WO2014023345A1 - Improved device for examining an object and method - Google Patents

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WO2014023345A1
WO2014023345A1 PCT/EP2012/065478 EP2012065478W WO2014023345A1 WO 2014023345 A1 WO2014023345 A1 WO 2014023345A1 EP 2012065478 W EP2012065478 W EP 2012065478W WO 2014023345 A1 WO2014023345 A1 WO 2014023345A1
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Thomas Engel
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Abstract

The present invention relates to a device (10) for optically examining an object (12), said device having an object support (14) to support the object (12), a pattern-generating unit (16) to illuminate the object (12) with a measuring pattern, an image recording unit (18) to record a plurality of images of the object (12), imaging optics (20) to influence a light beam path (22) between the object (12) and the image recording unit (18), and a data processing unit (24) designed to determine at least one property of the object (12) with the aid of the plurality of images, characterised in that the device (10) can be set at least at one first working distance (26) and one second working distance (28), and the device also has a scattering unit which can be changed between an active state, in which the scattering unit (30) influences the light beam path (22) upstream of the pattern-generating unit (16), and an inactive state in which the scattering unit (30) does not influence the light beam path (22) upstream of the pattern-generating unit (16). The present invention additionally relates to a method for changing an operating mode of a device (10) for optically examining an object (12).

Description

Verbesserte Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts und Verfahren  Improved device for inspecting an object and method
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Objekts, mit einem Objektträger zum Tragen des Objekts, einer Mustererzeugungseinheit zum Beleuchten des Objekts mit einem Messmuster, einer Bildaufnahmeeinheit zum Aufnehmen von einer Anzahl von Bildern von dem Objekt, einer Abbildungsoptik zum Beeinflussen eines Lichtstrahlengangs zwischen dem Objekt und der Bildaufnahmeeinheit, und einer Datenverarbeitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Eigenschaft des Objekts anhand der Anzahl von Bildern zu bestimmen. The present invention relates to an apparatus for optically inspecting an object, comprising a slide for carrying the object, a pattern generation unit for illuminating the object with a measurement pattern, an image acquisition unit for taking a number of images of the object, an imaging optic for influencing a light beam path between the object and the image pickup unit, and a data processing unit configured to determine at least one property of the object based on the number of images.
[0002] Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2009 021 733 A1 bekannt. [0003] Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Wechseln eines Betriebsmodus einer Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Objekts. Such a device is known for example from the document DE 10 2009 021 733 A1. According to a further aspect, the present invention relates to a method for changing an operating mode of an apparatus for optically inspecting an object.
[0004] Bei der industriellen Fertigung von Produkten spielt die Produktqualität seit vielen Jahren eine zunehmend wichtige Rolle. Hohe Produktqualität kann einerseits durch entsprechend ausgelegte und stabile Fertigungsprozesse erreicht werden. Andererseits müssen die Qualitätsparameter eines Produktes möglichst zuverlässig und vollständig kontrolliert werden, um Qualitätsmängel frühzeitig zu erkennen. In vielen Fällen spielt die Qualität einer Produktoberfläche eine Rolle. Dabei kann es sich um dekorative Oberflächen handeln, wie beispielsweise Lackoberflächen bei Kraftfahrzeugen oder Haushaltsgegenständen, oder um technische Oberflächen, wie etwa die Oberflächen von fein bearbeiteten metallischen Kolben oder Lagerflächen. In industrial manufacturing of products, product quality has been playing an increasingly important role for many years. On the one hand, high product quality can be achieved through suitably designed and stable production processes. On the other hand, the quality parameters of a product must be controlled as reliably and completely as possible in order to detect quality defects at an early stage. In many cases, the quality of a product surface plays a role. These may be decorative surfaces, such as painted surfaces in motor vehicles or household items, or technical surfaces, such as the surfaces of finely machined metallic pistons or bearing surfaces.
[0005] Es gibt bereits eine Vielzahl von Vorschlägen und Konzepten, um Oberflächen zu inspizieren. There are already a variety of proposals and concepts for inspecting surfaces.
[0006] Die Druckschrift DE 10 2009 021 733 A1 beschreibt beispielsweise ein de- flektometrisches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung. Bei diesem Verfahren wird ein Streifenmuster mit einem sinusförmigen Helligkeitsverlauf auf einen Schirm projiziert, der schräg über einer zu inspizierenden Oberfläche angeordnet ist. Das projizierte Muster wird verändert oder bewegt, so dass entsprechend veränderte Streifenmuster auf die Oberfläche fallen. Während oder nach dem Verändern/Bewegen des Musters wird jeweils ein Bild der Oberfläche mit dem reflektierten Muster aufgenommen. Durch eine mathematische Verknüpfung der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder soll ein Ergebnisbild erzeugt werden, anhand dessen defektbehaftete Bereiche und defektfreie Bereiche der Oberfläche rechnerisch und/oder visuell unterschieden werden können. The document DE 10 2009 021 733 A1 describes, for example, a deflectometric method and a corresponding device. In this method, a striped pattern having a sinusoidal brightness pattern is projected on a screen which is disposed obliquely over a surface to be inspected. The projected pattern is changed or moved so that correspondingly altered striped patterns fall on the surface. During or after changing / moving the pattern, an image of the surface with the reflected pattern is taken each time. By a mathematical combination of the images taken at different times, a result image is to be generated, on the basis of which defective areas and defect-free areas of the surface can be distinguished computationally and / or visually.
[0007] Weitere Deflektometrieverfahren sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2008 038 256 A1 und DE 10 2008 064 562 A1 gezeigt. [0008] Des Weiteren sind im Stand der Technik sogenannte Streifenbildverfahren bekannt. Beispielsweise wird in der Druckschrift DE 10 2010 007 922 A1 die Verwendung eines solchen Streifenbildverfahrens gezeigt. Dabei wird ein Streifenmuster auf das zu inspizierende Objekt projiziert, beispielsweise indem eine Beleuchtungseinrichtung durch ein Vielstreifengitter hindurch auf das Objekt gerichtet ist. In dem Vielstreifengitter wechseln sich helle und dunkle Streifen ab. Die Breite der Streifen des Vielstreifengitters bestimmt - zusammen mit einem Winkel zwischen Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung - die Genauigkeit bzw. die Auflösung der dreidimensionalen Erfassung des Objekts. Aus der Position einer Beleuchtungseinrichtung des Vielstreifengitters und der Position des Vielstreifengitters kann die Lage einer Lichtebene, die von der Beleuchtungseinrichtung aus durch den Streifen des Vielstreifengitters verläuft, berechnet werden. Anhand der Lage eines Bildpunktes in dem Bild der ersten Bildaufnahmeeinrichtung kann wiederum der Vektor eines Lichtstrahls berechnet werden, der diesen Bildpunkt erzeugt hat. Dies wiederum ermöglicht es, den Schnittpunkt dieses Lichtstrahls mit der berechneten Ebene des Vielstreifengitters zu bestimmen. So erhält man die Raumkoordinaten eines bestimmten Bildpunktes auf dem Bild der Bildaufnahmeeinheit. Further Deflektometrieverfahren are shown for example in the publications DE 10 2008 038 256 A1 and DE 10 2008 064 562 A1. Furthermore, in the prior art so-called strip imaging methods are known. For example, the publication DE 10 2010 007 922 A1 shows the use of such a strip image method. In this case, a striped pattern is projected onto the object to be inspected, for example by a lighting device being directed through a multigrip grid onto the object. In the multi-strip grid, light and dark stripes alternate. The width of the strips of the multi-strip grid determines - together with an angle between illumination and observation direction - the accuracy or the resolution of the three-dimensional detection of the object. From the position of a lighting device of the multi-strip grid and the position of the multi-strip grid, the position of a light plane extending from the illumination device through the strip of the multi-strip grid can be calculated. On the basis of the position of a pixel in the image of the first image recording device, in turn, the vector of a light beam can be calculated, which has generated this pixel. This in turn makes it possible to determine the point of intersection of this light beam with the calculated plane of the multigrip lattice. Thus one obtains the spatial coordinates of a specific pixel on the image of the image acquisition unit.
[0009] Es kann vorgesehen sein, dass das Streifenprojektionsverfahren ein Gray- code-Streifenprojektionsverfahren ist. Grundsätzlich alternieren bei einem Vielstreifenmuster lediglich helle und dunkle Streifen. Somit ist jedoch keine absolute Zuordnung eines beispielsweise hellen Bildpunkts in einem Bild der ersten Bildaufnahmeeinrichtung einem dieser Streifen zuzuordnen. Daher wird ein sogenanntes Graycode-Verfahren benutzt, um eine eindeutige Zuordnung zu ermöglichen. Dabei wird beispielsweise zunächst lediglich ein heller und ein dunkler Streifen auf das Gesicht projiziert, in einem zweiten Schritt wird jeder dieser Streifen wiederum in einen hellen und einen dunklen Streifen unterteilt, so dass insgesamt vier Streifen vorhanden sind, in einem nächsten Schritt erfolgt wiederum eine Unterteilung, so dass acht Streifen vorhanden sind usw. Die Unterteilung erfolgt, bis letztlich die gewünschte Streifenbreite bzw. Auflösung vorhanden ist. Wird nun bei jeder Streifenauflösung ein Bild des Objekts aufgenommen, kann anhand des Hell/Dunkel-Wechsels jedem Bildpunkt eindeutig ein Streifen des zuletzt dargestellten Streifengitters mit der gewünschten Auflösung zugeordnet werden. [0010] Eine weitere Verfeinerung eines Streifenbildverfahrens kann ein Phasen- schiebeverfahren sein, das eine Auflösung in einem Subpixelbereich ermöglicht. Dabei wird dem an sich bezüglich seiner Helligkeitswerte rechteckförmigen Streifenmuster ein sinusförmiger Helligkeitsverlauf aufmoduliert. Dann wird eine erste Bildaufnahme gemacht, anschließend wird die Phase der aufmodulierten Welle um π/2 transversal zur Strahlenrichtung verschoben. Es erfolgt eine erneute Aufnahme und eine erneute Verschiebung, bis insgesamt mindestens vier Bilder aufgenommen wurden. Aus den vier Helligkeitswerte des Bildpunktes in den vier Aufnahmen kann auf seine Phasenlage innerhalb des aufmodulierten Signals geschlossen werden. Damit wird die genaue Lage des Bildpunktes innerhalb eines Streifens bestimmbar. [0009] It can be provided that the fringe projection method is a Gray code fringe projection method. Basically, in a multi-strip pattern, only light and dark stripes alternate. Thus, however, no absolute assignment of an example, bright pixel in an image of the first image pickup device is assigned to one of these stripes. Therefore, a so-called Graycode method is used to enable unambiguous assignment. In this case, for example, initially only a light and a dark strip is projected onto the face, in a second step, each of these strips is again divided into a light and a dark stripe, so that a total of four stripes are present, in a next step is again a subdivision , so that there are eight stripes, etc. The subdivision takes place until finally the desired stripe width or resolution is present. If an image of the object is now taken at each stripe resolution, it is possible by means of the light / dark change to unambiguously associate with each pixel a strip of the last-mentioned stripe grating with the desired resolution. [0010] A further refinement of a fringe pattern method may be a phase shift method that allows for resolution in a subpixel area. In this case, a sinusoidal brightness profile is modulated onto the strip pattern which is rectangular in terms of its brightness values. Then, a first image acquisition is made, then the phase of the modulated wave is shifted by π / 2 transversely to the beam direction. It is a new recording and a new shift until a total of at least four pictures were taken. From the four brightness values of the pixel in the four shots, it is possible to deduce its phase position within the modulated signal. Thus, the exact position of the pixel within a strip can be determined.
