzen entweder einen Punktfokus oder einen Linienfokus, der über eine zu vermessende Oberfläche eines Messobjekts bewegt wird. Ein Linienfokus wird dabei zumeist aus kollimierten Strahlen mit eindimensionaler oder flächenartiger Struktur, die im oder nahe an einem Messbereich eine nur schwach ausgeprägte Strahltaille aufweisen, gebildet. Die derartigen Triangulationsverfahren umsetzenden Vorrichtungen weisen einen konstanten Triangulationswinkel und eine auf diesen ausgelegte Abbildungsoptik auf. Das zur Verfügung stehende Messvolumen ist daher fest und nicht veränderbar.

[0008] Es besteht der Wunsch, ein optisches Koordinatenmessgerät bereitzustellen, das bei vergleichsweise geringen Kosten ein großes Spektrum an optischen Messaufgaben ausführen kann. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.

[0009] Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass sie des Weiteren eine Beleuchtungseinrichtung zum zumindest teilweisen Beleuchten des Messobjekts unter zumindest einem Triangulationswinkel relativ zu der Längsachse aufweist, wobei die Vorrichtung des Weiteren eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von durch das Objektiv auf die Sensoreinrichtung einfallender Strahlung der Beleuchtungseinrichtung aufweist, und wobei die Sensoreinrichtung relativ zu der einfallenden Strahlung geneigt anordenbar ist..

[0010] Es ist somit eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die zur Durchführung eines Triangulationsverfahrens zum Inspizieren des Messobjekts eingerichtet ist. Des Weiteren wird die auf die Sensoreinrichtung einfallende Strahlung ebenfalls durch das Objektiv abgebildet. Die Sensoreinrichtung kann relativ zu der einfallenden Strahlung „geneigt" angeordnet werden. Dies bedeutet, dass die Sensoreinrichtung, insbesondere eine Sensorebene der Sensoreinrichtung, in einer Ausrichtung nicht quer bzw. senkrecht zu der einfallenden Strahlung anordenbar ist.„Geneigt" bedeutet im Rahmen der vorlie- genden Anmeldung, dass die Sensoreinrichtung, insbesondere eine Sensorebene der Sensorienrichtung, unter einem Winkel von weniger als 90° relativ zu der einfallenden Strahlung angeordnet ist. Unter„anordenbar" ist dabei zu verstehen, dass die Sensorienrichtung feststehen geneigt zu der einfallenden Strahlung angeordnet sein kann oder aber - wie im Folgenden noch erläutert wird - relativ zu der einfallenden Strahlung

verschwenkbar angeordnet sein kann. Die Verschenkbarkeit kann dann beispielsweise eine Anordnung senkrecht zu der einfallenden Strahlung oder unter einem Winkel von weniger als 90° relativ zu der einfallenden Strahlung ermöglichen.

[0011] Dadurch, dass das Objektiv variable Stellglieder bzw. mindestens zwei verschiebbare Linsengruppen aufweist, ergeben sich Variationsmöglichkeiten hinsichtlich Abbildungsmaßstab oder Vergrößerung, nominalem Arbeitsabstand, numerischer Apertur bei der Abbildung, der Telezentrie sowohl bildseitig als auch objektseitig und die Möglichkeit, durch das Anbringen von sogenannten chromatischen Baugruppen Abbildungsfehler wie zum Beispiel Farblängs- oder Farbquerfehler gezielt einzubringen und das Triangulationsverfahren dadurch zu verbessern. Insbesondere wird auf diese Weise das Arbeiten in mehreren Arbeitsabstanden und wahlweise auch mit verschiedenen Triangulationswinkeln möglich, wobei durch die Möglichkeit der Veränderung des Abbildungsmaßstabs und die Möglichkeit der sowohl bild- als auch objektseitigen Telezentrie eine bestmögliche Nutzung der Sensoreinrichtung ermöglicht wird.

[0012] Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst.

[0013] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren eine mit der Sensoreinrichtung gekoppelte Verkip- pungseinrichtung zum Verkippen der Sensoreinrichtung relativ zu der einfallenden Strahlung aufweist.

[0014] Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, im Falle einer Sensoreinrichtung mit einem zweidimensionalen Sensorarray die von dem zweidimensionalen Sensorarray gebildete Sensorebene relativ zu dem auf die Sensoreinrichtung einfallenden Strahlenbündel oder zu der optischen Achse der Linsengruppen des Objektivs wie gewünscht zu neigen. Wie im Folgenden noch anhand der Fig. 8 erläutert wird, kann auf diese Weise eine scharfe Abbildung auf der gesamten Sensoreinrichtung bereitgestellt werden. Da eine Laserlinie bzw. ein Laserstrahl der Beleuchtungseinrichtung geneigt zu der optischen Achse des Objektivs eingestrahlt wird, muss für die jeweilige Neigung des Laserstrahls die Sensoreinrichtung passend geneigt sein. Diese Neigung hängt im Wesentlichen von der Vergrößerung des optischen Systems bzw. des Objektivs ab, da dadurch auch der Neigungswinkel der auf das Messobjekt treffenden Strahlung unterschiedlich abgebildet wird. Möchte man die Vorrichtung derart betreiben, dass der Triangulationswinkel konstant gehalten und mit unterschiedlicher Vergrößerung des Objektivs gearbeitet wird, so muss die Sensoreinrichtung entsprechend zu der Vergrößerung geneigt werden. Auf diese Weise wird ermöglicht werden, bei scharfer Abbildung über die gesamte Sensorebene mit gleichbleibendem Triangulationswinkel bei unterschiedlichen Vergrößerungen zu arbeiten. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung auch in eine Stellung senkrecht relativ zu der einfallenden Strahlung geneigt werden kann, um eine Möglichkeit zur normalen Bildaufnahme in anderen Messverfahren bereitzustellen.

[0015] Die Kopplung der Eigenschaften des Objektivs, insbesondere der veränderbare Abbildungsmaßstab bzw. die änderbare Vergrößerung des Zoom-Objektivs mit dem veränderbaren Triangulationswinkel macht die Auflösung des Messsystems einstellbar. Bei einer bestimmten Neigung der Sensoreinrichtung kann bei einem nominalen Arbeitsabstand über die Vergrößerung der notwendige Triangulationswinkel eingestellt werden, der dann ausgewählt bzw. eingestellt werden muss.

[0016] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass verschiedene Triangulationswinkel auswählbar sind.

[0017] Dabei kann die Beleuchtungseinrichtung entweder derart ausgebildet sein, dass der Triangulationswinkel, unter dem eine bestimmte Beleuchtungseinrichtung auf das Messobjekt einstrahlt, verändert werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils unter einem anderen Triangulationswinkel auf das Messobjekt einstrahlen, und wobei wahlweise eine oder mehrere dieser Beleuchtungseinrichtung geschaltet werden können.

[0018] Aus der Kombination der Einstellbarkeit von Vergrößerung bzw. Abbildungsmaßstab des Objektivs und/oder der Neigung der Sensoreinrichtung und/oder dem Triangulationswinkel der Beleuchtungseinrichtung wird durch die Vorrichtung die Möglichkeit bereitgestellt, für einen bestimmten Arbeitsabstand den Arbeitsbereich (Tiefenauflösungsbereich) und/oder die Auflösung der Bildaufnahme passend einzustellen. Die beiden Größen verlaufen gegenläufig mit der Vergrößerung bzw. der Apertur, so dass man zwischen Übersichtsbild mit moderater Auflösung und großer Tiefe des Arbeitsbereichs und einem Detailbild mit hoher Auflösung und dafür geringerer Tiefe des Arbeitsbereichs auswählen kann.

[0019] Daraus ergeben sich für das Beleuchtungssystem die Freiheitsgrade, dass bei einem einzigen Arbeitsabstand unterschiedliche Triangulationswinkel eingestellt werden können.

[0020] Unter einem "Arbeitsabstand" im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann dabei entweder ein mechanischer Arbeitsabstand, das heißt die Distanz zwischen dem Messobjekt und der ersten Störkontur der Vorrichtung, beispielsweise der Eintrittsebene in das Objektiv oder die Fassung einer ersten Linsengruppe, verstanden werden, oder aber ein optischer Arbeitsabstand, das heißt ein Abstand zwischen dem weitesten objekt- seitig gelegen optischen Element des Objektivs und der Fokalebene des Objektivs bzw. der Abbildungsoptik. Des Weiteren können bei unterschiedlichen Arbeitsabständen auf diese Weise auch unterschiedliche Triangulationswinkel eingestellt werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Beeinflussung der Tiefenschärfe oder Tiefenauflösung bzw. der Güte der Abbildung eines Strahlprofils der Beleuchtungseinrichtung. Diese Tiefenschärfe beeinflusst auch die Robustheit des Messsystems, da zu einer genauen Messung die Objekttopographie innerhalb des Tiefenschärfebereichs bzw. dem Arbeitsbereich der Vorrichtung befindlich sein sollte. Eine größerer Arbeitsbereich ermöglicht somit größere Höhenunterschiede in der Objekttopographie. Durch die freie Wahl des Triangulationswinkels und/oder der Vergrößerung bzw. des Abbildungsmaßstabs des Objektivs und/oder der Verkippung der Kamera wird diese Tiefenschärfe als Parameter einem Nutzer der Vorrichtung bereitgestellt.

[0021] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Einfallsrichtung der Strahlung der Beleuchtungseinrichtung auf das Messobjekt, eine Normale einer Sensorebene der Sensoreinrichtung und eine optische Achse des Objektivs in einer Ebene liegen.

[0022] Unter einer„Einfallsrichtung" wird eine Ausbreitungsrichtung der Strahlung der Beleuchtungseinrichtung verstanden. Die Einfallsrichtung bestimmt mit dem Triangulationswinkel die Ausbreitungsrichtung der Strahlung der Beleuchtungseinrichtung auf das Messobjekt. Im Falle eines kollimierten Strahlenbündels weist das gesamte Strahlenbündel dieselbe Einfallsrichtung auf. Die Beleuchtungseinrichtung kann jedoch auch einen Strahlfächer ausstrahlen. In diesem Fall ist die Einfallsrichtung ein Winkelbereich. Es soll dann zumindest eine Einfallsrichtung des Strahlfächers die optische Achse schneiden, so dass die oben genannte Bedingung erfüllt ist. Insbesondere soll die Einfallsrichtung eines Mittenstrahls oder der Winkelhalbierenden des Winkelbereichs des Strahlfächers die optische Achse schneiden.

[0023] Für die Auflösung und Funktionalität der Anordnung des Triangulationssensors ist es von Vorteil, wenn die Einstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung, die optische Achse des Abbildungssystems und die Flächennormale der Sensoreinrichtung alle in einer Ebene liegen. Abweichungen von dieser Bedingung führen zu komplizierteren Geometrien, die zusätzlichen Aufwand erfordern, um die dadurch eintretenden Aberrationen optisch oder durch zusätzlichen Rechenaufwand zu korrigieren.

[0024] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Einfallsrichtung der Strahlung der Beleuchtungseinrichtung um eine parallel zu der Längsrichtung verlaufende Schwenkachse in Stufen oder stufenlos wählbar ist. [0025] Auf diese Weise wird es möglich, die Einstrahleinrichtung wie gewünscht und abhängig von der Objekttopographie derart zu wählen, dass ein besonders günstiges Vermessen des Messobjekts möglich ist.

[0026] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung um eine parallel zu der Längsrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar ist.

[0027] So kann eine entsprechende Schwenkeinrichtung zum Verschwenken der Sensoreinrichtung vorgesehen sein. Auf diese Weise wird es möglich, die Flächennormale einer Sensorebene der Sensoreinrichtung so auszurichten, dass sie mit der Einstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung in einer Ebene liegt. Insbesondere kann die Schwenkachse die optische Achse des Objektivs sein. Auf diese Weise ist stets sichergestellt, dass die optische Achse und die Flächennormale der Sensorebene der Sensoreinrichtung in einer Ebene liegen. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Schwenkachse und die optische Achse auseinanderfallen. In diesem Fall kann zusätzlich ein Trägersystem für die Sensoreinrichtung bereitgestellt sein, das eine translatorische Bewegung der Sensoreinrichtung derart ermöglicht, dass die Flächennormale und die optische Achse wieder in eine Ebene gebracht werden können.