[0011] Weitere Streifenbildverfahren sind etwa in den Druckschriften DE 10 2008 041 343 A1 und EP 2 327 956 A1 gezeigt. Further strip pattern methods are shown approximately in the publications DE 10 2008 041 343 A1 and EP 2 327 956 A1.
[0012] Häufig sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen jedoch nur für einen speziellen Anwendungsfall einsetzbar, weil sie hohes Vorabwissen über die zu inspizierende Oberfläche voraussetzen. Darüber hinaus müssen neben einer zuverlässigen Inspektion von Oberflächen auch Industriebedingungen wie die Einhaltung von Zykluszeiten, die für eine Einbindung in eine industrielle Fertigung relevant sind, die Fähigkeit, die Oberflächeninspektion in einer Fertigungshalle durchzuführen, und/oder die Möglichkeit, die Oberflächeninspektion einfach und schnell an wechselnde Produkte anzupassen, eingehalten werden. Frequently, however, the known methods and devices can only be used for a specific application because they require a high level of prior knowledge of the surface to be inspected. In addition, in addition to reliable inspection of surfaces, industrial conditions such as cycle time compliance, which are relevant for integration into industrial manufacturing, the ability to perform surface inspection in a shop floor, and / or the ability to perform surface inspection simply and quickly to adapt to changing products.
[0013] Dem Streifenbildverfahren und dem Deflektometrieverfahren ist gemeinsam, dass sie Streifenmuster mit unterschiedlichen Streifengeometrien in Bezug auf Streifenbreite, Lückenbreite, Tastverhältnis von Streifen und Lücke, Richtung bzw. The fringe pattern method and the deflectometry method have in common that they strip patterns with different strip geometries in relation to strip width, gap width, duty cycle of the strip and gap, direction or
Orientierung und Phasenlage verwendet werden. Orientation and phase position can be used.
[0014] Im Einsatz ist ein Streifenbildverfahren besonders empfindlich auf Neigungen in einer Oberfläche des Objekts und eignet sich damit besonders gut zum Erkennen von Topografien. Ein Deflektometrieverfahren hingegen ist besonders dazu geeignet, Dellen und Defekte in einer Oberfläche zu erkennen. Deflektometriesysteme haben in der Anwendung Vorteile bei sehr glatten, gut reflektierenden bis spiegelnden Oberflächen. Bei einer Oberfläche, die eher rau ist und einfallendes Licht weniger gut reflektiert, also eher streuend oder absorbierend wirkt, ist in der Regel der Einsatz eines Streifenprojektionsverfahrens vorteilhaft. In use, a stripe image process is particularly sensitive to inclinations in a surface of the object and is thus particularly well suited for detecting topographies. By contrast, a deflectometry method is particularly suitable for detecting dents and defects in a surface. Deflectometry systems have in the Application Benefits for very smooth, well-reflective to reflective surfaces. For a surface that is rather rough and less reflective of incident light, that is more likely to be scattering or absorbing, the use of a fringe projection method is usually advantageous.
[0015] Vor diem technischen Hintergrund ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts und ein Verfahren anzugeben, die die geschilderten Nachteile beseitigen und ein variableres Inspizieren, insbesondere von wechselnden Objekten, zu ermöglichen. Against the technical background, it is therefore an object of the present invention to provide an apparatus for inspecting an object and a method which eliminate the disadvantages described and to allow a more variable inspection, in particular of changing objects.
[0016] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Vorrichtung dadurch weiterzubilden, dass die Abbildungsoptik in mindestens einen ersten Arbeitsabstand und einen zweiten Arbeitsabstand einstellbar ist, und die Vorrichtung des Weiteren eine Streueinheit aufweist, die zwischen einem aktiven Zustand, in dem die Streueinheit den Lichtstrahlengang vor der Mustererzeugungseinheit, insbesondere zwischen der Mustererzeugungseinheit und dem Objekt, beeinflusst, und einem inaktiven Zustand, in dem das Streueinheit den Lichtstrahlengang nicht beeinflusst, änderbar ist. According to a first aspect of the invention, it is therefore proposed to further develop the device mentioned above in that the imaging optics is adjustable in at least a first working distance and a second working distance, and the device further comprises a scattering unit, which is between an active state, in which the scattering unit is influencing the light beam path in front of the pattern generation unit, in particular between the pattern generation unit and the object, and an inactive state in which the scattering unit does not influence the light beam path is changeable.
[0017] Es wurde erkannt, dass die Gemeinsamkeiten von Deflektometrieverfahren und Streifenbildverfahren genutzt werden können, um eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein inspizieren eines Objekts sowohl bei rauen, eher streuenden Oberflächen als auch bei glatten, eher spiegelnden Oberflächen ermöglicht. Bei einem Streifenprojektionsverfahren wird jedoch das Messmuster auf das Objekt projiziert. Bei einem Deflektometrieverfahren hingegen wird das Messmuster direkt am Ort seines Entstehens über das Objekt beobachtet. Das Objekt ist bei einem Deflektometrieverfahren somit Teil des von der Mustererzeugungseinheit ausgehenden und auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildeten Lichtstrahlengangs. It has been recognized that the similarities of deflectometry and fringe patterning techniques can be used to provide a device that permits inspection of an object on both rough, more scattering surfaces and smooth, more reflective surfaces. In a fringe projection method, however, the measurement pattern is projected onto the object. In a deflectometry method, on the other hand, the measurement pattern is observed directly at the place of its origin over the object. In a deflectometry method, the object is thus part of the light beam path emanating from the pattern generation unit and imaged on the image recording unit.
[0018] Bei dem„Messmuster" kann es sich um ein Streifenmuster oder ein eindimensionales Muster handeln. Das Messmuster kann aber auch ein zweidimensionales Muster sein. Sowohl das eindimensionale Muster als auch das zweidimensionale Muster kann räumlich codiert oder uncodiert sein. Beispiele hierzu finden sich etwa in der Druckschrift EP 2442 067 A1 . The "measurement pattern" may be a stripe pattern or a one-dimensional pattern, but the measurement pattern may also be a two-dimensional pattern, both the one-dimensional pattern and the two-dimensional pattern can be spatially coded or uncoded. Examples of this can be found, for example, in document EP 2442 067 A1.
[0019] Als Mustererzeugungseinheit eignet sich sowohl in einem Deflektometrie- verfahren als auch in einem Streifenbildverfahren beispielsweise ein Digitalprojektor oder ein Mustergenerator in bekannter Beamer-Technik. Auch Diaprojektoren sind einsetzbar. Des Weiteren kommen auch strukturierte Lichtquellen in Frage, die LEDs (light emitting diodes), OLEDs (organic light emitting diodes) und/oder LASER (light amplification through stimulated emission of radiation) aufweisen. Die Mustererzeugungseinheit erzeugt ein variabel einstellbares Messmuster. [0019] As a pattern generation unit, both in a deflectometry method and in a strip pattern method, for example, a digital projector or a pattern generator in a known projector technology is suitable. Slide projectors can also be used. Furthermore, structured light sources are also possible, which have LEDs (light emitting diodes), OLEDs (organic light emitting diodes) and / or LASER (light amplification through stimulated emission of radiation). The pattern generation unit generates a variably adjustable measurement pattern.
[0020] Unter„Arbeitsabstand" kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein optischer Arbeitsabstand oder ein mechanischer Arbeitsabstand verstanden werden. Der „mechanische Arbeitsabstand" ist der lichte Abstand zwischen einer ersten, objektseitigen Störkontur des Objektivs und dem Messobjekt. Der„optische Arbeitsabstand" ist der lichte Abstand zwischen einer ersten, objektseitigen Störkontur des Objektivs und einer Brennebene des Objektivs. Mit anderen Worten ist der optische Arbeitsabstand die objektseitige Schnittweite der Abbildungsoptik. Bei der ersten, objektseitigen Störkontur kann es sich beispielsweise um eine Frontlinse, d.h. der am weitesten objektseitig angeordneten Linse, der Abbildungsoptik, ihre Fassung oder um ein Deckglas der Abbildungsoptik handeln. In the context of the present application, "working distance" can be understood as meaning an optical working distance or a mechanical working distance The "mechanical working distance" is the clear distance between a first, object-side interference contour of the objective and the object to be measured. The "optical working distance" is the clear distance between a first, object-side interference contour of the objective and a focal plane of the objective, in other words, the optical working distance is the object-side cutting distance of the imaging optics. that is to say, the lens arranged furthest on the object side, the imaging optics, their mount or a cover glass of the imaging optics.
[0021] Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung kann der mechanische Arbeitsabstand und/oder der optische Arbeitsabstand einstellbar sein. Die Vorrichtung kann somit zumindest entweder in einen ersten mechanischen Arbeitsabstand und einen zweiten mechanischen Arbeitsabstand oder in einen ersten optischen Arbeitsabstand und einen zweiten optischen Arbeitsabstand einstellbar sein. Insbesondere kann die Vorrichtung auch sowohl in in einen ersten mechanischen Arbeitsabstand und einen zweiten mechanischen Arbeitsabstand als auch in einen ersten optischen Arbeitsabstand und einen zweiten optischen Arbeitsabstand einstellbar sein. In the proposed device, the mechanical working distance and / or the optical working distance can be adjustable. The device can thus be adjustable at least either in a first mechanical working distance and a second mechanical working distance or in a first optical working distance and a second optical working distance. In particular, the device can also be adjustable both in a first mechanical working distance and a second mechanical working distance as well as in a first optical working distance and a second optical working distance.
[0022] Der mechanische Arbeitsabstand kann einstellbar sein, indem beispielsweise die Abbildungsoptik und der Objektträger relativ zueinander bewegbar sind. Auf diese Weise kann beispielsweise durch mechanisches Bewegen der Abbildungsoptik der mechanische Arbeitsabstand eingestellt werden. The mechanical working distance can be adjustable by, for example, the imaging optics and the slide are movable relative to each other. On This way, for example, by mechanically moving the imaging optics, the mechanical working distance can be set.
[0023] Der optische Arbeitsabstand kann einstellbar sein, indem eine Brennweite der Abbildungsoptik einstellbar ist. Auf diese Weise ist die Abbildungsoptik dazu in der Lage, mit einem kürzeren Arbeitsabstand in einem Streifenbildverfahren und mit einem größeren Arbeitsabstand in einem Deflektometrieverfahren zu arbeiten. Da bei größeren Arbeitsabständen die Auflösung der Bildaufnahme abnimmt, ist eine solche Abfolge auch zu den jeweiligen Anwendungen passend. Bei der Streifenprojektion steht in der Regel die Vermessung einer Topografie im Vordergrund. Im Rahmen eines Deflektometrieverfah- rens steht jedoch in der Regel eine rein qualitative Überprüfung auf Oberflächenschäden im Vordergrund, was eine geringere Genauigkeit erfordert. The optical working distance can be adjustable by a focal length of the imaging optics is adjustable. In this way, the imaging optics are capable of operating with a shorter working distance in a fringe pattern process and with a longer working distance in a deflectometry process. Since the resolution of the image acquisition decreases with larger working distances, such a sequence is also suitable for the respective applications. In stripe projection, the survey of a topography is usually in the foreground. In the context of a deflectometry method, however, a purely qualitative check for surface damage is generally the main issue, which requires less accuracy.
[0024] In der vorgeschlagenen Vorrichtung können der optische Arbeitsabstand und der mechanische Arbeitsabstand alternativ oder kumulativ einstellbar sein. Wenn sowohl der optische Arbeitsabstand als auch der mechanische Arbeitsabstand der Vorrichtung einstellbar ist, ist es somit auch möglich, dass der Arbeitsabstand der Vorrichtung teilweise durch Variation des mechanischen Arbeitsabstands und teilweise durch Variation des optischen Arbeitsabstands - also durch eine Mischform - eingestellt wird. In the proposed device, the optical working distance and the mechanical working distance may be alternatively or cumulatively adjustable. If both the optical working distance and the mechanical working distance of the device is adjustable, it is thus also possible for the working distance of the device to be adjusted in part by varying the mechanical working distance and partly by varying the optical working distance, ie by a mixing mold.
[0025] Insbesondere ist die Vorrichtung in einen ersten Betriebsmodus, in dem der optische Arbeitsabstand dem mechanischen Arbeitsabstand entspricht, und in einen zweiten Betriebsmodus, in dem der optische Arbeitsabstand größer als der mechanische Arbeitsabstand ist, einstellbar. In dem ersten Betriebsmodus kann dann ein Streifenbildverfahren und in dem zweiten Betriebsmodus kann dann ein Deflektometrieverfahren durchgeführt werden. In particular, the device is in a first operating mode in which the optical working distance corresponds to the mechanical working distance, and in a second operating mode in which the optical working distance is greater than the mechanical working distance, adjustable. In the first mode of operation, a strip pattern method may then be performed, and in the second mode of operation, a deflectometry method may then be performed.
[0026] Das Messmuster wird in dem Streifenbildverfahren von der Mustererzeugungseinheit auf das Objekt projiziert. In dem Deflektometrieverfahren wird das Messmuster durch das Streuscheibenelement gestreut und über das Objekt und die Abbildungsoptik auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet. In dem Streifenbildverfahren wird die Streueinheit somit nicht benötigt, wohingegen sie in dem Deflektometrieverfahren notwendig ist. Unter einem„aktiven Zustand" wird somit verstanden, dass die Streueinheit einen Lichtstrahlengang des von Mustererzeugungseinheit emittierten Lichts beeinflusst. Unter einem„inaktiven Zustand" wird verstanden, dass die Streueinheit den Lichtstrahlengang des von der Mustererzeugungseinheit emittierten Lichts nicht beeinflusst. Ein aktiver Zustand kann beispielsweise erreicht werden, indem die Streueinheit bewegt wird, so dass sie sich nicht mehr in dem Lichtstrahlengang befindet. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Streueinheit elektrisch ansteuerbar und wahlweise aktiv oder inaktiv schaltbar ist. The measurement pattern is projected onto the object by the pattern generation unit in the stripe image process. In the deflectometry method, the measurement pattern is scattered by the scattering disk element and imaged onto the image acquisition unit via the object and the imaging optics. Thus, in the fringe pattern method, the scattering unit is not needed, whereas it is necessary in the deflectometry method. An "active state" is thus understood to mean that the scattering unit influences a light beam path of the light emitted by the pattern generation unit. An "inactive state" is understood to mean that the scattering unit does not influence the light beam path of the light emitted by the pattern generation unit. An active state can be achieved, for example, by moving the scattering unit so that it is no longer in the light beam path. But it can also be provided that the scattering unit is electrically controlled and optionally active or inactive switchable.
[0027] Die„Streueinheit" kann als Streuscheibeneinheit ausgebildet sein. Sie kann aber auch als Volumenstreueinheit ausgebildet sein. Eine Streuung kann an einer oder beiden Oberflächen der Streueinheit oder auch in einem Streuvolumen erfolgen. It can also be designed as a volume scattering unit, but scattering can take place on one or both surfaces of the scattering unit or else in a scattering volume.
[0028] Die vorgeschlagene kombinierte und in ihrem Arbeitsabstand variable Vorrichtung ist dazu in der Lage, angepasst auf die Eigenschaften des Objekts, wie beispielsweise die Oberflächengüte, Glanzgrad oder Absorptionsverhalten, entweder für die Messaufgabe Topografie/3d-Geometrie mit dem Streifenbildverfahren oder für die Messaufgabe Qualitäts-/Sichtprüfung mit dem Deflektometrieverfahren eingesetzt zu werden. The proposed combined and variable in their working distance device is capable of adapted to the properties of the object, such as the surface quality, gloss level or absorption behavior, either for the measurement task topography / 3d geometry with the strip pattern method or for the measurement task Quality / visual inspection to be used with the Deflektometrieverfahren.
[0029] Unter„Licht" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede elektromagnetische Welle verstanden. Dies gilt insbesondere unabhängig davon, ob sie in einem für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich oder etwa in einem ultravioletten oder infraroten Spektralbereich liegt. Die Bandbreite der verwendeten Strahlung kann beliebig gewählt. Von monochromatischem Licht bis zu breitbandigem Weißlicht sind alle Beleuchtungsarten denkbar. In the context of the present invention, "light" is understood to mean any electromagnetic wave, in particular regardless of whether it lies in a spectral range which is visible to the human eye or in an ultraviolet or infrared spectral range From monochromatic light to broadband white light, all kinds of lighting are conceivable.
[0030] Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Koordinaten- messgeräten Sie kann aber auch in allen anderen messenden System, wie etwa MultiSensor-Messsystemen, oder aber auch in Materialmikroskopen oder Fertigungsmaschinen Anwendung finden. [0031] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird daher ein Verfahren zum Wechseln eines Betriebsmodus einer Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Objekts vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung einen Objektträger zum Tragen des Objekts eine Mustererzeugungseinheit zum Beleuchten des Objekts mit einem Messmuster, eine Bildaufnahmeeinheit zum Aufnehmen von einer Anzahl von Bildern von dem Objekt eine Abbildungsoptik zum Beeinflussen eines Lichtstrahlengangs zwischen dem Objekt und der Bildaufnahmeeinheit wobei die Vorrichtung mindestens in einen ersten Arbeitsabstand und in einen zweiten Arbeitsabstand einstellbar ist, eine Datenverarbeitungseinheit die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Eigenschaft des Objekts anhand der Anzahl von Bildern zu bestimmen und die Vorrichtung zu regeln, und eine Streueinheit aufweist, die zwischen einem aktiven Zustand, in dem das Streueinheit einen Lichtstrahlengang vor der Mustererzeugungseinheit beeinflusst, und einem inaktiven Zustand änderbar ist, in dem das Streueinheit den Lichtstrahlengang vor der Mustererzeugungseinheit nicht beeinflusst, mit den folgenden Schritten: The device is particularly suitable for use in coordinate measuring machines. However, it can also be used in all other measuring systems, such as multi-sensor measuring systems, but also in material microscopes or production machines. According to a second aspect of the invention, therefore, a method for changing an operating mode of an apparatus for optically inspecting an object is proposed, wherein the apparatus comprises a slide for carrying the object, a pattern generating unit for illuminating the object with a measuring pattern, an image recording unit for recording a number of images of the object, an imaging optics for influencing a light beam path between the object and the image recording unit wherein the device is adjustable at least a first working distance and a second working distance, a data processing unit which is adapted to at least one property of the object based on the number of images and to control the device, and a scattering unit that changes between an active state in which the scattering unit affects a light beam path in front of the pattern generating unit and an inactive state bar, in which the scattering unit does not affect the light beam path in front of the pattern generation unit, with the following steps:
- Zuordnen des ersten Arbeitsabstands und des inaktiven Zustande zu einem ersten Betriebsmodus, Assigning the first working distance and the inactive state to a first operating mode,
- Zuordnen eines des zweiten Arbeitsabstands, der größer als der erste Arbeitsabstand ist, und des aktiven Zustande zu einem zweiten Betriebsmodus, Assigning one of the second working distance, which is greater than the first working distance, and the active state, to a second operating mode,
- Wechseln zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus, indem der Arbeitsabstand der Abbildungsoptik zwischen dem ersten Arbeitsabstand und dem zweiten Arbeitsabstand gewechselt und die Streueinheit von dem aktiven in den inaktiven Zustand gewechselt wird. Switching between the first operating mode and the second operating mode by changing the working distance of the imaging optics between the first working distance and the second working distance and changing the scattering unit from the active to the inactive state.
[0032] Das Verfahren stellt somit dieselben Vorteile wie die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereit. The method thus provides the same advantages as the device according to the first aspect of the invention.
[0033] Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst. [0034] Gemäß einer Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Streueinheit zum Ändern zwischen dem aktiven und dem inaktivem Zustand von der Datenverarbeitungseinheit mittels eines Aktuators wahlweise in einen Lichtstrahlengang vor der Mustererzeugungseinheit bewegbar ist. The object initially posed is therefore completely solved. According to one embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the scattering unit for changing between the active and the inactive state can be moved by the data processing unit by means of an actuator optionally into a light beam path in front of the pattern generation unit.
[0035] Dadurch kann der Wechsel zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand konstruktiv relativ einfach auf mechanische Weise, d.h. durch ein Bewegen der Streueinheit, bereitgestellt werden. Thereby, the change between the active and the inactive state constructively relatively simply in a mechanical manner, i. E. by moving the scattering unit.
[0036] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Streueinheit ein geätztes Substrat oder ein diffraktives optisches Element oder eine holografisches optisches Element ist. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the scattering unit is an etched substrate or a diffractive optical element or a holographic optical element.
[0037] Auf diese Weise lässt sich die Streueinheit auf eine für die jeweilige Anwendung günstige Art bereitstellen. Beispiele für geätzte Streuscheiben finden sich etwa in der Druckschrift DE 102 20 045 A1. In this way, the scattering unit can be provided in a favorable manner for the particular application. Examples of etched lenses are found for example in the document DE 102 20 045 A1.