[0028] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung mehrere Beleuchtungsbaugruppen aufweist. Jede einzelne Beleuchtungsbaugruppe kann zum Projizieren einer Linie oder eines Punktfokus auf das Messobjekt ausgebildet sein.

[0029] Auf diese Weise kann beispielsweise vorgesehen sein, dass verschiedene Beleuchtungsbaugruppen mit verschiedenen Triangulationswinkeln und/oder verschiedenen Einstrahlrichtungen um die optische Achse des Objektivs angeordnet sind. Auf diese Weise können Triangulationswinkel und Einstrahlrichtung durch entsprechende Schaltung der jeweiligen Beleuchtungsbaugruppe gewählt sein. [0030] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung um eine parallel zu der Längsrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar ist.

[0031] Dabei kann auch vorgesehen sein, dass eine einzige oder mehrere der Beleuchtungsbaugruppen der Beleuchtungseinrichtung um eine parallel zu der Längsrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar ist bzw. sind. Insbesondere kann es sich bei der Schwenkachse um die optische Achse des Objektivs handeln.

[0032] Somit kann die Vorrichtung derart ausgeführt werden, dass die Beleuchtung unter dem Triangulationswinkel aus verschiedenen Richtungen erfolgen kann. Dabei können entweder mehrere Beleuchtungsbaugruppen vorgesehen sein, eine Beleuchtungsbaugruppe kann um eine Schwenkachse gedreht werden, oder es kann auch vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung oder eine der Beleuchtungsbaugruppen optische Elemente zum Ablenken einer Strahlung der Beleuchtungseinrichtung bzw. Beleuchtungsbaugruppen in verschiedene Richtungen aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Verschwenkung der Sensoreinrichtung derart gekoppelt erfolgt, dass optische Achse, Flächennormale der Sensoreinrichtung und Einstrahlrichtung stets in einer Ebene liegen.

[0033] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zum Einstellen des Triangulationswinkels und/oder der Einfallsrichtung der Strahlung mindestens ein Mikroscanner zum Ablenken der Strahlung angeordnet ist.

[0034] Bei derartigen Mikroscannern handelt es sich um sogenannte mikro-opto- elektro-mechanische Systeme (MEMS-Scanner) oder ein sogenanntes„digital micromirror device (DMD). Es handelt sich um Mikrospiegelaktoren, die um eine oder zwei Achsen rotatorisch bewegt werden können. Auf diese Weise kann eine Ablenkung einer auf das Spiegelelement einfallenden Lichtwelle erzielt werden. Mittels dieser Elemente kann auch bei nur geringem zur Verfügung stehendem Bauraum und mit der notwendigen Stellgenauigkeit eine Strahlablenkung gezielt bewirkt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Verkippung bzw. Verschwenkung der Beleuchtungseinrichtung selbst erfolgen kann, um den Triangulationswinkel und/oder die Einfallsrichtung der Strahlung einzustellen.

[0035] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung die Strahlung punktförmig auf das Messobjekt projiziert, oder dass die Beleuchtungseinrichtung die Strahlung mittels einer Beleuchtungsabbil- dungsoptik linienförmig auf das Messobjekt projiziert.

[0036] Dabei können entweder Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sein, die eine konstante Linie über die gesamte Breite des Gesichtsfeldes der Sensoreinrichtung erzeugen. Alternativ können aber auch Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sein, die Punkte auf das Messobjekt projizieren, die dann beispielsweise durch MEMS-Scanner über das Objekt bewegt werden. Insbesondere können auch Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sein, bei denen die Intensität des eingestrahlten Lichts so nachgeregelt wird, dass das von der Sensoreinrichtung aufgenommene Messsignal eine Mindestintensität aufweist. Auf diese Weise kann ein für eine Präzisionsmessung geeignetes Signal- Rauschverhältnis hergestellt werden.

[0037] Wenn eine Linie auf das Messobjekt projiziert werden soll, kann eine Strahlumformung mittels verschiedener optischer Komponenten zur gewünschten Strahlprofilerzeugung umgesetzt werden.

[0038] Insbesondere ist es möglich, in unterschiedlicher Reihenfolge und Kombination beispielsweise anamorphotische Prismen zur Symmetrisierung des Strahlprofils, Zylinderoptiken zur Symmetrisierung des Strahlprofils, sphärische und asphärische Rundoptiken zur Strahlaufbereitung und Strahlaufweitung, diffraktive optische Elemente, computergenerierte Hologramme (CGH), holographische optische Elemente und/oder Teleskope bzw. Abbildungsoptiken mit Kombinationen aus sphärischen und zylindrischen Linsen zur Linienprojektion zu verwenden. Auch sogenannte "Graded Index Linsen (GRIN)" für einen kompakten optischen Aufbau sind zur Korrektion und Strahlumformung möglich. Die GRIN-Linsen können auch in Kombination mit einem diffraktiven optischen Element zum Einsatz kommen, die auf einer Fläche der GRIN-Linse angeordnet sind. [0039] Mit diffraktiven optischen Elementen kann auch eine Gruppe von mehreren Linien gleichzeitig erzeugt werden. Diese Eigenschaft kann insbesondere im Zusammenhang mit dem durch das Objektiv möglichen variablen Vergrößerungsmaßstab ausgenutzt werden, da jede dieser Linien in einem Schärfenbereich der Sensoreinrichtung so angeordnet werden kann, dass sie sich bei einer Messung gegenseitig nicht stören. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass mittels einer weiteren Abbildungsoptik diese mehreren Linien in einem Arbeitsbereich des Sensors zur Überschneidung gebracht werden. Linien falscher Neigung werden dann nur noch in der Bildmitte bzw. in einem schmalen Bereich des Bildes erfasst und werden bei Topographien des Messobjekts mit größerem Höhenunterschied nur noch unscharf bzw. als Untergrundlicht abgebildet. Auf diese Weise kann dann letztendlich bei der Auswertung bzw. im Bild durch eine leichte Änderung der Fokuseinstellung parallel zu der optischen Achse des Objektivs zwischen den Linien unterschieden werden. Linien falscher Neigung verschwinden dann, und nur die Struktur mit passender Neigung und entsprechendem Triangulationswinkel wird scharf abgebildet. Alternativ ist es auch möglich, die Linien mit einer aufgeprägten Struktur zu versehen, die sie bei der Messung unterscheidbar macht. Beispielsweise kann hierzu ein Intensitätsprofil der Linie entsprechend verschieden eingestellt werden. Beispielsweise kann im Fall von drei Linien eine Linie ein Gaußprofil bzw. hinsichtlich der Lichtintensität eine Gaußsche Normalverteilung, eine Linie ein Dreiecksprofil und eine dritte Linie ein Rechteckprofil aufweisen. Bei einer solchen Überschneidung ist dann auch automatisch aus der Intensitätsverteilung erkennbar, dass mehr als ein Intensitätsprofil an der gegenwärtigen Messung beteiligt ist. Dies ist dann der Fall, wenn die Intensität über die Messlinie hinweg sprunghaft ansteigt. Durch diesen Anstieg wird dann gleichzeitig die Mitte des Messbereichs gekennzeichnet.

[0040] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Lichtquelle aufweist, wobei die Lichtquelle ein Laser oder eine Light Emitting Diode (LED) ist.

[0041] Mittels dieser Lichtquellen lassen sich im Falle eines Lasers eine kohärente Lichtquelle mit einer bestimmten Wellenlänge und im Falle einer LED eine nicht-kohärente Lichtquelle in einem bestimmten, relativ schmalen Wellenlängenbereich bereitstellen. [0042] Für die Beleuchtung mit Linien oder Mustern können LEDs mit hoher Leuchtdichte zusammen mit einer Strahlumformungsabbildungsoptik und/oder einer Transmissionsmaske verwendet werden. So geht bei der Verwendung von LEDs ein gewisser Lichtanteil verloren, für viele Applikationen kann die Strahlintensität einer LED jedoch bereits ausreichend sein. Des Weiteren sind LEDs in der Regel kostengünstiger als die Verwendung von Lasern als Lichtquelle.

[0043] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die das Messobjekt zumindest teilweise beleuchtende Strahlung polarisiert ist.

[0044] Ein weiterer Freiheitsgrad für die Messung besteht in der Nutzung einer Polarisation. Dieser Effekt ist insbesondere bei transparenten oder teilweise transparenten Messobjekten von besonderer Bedeutung, da die Reflektion an einer Frontfläche und auch an einer Rückfläche des Messobjekts von der Polarisation abhängig ist. Ein Reflex an einer Rückseite des Messobjekts ist allerdings nur dann zu sehen, wenn die optisch wirksame Dicke des Bauteils innerhalb des Arbeitsbereichs oder des Schärfentiefebereichs der Sensoreinrichtung liegt. Bei nicht-transparenten Messobjekten tritt eine solche Unterscheidung ohnehin nicht auf, da das Licht nur von der zuerst bestrahlten Oberfläche reflektiert bzw. gestreut werden kann und ansonsten absorbiert wird. Ein weiterer von einer Polarisation abhängiger Effekt besteht in der Wechselwirkung eingestrahlten Lichts mit einer möglichen Textur der bestrahlten Oberfläche des Messobjekts. Ist die Oberfläche beispielsweise durch Bearbeitungsspuren von drehender oder fräsender Bearbeitung strukturiert oder durch Bürsten oder Sandstrahlen mattiert, so hängt die Größe eines mittels der Sensoreinrichtung erfassten Signals auch von der Polarisation des auf das Messobjekt eingestrahlten Lichts ab. Bei transparenten Objekten ist eine Polarisationsrichtung senkrecht zur Einfallsebene des Lichts vorteilhaft, wenn ein möglichst großer Teil des eingestrahlten Lichts an der Oberfläche reflektiert werden soll. Bei strukturierten Objekten ist eine Polarisationsrichtung parallel zu der Strukturrichtung vorteilhaft.

[0045] Dabei kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das von der Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung emittierte Licht polarisiert ist, oder dass die Beleuchtungseinrichtung ein Polarisationselement aufweist. [0046] Es kann beispielsweise ein Laser verwendet werden, der polarisiertes Licht emittiert. Des Weiteren kann auf dem Strahlweg zwischen der Lichtquelle und dem Messobjekt ein Polarisator in den Strahlengang eingeführt werden.

[0047] In einer Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung ein λ/2-Element zum Ausrichten der Polarisationsrichtung aufweist.

[0048] Alternativ können selbstverständlich auch zwei λ/4-Elemente vorgesehen sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein drehbares λ/2-Element vorgesehen ist. Insbesondere kann eine Drehachse des λ/2-Elements parallel zu einer Einfallsrichtung des auf das λ/2-Element eingestrahlten Lichts liegen. Auf diese Weise kann die Polarisation des Lichts der Beleuchtungseinrichtung passend nach Lage und Textur des Messobjekts eingestellt werden.

[0049] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, wobei die Lichtquellen Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen oder mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.

[0050] Auf diese Weise wird es möglich, sowohl sukzessive als auch gleichzeitig eine Triangulationsmessung mit unterschiedlichen Wellenlängen oder in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen durchzuführen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Messobjekt, das aus mehreren verschiedenen Materialien besteht, vermessen werden soll. Insbesondere Übergänge zwischen unterschiedlichen Materialien können so besonders gut erfasst werden. Auch kann es so möglich sein, unter Ausnutzung der chromatischen Aberration die Genauigkeit bzw. Auflösung des Systems zu verbessern.

[0051] Die Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche können dabei im Bereich des sichtbaren Spektrums zwischen 380 nm und 780 nm liegen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Lichtquellen Licht im nahen Infrarotbereich zwischen etwa 750 nm und etwa 790 nm emittiert. Auch Licht im Infrarotbereich oder im ultravioletten Bereich kann genutzt werden. Somit kann das verwendete Licht auch eine Wellenlänge von etwa 300 bis etwa 380 nm oder von etwa 780 bis etwa 1 100 nm aufweisen.

[0052] In einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass jede Lichtquelle eine LED oder ein Laser ist, und wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtleitfaser und ein schwenkbares Reflektionselement aufweist, das derart angeordnet ist, dass eine selektive Einkopplung des von einer der Lichtquellen emittierten Lichts in die Lichtleitfaser durch Verschwenken des Reflektionselements ermöglicht ist.

[0053] Insbesondere kann es sich bei dem Reflektionselement um einen MEMS- Scanner handeln.

[0054] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren eine Autofokusbeleuchtungseinrichtung zum Projizieren eines Liniengitters auf das Messobjekt und eine Kamera aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Bild des Messobjekts durch das Objektiv aufzunehmen, und wobei eine Auswertung eines von dem Messobjekt reflektierten Liniengitters mittels der Sensoreinrichtung erfolgt.

[0055] Insbesondere ist dabei die Autofokusbeleuchtungseinrichtung derart angeordnet, dass das Projizieren des Liniengitters auf das Messobjekt durch das Objektiv erfolgt.

[0056] Von besonderem Interesse ist dabei die mögliche Mehrfachnutzung der Sensoreinrichtung. Somit kann die Sensoreinrichtung nicht nur für die Durchführung eines Triangulationsmessverfahrens sondern auch für eine Autofokussierungsfunktion mittels eines Liniengitters genutzt werden. Die normale Bilderfassung erfolgt dann mittels der Kamera. Bei einem solchen Autofokussierungssensor wird vorzugsweise die Sensorebene der Sensoreinrichtung geneigt und nicht eine Objektebene mit dem Lasergitter, da dann die Strukturen des Messobjektes das Auffinden der Lage der Fokussierung am wenigsten stören. Grundsätzlich kann jedoch sowohl das Lasergitter als auch die Sensor- ebene der Sensoreinrichtung geneigt sein. Es kann jedoch auch nur entweder das Lasergitter oder die Sensoreinrichtung geneigt sein. In Kombination mit dem hier vorgeschlagenen Triangulationsverfahren kann entweder nur eine gekippte Sensorebene der Sensoreinrichtung vorgesehen sein oder eine Verkippung von sowohl der Sensorebene der Sensoreinrichtung als auch des Lasergitters auf dem Messobjekt. Bevorzugt wird insbesondere die Variante, in der die Sensorebene der Sensoreinrichtung geneigt ist. Dabei ist jedoch nicht das projizierte Lasergitter geneigt.

[0057] In einer Ausgestaltung kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren einen Autofokus-Strahlteiler zum Trennen eines Strahlengangs der Autofokusbeleuchtungseinrichtung und eines Strahlengangs auf die Sensorebene aufweist, und dass die Vorrichtung des Weiteren einen Einkopplungsstrahlteiler zum Einkoppeln des Strahlengangs der Autofokusbeleuchtungseinrichtung und des Strahlengangs auf die Sensoreinrichtung auf die Längsachse aufweist.

[0058] Auf diese Weise kann konstruktiv die Benutzung der Sensoreinrichtung sowohl für das Triangulations-Messverfahren als auch für die Autofokuseinstellung umgesetzt werden.

[0059] In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass des Weiteren eine Au- tofokusverkippungseinrichtung zum Verkippen einer Emissionsebene der Autofokus- beleuchtungseinrichtung in der Vorrichtung vorgesehen ist.

[0060] Wie voranstehend ausgeführt wurde, kann auch vorgesehen sein, dass sowohl die Autofokusbeleuchtungseinrichtung als auch die Sensoreinrichtung zur Durchführung einer Autofokussierung verkippt werden kann. Auf diese Weise kann eine sensiblere Einstellung der Randbedingungen der Autofokussierung ermöglicht werden, bei der insbesondere die Oberflächeneigenschaften des Messobjekts durch die variable Lage des Liniengitters berücksichtigt werden können.

[0061] In einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung ein zweidimensionales Sensorarray aufweist, und wobei die Sensor- einrichtung insbesondere eine HDR(High Dynamic Range)-Kamera ist, insbesondere eine lin-log-CMOS-Kamera.

[0062] Eine HDR(High Dynamic Range)-Kamera weist einen Dynamikbereich von mehr als 50 dB, insbesondere mehr als 100 dB auf. Insbesondere wird also ein flächen- hafter Detektor, wie zum Beispiel eine Kamera mit CCD-, CMOS-Sensoren verwendet werden. Diese können eine lineare, logarithmische-Kennlinie oder eine lin-log-Kennlinie verwenden. Im Falle eines auf das Messobjekt projizierten Punktes kann es auch ausreichen, dass die Sensoreinrichtung lediglich einen linienförmigen Detektor bzw. ein eindimensionales Sensorarray aufweist.

[0063] Dabei sind Sensoreinrichtungen mit großem Dynamikbereich, wie etwa lin- log-CMOS-Kameras, vorteilhaft, da damit sowohl die Position des durch das Messobjekt eingestrahlten Lichtstrahls der Beleuchtungseinrichtung auf dem Messobjekt messbar wird, als auch die Oberfläche des Messobjekts im Umfeld der Beleuchtung erkennbar wird, da sie nicht von der Beleuchtung überstrahlt wird. Ein größerer Dynamikbereich ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn mit mehreren Beleuchtungsbaugruppen bzw. mehreren Linien gearbeitet wird, die sich zum Beispiel in der Bildmitte des von dem Objekt auf die Sensoreinrichtung abgebildeten Bildes kreuzen.

[0064] In einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung in einem Koordinatenmessgerät vorgesehen ist, und wobei die Längsrichtung eine Z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems bildet, und wobei der Messkopf und die Werkstückaufnahme relativ zueinander parallel zu einer X-Achse und zu einer Y- Achse bewegbar sind, wobei die X-Achse und die Y-Achse senkrecht zueinander sind und eine X- Y-Ebene aufspannen, zu der die Z-Achse eine Normale bildet, und wobei die Sensoreinrichtung derart angeordnet ist, dass eine Normale einer Sensorebene der Sensoreinrichtung in einer Mittelebene verläuft, die sowohl mit der X-Achse als auch der Y-Achse einen Winkel von 45° einschließt.

[0065] Typischerweise werden in der Anwendung die Messobjekte mit ihren Achsen parallel zu den Achsen eines Trägersystems ausgerichtet. Für ein einfaches System ist es deshalb vorteilhaft, wenn eine Einfallsrichtung der Beleuchtungseinrichtung auf der Winkelhalbierenden zwischen der X-Achse und der Y-Achse des Trägersystems verläuft. In einer solchen Anordnung können Strukturen gemessen werden, die entlang der Hauptachsen des Werkstücks orientiert sind. Zwar wird in etwa gegenüber einer maximal erreichbaren Auflösung, die genau in Richtung der Einstrahlrichtung unter dem Triangulationswinkel vorliegt, die Auflösung jeweils um ca. 40 % verringert, dafür ist diese Auflösung sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung und damit den Hauptachsen des Werkstücks vorhanden.

[0066] Falls in einer Ausgestaltung vorgesehen ist, dass die Sensoreinrichtung eine feste Neigung gegenüber der auf sie einfallenden Strahlung aufweist, sind entsprechend die Beleuchtungseinrichtung bzw. die Beleuchtungsbaugruppen derart ausgebildet, dass unterschiedliche Triangulationswinkel ausgewählt werden können. Mittels des Objektivs können dann für diese auch unterschiedliche passende Arbeitsabstände und/oder Vergrößerungen eingestellt werden. Selbstverständlich ist es darüber hinaus aber auch möglich, dass sowohl die Sensoreinrichtung verschwenkbar eingestellt werden kann als auch die Triangulationswinkel unterschiedlich gewählt werden können.

[0067] In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Regelungseinrichtung aufweist, die eine Neigung der Sensoreinrichtung relativ zu der einfallenden Strahlung, einen Triangulationswinkel und einen Abbildungsmaßstab des Objektivs regelt. Insbesondere kann dies basierend auf Nutzereingaben zu einem Arbeitsabstand und/oder einer Tiefe eines Arbeitsbereichs der Vorrichtung und/oder einer Auflösung der Bildaufnahme der Sensoreinrichtung gewählt sein.

[0068] Auf diese Weise wird es erstmals möglich, dass ein Nutzer für einen bestimmten Arbeitsabstand auswählen kann, ob er beispielsweise ein Übersichtsbild oder eine Detailansicht erstellen möchte. Aus der Kombination der Einstellbarkeit von Vergrößerung bzw. Abbildungsmaßstab des Objektivs und/oder der Neigung der Sensoreinrichtung und/oder dem Triangulationswinkel der Beleuchtungseinrichtung wird durch die Vorrichtung die Möglichkeit bereitgestellt, für einen bestimmten Arbeitsabstand den Arbeitsbereich (Tiefenauflösungsbereich) und/oder die Auflösung der Bildaufnahme einzustellen. Dies kann automatisch durch die Regelungseinrichtung geschehen. Dazu können in dieser beispielsweise Tabellen mit den zu bestimmten Nutzereingaben passenden Einstellungen hinterlegt sein.

[0069] In einer weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung einen Punktfokus auf das Messobjekt projiziert, wobei der Punktfokus relativ zu dem Messobjekt bewegt werden kann. Dies kann entweder durch eine Bewegung des Trägersystems oder durch eine entsprechende verschwenkbare Optik der Beleuchtungseinrichtung umgesetzt sein. Die Bewegung des Punktfokus muss dabei nicht zwingend linear sein. Es sind auch Bewegungen in Kurven oder beliebigen anderen Bahnen denkbar.

[0070] Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung bzw. eine Beleuchtungsbaugruppe eine Strahlumformungsoptik aufweist, die einen Linienfokus projiziert, der nicht nur in eine Richtung bzw. linear verläuft. Es kann sich auch um eine gekrümmte Linie bzw. eine Kurve handeln.

[0071] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine erste Linsengruppe von den mindestens vier Linsengruppen im Bereich der Lichteintrittsöffnung feststehend angeordnet ist und dass die Blende und eine zweite Linsengruppe, eine dritte Linsengruppe und eine vierte Linsengruppe von den mindestens vier Linsengruppen relativ zu der ersten Linsengruppe entlang der optischen Achse verschiebbar sind, wobei die zweite Linsengruppe zwischen der ersten Linsengruppe und der Blende angeordnet ist, und wobei die dritte und die vierte Linsengruppe zwischen der Blende und der Lichtaustrittsöffnung angeordnet sind.

[0072] Auf diese Weise wird ein Objektiv bereitgestellt, bei dem zumindest vier separate Linsengruppen auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind. Die erste Linsengruppe (von der Lichteintrittsöffnung bzw. Frontseite her gesehen) ist feststehend. Dahinter folgen entlang der optischen Achse drei weitere Linsengruppen, die jeweils relativ zu der ersten Linsengruppe entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Optional besitzt das Objektiv in einigen Ausgestaltungen eine fünfte Linsengruppe, die im Bereich der Lichtaustrittsöffnung angeordnet und feststehend ist. Die Linsengruppen erzeugen gemeinsam ein Bild auf einem Bildsensor, der über die Schnittstelle mit dem Objektiv gekoppelt ist. Aufgrund der individuellen Verschiebbarkeit der drei Linsengruppen kann das neue Objektiv sehr flexibel auf unterschiedliche Abbildungsverhältnisse eingestellt werden. Wie nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert ist, ermöglicht das neue Objektiv insbesondere eine variable Einstellung der Vergrößerung und eine variable Einstellung des Arbeitsabstandes. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das neue Objektiv über den gesamten Einstellbereich der Vergrößerung und über den gesamten Einstellbereich des Arbeitsabstandes telezentrisch, was mit Hilfe der axial verschiebbaren Blende sehr gut erreicht werden kann. Die individuelle Verstellbarkeit der drei Linsengruppen macht es darüber hinaus möglich, eine gleichbleibende Vergrößerung über den gesamten Variationsbereich des Arbeitsabstandes oder eine gleichbleibende Fokussierung auf einen Arbeitsabstand über den gesamten nutzbaren Vergrößerungsbereich zu realisieren. Diese Eigenschaften machen es erstmals möglich, ein Messobjekt, das starke Höhendifferenzen parallel zur optischen Achse des Objektivs besitzt, mit gleichbleibenden Parametern zu vermessen, ohne dass der optische Sensor als solcher näher an das Messobjekt heran oder weiter von dem Messobjekt weg bewegt werden muss. Letzteres ermöglicht sehr schnelle Messungen an einer Vielzahl von Messpunkten. Die feststehende erste Linsengruppe besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass die "Störkontur" des optischen Sensors im Messvolumen des Koordinaten- messgerätes stets gleich ist. Die Gefahr, dass der Sensor mit dem Messobjekt kollidiert, ist reduziert. Des Weiteren ermöglicht die variable Einstellbarkeit den Verzicht auf Wechseloptiken, die zum Teil bei bisherigen Koordinatenmessgeräten zum Einsatz kamen, um verschiedene Messaufgaben auszuführen.