[0038] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Streueinheit eine elektrisch ansteuerbare Streueinheit ist, die von der Datenverarbeitungseinheit zwischen mindestens einer streuenden Einstellung und einer nicht streuenden Einstellung schaltbar ist. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the scattering unit is an electrically controllable scattering unit which can be switched by the data processing unit between at least one scattering setting and a non-scattering setting.
[0039] Dadurch wird das Schalten der Streueinheit zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand schnell möglich. Auch kann eine Bewegung der Streueinheit vermieden werden. Beispiele sind LCD-Schirme, in denen sich die Flüssigkristalle wahlweise streuend aktivieren lassen oder in einem inaktiven Zustand lediglich transmittierend wirken. Beispielhaft wird auch auf die Druckschrift DE 10 2009 025 362 A1 verwiesen. Thereby, the switching of the scattering unit between the active and the inactive state becomes quickly possible. Also, a movement of the scattering unit can be avoided. Examples are LCD screens, in which the liquid crystals can optionally be activated by scattering or, in an inactive state, only have a transmissive effect. For example, reference is made to the document DE 10 2009 025 362 A1.
[0040] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Mustererzeugungseinheit einen Mustergenerator zum Erzeugen eines Messmusters und eine Abbildungseinrichtung zum Abbilden des Messmusters auf das Objekt aufweist. [0041] Dadurch kann gewährleistet werden, dass das Messmuster mittels der Ab- bildungseinrichtung scharf auf das Objekt abgebildet wird. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the pattern generation unit has a pattern generator for generating a measurement pattern and an imaging device for imaging the measurement pattern on the object. It can thereby be ensured that the measurement pattern is imaged sharply onto the object by means of the imaging device.
[0042] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Abbildungsoptik ein in dem ersten optischen Arbeitsabstand objektseitig oder beidseitig telezentrisches Objektiv ist. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the imaging optics be an object-side or two-sided telecentric objective in the first optical working distance.
[0043] Ein beidseitig telezentrisches Objektiv zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass theoretisch keine geometrischen Bildfehler auftreten. Beispielsweise weist ein beidseitig telezentrisches Objektiv keine Verzeichnung auf. Auch ist eine Änderung der Fokussierung ohne Veränderung des Abbildungsmaßstabs möglich. A two-sided telecentric lens is characterized in particular by the fact that theoretically no geometric aberrations occur. For example, a double-sided telecentric lens has no distortion. Also, a change of the focus without changing the magnification is possible.
[0044] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Abbildungsoptik des Weiteren ein Zoom-Objektiv ist. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the imaging optics is further a zoom lens.
[0045] Für die variable Auswahl der Systemvergrößerung passend zu den Anforderungen der Messmerkmale kann ein Zoom-Bereich von mindestens 10fach vorgesehen sein, maximal bis etwa 20fach, vorzugsweise sollte der Zoom-Bereich etwa 12fach betragen. Auch wenn im Einsatz nur ein Zoom von etwa 12fach benötigt wird, kann für Messgeräte mit anderen Messbereichen und Dimensionierungen durch Mehrfachverwendung der Bauteile mit hohem Gleichteilgrad in der Fertigung gearbeitet werden. Bei einer Einschränkung des Zoombereichs wird typischerweise die Baulänge des Systems verkürzt und so Baugröße und Gewicht eingespart. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, wenn es um den Aufbau kleiner kompakte Systeme geht. Auf diese Weise kann zum Beispiel auch ein kompaktes System geschaffen werden, dass auch Drehschwenkgelenken genutzt werden kann. Die Auslegung kann für einen Vergrößerungsbereich von 0.5x bis 6x ausgeführt werden, also einen 12-fachen Zoombereich. For the variable selection of the system magnification suitable for the requirements of the measurement features, a zoom range of at least 10 times can be provided, a maximum of about 20 times, preferably the zoom range should be about 12 times. Even if only a zoom of about 12 times is needed in the field, it is possible to work with measuring devices with different measuring ranges and dimensions by multiple use of the components with a high degree of uniformity in production. Limiting the zoom range typically shortens the length of the system, saving size and weight. This feature is particularly important when it comes to building small compact systems. In this way, for example, a compact system can be created, that also pivoting joints can be used. The design can be carried out for a magnification range of 0.5x to 6x, ie a 12x zoom range.
[0046] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Abbildungsoptik auf einen ersten optischen Arbeitsabstand, einen zweiten optischen Arbeitsabstand und einen dritten optischen Arbeitsabstand einstellbar ist. [0047] Insbesondere für den telezentrischen Betrieb soll das optische System einen bestimmten Standardarbeitsabstand aufweisen. Da in der industriellen Messtechnik aber auch Objekte untersucht werden, die nicht nur eben sind, kann es notwendig sein, auch andere Arbeitsabstände zu ermöglichen. Zum Beispiel für Beobachtungen tiefen Bohrungen oder innerhalb von größeren dreidimensionalen Körpern kann es vorkommen, dass der Standardarbeitsabstand nicht ausreicht, um auf die gewollte Beobachtungsebene zu fokussieren. Auch für das Deflektometrieverfahren und das Streifen bildverfahren werden unterschiedliche Arbeitsabstände benötigt. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the imaging optics can be set to a first optical working distance, a second optical working distance and a third optical working distance. In particular, for the telecentric operation, the optical system should have a certain standard working distance. Since in industrial metrology, but also objects are examined, which are not only flat, it may be necessary to allow other working distances. For example, for observations of deep wells or within larger three-dimensional bodies, it may happen that the standard working distance is insufficient to focus on the desired observation plane. Also for the Deflektometrieverfahren and the stripe bildverfahren different working distances are needed.
[0048] Deshalb wird vorgeschlagen, auch einen oder mehrere größere oder kleinere optische Arbeitsabstände mit der Abbildungsoptik zu unterstützen. Da die Optik nicht gleichzeitig auf mehrere Arbeitsabstände optimal ausgelegt sein kann, werden bei einem vergrößerten Arbeitsabstand auch Abstriche in der Abbildungsgüte hingenommen. Therefore, it is proposed to support one or more larger or smaller optical working distances with the imaging optics. Since the optics can not be optimally designed for several working distances at the same time, smears in the imaging quality are tolerated with an increased working distance.
Aufgrund der Vergrößerung des Arbeitsabstandes kommt es zwangsläufig zu einer reduzierten numerischen Apertur und damit zu einer schlechteren optischen Auflösung im Bild. Auch Effekte von Verzeichnung und Farbfehlern können in gewissen Grenzen bei einem vergrößerten oder verkleinerten Arbeitsabstand akzeptiert werden. Due to the increase in the working distance, it inevitably leads to a reduced numerical aperture and thus to a poorer optical resolution in the image. Also, effects of distortion and chromatic aberrations can be accepted within certain limits with an increased or decreased working distance.
[0049] Andererseits ist es so, dass für eine höhere Auflösung einer Art Makrofunk- tion sehr hilfreich sein kann. In diesem Falle ist es sinnvoll, eine Einstellung der Abbildungsoptik zu haben, die bei hoher Abbildungsgüte einen deutlich reduzierten Arbeitsabstand aufweist. Da es hier um höchste Auflösung geht, ist diese Betriebsart auch nur mit hohen Vergrößerungen sinnvoll zu kombinieren. Gegebenenfalls ist es sinnvoll, im MakroModus auch eine höhere Vergrößerung vorzuhalten, als im Standardarbeitsabstand verfügbar ist. On the other hand, for a higher resolution of one kind, macrofunction can be very helpful. In this case, it makes sense to have a setting of the imaging optics, which has a significantly reduced working distance with high imaging quality. Since this is the highest resolution, this operating mode can only be combined sensibly with high magnifications. It may be useful to use a higher magnification in macro mode than is available in the standard working distance.
[0050] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, den Zustand der Streueinheit und den Arbeitsabstand der Vorrichtung zu regeln. Insbesondere kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit des Weiteren dazu ausgebildet ist, eine Vergrößerung oder einen Abbildungsmaßstab der Abbildungsoptik zu regeln. [0051] Insbesondere kann dabei gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt vorgesehen sein, dass die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass in einem ersten Betriebsmodus der erste Arbeitsabstand eingestellt und der inaktive Zustand gewählt ist, und dass in einem zweiten Betriebsmodus der zweite Arbeitsabstand, der insbesondere größer als der erste Arbeitsabstand ist, und der aktive Zustand gewählt ist. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the data processing unit is designed to regulate the state of the scattering unit and the working distance of the device. In particular, it may further be provided that the data processing unit is further configured to control an enlargement or a magnification of the imaging optics. In particular, it may be provided according to a further embodiment of the device according to the first aspect that the device is set up such that set in a first operating mode, the first working distance and the inactive state is selected, and that in a second operating mode of the second Working distance, in particular, is greater than the first working distance, and the active state is selected.
[0052] Auf diese Weise wird es möglich, das anzuwendende Messverfahren automatisch mittels der Datenverarbeitungseinheit einstellen zu lassen. Sämtliche Komponenten können anhand des gewählten Messverfahrens von der Datenverarbeitungseinheit eingestellt werden. In this way, it becomes possible to have the measuring method to be set automatically by means of the data processing unit. All components can be adjusted by the data processing unit based on the selected measurement method.
[0053] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass der zweite optische Arbeitsabstand zweimal bis zweieinhalb mal so groß wie der erste optische Arbeitsabstand ist. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the second optical working distance is twice to two and a half times as large as the first optical working distance.
[0054] Insbesondere gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass der erste optische Arbeitsabstand 80 mm beträgt und der zweite optische Arbeitsabstand 200 mm beträgt, oder dass der erste optische Arbeitsabstand 40 mm beträgt und der zweite optische Arbeitsabstand 80 mm beträgt. In particular, according to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the first optical working distance is 80 mm and the second optical working distance is 200 mm, or that the first optical working distance is 40 mm and the second optical working distance is 80 mm is.
[0055] Auf diese Weise können mit sinnvollen und in der Praxis bewährten Größen die Anforderungen an einen Standard-Arbeitsabstand von 80 mm, einen vergrößerten Arbeitsabstand von 200 mm und einen voranstehend erläuterten Makro-Arbeitsabstand von 40 mm. In dem Standard-Arbeitsabstand kann dabei eine beidseitig telezentrische Abbildung erfolgen. In dem vergrößerten Arbeitsabstand kann eine Abbildung mit verringerter optischer Abbildungsgüte bei angepasster Vergrößerung und mit eingeschränkter numerischer Apertur erfolgen. Der Makro-Arbeitsabstand ist für hohe Vergrößerungen sinnvoll und bildet möglichst beidseitig telezentrisch ab. In this way, the requirements for a standard working distance of 80 mm, an increased working distance of 200 mm and a macro-working distance of 40 mm explained above can be used with reasonable and proven values in practice. In the standard working distance can be done on both sides telecentric imaging. In the increased working distance, an image with reduced optical imaging quality at the adjusted magnification and with a limited numerical aperture can take place. The macro working distance makes sense for high magnifications and forms telecentric if possible on both sides.