[0073] In einer weiteren Ausgestaltung definieren die erste und die zweite Linsengruppe zusammen einen Brennpunkt, der zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe liegt, wobei die Steuerkurve für die Blende und die Steuerkurve für die zweite Linsengruppe so aufeinander abgestimmt sind, dass die Blende stets in dem Brennpunkt angeordnet ist.

[0074] Diese Ausgestaltung sichert dem neuen Objektiv trotz der flexiblen Variationsmöglichkeiten eine zumindest objektseitige Telezentrie über sämtliche Vergrößerungen und Arbeitsabstände. Die objektseitige Telezentrie ist vorteilhaft, um insbesondere die Tiefe von Bohrungen, Vorsprüngen oder Ausnehmungen an einem Messobjekt zu bestimmen, weil der "Blick" auf das Messobjekt trotz der in diesen Fällen unterschiedlichen Arbeitsabstände weitgehend gleichbleibt. Vorteilhaft wird durch eine objektseitige Telezentrie eine perspektivische Verzerrung des Messobjekts vermieden.

[0075] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Blende eine variable Blendenöffnung, die vorzugsweise in Abhängigkeit von der Position der Blende entlang der optischen Achse variiert.

[0076] In dieser Ausgestaltung besitzt das neue Objektiv einen weiteren Freiheitsgrad, nämlich die Öffnung der Blende. Diese macht es möglich, die numerische Apertur des Objektivs zu verändern und so die erreichbare Auflösung des Objektivs zu variieren. In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die oben erwähnten Steuerkurven einschließlich der individuellen Steuerkurve für die Blendenöffnung so ausgebildet, dass das Objektiv einen Betriebsmodus mit einer konstanten bildseitigen Apertur über verschiedene Arbeitsabstände bietet. Dieser Betriebsmodus ist vorteilhaft, um über verschiedene Arbeitsabstände mit einer gleichbleibend hohen Messgenauigkeit arbeiten zu können.

[0077] In den bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt die Blende zentrisch zur optischen Achse, und zwar mit einem Zentrierfehler, der geringer als 20 μηη ist und vorzugsweise weniger als 10 μηη beträgt. Vorzugsweise ist die Blende eine Irisblende, die individuell motorisch ansteuerbar ist, wobei die Ansteuerung unter Verwendung einer Steuerkurve erfolgt, die zu der oben erwähnten Kurvenschar gehört. Diese Ausführungsbeispiele ermöglichen eine einfache Implementierung und eine gleichbleibend hohe Messgenauigkeit über den gesamten Arbeitsbereich.

[0078] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Objektiv eine Vielzahl von Schlitten und motorischen Antrieben auf, wobei die zweite, dritte und vierte Linsengruppe und die Blende jeweils mit einem eigenen Schlitten gekoppelt sind, der entlang der optischen Achse verstellbar ist, und wobei die Schlitten mit Hilfe der motorischen Antriebe individuell verfahrbar sind. [0079] In dieser Ausgestaltung sind die entlang der optischen Achse verstellbaren Elemente jeweils mit einem eigenen Antrieb gekoppelt. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Antrieb ein Schrittmotor, der vorzugsweise im Vollschrittbetrieb arbeitet, da dies einen geringen Wärmeeintrag in das Objektiv zur Folge hat. Die Ausgestaltung ermöglicht eine modulare und vergleichsweise kostengünstige Realisierung. Alternativ können auch Gleichstrommotoren, insbesondere in bürstenloser Ausführung, verwendet werden.

[0080] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die erste Linsengruppe eine positive Brechkraft. Vorzugsweise besitzt die zweite Linsengruppe eine negative Brechkraft, die dritte Linsengruppe eine positive Brechkraft und die vierte Linsengruppe eine negative Brechkraft.

[0081] Diese Ausgestaltung hat sich in praktischen Versuchen als sehr vorteilhaft erwiesen, um eine kompakte Bauform und eine geringe Störkontur des Objektivs im Messvolumen des neuen Koordinatenmessgerätes zu erreichen.

[0082] In einer weiteren Ausgestaltung ist im Objektivkörper zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe ein Freiraum, in dem vorzugsweise ein Strahlteiler angeordnet ist. In der bevorzugten Variante befindet sich auf Höhe des Strahlteilers eine weitere Schnittstelle am Objektivkörper, über die eine definierte Beleuchtung in das Objektiv eingekoppelt und/oder ein nur durch die erste Linsengruppe erzeugtes Bild ausgekoppelt werden kann.

[0083] In dieser Ausgestaltung besteht zwischen der ersten Linsengruppe und der verschiebbaren zweiten Linsengruppe ein definierter Mindestabstand, den die zweite Linsengruppe nicht unterschreiten kann. Der Freiraum macht es möglich, einen Strahlteiler im optischen Strahlengang unterzubringen und/oder die chromatische Baugruppe zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe in das Objektiv einzubringen. Die Ausgestaltung erhöht die Flexibilität des neuen Objektivs, da sie insbesondere auch die Einkopplung von definierten Beleuchtungen für verschiedene Sensorprinzipien erleichtert. [0084] In weiteren Ausführungsbeispielen kann über die weitere Schnittstelle ein Streifenmuster oder eine andere strukturierte Beleuchtung eingekoppelt werden, die beispielsweise anhand des von der Kamera aufgenommenen Bildes analysiert wird, um ein Messobjekt zu vermessen. Vorzugsweise ist zwischen der vierten Linsengruppe und der Lichtaustrittsöffnung des Objektivs ein weiterer Freiraum vorgesehen, in dem ebenfalls ein Strahlteiler angeordnet ist. Bevorzugt ist eine dritte Schnittstelle auf Höhe des weiteren Strahlteilers angeordnet, so dass auch hinter dem optischen System aus den vier Linsengruppen die Ein- und Auskopplung von Beleuchtung und/oder Signalen möglich ist. Die Flexibilität und der Einsatzbereich des neuen Objektivs und des entsprechenden Koordinatenmessgerätes werden damit noch weiter erhöht.

[0085] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt das Objektiv ein separates Deckglas, das vor der ersten Linsengruppe im Bereich der Lichteintrittsöffnung angeordnet ist.

[0086] In dieser Ausgestaltung trifft Licht, das über die Lichteintrittsöffnung in den Strahlengang des Objektivs eintritt, zunächst auf das Deckglas und durchläuft erst anschließend die Reihe der Linsengruppen bis zur Lichtaustrittsöffnung. Die Anordnung eines separaten Deckglases vor der ersten Linsengruppe ist eine für Messobjektive ungewöhnliche Maßnahme, da das Deckglas in jedem Fall die optischen Eigenschaften des Objektivs bzw. dessen Strahlengang beeinflusst. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die optischen Eigenschaften des Deckglases daher bei der Korrektur der Linsengruppen berücksichtigt, d.h. das Deckglas ist in der Gesamtkorrektur des Objektivs enthalten. Die Bereitstellung eines separaten Deckglases vor der ersten Linsengruppe ist insbesondere dann ungewöhnlich, wenn die erste Linsengruppe zur Erzeugung eines definierten chromatischen Längsfehlers ausgebildet ist, was in bevorzugten Ausführungsbeispielen des neuen Objektivs der Fall ist. Die Ausgestaltung besitzt jedoch den Vorteil, dass ein separates Deckglas einfacher gereinigt und gegebenenfalls ausgewechselt werden kann, wenn die Lichteintrittsöffnung des Objektivs im alltäglichen Betrieb verschmutzt oder gar beschädigt wird. Dementsprechend ist das neue Objektiv in bevorzugten Ausführungsbeispielen so ausgebildet, dass das separate Deckglas reversibel und zerstörungsfrei lösbar im Objektivkörper gehalten ist. [0087] In einer weiteren Ausgestaltung bestehen die erste, zweite, dritte und vierte Linsengruppe jeweils aus zumindest zwei Linsen. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen beinhaltet jede Linsengruppe mindestens ein Kittglied, d.h. mindestens zwei Einzellinsen in jeder der vier Linsengruppen sind permanent und großflächig entlang ihrer optisch wirksamen Flächen verbunden.

[0088] Diese Ausgestaltung reduziert die Anzahl der Grenzflächen und trägt daher zu einer hohen Abbildungsgüte über einen großen spektralen Arbeitsbereich bei. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden die vier Linsengruppen lediglich vierzehn Grenzflächen.

[0089] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0090] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes in einer Ansicht von schräg vorne,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Objektivs aus dem Koordinatenmess- gerät aus Fig. 1 ,

Fig. 3 ein Schnittbild der Linsengruppen des Objektivs aus Fig. 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die Linsengruppen in fünf verschiedenen Arbeitspositionen dargestellt sind, die unterschiedliche Vergrößerungen bei jeweils gleichem Arbeitsabstand repräsentieren, 4 ein weiteres Schnittbild des Objektivs aus Fig. 2 mit fünf verschiedenen Arbeitspositionen, die fünf verschiedene Vergrößerungen bei einem anderen Arbeitsabstand als in Fig. 3 repräsentieren,

5 ein weiteres Schnittbild des Objektivs aus Fig. 2, wobei die Position der Linsengruppen entlang der optischen Achse bei jeweils gleicher Vergrößerung für fünf verschiedene Arbeitsabstände dargestellt ist,

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,

7 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,

8 eine schematische Darstellung der Abbildung eines relativ zu einer optischen Achse eines Objektivs geneigten Objekts,

9 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,

10 eine schematische Darstellung der wahlweisen Einkopplung eines Lichtstrahls einer bestimmten Wellenlänge in einer Beleuchtungsbaugruppe, und

1 1 a bis 1 1 d Ausführungsbeispiele zur Nutzung von schwenkbaren Spiegelelementen bzw. Mikroscannern.

[0091] Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Inspizieren eines Messobjekts 12, das auf einem Werkstückträger 14 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei der Vorrichtung 10 um ein Koordinatenmessgerät. Das Messobjekt 12 wird mittels eines oder mehrerer optischer Sensoren 18 vermessen. Wahlweise kann zusätzlich auch einer oder mehrere taktile Sensoren 16 vorgesehen sein.

[0092] Koordinatenmessgeräte sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu über- prüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sogenannten "Reverse Engineering" zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, so beispielsweise auch der zusätzliche Einsatz zum Inspizieren von Oberflächen.

[0093] In derartigen Koordinatenmessgeräten können verschiedene Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, um die Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks zu erfassen. Beispielsweise sind hierzu taktil messende Sensoren bekannt, wie sie etwa von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung "VAST", "VAST XT" oder "VAST XXT" vertrieben werden. Hierbei wird die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mit einem Taststift angetastet, dessen Koordinaten im Messraum ständig bekannt sind. Ein derartiger Taststift kann auch entlang der Oberfläche eines Werkstücks bewegt werden, so dass in einem solchen Messvorgang im Rahmen eines sogenannten "Scan- ning-Verfahrens" eine Vielzahl von Messpunkten in festgelegten zeitlichen Abständen erfasst werden kann.

[0094] Darüber hinaus ist es bekannt, optische Sensoren einzusetzen, die ein berührungsloses Erfassen der Koordinaten eines Werkstücks ermöglichen. Beispiele für einen derartige optische Sensoren sind die unter der Produktbezeichnungen "ViScan", „LineScan" oder„Eagle Eye" von der Anmelderin vertriebenen optischen Sensor.

[0095] Die Sensoren können dann in verschiedenen Arten von Messaufbauten verwendet werden. Ein Beispiel für einen solchen Messaufbau ist ein Tischaufbau, wie er in der Fig. 1 gezeigt ist. Ein Beispiel für einen solchen Tischaufbau ist das Produkt "O- INSPECT" der Anmelderin. Bei einem derartigen Gerät finden sowohl ein optischer Sensor als auch ein taktiler Sensor Anwendung, um verschiedene Prüfaufgaben an einer Maschine und idealerweise mit einer einzigen Aufspannung eines zu vermessenden Werkstücks durchzuführen. Auf diese Weise lassen sich einfach viele Prüfaufgaben beispielsweise in der Medizintechnik, der Kunststofftechnik, der Elektronik und der Feinmechanik durchführen. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch verschiedene andere Aufbauten denkbar. [0096] Derartige Sensorsysteme bzw. Sensorköpfe, die sowohl taktile als auch optische Sensoren tragen, finden in der Koordinatenmesstechnik zunehmend Bedeutung. Eine Kombination taktiler und optischer Sensoren ermöglicht es, in einem einzigen Koordinatenmessgerat die Vorteile der hohen Genauigkeit eines taktilen Messsystems mit der Geschwindigkeit eines optischen Messsystems zu kombinieren. Des Weiteren werden Kalibriervorgänge bei Sensorwechseln vermieden, ebenso wie ein eventuelles Umspannen eines Werkstücks.

[0097] Klassischerweise ist der Sensorkopf, der auch als Sensorsystem bezeichnet werden kann, mit einem Trägersystem verbunden, welches das Sensorsystem stützt und bewegt. Im Stand der Technik sind verschiedene Trägersysteme bekannt, beispielsweise Portalsysteme, Ständer-, Horizontalarm- und Armsysteme, alle Arten von Robotersystemen und letztlich geschlossene CT-Systeme bei mit Röntgenstrahlen arbeitenden Sensorsystemen. Die Trägersysteme können dabei des Weiteren Systemkomponenten aufweisen, die ein möglichst flexibles Positionieren des Sensorkopfs ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist das unter der Bezeichnung "RDS" vertriebene Dreh-Schwenk-Gelenk der Anmelderin. Darüber hinaus können verschiedene Adapter vorgesehen sein, um die unterschiedlichen Systemkomponenten des Trägersystems untereinander und mit dem Sensorsystem zu verbinden.

[0098] Der Einsatz der Vorrichtung 10 und das Koordinatenmessgerät 100 sind somit nicht auf den in der Fig. 1 dargestellten Tischaufbau und das entsprechende Trägersystem beschränkt, sondern können auch mit allen anderen Arten von Trägersystemen Verwendung finden. Des Weiteren kann die Vorrichtung 10 auch allgemein in MultiSensor-Messsystemen oder auch in einem Materialmikroskop Anwendung finden.

[0099] Die Vorrichtung 10 weist des Weiteren einen Messtisch 20 auf. An dem Messtisch 20 befindet sich eine Positioniereinrichtung 21 . Diese ist insbesondere dazu vorgesehen, um das Messobjekt 12 parallel zu einer X-Achse 19 und zu einer Y-Achse 23 zu positionieren. Die X-Achse 19 und die Y-Achse 23 spannen dabei eine Messebene auf. [0100] Zur Positionierung können beispielsweise ein X-Tisch 24 und ein Y-Tisch 25 vorgesehen sein. Der X-Tisch 24 ist parallel zu der X-Achse 21 und der Y-Tisch 25 ist parallel zu der Y-Achse 19 bewegbar. Beide sind auf einer Grundplatte 26 angeordnet. Die Grundplatte 26 wird von einem Maschinengestell 27 bzw. 27' getragen.

[0101] Die Bewegung des X-Tisches 24 und des Y-Tisches 25 wird durch Linearführungen in X-Richtung 28 und in Linearführungen in Y-Richtung 29 geführt. Dieser Aufbau entspricht dem sogenannten "Tischaufbau". Wie voranstehend ausgeführt wurde, sind auch andere Trägersysteme denkbar.

[0102] Die Vorrichtung 10 weist des Weiteren einen Messkopf 15 auf. An dem Messkopf 15 können einer oder mehrere taktile Sensoren 16 angeordnet sein. Des Weiteren ist an dem Messkopf 15 die Vorrichtung 10 angeordnet. Darüber hinaus können auch noch einer oder mehrere weitere optische Sensoren 18 an oder in dem Messkopf 16 angeordnet sein. Der Messkopf 15 dient also dazu, den einen oder mehrere optische Sensoren 18 und eventuell einen taktilen Sensor 16 mit einer Trägerstruktur, beispielsweise einem Z-Schlitten 30, zu koppeln. Bei dem Messkopf 15 kann es sich um einen geschlossenen Gehäuseaufbau handeln, er kann jedoch auch offen ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Messkopf 15 auch die Form einer einfachen Platte aufweisen, an der der eine oder mehrere optische Sensoren 18 und eventuell der taktile Sensor 16 befestigt ist. Darüber hinaus sind auch alle weiteren möglichen Formen zum Koppeln des einen oder der mehreren optische Sensoren 18 und eventuell des taktilen Sensor 16 mit der Trägerstruktur denkbar.

[0103] Der Messkopf 15 ist an dem Z-Schlitten 30 gehalten, der in einem Schlittengehäuse 31 parallel zu einer Z-Achse 32 geführt ist. Diese Z-Achse 32 steht senkrecht auf der X-Achse 22 und auf der Y-Achse 23. Die X-Achse 22, die Y-Achse 23 und die Z- Achse 32 bilden somit ein kartesisches Koordinatensystem.

[0104] Die Vorrichtung 10 weist des Weiteren ein Bedienpult 33 auf. Mit dem Bedienpult 72 können die einzelnen Elemente der Vorrichtung 10 angesteuert werden. Des Weiteren können Eingaben an der Vorrichtung 10 vorgegeben werden. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass in dem Bedienpult 33 oder an anderer Stelle eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet ist, um Messwertausgaben an einen Nutzer der Vorrichtung 10 zu richten.

[0105] Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des optischen Sensors 18, wobei der optische Sensor 18 in diesem Ausführungsbeispiel genau genommen mehrere optische Sensoren beinhaltet, die wahlweise vorhanden und verwendet sein können. Das neue Objektiv kann darüber hinaus mit weiteren optischen Sensoren kombiniert werden, etwa mit einem deflektometrisch messenden Sensor.

[0106] Der Sensor 18 weist ein Objektiv 43 mit einem Objektivkörper 45 auf. In typischen Ausführungsbeispielen ist der Objektivkörper 45 ein Tubus mit einer Lichteintrittsöffnung 39 und einer Lichtaustrittsöffnung 41 , die an gegenüberliegenden Enden des Tubus angeordnet sind. Prinzipiell kann der Objektivkörper 45 jedoch auch eine von einem Tubus abweichende Form haben.

[0107] An der Lichtaustrittsöffnung 41 ist eine Schnittstelle 35 ausgebildet, die zum Anschluss einer Kamera 34 mit einem Bildsensor 36 dient. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Schnittstelle 35 eine standardisierte bzw. verbreitete Schnittstelle zur Kopplung von Kameras und Objektiven, etwa ein sogenannter F-Mount oder ein sogenannter C-Mount. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Schnittstelle 35 jedoch eine proprietäre Schnittstelle, die es insbesondere möglich macht, das Gehäuse 37 der Kamera 34 direkt mit dem Objektivkörper 45 zu verbinden. Prinzipiell können auch andere standardisierte oder proprietäre Schnittstellen zum Anschluss der Kamera 34 an den Objektivkörper 45 verwendet sein.

[0108] Im Bereich der Lichteintrittsöffnung 39, die das distale Ende des Objektivs 43 definiert, ist ein Deckglas 38 im Objektivkörper 45 oder am Objektivkörper 45 angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Deckglas 38 ein Schraubglas sein, das in eine Gewindefassung am distalen Ende des Objektivkörpers 45 eingeschraubt wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Deckglas 38 in eine geeignete Ausnehmung am Objektivkörper 45 eingeschoben, eingeklipst, eingeklebt oder anderweitig mit dem Objek- tivkörper 45 ortsfest verbunden sein. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Deckglas 38 so mit dem Objektivkörper 45 verbunden, dass ein Anwender des Koordina- tenmessgerätes 10 das Deckglas 38 ohne eine Beschädigung des Objektivs 43 austauschen kann.

[0109] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Deckglas 38 eine keilförmige Glasplatte, deren Dicke von einem Rand zum anderen Rand zunimmt, wie dies in der vereinfachten Schnittdarstellung der Fig. 2 dargestellt ist. Das Deckglas 38 besitzt in diesem Fall einen Keilwinkel, der so gewählt ist, dass ein Reflex an der vorderen (zum distalen Ende des Objektivs 43 hin) oder der hinteren Seite des Deckglases 38 nicht auf den Bildsensor 36 der Kamera 34 gelangt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Deckglas 38 so angeordnet, dass seine vordere Seite geneigt bzw. schräg zu der Lichteintrittsöffnung 39 liegt, während die hintere Seite ebenfalls leicht schräg dazu angeordnet ist.

[0110] In anderen Ausführungsbeispielen könnte ein Deckglas mit planparallelen Vorder- und Rückseiten leicht schräg zum Bildsensor 36 bzw. der nachfolgend noch näher erläuterten optischen Achse des Objektivs 43 angeordnet sein.

[0111] In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Deckglas 38 in Form einer dünnen Folie realisiert sein, die im Bereich der Lichteintrittsöffnung 39 des Objektivs 43 eingespannt ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Deckglas polarisierend sein, so dass das durchtretende Licht polarisiert wird, und/oder das Deckglas kann ein Farbfilter zur Unterdrückung von Umgebungslicht beinhalten.

[0112] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Deckglas 38 und der Lichtaustrittsöffnung 41 des Objektivs 43 ein Linsensystem mit einer ersten Linsengruppe 40, einer zweiten Linsengruppe 42, einer dritten Linsengruppe 44 und einer vierten Linsengruppe 46 angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen ist zwischen der vierten Linsengruppe 46 und der Lichtaustrittsöffnung 41 noch eine fünfte Linsengruppe 48 angeordnet, die hier in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Linsengruppen 40 bis 48 sind in dem Objektivkörper 45 hintereinander zwischen der Lichteintrittsöffnung 39 und der Lichtaustrittsöffnung 41 entlang einer Längsachse 49 des Objektivkörpers 45 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfährt ein die Linsengruppen 40 bis 48 in ihrer jeweiligen Mitte oder Zentrum durchtretender Lichtstrahl keine Ablenkung, so dass die Längachse 49 mit einer optischen Achse 50 des Objektivs 43 zusammenfällt.

[0113] Zwischen der zweiten Linsengruppe 42 und der dritten Linsengruppe 44 ist eine Blende 52 angeordnet. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Blende 52 eine Irisblende, d.h. eine Blende, deren lichter Innendurchmesser variiert werden kann.

[0114] Die zweite, dritte und vierte Linsengruppe 42, 44, 46 sowie die Blende 52 sind jeweils mit einem eigenen Schlitten 54 gekoppelt, der entlang von zwei Führungsschienen 56 bewegt werden kann. Ferner sind die drei Linsengruppen und die optische Blende 52 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit einem elektrischen Antrieb 58 gekoppelt. Mit Hilfe der Antriebe 58 können die zweite, dritte und vierte Linsengruppe sowie die Blende 52 parallel zur optischen Achse 50 verfahren werden, wie das anhand der Pfeile 60 angedeutet ist. Im Gegensatz dazu ist die erste Linsengruppe 40 und die optionale fünfte Linsengruppe 48 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen ortsfest in dem Objektivkörper 45 angeordnet.

[0115] Wie man in der Fig. 2 erkennen kann, ist bei einigen Ausführungsbeispielen ein Freiraum 62 zwischen der ersten Linsengruppe 40 und der zweiten Linsengruppe 42 vorhanden, der selbst dann bleibt, wenn die zweite Linsengruppe 42 auf einen minimalen Abstand zur ersten Linsengruppe 40 positioniert wurde. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist ein Strahlteiler 64 in dem Freiraum 62 auf der optischen Achse 50 angeordnet, um wahlweise Licht von einer weiteren Schnittstelle 66 des Objektivs 43 ein- oder auszukoppeln. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die zweite Schnittstelle 66 etwa auf Höhe des Strahlteilers 64 am seitlichen Umfang des Objektivkörpers 45 angeordnet.