[0056] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, als ersten Betriebsmodus ein Streifenbildverfahren und als zweiten Betriebsmodus ein Deflekto- metrieverfahren zum optischen Inspizieren des Objekts durchzuführen. According to a further embodiment of the device according to the first aspect, it is proposed that the data processing unit is designed to be the first Operation mode, a strip pattern method and perform as a second mode of operation a deflectometry method for optically inspecting the object.
[0057] Ebenso wird gemäß einer Ausbildung der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt vorgeschlagen, dass der erste Betriebsmodus ein Streifenbildverfahren und der zweite Betriebsmodus ein Deflektometrieverfahren ist. Also, according to an embodiment of the apparatus according to the second aspect, it is proposed that the first mode of operation is a strip pattern method and the second mode of operation is a deflectometry method.
[0058] Insbesondere kann also bei einem Arbeitsabstand von 80 mm das Streifenprojektionsverfahren und bei einem Arbeitsabstand von 200 mm das Deflektometrieverfahren durchzuführen. Alternativ kann aber auch bei einem Arbeitsabstand von 40 mm das Streifenprojektionsverfahren und bei einem Arbeitsabstand von 200 mm das Deflektometrieverfahren durchgeführt werden. In einer weiteren Alternative kann bei einem Arbeitsabstand von 40 mm das Streifen projektionsverfahren und bei einem Arbeitsabstand von 80 mm das Deflektometrieverfahren durchgeführt werden. In particular, so at a working distance of 80 mm, the strip projection method and perform at a working distance of 200 mm, the Deflektometrieverfahren. Alternatively, however, the strip projection method can also be carried out at a working distance of 40 mm and the deflectometry method at a working distance of 200 mm. In a further alternative, the strip projection method can be carried out at a working distance of 40 mm and the deflectometry method at a working distance of 80 mm.
[0059] 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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the particular combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
[0060] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt; Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of a device according to the first aspect;
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung in Fig. 1 in einem Betriebsmodus zur Durchführung eines Deflektometrieverfahrens; FIG. 2 shows a schematic view of the device in FIG. 1 in an operating mode for carrying out a deflectometry method; FIG.
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Vorrichtung in Fig. 1 in einem Betriebsmodus zur Durchführung eines Streifenbildverfahrens; Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines Koordinatenmessgeräts mit einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Inspizieren eines Objekts; Fig. 3 is a schematic view of the apparatus of Fig. 1 in an operating mode for performing a stripe image process; 4 shows an isometric view of a coordinate measuring machine with a further embodiment of a device for inspecting an object;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt; und 5 shows a schematic illustration of the further embodiment of a device according to the first aspect; and
Fig. 6 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt. 6 is a schematic flow diagram of an embodiment of a method according to the second aspect.
[0061] Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Inspizieren eines Objekts 12. Das Objekt 12 ist auf einem Objektträger 14 angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei dem Objektträger 14 um einen X- Y-Tisch, einen Drehtisch oder aber auch lediglich um eine Basisplatte handeln. FIG. 1 shows a device 10 for inspecting an object 12. The object 12 is arranged on a slide 14. For example, the slide 14 may be an XY table, a turntable, or even just a base plate.
[0062] Zur einfachen Vermessung einer Topographie eines Objekts 12 innerhalb eines Blickfeldes einer Kamera hat sich zum einen das Streifenprojektionsverfahren etabliert. Dabei wird ein Messmuster auf das Objekt 12 projiziert und dieses Bildobjekt mit den beleuchteten Streifen von einer Kamera aufgenommen. Nimmt man nun mehrere Bilder mit unterschiedlichen Messmustern auf, so kann aus der Bildfolge zusammen mit der Kenntnis des verwendeten Messmusters auf die Topographie des Objektes 12 zurückgerechnet werden. Ein solches Verfahren funktioniert besonders bei matten oder leicht streuenden Objekten. Bei glänzenden Objekten kommt es zunehmend vor, dass ein großer Anteil der Intensität der Beleuchtung durch Reflektion auf dem glänzenden Objekt 12 so umgelenkt wird, dass sie nicht mehr von der Kamera erfasst und abgebildet wird. Die Beleuchtung des Objekts erfolgt also beim Streifen projektionsverfahren mit einem Messmuster. Somit ist eine Schnittstelle an einer Beleuchtung vorzusehen, an die ein möglichst kompakter Streifen projektor angeschlossen werden kann. Der Streifenprojektor muss mit der elektrischen Leistung für die Ansteuerung der Lichtquelle, beispielsweise einer LED, oder für den Betrieb eines Mustergenerators versorgt werden. Zur Ansteuerung des Mustergenerators muss auch eine entsprechende Leitung zur Ansteuerung verfügbar sein. Ferner ist es vorteilhaft, wenn auch der Betrieb des Mustergenerators mit dem zeitlichen Ablauf der Kamera für die Bildaufnahme synchronisiert ist, damit jeweils ein Muster während einer Bildaufnahme verfügbar ist. Zwischen den unterschiedlichen Bildaufnahmen muss zudem das Beleuchtungsmuster modifiziert werden. For simple measurement of a topography of an object 12 within a field of view of a camera, the fringe projection method has established itself. In this case, a measurement pattern is projected onto the object 12 and this image object with the illuminated stripes is recorded by a camera. If several images with different measurement patterns are taken, the topography of the object 12 can be recalculated from the image sequence together with the knowledge of the measurement pattern used. Such a method works especially with matt or slightly scattering objects. With glossy objects, it increasingly happens that a large portion of the intensity of the illumination is deflected by reflection on the glossy object 12 in such a way that it is no longer captured and imaged by the camera. The illumination of the object is thus carried out in the strip projection method with a measurement pattern. Thus, an interface to provide a lighting to which a compact strip projector can be connected. The strip projector must be supplied with the electrical power for driving the light source, such as an LED, or for the operation of a pattern generator. To control the pattern generator, a corresponding line must also be available for control. Further, it is advantageous if the operation of the pattern generator is synchronized with the timing of the camera for the image recording, thus each a pattern is available during an image capture. In addition, the illumination pattern must be modified between the different image recordings.
[0063] Zum anderen kann zum Inspizieren des Objekts 12 das Deflektometrieverfahren angewendet werden. Bei einem Deflektometrieverfahren werden die Streifen des Messmusters nicht mehr auf das Objekt 12 abgebildet bzw. projiziert, sondern eine Kamera nimmt über eine glänzende und reflektierende Oberfläche des Objektes 12 das Messmuster auf einen Beleuchtungsschirm auf. Dadurch wird die Oberfläche des Objekts 12 zum Bestandteil des optischen Weges bzw. des Lichtstrahlengangs. Auch hier entsteht bei der Abbildung eine Überlagerung von einem Messmuster und der Oberfläche des Objekts. Werden auch hier zwischen den Bildaufnahmen die Messmuster variiert, so kann entsprechend wie bei der Streifenprojektion auch auf die Topographie des Objekts 12 zurückgerechnet werden. Insbesondere können auch rein qualitative Unebenheiten bzw. Beschädigungen einer Oberfläche des Objekts 12 wahrgenommen werden. On the other hand, the deflectometry method can be used to inspect the object 12. In a deflectometry method, the strips of the measuring pattern are no longer projected or projected onto the object 12, but instead a camera picks up the measuring pattern onto a lighting screen via a shiny and reflective surface of the object 12. As a result, the surface of the object 12 becomes part of the optical path or of the light beam path. Here as well, an overlay of a measurement pattern and the surface of the object is created. If the measurement patterns are also varied between the image recordings, the topography of the object 12 can be recalculated as in the fringe projection. In particular, it is also possible to perceive purely qualitative unevenness or damage to a surface of the object 12.
[0064] Der Unterschied zwischen den Verfahren besteht also darin, dass im Falle eines Streifen projektionsverfahrens das Messmuster auf das Objekt 12 projiziert wird, während im Falle eines Deflektometrieverfahrens das Messmuster von einem entsprechenden Schirm von der Kamera über das Objekt hinweg angeschaut und aufgenommen wird. Mittels der im Folgenden erläuterten Vorrichtung 10 kann die Umstellung von einem Streifenprojektionsverfahren auf ein Deflektometrieverfahren einfach erfolgen, indem man beispielsweise eine Mattscheibe, allgemein eine Streueinheit, wahlweise in den Lichtstrahlengang einfügt, insbesondere vor dem Streifenprojektor. The difference between the methods is thus that, in the case of a strip projection method, the measurement pattern is projected onto the object 12, while in the case of a deflectometry method the measurement pattern is viewed and recorded by a corresponding screen from the camera across the object. By means of the device 10 explained below, the conversion from a strip projection method to a deflectometry method can be carried out simply by inserting, for example, a ground glass, generally a scattering unit, optionally in the light beam path, in particular in front of the strip projector.
[0065] Um die Vorrichtung 10 also mit einer derartigen Flexibilität hinsichtlich des anzuwendenden Messverfahrens bereitzustellen, weist die Vorrichtung 10 eine Mustererzeugungseinheit 16 auf. Die Mustererzeugungseinheit 16 ist dazu vorgesehen, ein Messmuster zu erzeugen und zu imitieren. Dabei kann das Messmuster zeitlich variiert werden. Die Variation kann dabei beispielsweise die Anzahl oder die Breite der Streifen sowie Lücken zwischen den Streifen betreffen. Die Streifen können auch mit einem sinus- oder rechteckförmigen Intensitätsverlauf bereitgestellt werden. [0066] Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 eine Bildaufnahmeeinheit 18 auf. Die Bildaufnahmeeinheit 18 kann beispielsweise eine Kamera bzw. eine Videokamera sein, die dazu in der Lage ist, beispielsweise zeitlich gekoppelt mit der Erzeugung der Muster in der Mustererzeugungseinheit 16 Bilder des Objekts 12 aufzunehmen und zu speichern. Des Weiteren ist eine Abbildungsoptik 20 vorgesehen. Die Abbildungsoptik 20 dient dazu, das Objekt 12 in geeigneter Weise auf die Bildaufnahmeeinheit 18 abzubilden. Insbesondere handelt es sich bei der Abbildungsoptik 20 um ein beidseitig telezentrisches Objektiv. In order to provide the device 10 with such flexibility with regard to the measuring method to be used, the device 10 has a pattern generation unit 16. The pattern generation unit 16 is provided to generate and imitate a measurement pattern. The measurement pattern can be varied over time. The variation may relate, for example, the number or the width of the strips and gaps between the strips. The strips can also be provided with a sinusoidal or rectangular intensity profile. Furthermore, the device 10 has an image recording unit 18. The image acquisition unit 18 can be, for example, a camera or a video camera that is capable of, for example, recording and storing images of the object 12 in connection with the generation of the patterns in the pattern generation unit 16. Furthermore, an imaging optics 20 is provided. The imaging optics 20 serves to image the object 12 in a suitable manner onto the image recording unit 18. In particular, the imaging optics 20 is a two-sided telecentric lens.