[0116] In ähnlicher Weise ist in einigen Ausführungsbeispielen des Objektivs 43 ein weiterer Freiraum 68, in dem ebenfalls ein Strahlteiler 70 angeordnet ist, zwischen der vierten Linsengruppe 46 und der Lichtaustrittsöffnung 41 . Auf Höhe des Strahlteilers 70 befindet sich eine weitere Schnittstelle 72, über die Licht ein- und/oder ausgekoppelt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlteiler 70 zwischen der fünften Linsengruppe 48 und der Lichtaustrittsöffnung 41 angeordnet. Alternativ oder ergänzend hierzu könnte der Strahlteiler 70 zwischen der vierten Linsengruppe 46 und der fünften Linsengruppe 48 angeordnet sein, was natürlich einen entsprechenden Freiraum voraussetzt.

[0117] In bevorzugten Ausführungsbeispielen besitzt das Objektiv 43 im Bereich der Lichteintrittsöffnung 39 einen Halter 74, an dem verschiedene Lichtquellen 76, 78 angeordnet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt der Halter 74 ein Ringlicht mit einer Vielzahl von Lichtquellen 78a, 78b, die rund um den Objektivkörper 45 mit verschiedenen radialen Abständen angeordnet sind. In einigen Ausführungsbeispielen sind die Lichtquellen 78a, 78b in der Lage, verschiedenfarbiges Licht zu erzeugen, etwa weißes Licht, rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht sowie Mischungen davon. Die Lichtquellen 78a, 78b können dazu verwendet werden, unterschiedliche Beleuchtungsszenarien in unterschiedlichen Abständen vor der Lichteintrittsöffnung 39 zu erzeugen. Beispielhaft ist bei der Bezugsziffer 12 ein Messobjekt 12 schematisch angedeutet, das in einem Abstand d zu der Lichteintrittsöffnung 39 des Objektivs 43 positioniert ist. Der Abstand d repräsentiert einen Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv 43 und dem Messobjekt 12, wobei dieser Arbeitsabstand anhand der Fokussierung des Objektivs 43 variabel einstellbar ist.

[0118] Die Lichtquellen 76 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Lichtquellen, die in den Objektivkörper 45 integriert sind. In einigen Ausführungsbeispielen sind die Lichtquellen 76 außerhalb des Linsensystems in den Objektivkörper 45 integriert, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In anderen Ausführungsbeispielen (alternativ oder ergänzend) können Lichtquellen 76 so in den Objektivkörper 45 integriert sein, dass das von den Lichtquellen 76 erzeugte Licht zumindest durch einige der Linsengruppen und gegebenenfalls das Deckglas 38 hindurch aus dem Objektivkörper 45 austritt. In diesem Fall ist die Lichteintrittsöffnung 39 gleichzeitig auch eine Lichtaustrittsöffnung.

[0119] Mit den Lichtquellen 76, 78 ist es möglich, das Messobjekt 12 variabel zu beleuchten, um wahlweise eine Hellfeld- und/oder eine Dunkelfeldbeleuchtung zu erzeu- gen. In beiden Fällen handelt es sich um Auflicht, das aus Richtung des Objektivs 43 auf das Messobjekt 12 trifft.

[0120] Darüber hinaus besitzt das Koordinatenmessgerät 10 in bevorzugten Ausführungsbeispielen eine weitere Lichtquelle 82, die eine Durchlichtbeleuchtung des Messobjekts 12 ermöglicht. Dementsprechend ist die Lichtquelle 82 unterhalb des Messobjekts 12 bzw. unterhalb der Werkstückaufnahme des Koordinatenmessgerätes 10 angeordnet. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen besitzt das Koordinatenmessgerät 10 daher eine Werkstückaufnahme 12, die mit einer Glasplatte versehen ist, um die Durchlichtbeleuchtung zu ermöglichen.

[0121] Schließlich besitzt der optische Sensor 18 in diesen Ausführungsbeispielen eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 84, die hier über einen weiteren Strahlteiler mit der Schnittstelle 72 gekoppelt sein kann. Die Lichtquelle 84 kann über die Schnittstelle 72 und den Strahlteiler 70 Licht in den gesamten Strahlengang des Objektivs 43 einkoppeln. Das eingekoppelte Licht wird hier über das Linsensystem der ersten bis vierten (fünften) Linsengruppe auf das Messobjekt 12 geworfen.

[0122] In gleicher weise können verschiedene Beleuchtungen über die Schnittstelle 66 und prinzipiell auch über die Lichtaustrittsöffnung 41 in den Strahlengang des Objektivs 43 eingekoppelt werden. Beispielhaft ist ein Gitterprojektor bei der Bezugsziffer 86 dargestellt. Der Gitterprojektor erzeugt ein strukturiertes Lichtmuster, das in diesem Ausführungsbeispiel über zwei Strahlteiler und die Schnittstelle 72 in den Strahlengang des Objektivs 43 eingekoppelt wird. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Lichtquelle ein Laserpointer sein, mit dem einzelne Messpunkte an dem Messobjekt 12 gezielt beleuchtet werden können. In anderen Ausführungsbeispielen kann eine Lichtquelle ein strukturiertes Lichtmuster, etwa ein Streifenmuster oder Gittermuster, erzeugen, welches über das Linsensystem des Objektivs 43 auf das Messobjekt 12 projiziert wird.

[0123] Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann das Objektiv 43 auf verschiedene Weise mit optischen Sensoren kombiniert werden, die alternativ oder ergänzend zu der Kamera 34 zur optischen Vermessung des Messobjekts 12 dienen. In der Figur 2 ist lediglich beispielhaft ein erster konfokaler Weißlichtsensor 88a an die Schnittstelle 66 angekoppelt. Alternativ oder ergänzend kann ein konfokaler Weißlichtsensor 88b beispielsweise über einen Strahlteiler in den Beleuchtungspfad für die Durchlichtbeleuchtung 82 eingekoppelt werden. Die Sensoren 88a und 88b können eine punktförmige Messung durchführen. Wie im Folgenden noch erläutert wird, wird vorliegend jedoch unter Nutzung des Freiraums 62 eine neue Art der optischen Abstandmessung vorgeschlagen.

[0124] Mit der Bezugsziffer 90 ist eine Sensoreinrichtung bezeichnet. Mit dieser kann die Höhenlage des Messobjekts 12 parallel zur optischen Achse 50 anhand einer Bestimmung der Fokuslage ermittelt werden. Des Weiteren wird die Sensorienrichtung 90 als Sensor in einem Triangulationsverfahren verwendet, wie im Folgenden noch erläutert wird. Darüber hinaus ist eine optische Vermessung des Messobjekts 12 mit Hilfe der Kamera 34 und einer geeigneten Bildauswertung möglich, wie dies den einschlägigen Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist.

[0125] Das Objektiv 43 besitzt in den bevorzugten Ausführungsbeispielen aufgrund der verfahrbaren Linsengruppen 42, 44, 46 und der verstellbaren Blende 52 einen großen Einsatzbereich. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist eine Vielzahl von Steuerkurven 92 in einem Speicher der Auswerte- und Steuereinheit 19 oder einem anderen geeigneten Speicher hinterlegt. Die Vielzahl der Steuerkurven 92 bildet in den bevorzugten Ausführungsbeispielen eine 2D-Kurvenschar, mit deren Hilfe die Vergrößerung und die Fokussierung des Objektivs 43 in zahlreichen frei wählbaren Kombinationen eingestellt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Anwender eine gewünschte Vergrößerung 94 und eine gewünschte Fokussierung 96 in die Auswerte- und Steuereinheit 19 eingeben. Die Auswerte- und Steuereinheit 19 bestimmt mit Hilfe der Steuerkurven 92 und in Abhängigkeit der gewünschten Vergrößerung 94 und gewünschten Fokussierung 96 individuelle Positionen der zweiten, dritten und vierten Linsengruppe entlang der optischen Achse 50 sowie eine individuelle Position und Öffnung der Blende 52. In einigen Ausführungsbeispielen des neuen Verfahrens kann der Anwender durch Variieren der Fokussierung den Arbeitsabstand d zu einem Messobjekt variieren, ohne dass der Sensor 18 mit Hilfe der Pinole 14 relativ zu dem Messobjekt bewegt werden muss. Beispielsweise ist es so möglich, Strukturen an der Oberfläche eines Messobjekts 12 und Strukturen am Grund einer Bohrung (hier nicht dargestellt) des Messobjekts 12 zu vermessen, indem bei gleichbleibender Vergrößerung lediglich die Fokussierung des Objektivs 43 so variiert wird, dass im einen Fall die Struktur an der Oberfläche des Messobjekts 12 und im anderen Fall die Struktur am Grund der Bohrung in der Fokusebene des Objektivs 43 liegt.

[0126] In anderen Varianten kann ein Anwender bei gleichbleibendem oder wechselndem Arbeitsabstand d, der einen Abstand zwischen dem Messobjekt 12 und einer ersten Störkontur, nämlich der Lichteintrittsöffnung 39 des Objektivs 43 bezeichnet, die Vergrößerung des Objektivs 43 variieren, um beispielsweise Details eines zuvor "aus der Vogelperspektive" vermessenen Messobjekts 12 erneut zu vermessen.

[0127] Des Weiteren kann ein Anwender in einigen Ausführungsbeispielen die numerische Apertur des Objektivs 43 durch Öffnen oder Schließen der Blende 52 verändern, um auf diese Weise eine gleichbleibende Auflösung bei unterschiedlichen Arbeitsentfernungen d zu erreichen. Ferner kann ein Anwender die Vergrößerung, Fokussierung, numerische Apertur einzeln oder in Kombination miteinander variieren, um das Objektiv 43 optimal an die Eigenschaften der verschiedenen Sensoren 36, 88, 90 anzupassen.

[0128] In den Fig. 3 bis 5 sind die Positionen der Linsengruppen 40, 42, 44, 46 und die Position der Blende 52 für verschiedene Arbeitsentfernungen d und verschiedene Vergrößerungen dargestellt. Wie man anhand der Schnittbilder erkennen kann, besitzt jede Linsengruppe mehrere Linsen 100, 102, wobei in diesem Ausführungsbeispiel in jeder Linsengruppe zumindest ein Kittglied bestehend aus zumindest zwei Linsen 101 , 102 verwendet ist. Einige der Linsengruppen besitzen weitere separate Linsen. Bei einer hohen Vergrößerung stehen die zweite und dritte Linsengruppe nahe beieinander, wobei der tatsächliche Abstand zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe zusätzlich vom Arbeitsabstand d abhängt. Wie man anhand Fig. 3 erkennen kann, stehen die zweite und dritte Linsengruppe bei kleinerem Arbeitsabstand d näher zusammen als bei einem größeren Arbeitsabstand.

[0129] Mit abnehmender Vergrößerung wandern die zweite und dritte Linsengruppe auseinander, wobei sich die zweite Linsengruppe der ersten Linsengruppe annä- hert. In der hohen Vergrößerung fokussieren die erste und zweite Linsengruppe ein vom Messobjekt entworfenes (virtuelles) Bild vor die Blende 52. Die vierte Linsengruppe wirkt in diesem Fall als Projektiv. Sie verlagert das Bild in die Ebene des Bildsensors 36. Mit abnehmender Vergrößerung entfernt sich das von der ersten und zweiten Linsengruppe entworfene Bild weiter von der Blende. Die dritte und vierte Linsengruppe nähern sich an und bilden mit gemeinsamer positiver Brechkraft das virtuelle Bild auf die Ebene des Bildsensors 36 ab.

[0130] In allen bevorzugten Ausführungsbeispielen folgt die Blende 52 jeweils dem Brennpunkt des aus der ersten und zweiten Linsengruppe gebildeten Teilsystems. Dies ermöglicht eine gute Feldkorrektion mit Hilfe der dritten und vierten Linsengruppe.

[0131] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Messobjekt in einer Entfernung zwischen dem 0,8- bis 2-fachen der Brennweite der Linsengruppe 1 angeordnet. Die erste Linsengruppe besitzt eine positive Brechkraft. Die zweite Linsengruppe besitzt eine negative Brechkraft. Die dritte Linsengruppe besitzt eine positive Brechkraft, und die vierte Linsengruppe wieder eine negative Brechkraft. Die zweite, dritte und vierte Linsengruppe sind jeweils achromatisch korrigiert, während die erste Linsengruppe einen definierten chromatischen Längsfehler erzeugt. Die Blende 52 befindet sich jeweils im beseitigen Brennpunkt des aus der ersten und zweiten Linsengruppe gebildeten Teilsystems. Eine entsprechende Steuerkurve für die axiale Position der Blende 52 gewährleistet eine objektseitige Telezentrie. Die Änderung des Blendendurchmessers gestattet eine an die jeweilige Vergrößerung und Objektstruktur angepasste objektseitige Apertur. Das von der ersten und zweiten Linsengruppe entworfene virtuelle Bild wird von der dritten und vierten Linsengruppe an einen definierten Ort abgebildet, der in einem definierten festen Abstand zu der ersten Linsengruppe angeordnet ist. An diesem definierten Ort befindet sich in den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Bildsensor 36.