[0067] Ein Lichtstrahlengang ist mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet. Unter "Licht" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung jede elektromagnetische Welle verstanden, insbesondere auch Licht in einem für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängenbereich, beispielsweise Infrarotstrahlung. Das von der Mustererzeugungseinheit 16 emittierte Licht fällt somit auf das Objekt 12 und dann weiter durch die Abbildungsoptik 20 auf die Bildaufnahmeeinheit 18. A light beam path is designated by the reference numeral 22. In the context of the present application, "light" is understood to mean any electromagnetic wave, in particular also light in a wavelength range not visible to the human eye, for example infrared radiation. The light emitted by the pattern generating unit 16 thus falls on the object 12 and then further through the imaging optics 20 onto the image pickup unit 18.
[0068] Des Weiteren ist eine Datenverarbeitungseinheit 24 vorgesehen. Die Datenverarbeitungseinheit 24 dient dazu, sämtliche Elemente der Vorrichtung 10 zu regeln und - abhängig von dem gewählten Messverfahren - die von der Bildaufnahmeeinheit 18 gemachten Bilder hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften des Objekts 12 auszuwerten. Insbesondere hat die Datenverarbeitungseinheit 24 die Aufgabe, die Einstellungen und Abläufe innerhalb der Vorrichtung 10 vorzunehmen und auch entsprechend in einer sinnvollen Abfolge zu koordinieren. Die Hauptaufgaben der Datenverarbeitungseinheit 24 können das Einstellen aller benötigten Komponenten in der Vorrichtung 10, das Koordinieren der Abläufe in der Vorrichtung 10 in einer technisch sinnvollen Reihenfolge, das Einstellen eines Zoomsystems der Abbildungsoptik 20 in eine gewünschte Position, und dabei auch Verwaltung der unterschiedlichen Abläufe des Zoomvorgangs für die verschiedenen Funktionen, zum Beispiel Vergrößerung, Arbeitsabstand, chromatische Abbildungseinstellung usw., sein. Des Weiteren kann eine Einstellung eines Beleuchtungssystems der Vorrichtung 10 als auch eine automatische Optimierung der Beleuchtungseinstellungen für unterschiedliche Objekte bzw. Messverfahren Aufgabe der Datenverarbeitungseinheit 24 sein. Die Datenverarbeitungseinheit 24 kann zur Steuerung aller notwendigen Betriebsparameter der Bildaufnahmeeinheit 18, wie etwa Belichtungszeit, Verstärkung und Gammakorrektur, gegebenenfalls abhängig von der gewählten Lichtwellenlänge, sein. Des Weiteren kann die Datenverarbeitungseinheit 24 die Kommunikation mit einer weiteren Steuerungseinheit, beispielsweise zur Positionierung eines Trägersystems und/oder Verfahrbewegungen während eines Messvorgangs, koordinieren. Furthermore, a data processing unit 24 is provided. The data processing unit 24 serves to regulate all elements of the device 10 and - depending on the selected measuring method - to evaluate the images taken by the image recording unit 18 with regard to the desired properties of the object 12. In particular, the data processing unit 24 has the task of making the settings and processes within the device 10 and also to coordinate accordingly in a meaningful sequence. The main tasks of the data processing unit 24 may include setting all the required components in the apparatus 10, coordinating the operations in the apparatus 10 in a technically meaningful order, setting a zoom system of the imaging optics 20 to a desired position, and thereby managing the different operations of the Zooming operation for the various functions, such as magnification, working distance, chromatic image adjustment, etc. Furthermore, an adjustment of an illumination system of the device 10 as well as an automatic optimization of the illumination settings for different objects or measurement methods can be the task of the data processing unit 24. The data processing unit 24 can be used to control all necessary operating parameters of the image acquisition unit 18, such as exposure time, Gain and gamma correction, if necessary, depending on the selected wavelength of light be. Furthermore, the data processing unit 24 can coordinate the communication with a further control unit, for example for positioning a carrier system and / or travel movements during a measurement process.
[0069] In der Fig. 1 ist die Datenverarbeitungseinheit 24 schematisch lediglich als ein Block dargestellt. Es kann sich jedoch durchaus auch um mehrere, insbesondere auch räumlich voneinander getrennte Datenverarbeitungseinheiten handeln, die miteinander kommunizieren. In Fig. 1, the data processing unit 24 is shown schematically as a block. However, it can also be a matter of several, in particular spatially separated, data processing units which communicate with each other.
[0070] Die Vorrichtung 10 weist mindestens einen ersten Arbeitsabstand 26 und einen zweiten Arbeitsabstand 28 auf. Unter "Arbeitsabstand" kann dabei ein mechanischer und/oder ein optischer Arbeitsabstand verstanden werden. Vorzugsweise ist der optische Arbeitsabstand der Vorrichtung 10 einstellbar. In dem ersten Arbeitsabstand 26 ist somit die Fokalebene bzw. objektseitige Brennweite auf Höhe des Objekts 12. Das heißt die Abbildungsoptik 20 ist auf das Objekt 12 scharf gestellt bzw. die Abbildungsoptik 20 ist derart relativ zu dem Objekt 12 positioniert, dass die Fokalebene der Abbildungsoptik 20 auf dem Objekt 12 liegt. Es werden dann im Rahmen des Streifenbildverfahrens die auf das Objekt 12 projizierten Streifen betrachtet. The device 10 has at least a first working distance 26 and a second working distance 28. By "working distance" can be understood a mechanical and / or an optical working distance. Preferably, the optical working distance of the device 10 is adjustable. Thus, the imaging optics 20 are focused on the object 12 or the imaging optics 20 are positioned relative to the object 12 in such a way that the focal plane of the imaging optics is positioned in the first working distance 26 20 is located on the object 12. The strips projected onto the object 12 are then considered as part of the stripe image process.
[0071] Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 eine Streueinheit 30 auf, die die von der Mustererzeugungseinheit 16 erzeugten Messmuster streut. Diese werden dann von dem Objekt 12 reflektiert und von der Abbildungsoptik 20 auf die Bildaufnahmeeinheit 18 abgebildet. Die Bildaufnahmeeinheit 18 betrachtet dann über die Abbildungsoptik 20 und das Objekt 12 das Messmuster auf der Streueinheit 30. Es wird dann ein Deflektometrie- verfahren durchgeführt. In diesem Fall ist dann die Fokalebene der Abbildungsoptik 20 auf den zweiten Arbeitsabstand 28 eingestellt bzw. die die Abbildungsoptik 20 ist derart relativ zu dem Objekt 12 positioniert, dass die Fokalebene der Abbildungsoptik 20 auf der Streueinheit 30 liegt. Folglich ist der zweite optische Arbeitsabstand 28 größer als der erste optische Arbeitsabstand 26. [0072] Wird ein Deflektometrieverfahren durchgeführt, ist folglich der optische Arbeitsabstand der Vorrichtung größer als der mechanische Arbeitsabstand der Vorrichtung. Wird ein Streifenbildverfahren durchgeführt, entspricht der optische Arbeitsabstand der Vorrichtung dem mechanischen Arbeitsabstand der Vorrichtung. Daher ist in der vorgeschlagenen Vorrichtung der mechanische und/oder der optische Arbeitsabstand einstellbar. Auf diese Weise kann das Verhältnis zwischen optischen Arbeitsabstand und mechanischem Arbeitsabstand passend für das jeweils durchzuführende Messverfahren eingestellt werden. Furthermore, the apparatus 10 has a scattering unit 30 which scatters the measurement patterns generated by the pattern generation unit 16. These are then reflected by the object 12 and imaged by the imaging optics 20 onto the image acquisition unit 18. The image recording unit 18 then views the measurement pattern on the scattering unit 30 via the imaging optics 20 and the object 12. A deflectometry procedure is then carried out. In this case, the focal plane of the imaging optics 20 is then set to the second working distance 28 or the imaging optics 20 is positioned relative to the object 12 such that the focal plane of the imaging optics 20 lies on the scattering unit 30. Consequently, the second optical working distance 28 is greater than the first optical working distance 26. Consequently, when performing a deflectometry method, the optical working distance of the device is greater than the mechanical working distance of the device. When a stripe image process is performed, the optical working distance of the device corresponds to the mechanical working distance of the device. Therefore, in the proposed device, the mechanical and / or the optical working distance can be adjusted. In this way, the ratio between the optical working distance and the mechanical working distance can be adjusted to suit the particular measuring method to be performed.
[0073] Beispielsweise kann der erste Arbeitsabstand 26 80 mm betragen und der zweite Arbeitsabstand 28 200 mm. Eine Kommunikation der Datenverarbeitungseinheit 24 mit der Bildaufnahmeeinheit 18, der Abbildungsoptik 20, der Mustererzeugungseinheit 16 und/oder der Streueinheit 30 kann sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen. Die drahtgebundene Kommunikation kann beispielsweise mittels elektrischer und/oder optischer Datenübertragung bereitgestellt sein. For example, the first working distance 26 can be 80 mm and the second working distance 28 200 mm. A communication of the data processing unit 24 with the image acquisition unit 18, the imaging optics 20, the pattern generation unit 16 and / or the scattering unit 30 can be done both wired and wireless. The wired communication can be provided for example by means of electrical and / or optical data transmission.
[0074] Die Streueinheit 30 ist vorzugsweise in dem Lichtstrahlengang 22 zwischen dem Objekt 12 und der Mustererzeugungseinheit 16 angeordnet. Dies bedeutet, dass die Streueinheit 30 vor der Mustererzeugungseinheit 16 angeordnet ist. Die Streueinheit 30 kann sich sowohl in einem aktiven Zustand, in dem sie den Lichtstrahlengang 22 beein- flusst, befindlich sein, sie kann aber auch in einem inaktiven Zustand, in dem sie den Lichtstrahlengang 22 nicht beeinflusst, befindlich sein. The scattering unit 30 is preferably arranged in the light beam path 22 between the object 12 and the pattern generation unit 16. This means that the scattering unit 30 is arranged in front of the pattern generation unit 16. The scattering unit 30 may be located both in an active state in which it influences the light beam path 22, but it may also be in an inactive state in which it does not influence the light beam path 22.
[0075] Dabei ist es möglich, dass sich die Streueinheit 30 während jeder Zeit in dem Lichtstrahlengang 22 befindet. In diesem Fall kann die Streueinheit 30 beispielsweise elektrisch derart ansteuerbar sein, dass sich ihre refraktiven Eigenschaften elektrisch angesteuert ändern lassen. Es kann aber selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass sich die Streueinheit 30 mechanisch, beispielsweise mittels eines Aktuators, bewegen lässt, so dass sie wahlweise in bzw. aus dem Lichtstrahlengang 22 bewegbar ist. In diesem Fall kann es sich bei Streueinheit 30 beispielsweise um ein durch Ätzen hergestelltes Element, ein diffraktives optisches Element oder ein holografisches optisches Element handeln. [0076] Die zur Kommunikation der Datenverarbeitungseinheit 24 mit der Abbildungsoptik 20, der Bildaufnahmeeinheit 18, der Mustererzeugungseinheit 16 und der Streueinheit 30 dargestellten Leitungen 32, 33, 34 und 35 sind lediglich zur Verdeutlichung der Kommunikations- bzw. Regelungswege dargestellt. Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann es sich jeweils wahlweise um eine drahtlose, aber auch eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung handeln. It is possible that the scattering unit 30 is in the light beam path 22 during each time. In this case, the scattering unit 30 may be electrically controllable, for example, such that its refractive properties can be changed electrically controlled. However, it can of course also be provided that the scattering unit 30 can be moved mechanically, for example by means of an actuator, so that it can be moved selectively into or out of the light beam path 22. In this case, scattering unit 30 may be, for example, an element made by etching, a diffractive optical element or a holographic optical element. The lines 32, 33, 34 and 35 shown for communicating the data processing unit 24 with the imaging optics 20, the image acquisition unit 18, the pattern generation unit 16 and the scattering unit 30 are shown merely to illustrate the communication and control paths. As already stated above, each can optionally be either a wireless, but also a wired communication connection.
[0077] Die Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 10 von Fig. 1 in einer Einstellung zur Durchführung eines Deflektometrieverfahrens. Fig. 2 shows the device 10 of Fig. 1 in a setting for performing a Deflektometrieverfahrens.
[0078] Im Detail ist die Mustererzeugungseinheit 16 dargestellt. Die Mustererzeugungseinheit 16 kann insbesondere einen Mustergenerator 36 zum Erzeugen des Messmusters aufweisen. Des Weiteren kann eine Abbildungseinrichtung 38 vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, die Messmuster geeignet auf das Objekt 12 abzubilden, sofern dies notwendig ist. In detail, the pattern generation unit 16 is shown. In particular, the pattern generation unit 16 may include a pattern generator 36 for generating the measurement pattern. Furthermore, an imaging device 38 can be provided, which is designed to image the measurement patterns appropriately on the object 12, if necessary.
[0079] Bei dem Deflektometrieverfahren befindet sich die Streueinheit 30 in einem aktiven Zustand. Wie dargestellt, kann sie sich beispielsweise in dem Lichtstrahlengang 22 befinden und das von der Mustererzeugungseinheit 16 erzeugte Messmuster streuen. Die Bildaufnahmeeinheit 18 blickt dann quasi über das Objekt 12 auf die Streueinheit 30 und das von dieser ausgehende Messmuster. Die Abbildungsoptik 20 ist auf den zweiten Arbeitsabstand 28 eingestellt. In the deflectometry method, the scattering unit 30 is in an active state. As shown, for example, it may be located in the light beam path 22 and may scatter the measurement pattern generated by the pattern generation unit 16. The image recording unit 18 then looks, as it were, over the object 12 at the scattering unit 30 and the measurement pattern emanating therefrom. The imaging optics 20 is set to the second working distance 28.
[0080] In der Fig. 3 ist demgegenüber die Einstellung der Vorrichtung 10 zur Durchführung des Streifenprojektionsverfahrens dargestellt. Wie zu erkennen ist, befindet sich die Streueinheit 30 nun in einem inaktiven Zustand. Beispielsweise kann sie sich räumlich nicht mehr in dem Lichtstrahlengang 22 befinden. Alternativ kann, wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, jedoch auch eine elektronische Ansteuerung der Streueinheit 30 vorgesehen sein. [0081] Die Abbildungsoptik 20 ist nun auf einen ersten Arbeitsabstand 26 eingestellt, der kleiner als der zweite Arbeitsabstand 28 ist. Nun wird das Objekt 12 betrachtet, zusammen mit dem auf das Objekt 12 projizierten Messmuster. In contrast, FIG. 3 shows the setting of the device 10 for carrying out the strip projection method. As can be seen, the scattering unit 30 is now in an inactive state. For example, it may no longer be spatially located in the light beam path 22. Alternatively, however, as already stated above, electronic control of the scattering unit 30 may also be provided. The imaging optics 20 is now set to a first working distance 26 which is smaller than the second working distance 28. Now the object 12 is considered together with the measurement pattern projected on the object 12.
[0082] Des Weiteren ist in der Fig. 3 schematisch ein dritter Arbeitsabstand 40 angedeutet, der kleiner als der erste Arbeitsabstand 26 sein kann. Grundsätzlich ist es auch möglich, den dritten Arbeitsabstand 40 für das Streifenprojektionsverfahren und dann beispielsweise den ersten Arbeitsabstand 26 - natürlich über das Objekt 12 auf die Streueinheit 30 - zur Durchführung für ein Deflektometrieverfahren zu verwenden. Als letzte Alternative ist natürlich auch denkbar, den zweiten Arbeitsabstand 28 zusammen mit dem dritten Arbeitsabstand 40 zu verwenden. Der erste Arbeitsabstand 26 kann beispielsweise 80 mm, der zweite Arbeitsabstand 28 kann beispielsweise 200 mm und der dritte Arbeitsabstand 40 kann beispielsweise 40 mm betragen. Furthermore, a third working distance 40 is schematically indicated in FIG. 3, which may be smaller than the first working distance 26. In principle, it is also possible to use the third working distance 40 for the fringe projection method and then, for example, the first working distance 26-of course, via the object 12 to the scattering unit 30 -for carrying out a deflectometry method. Of course, as a last alternative, it is also conceivable to use the second working distance 28 together with the third working distance 40. For example, the first working distance 26 may be 80 mm, the second working distance 28 may be 200 mm, and the third working distance 40 may be 40 mm, for example.
[0083] Die räumliche Anordnung der Abbildungsoptik 20 relativ zu der Mustererzeugungseinheit 16 bzw. dem Objekt 12 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Vorzugsweise sollte beispielsweise zwischen den optischen Achsen der Abbildungsoptik 20 und der Abbildungseinrichtung 38 ein Winkel von etwa 45° vorliegen. Das heißt der Lichtstrahlengang 22 weist bei einem Objekt 12 etwa einen Knick von 45° auf. Grundsätzlich sind aber natürlich auch andere Winkel bzw. Strahleneinkopplungen denkbar, so dass sich hieraus andere geometrische Anordnungen ergeben können. The spatial arrangement of the imaging optics 20 relative to the pattern generation unit 16 or the object 12 is to be understood as merely an example. Preferably, for example, an angle of approximately 45 ° should exist between the optical axes of the imaging optics 20 and the imaging device 38. That is, the light beam 22 has an object 12 about a kink of 45 °. In principle, however, other angles or Strahleinkopplungen conceivable, so that may result from this other geometric arrangements.
[0084] Die Fig. 4 zeigt ein Koordinatenmessgerät 100, das eine Vorrichtung 10 aufweist. FIG. 4 shows a coordinate measuring machine 100 which has a device 10.
[0085] Koordinatenmessgeräte sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu überprüfen 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. [0086] 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. Coordinate measuring machines are well known in the art. They are used, for example, to check workpieces as part of a quality assurance or to determine the geometry of a workpiece completely in the context of a so-called "reverse engineering". In addition, a variety of other applications are conceivable, such as the additional use for inspecting surfaces. In such coordinate measuring machines, various types of sensors may be used to detect the coordinates of a workpiece to be measured. For example, tactile measuring sensors are known for this purpose, as sold for example by the applicant under the product name "VAST", "VAST XT" or "VAST XXT". Here, the surface of the workpiece to be measured is touched with a stylus whose coordinates are constantly known in the measuring room. Such a stylus can also be moved along the surface of a workpiece, so that in such a measuring process, a plurality of measuring points can be detected at fixed time intervals as part of a so-called "scanning method".
[0087] Darüber hinaus ist es bekannt, optische Sensoren einzusetzen, die ein berührungsloses Erfassen der Koordinaten eines Werkstücks ermöglichen. Ein Beispiel für einen derartigen optischen Sensor ist der unter der Produktbezeichnung "ViScan" von der Anmelderin vertriebene optische Sensor. Moreover, it is known to use optical sensors that enable contactless detection of the coordinates of a workpiece. An example of such an optical sensor is the optical sensor sold under the product name "ViScan" by the Applicant.
[0088] Die Sensoren können dann in verschiedenen Arten von Messaufbauten verwendet werden. Ein Beispiel für einen solchen Messaufbau ist ein Multisensor-System in Tischbauweise, wie er in der Fig. 4 gezeigt ist. Ein Beispiel für einen solches Multisensor-System in Tischbauweise 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. Die vorgeschlagene Vorrichtung 10 kann beispielsweise als Modul eines solchen Koordinatenmessgeräts 100 bereitgestellt sein. So sind neben den normalen taktilen und/oder optischen Messaufgaben des Koordinatenmessgeräts 100 ein Streifenbildverfahren und ein Deflektometriever- fahren durchführbar. The sensors can then be used in various types of measurement setups. An example of such a measurement setup is a desk-top multisensor system as shown in FIG. An example of such a table-top multisensor system is the Applicant's "O-INSPECT" product. In such a device, both an optical sensor and a tactile sensor are used to perform various inspection tasks on a machine and ideally with a single setup of a workpiece to be measured. In this way, many test tasks can easily be performed, for example, in medical technology, plastics engineering, electronics and precision mechanics. Of course, various other structures are also conceivable beyond. The proposed device 10 can be provided, for example, as a module of such a coordinate measuring machine 100. Thus, in addition to the normal tactile and / or optical measurement tasks of the coordinate measuring machine 100, a strip pattern method and a deflectometry method can be performed.
[0089] 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 Koordinatenmessgerät 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. Such sensor systems or sensor heads, which carry both tactile and optical sensors, are becoming increasingly important in coordinate metrology. A combination of tactile and optical sensors makes it possible to combine the advantages of the high accuracy of a tactile measuring system with the speed of an optical measuring system in a single coordinate measuring machine. Furthermore, calibration processes are avoided when changing the sensor, as well as a possible re-clamping of a workpiece.
[0090] 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. Classically, the sensor head, which may also be referred to as a sensor system, is connected to a carrier system which supports and moves the sensor system. Various support systems are known in the art, such as gantry systems, stand, horizontal arm and arm systems, all types of robotic systems, and ultimately closed CT systems in x-ray sensor systems. Furthermore, the carrier systems can have system components which enable as flexible a positioning of the sensor head as possible. An example of this is the applicant's rotary-pivot joint marketed under the name "RDS". In addition, various adapters may be provided to interconnect the different system components of the carrier system with each other and with the sensor system.
[0091] Der Einsatz der Vorrichtung 10 und das Koordinatenmessgerät 100 sind somit nicht auf den in der Fig. 4 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 oder Fertigungsmaschinen Anwendung finden. The use of the device 10 and the coordinate measuring machine 100 are thus not limited to the table structure shown in FIG. 4 and the corresponding support system, but can also be used with all other types of support systems. Furthermore, the device 10 can also be used generally in multi-sensor measuring systems or also in a material microscope or production machines.