[0132] Die optionale fünfte Linsengruppe transformiert das Bild um einen konstanten Betrag mit einem skalaren Anteil an der Gesamtvergrößerung. Die Gesamtvergrößerung ist in den bevorzugten Ausführungsbeispielen reell ohne Zwischenbild. Die Auslegung des Systems sichert über den Gesamtvergrößerungsbereich eine Austrittspupillenlage bezogen auf das Bild nach der vierten Linsengruppe zwischen der halben und doppelten Entfernung zum Messobjekt. Dies ist vorteilhaft, um auch ohne eine strenge bildseitige Telezentrie Beleuchtungslicht verlustarm in das Objektiv 43 über die Schnittstelle 72 und/oder die Schnittstelle 35 einkoppeln zu können.

[0133] Die Brennweite des aus der ersten und zweiten Linsengruppe gebildeten Teilsystems wächst zu größeren Objektfeldern und führt die Blende 52 den in Richtung des Bildsensors 36 wandernden Linsengruppen nach. Dabei sind die Strahlhöhen an der dritten und vierten Linsengruppe aufgrund der Blende begrenzt, was eine gute Gesamtkorrektion der Abbildung ermöglicht. Das Gesamtsystem ist durch die paraxialen Grunddaten Vergrößerung, Fokussierung, Telezentrie und numerische Apertur unterbestimmt. Mit Hilfe der Steuerkurve für die axiale Position der Blende ist es möglich, eine ausgewogene Korrektur der Bildfehler über einen großen Verstellbereich der Vergrößerung zu erreichen. In einigen Ausführungsbeispielen ist das Verhältnis zwischen maximaler Vergrößerung und minimaler Vergrößerung größer als 10 und vorzugsweise größer als 15.

[0134] In den bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Objektiv 43 chromatische Querfehler aufweisen, um einen einfachen und kostengünstigen Aufbau zu ermöglichen. Dies hat zur Folge, dass Licht und Bilder unterschiedlicher Farben einen geringen Versatz quer zur optischen Achse 50 aufweisen können. In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der chromatische Querfehler anhand von mathematischen Korrekturrechnungen korrigiert, was in den bevorzugten Ausführungsbeispielen möglich ist, weil das Fehlerbild als solches stetig ist.

[0135] In einigen Ausführungsbeispielen des Objektivs 43 sind der Strahlteiler 64 und das Deckglas 38 so ausgebildet, dass eine polarisationsoptische Unterdrückung von Falschlicht erreicht wird. Dazu ist der Strahlteiler 64 als polarisierender Strahlteiler ausgebildet, und das Deckglas 38 ist eine λ/4-Platte. Auf diese Weise wird Licht, das zum Beispiel durch interne Reflexe im Objektivkörper entsteht, vom Strahlteiler 64 abgelenkt. Nur Licht, das mit Hin- und Rückweg durch die λ/4-Platte gegangen ist, wurde in der Polarisationsrichtung jeweils um 45° gedreht und kann nun den Strahlteiler 64 durch die insgesamt 90° gedrehte Polarisationsrichtung in Richtung der Kamera 34 passieren. [0136] In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind Fassungsteile der Linsengruppen geschwärzt, und die Linsengrenzflächen sind mit Antireflexbeschichtungen versehen. Grenzflächen von benachbarten Linsen sind so weit wie möglich verkittet. Die einzelnen Baugruppen sind gewichtsoptimiert, um schnelle Bewegungen der verfahrbaren Linsengruppen und Blende zu ermöglichen.

[0137] In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 mit seinen einzelnen Komponenten dargestellt.

[0138] Gleiche Elemente sind darin mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht mehr erläutert.

[0139] Wie zu erkennen ist, ist die Kamera 34 nicht fluchtend mit der optischen Achse des Objektivs angeordnet sondern mittels eines Strahlteilers 1 10 seitlich angeordnet. Diese Anordnung ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich kann die Kamera 34 auch wie in der Fig. 3 dargestellt angeordnet sein. Ebenso kann die Reihenfolge der Strahlenteiler 70 und 1 10 auch umgekehrt eingerichtet sein.

[0140] Eine Beleuchtungseinrichtung 104 kann beispielsweise eine Optik 105 aufweisen, die das von einer Lichtquelle, beispielsweise einem Laser oder einer LED, emittierte Licht in geeigneter Weise formt, wie im Folgenden noch erläutert wird. Ein auf diese Weise erzeugter Beleuchtungslichtstrahl 1 1 1 fällt dann unter einem Triangulationswinkel 1 12 auf das Messobjekt 12. Von dem Messobjekt 12 wird der Lichtstrahl reflektiert und/oder gestreut und wird durch das Objektiv 43 als einfallende Strahlung 108 auf die Sensoreinrichtung 90 abgebildet. Die Sensoreinrichtung 90 weist eine Verkippungs- einrichtung 91 auf, die die Sensoreinrichtung 90 relativ zu der einfallenden Strahlung 108 neigt.

[0141] In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 dargestellt. Gleiche Elemente wie in Fig. 6 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht weiter erläutert. [0142] In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sensoreinrichtung 90 neben dem Einsatz als Sensoreinrichtung in einem Triangulations-Messverfahren auch als Sensoreinrichtung in einem sogenannten GRI D-Autofokussystem bzw. Lichtgitter-Fokussierungs- system eingesetzt. So ist ein Autofokus-Strahlteiler 1 13 vorgesehen, der das von einer Emissionsebene 89 der Autofokusbeleuchtungseinrichtung 86 emittierte Licht einkoppelt. Zusätzlich zu der Möglichkeit der Verkippung der Sensoreinrichtung 90 kann darüber hinaus des Weiteren eine weitere Verkippungseinrichtung 87 zum Verkippen der Emissionsebene 89 vorgesehen sein.

[0143] In Fig. 8 ist schematisch noch einmal der Grund für die Notwendigkeit der Verkippung der Sensoreinrichtung 90 dargestellt, wenn eine scharfe Abbildung auf der gesamten Sensoreinrichtung 90 erfolgen soll. Wenn das Messobjekt 12 schräg zu der optischen Achse 50 des Objektivs mit der Strahlung in Einfallsrichtung 1 1 1 bestrahlt wird, liegt ein mittels des Objektivs 41 abzubildendes Objekt in einem Winkel 1 16 zu der optischen Achse 50 der Linsengruppe des Objektivs 43 angeordnet. Schematisch dargestellt sind die einzelnen Strahlengänge, die dazu führen, dass ein Bild 1 14 des Objektivs unter einem Winkel 1 18 geneigt zu der optischen Achse 50 abgebildet wird. Für eine scharfe Abbildung muss also die Sensoreinrichtung 90 auch um einen entsprechenden Winkel 1 18 geneigt angeordnet sein. Letztlich muss vorgesehen sein, dass eine effektive bzw. wirksame Hauptebene 120 des Objektivs 43, eine Objektebene 122 und eine Bildebene 124 sich gemäß der Scheimpflugbedingung in einem Punkt 125 bzw. einer gemeinsamen Linie oder - wegen der endlichen Dicke der Linsen - jeweils eng beieinander liegenden Linien schneiden. Dann kann eine flächige scharfe Abbildung mittels des Objektivs 43 erfolgen.

[0144] In Fig. 9 ist schematisch eine Draufsicht auf die Vorrichtung 10 gezeigt. Gleiche Elemente sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0145] Neben dem in Fig. 8 dargestellten Sachverhalt muss darauf geachtet werden, dass auch im dreidimensionalen Raum die emittierenden und empfangenden Flächen sowie das abbildende System derart zueinander ausgerichtet sind, dass eine Abbildung in möglichst hoher Güte erzielt werden kann. [0146] Dies ist nämlich dann der Fall, wenn eine Normale 126 einer Sensorebene 127 der Sensoreinrichtung 90, die Einfallsrichtung 1 1 1 der Beleuchtungseinrichtung 104 und die optische Achse 50 in einer gemeinsamen Ebene 128 liegen. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung 104 mehrere Beleuchtungsbaugruppen 131 , 131 ' aufweist, um das Messobjekt 12 mit unterschiedlichen Einfallsrichtungen 1 1 1 , 1 1 1 ' zu bestrahlen. Um dies zu gewährleisten, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass eine oder mehrere der Beleuchtungsbaugruppen 131 um eine Schwenkachse 133 verschwenkt werden können, so dass sich eine Schwenkrichtung 130 ergibt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schwenkachse 133 die optische Achse 50 ist. Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein.

[0147] Entsprechend kann dann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung 90 ebenfalls um die Schwenkachse 133 verschwenkt werden kann, wie dies mit einer Schwenkrichtung 132 angedeutet ist. Insbesondere kann auch die Sensoreinrichtung 90 um die optische Achse 50 verschwenkbar eingerichtet sein. Auf diese Weise wird es möglich, stets einen Zustand herzustellen, in dem die Einfallsrichtung 1 1 1 , die Flächennormale 126 und die optische Achse 50 in der Ebene 128 liegen. Mit anderen Worten kann die Ebene 128 beliebig um die optische Achse 50 gedreht werden.

[0148] In Fig. 10 ist eine mögliche Ausgestaltung einer Beleuchtungsbaugruppe 131 dargestellt. Insbesondere kann die Beleuchtungsbaugruppe 131 eine Lichtleitfaser 134 aufweisen, in die wahlweise Licht von einer oder mehreren unterschiedlichen Lichtquellen 136, 137, 138, 139 eingekoppelt werden kann. Die Lichtquellen 136 bis 139 bilden ein Array 140 von Lichtquellen. Insbesondere können die Lichtquellen 136 bis 139 jeweils als LED oder OLED ausgeführt sein. Jede der Lichtquellen 136 bis 139 kann dabei Licht mit einem anderen Wellenlängenbereich emittieren. Die Wellenlängenbereiche können sowohl in einem für das menschliche Auge sichtbaren Spektrum als auch beispielsweise im nahinfraroten oder infraroten Spektrum liegen. Mittels eines MEMS-Scanners oder eines beliebigen anderen schwenkbaren Reflektionselements kann wahlweise das von einer der Lichtquellen 136 bis 139 emittierte Licht, in dem dargestellten Fall das der Lichtquelle 142, in die Lichtleitfaser 134 eingekoppelt werden. Dies ermöglicht, jede der Lichtquellen 136 bis 139 durchgängig angeschaltet zu belassen. Da einige Arten von Lichtquellen empfindlich gegen zu häufiges An- und Abschalten sind, kann so eine materialschonende Ausgestaltung eingerichtet sein. Des Weiteren wird ein schnelles Wechseln der Wellenlängen durch Verschwenken des Reflektionselements 141 möglich. Insbesondere vergeht keine unnötige Messzeit zwischen einem An- und Abschalten von Lichtquellen 136 bis 139 oder eine Zeitdauer zum Abwarten, bis eine Lichtquelle 136 bis 139 ihre volle Lichtintensität erreicht.

[0149] Des Weiteren kann eine Beleuchtungsbaugruppe 131 bzw. die Beleuchtungseinrichtung 104 darüber hinaus ein Polarisationselement 144 aufweisen, das das eingestrahlte Licht polarisiert. Des Weiteren kann ein λ/2-Element vorgesehen sein, das drehbar ausgestaltet ist. Mit diesem kann dann die Polarisationsrichtung beliebig eingestellt werden. Letztlich kann noch eine Optik 148 vorgesehen sein, die mit schwenkbaren Elementen ausgebildet sein kann. Die Optik 148 kann zum Strahlformen dienen, insbesondere in einen Linienfokus, und dazu, das Licht in einem gewünschten Triangulationswinkel auf das Messobjekt 12 einzustrahlen.

[0150] Die Anordnung der Elemente 144 bis 148 ist dabei lediglich beispielhaft zu verstehen. Es kann auch eine andere Reihenfolge gewählt sein oder aber beispielsweise eines oder mehrere der Elemente 144 bis 148 bereits vor der Lichtleitfaser 134 im Strahlengang angeordnet sein.

[0151] Um sowohl entlang der X-Achse 19 als auch entlang der Y-Achse 23 des Koordinatenmessgeräts 100 ausgerichtete Elemente eines Messobjekts 12 mit relativ hoher Auflösung erfassen zu können, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Einfallsrichtung 1 1 1 und die Flächennormale 126 zusammen mit der optischen Achse 50 in einer Ebene 152 angeordnet sind, die mit der X-Achse 19 einen Winkel 151 von 45° und mit der Y-Achse 23 ebenfalls einen Winkel 150 von 45° einschließt. Auf diese Weise können sowohl entlang der X-Achse 19 als auch entlang der Y-Achse 23 ausgerichtete Strukturen mit relativ guter Auflösung erfasst werden.

[0152] Die Figuren 1 1 a bis 1 1 d zeigen verschiedene Ausführungsformen zum Einsatz eines Mikroscanners 154 in der Optik 148. Insbesondere kann das Strahlenbündel der Beleuchtungsbaugruppe 131 bereits zu einer Linie geformt sein, es kann auch ein Umlenkelement Teile der Strahlformung bewirken. Mittels des schwenkbaren bzw.

drehbaren Mikroscanners 154 kann dann ein Triangulationswinkel 1 12 und ein Ort bestimmt werden, in dem das Strahlenbündel die optische Achse 50 schneidet, also der Arbeitsabstand der Vorrichtung 10 eingestellt werden.

[0153] So kann beispielsweise mittels der in Fig. 1 1 a dargestellten Anordnung mittels des Mikroscanners 154 wahlweise ein erstes Umlenkelement 156 oder ein zweites Umlenkelement 158 angesteuert werden. Natürlich können zusätzlich noch weitere Umlenkelemente angeordnet sein. Bei den Umlenkelementen kann sich um optische Elemente, mit planen, zylindrischen oder sphärischen Flächen handeln. Auch asphärische Flächen oder Freiformflächen sind möglich. Auf diese Weise wird es beispielsweise möglich, einen bestimmten Arbeitsabstand mit unterschiedlichen Triangulationswinkeln 1 12 zu beleuchten.

[0154] Mittels der in Fig. 1 1 b dargestellten Anordnung wird es beispielsweise möglich, einen Bereich 162 von Arbeitsabständen zu nutzen, wobei sich für jeden Arbeitsabstand innerhalb des Bereichs 162 ein anderer Triangulationswinkel 1 12 ergibt. Ein größerer Arbeitsabstand bedeutet dann einen kleineren Triangulationswinkel 1 12, so dass auch eine erreichbare Auflösung kleiner wird. Ein Umlenkelement 160 kann unter Umständen aus Platzgründen vorgesehen sein, es ist jedoch nicht zwingend notwendig.

[0155] In der in Fig. 1 1 c dargestellten Anordnung ist ein Umlenkelement 164 vorgesehen, dass etwa mehrere Stufenflächen 165 aufweist. Ein solches Umlenkelement 164 kann einstückig ausgebildet oder aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzt sein. Durch die dargestellte Anordnung wird es möglich, unterschiedliche Arbeitsabstän- de jeweils mit unterschiedlichen Triangulationswinkeln zu beleuchten. Die Arbeitsabstän- de können sich dabei in mehrere Verstellbereiche 166, 167 aufteilen, wobei sich die Verstellbereiche 166, 167 aber auch überlappen können.

[0156] Letztlich ermöglicht die in der Fig. 1 1 d dargestellte Anordnung, jeden Punkt auf der optischen Achse 50 in dem Bereich 162 mit mehreren Triangulationswinkeln 1 12, 1 12', 1 12" zu beleuchten. Dazu ist ein Umlenkelement 170 vorgesehen, dass mehrere gekrümmte Flächen 172 aufweist. Auch das Umlenkelement 170 kann einstückig ausgebildet oder aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzt sein.

[0157] Mittels der beispielhaften Anordnungen in den Figuren 1 1 a bis 1 1 d kann dann mit der Linie auch bei fester Einstellung der Optik 148 und/oder Maschinenposition auch das Messobjekt 12 gescannt werden. Des Weiteren wird es möglich, eine Lichtquelle mit unterschiedlichen Triangulationswinkeln bei einem Arbeitsabstand zu verwenden. Damit wird dann ggf. auch eine Steigerung der Messauflösung durch Subpixeling und Aufnahme von Scans mit unterschiedlicher Linienneigung möglich, wobei dabei aber die Güte der Tiefenschärfe unter der eingestellten Scheimpflugbedingung bei der jeweiligen Vergrößerung zu beachten ist. So könnte aber auch mit geringer Variation des Arbeitsabstandes gearbeitet werden, um eine Verschiebung des Schnittpunktes der optischen Achse des Zooms und der Beleuchtungsrichtung zu kompensieren. Das Umlenkelement wird gebraucht, um Veränderungen des Triangulationswinkels 1 12 für einen Arbeitsabstand herbeizuführen oder den Arbeitsabstand und den Triangulationswinkel 1 12 gemeinsam bzw. voneinander abhängig zu verändern. Mit einem kontinuierlich ausgeformten Spiegel kann man dann einen Tiefenscan mit dem Zoom des Objektivs 43 durchführen und dazu parallel gemäß Scheimpflugbedingung bei fester oder auch variabler Neigung der Sensoreinrichtung Triangulationswinkel zu variieren. Das Umlenkelement kann selbstverständlich auch zumindest einen Teil der optischen Funktion Kollimations- und Linienformungsoptik übernehmen.

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung (10) zum Inspizieren eines Messobjekts (12), mit einer Werkstückaufnahme (14) zur Aufnahme des Messobjekts (12), mit einem einen optischen Sensor (18) tragenden Messkopf (15), wobei der Messkopf (15) und die Werkstückaufnahme (12) relativ zueinander verfahrbar sind, wobei der optische Sensor (18) ein Objektiv (43) aufweist, wobei das Objektiv (43) eine Lichteintrittsöffnung (39) und eine Lichtaustrittsöffnung (41 ) aufweist, wobei das Objektiv (43) ferner eine Blende (52) und eine Vielzahl von Linsengruppen (40, 42, 44, 46, 48) aufweist, die in dem Objektiv (43) zwischen der Lichteintrittsöffnung (39) und der Lichtaustrittsöffnung (41 ) hintereinander entlang einer Längsachse (49) des Objektivs (43) angeordnet sind, und wobei mindestens zwei Linsengruppen parallel zu der Längsachse (49) verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) des Weiteren eine Beleuchtungseinrichtung (104) zum zumindest teilweisen Beleuchten des Messobjekts (12) unter zumindest einem Triangulationswinkel (1 12) relativ zu der Längsachse (49) aufweist, wobei die Vorrichtung (10) des Weiteren eine Sensoreinrichtung (90) zum Erfassen von durch das Objektiv (43) auf die Sensoreinrichtung (90) einfallender Strahlung (108) der Beleuchtungseinrichtung (104) aufweist, und wobei die Sensoreinrichtung (90) relativ zu der einfallenden Strahlung (108) geneigt anordenbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) des Weiteren eine mit der Sensoreinrichtung (90) gekoppelte Verkippungseinrich- tung (91 ) zum Verkippen der Sensoreinrichtung (90) relativ zu der einfallenden Strahlung (108) aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) derart ausgebildet ist, dass verschiedene Triangulationswinkel (1 12) auswählbar sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einfallsrichtung (1 1 1 ) der Strahlung der Beleuchtungseinrichtung (104) auf das Messobjekt (12), eine Normale (126) einer Sensorebene (127) der Sensorein- richtung (90) und eine optische Achse (50) des Objektivs (43) in einer Ebene (128) liegen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) derart ausgebildet ist, dass die Einfallsrichtung (1 1 1 ) der Strahlung der Beleuchtungseinrichtung (104) um eine parallel zu der Längsrichtung (49) verlaufende Schwenkachse (133) in Stufen oder stufenlos wählbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (90) um eine parallel zu der Längsrichtung (49) verlaufende Schwenkachse (133) schwenkbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) mehrere Beleuchtungsbaugruppen (131 , 131 ') aufweist, wobei jede Beleuchtungsbaugruppe (131 , 131 ') zum Projizieren einer Linie auf das Messobjekt (12) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) um eine parallel zu der Längsrichtung (49) verlaufende Schwenkachse (133) schwenkbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des Triangulationswinkels (1 12) und/oder der Einfallsrichtung (1 1 1 ) der Strahlung mindestens ein Mikroscanner (154) zum Ablenken der Strahlung angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) die Strahlung punktförmig auf das Messobjekt (12) projiziert, oder dass die Beleuchtungseinrichtung (104) die Strahlung mittels einer Beleuchtungsabbildungsoptik (148) linienförmig auf das Messobjekt (12) projiziert.

1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) mindestens eine Lichtquelle (136, 137, 138,

139) aufweist, und wobei die Lichtquelle (136, 137, 138, 139) ein Laser oder eine LED ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die das Messobjekt (12) zumindest teilweise beleuchtende Strahlung polarisiert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das von einer

Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung (104) emittierte Licht polarisiert ist, oder dass die Beleuchtungseinrichtung (104) ein Polarisationselement (144) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) ein λ/2-Element (146) zum Ausrichten der Polarisationsrichtung aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (104) eine Mehrzahl von Lichtquellen (136, 137, 138, 139) aufweist, wobei die Lichtquellen (136, 137, 138, 139) Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen oder mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lichtquelle (136, 137, 138, 139) eine LED ist, und wobei die Beleuchtungseinrichtung (104) eine Lichtleitfaser (134) und ein schwenkbares Reflexionselement (141 ) aufweist, das derart angeordnet ist, dass eine selektive Einkopplung des von einer der Lichtquellen (136, 137, 138, 139) emittierten Lichts in die Lichtleitfaser (134) durch Verschwenken des Reflexionselement (141 ) ermöglicht ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) des Weiteren eine Autofokusbeleuchtungseinrichtung (86) zum Projizieren eines Liniengitters auf das Messobjekt (12) und eine Kamera (34) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Bild des Messobjekts (12) durch das Objek- tiv (43) aufzunehmen, und wobei eine Auswertung eines von dem Messobjekt (12) reflektierten Liniengitters mittels der Sensoreinrichtung (90) erfolgt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) des Weiteren einen Autofokus-Strahlteiler (1 13) zum Trennen eines Strahlengangs der Autofokusbeleuchtungseinrichtung (86) und eines Strahlengangs auf die Sensoreinrichtung (90) aufweist, und dass die Vorrichtung (10) des Weiteren einen Einkopplungsstrahlteiler (70) zum Einkoppeln des Strahlengangs der Autofokus- beleuchtungseinrichtung (86) und des Strahlengangs auf die Sensoreinrichtung (90) auf die Längsachse (49) aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des Weiteren eine Autofokusverkippungseinrichtung (87) zum Verkippen einer Emissionsebene (89) der Autofokusbeleuchtungseinrichtung (86) aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (90) ein zweidimensionales Sensorarray aufweist, und wobei die Sensoreinrichtung (90) insbesondere eine HDR(High Dynamic Range)- Kamera ist.

21 . Koordinatenmessgerät (100) mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung (49) eine Z-Achse (32) eines kartesischen Koordinatensystems bildet, und wobei der Messkopf (15) und die Werkstückaufnahme (14) relativ zueinander parallel zu einer X-Achse (19) und zu einer Y-Achse (23) bewegbar sind, wobei die X-Achse (19) und die Y-Achse (23) senkrecht zueinander sind und eine X- Y-Ebene (22) aufspannen, zu der die Z-Achse (32) eine Normale bildet, und wobei die Sensoreinrichtung (90) derart angeordnet ist, dass eine Normale (126) einer Sensorebene (127) der Sensoreinrichtung (90) in einer Mittelebene (152) verläuft, die sowohl mit der X-Achse (19) als auch der Y-Achse (29) einen Winkel (150; 151 ) von 45° einschließt.