[0092] Neben der Vorrichtung 10 weist das Koordinatenmessgerät 100 einen Messtisch 42 auf. An dem Messtisch 42 befindet sich eine Positioniereinrichtung 44. Diese ist insbesondere dazu vorgesehen, um das Objekt 12 parallel zu einer X-Achse 46 und zu einer Y-Achse 48 zu positionieren. Die X-Achse 46 und die Y-Achse 48 spannen dabei eine Messebene auf. [0093] Zur Positionierung können beispielsweise ein X-Tisch 50 und ein Y-Tisch 52 vorgesehen sein. Der X-Tisch 50 ist parallel zu der X-Achse 46 und der Y-Tisch 52 ist parallel zu der Y-Achse 48 bewegbar. Beide sind auf einer Grundplatte 54 angeordnet. Die Grundplatte 54 wird von einem Maschinengestell 56 bzw. 56' getragen. In addition to the device 10, the coordinate measuring machine 100 on a measuring table 42. On the measuring table 42 is a positioning device 44. This is in particular provided to position the object 12 parallel to an X-axis 46 and to a Y-axis 48. The X-axis 46 and the Y-axis 48 thereby span a measurement plane. For positioning, for example, an X table 50 and a Y table 52 may be provided. The X table 50 is parallel to the X axis 46 and the Y table 52 is movable parallel to the Y axis 48. Both are arranged on a base plate 54. The base plate 54 is supported by a machine frame 56 and 56 ', respectively.
[0094] Die Bewegung des X-Tisches 50 und des Y-Tisches 52 wird durch Linearführungen in X-Richtung 58 und in Linearführungen in Y-Richtung 60 geführt. Dieser Aufbau entspricht dem sogenannten "Tischaufbau". Wie voranstehend ausgeführt wurde, sind auch andere Trägersysteme denkbar. The movement of the X-stage 50 and the Y-stage 52 is guided by linear guides in the X direction 58 and in linear guides in the Y direction 60. This structure corresponds to the so-called "table construction". As stated above, other carrier systems are conceivable.
[0095] Das Koordinatenmessgerat 100 weist einen Messkopf 62 auf. In dem Messkopf 62 können einer oder mehrere taktile Sensoren 64 angeordnet sein. Des Weiteren ist in dem Messkopf 62 die Vorrichtung 10 angeordnet. Darüber hinaus können auch noch einer oder mehrere weitere optische Sensoren in dem Messkopf 62 angeordnet sein. The coordinate measuring apparatus 100 has a measuring head 62. In the measuring head 62, one or more tactile sensors 64 may be arranged. Furthermore, the device 10 is arranged in the measuring head 62. In addition, one or more further optical sensors can also be arranged in the measuring head 62.
[0096] Der Messkopf 62 ist in einem Z-Schlitten gehalten, der in einem Schlittengehäuse 68 parallel zu einer Z-Achse 70 geführt ist. Diese Z-Achse 70 steht senkrecht auf der X-Achse 46 und auf der Y-Achse 48. Die X-Achse 46, die Y-Achse 48 und die Z- Achse 70 bilden somit ein kartesisches Koordinatensystem. The measuring head 62 is held in a Z-carriage, which is guided in a carriage housing 68 parallel to a Z-axis 70. This Z-axis 70 is perpendicular to the X-axis 46 and to the Y-axis 48. The X-axis 46, the Y-axis 48 and the Z-axis 70 thus form a Cartesian coordinate system.
[0097] Das Koordinatenmessgerät 100 weist des Weiteren ein Bedienpult 72 auf. Mit dem Bedienpult 72 können die einzelnen Elemente des Koordinatenmessgeräts 100 angesteuert werden. Des Weiteren können Eingaben an das Koordinatenmessgerät 100 vorgegeben werden. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass in dem Bedienpult 72 oder an anderer Stelle eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet ist, um Messwertausgaben an einen Nutzer des Koordinatenmessgeräts 100 zu richten. Alle übrigen Elemente des Koordinatenmessgeräts 100 sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 3 bezeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. The coordinate measuring machine 100 further has a control panel 72. With the control panel 72, the individual elements of the coordinate measuring machine 100 can be controlled. Furthermore, inputs to the coordinate measuring machine 100 can be specified. In principle, provision may also be made for a display device (not shown) to be arranged in the operating console 72 or elsewhere to direct measured value outputs to a user of the coordinate measuring machine 100. All other elements of the coordinate measuring machine 100 are designated by the same reference numerals as in FIGS. 1 to 3 and will not be explained again below.
[0098] Die Fig. 5 zeigt schematisch einen Aufbau der Vorrichtung 10, wie sie beispielsweise in dem Koordinatenmessgerät 100 in Fig. 4 verwendet werden kann. Gleiche Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut erläutert. Fig. 5 shows schematically a structure of the device 10, as it can be used for example in the coordinate measuring machine 100 in Fig. 4. Same Elements are identified by the same reference numerals and will not be explained again.
[0099] Insbesondere ist der Fig. 5 der definierte Aufbau der Abbildungsoptik 20 zu entnehmen. Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Vorrichtung 10 verschiedene Beleuchtungseinheiten aufweisen kann. So können beispielsweise ein inneres Ringlicht 74 und ein äußeres Ringlicht 76 vorgesehen sein. Die Ringlichter 74, 76 können dazu dienen, das Objekt 12 mit verschiedenen Einfallswinkeln zu beleuchten. Grundsätzlich können neben den Ringlichtern 74, 76 auch noch andere Beleuchtungseinheiten bzw. -typen vorgesehen sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle des äußeren Ringlichts 76 die Lichtquelle der Mustererzeugungseinheit 16 bildet und somit in dem äußeren Ringlicht 76 die Mustererzeugungseinheit 16 vorgesehen ist. In particular, FIG. 5 shows the defined structure of the imaging optics 20. Furthermore, it can be seen that the device 10 can have different illumination units. For example, an inner ring light 74 and an outer ring light 76 may be provided. The ring lights 74, 76 may serve to illuminate the object 12 at different angles of incidence. In principle, other lighting units or types may be provided in addition to the ring lights 74, 76. It can be provided, for example, that a light source of the outer ring light 76 forms the light source of the pattern generation unit 16 and thus the pattern generating unit 16 is provided in the outer ring light 76.
[00100] Die Abbildungsoptik 20 weist eine Frontabdeckung 80 auf, um die Abbildungsoptik 20 von Verschmutzung und Einflüssen von außen zu schützen. Dahinter - gesehen von dem Objekt 12 aus - befindet sich eine Frontlinse 82. Diese ist fest angeordnet, das heißt nicht entlang einer optischen Achse der Abbildungsoptik 20 bewegbar. The imaging optics 20 has a front cover 80 to protect the imaging optics 20 from contamination and external influences. Behind it - as seen from the object 12 - is a front lens 82. This is fixed, that is not along an optical axis of the imaging optics 20 movable.
[00101] Des Weiteren weist die Abbildungsoptik 20 eine erste Linsengruppe 84, eine zweite Linsengruppe 86, eine Aperturblende 88, eine dritte Linsengruppe 90 und eine vierte Linsengruppe 92 auf. Die Linsengruppe kann ein oder mehrere Linsenelemente aufweisen, die wiederum voneinander beabstandet oder miteinander verkittet sein können. Die erste Linsengruppe 84, die zweite Linsengruppe 86, die Aperturblende 88 und auch die dritte Linsengruppe 90 sind entlang der optischen Achse der Abbildungsoptik 20 bewegbar. Auf diese Weise kann mittels eines einzigen Optikdesigns eine Abbildungsoptik 20 ausgelegt werden, die die gewünschten verschiedenen Arbeitsabstände bereitstellt und darüber hinaus eine Zoom-Möglichkeit bietet. Insbesondere kann die Abbildungsoptik 20 objektseitig oder beidseitig telezentrisch ausgeführt sein. Furthermore, the imaging optics 20 comprises a first lens group 84, a second lens group 86, an aperture stop 88, a third lens group 90 and a fourth lens group 92. The lens group may include one or more lens elements, which in turn may be spaced apart or cemented together. The first lens group 84, the second lens group 86, the aperture stop 88 and also the third lens group 90 are movable along the optical axis of the imaging optics 20. In this way, by means of a single optical design, an imaging optics 20 can be designed which provides the desired different working distances and moreover offers a zooming possibility. In particular, the imaging optics 20 may be designed telecentrically on the object side or on both sides.
[00102] Des Weiteren kann ein erster Strahlteiler 94 vorgesehen sein. Ein mittels des ersten Strahlteilers 94 abgezweigtes Lichtstrahlenbündel kann dann gegebenenfalls mittels eines zweiten Strahlteilers 96 noch einmal geteilt werden. Auf diese Weise kann es beispielsweise möglich sein, einen konfokalen Weißlichtsensor 98 oder gegebenenfalls noch einen weiteren Sensor 102, der gewünschte Messeigenschaften hat, konzentrisch in die Abbildungsoptik 20 einzukoppeln. Furthermore, a first beam splitter 94 may be provided. A light beam bundle branched off by means of the first beam splitter 94 can then optionally be divided once again by means of a second beam splitter 96. That way it can For example, it may be possible to couple a confocal white-light sensor 98 or, if appropriate, another sensor 102, which has desired measurement properties, concentrically into the imaging optics 20.
[00103] Darüber hinaus kann ein dritter Strahlteiler 104 unmittelbar vor der Bildaufnahmeeinheit 18 angeordnet sein. Weitere Strahlteilungen können in dem abgezweigten Strahlenbündel mittels eines vierten Strahlteilers 106 und eines fünften Strahlteilers 108 erfolgen. An diesen Stellen können beispielsweise eine Lichtquelle für ein Auflicht 1 10, eine Fokuskamera 1 12 und ein Lasergitternetzprojektor 1 14 angeordnet sein. Die Fokuskamera 1 12 und der Lasergitternetzprojektor 1 14 können beispielsweise für eine Autofokus-Einheit verwendet werden. In addition, a third beam splitter 104 may be disposed immediately in front of the image pickup unit 18. Further beam splits can be effected in the branched beam by means of a fourth beam splitter 106 and a fifth beam splitter 108. At these points, for example, a light source for incident light 1 10, a focus camera 1 12 and a laser grid network projector 1 14 may be arranged. The focus camera 1 12 and the laser grid adapter 1 14 can be used for example for an autofocus unit.
[00104] Unter dem gegebenenfalls durchsichtig ausgestalteten Objektträger 14 kann ein weiterer Strahlteiler 1 16 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann ein alternativer oder zusätzlicher konfokaler Weißlichtsensor 1 18 bereitgestellt sein. Des Weiteren kann eine Lichtquelle für ein Durchlicht 120 vorgesehen sein. Under the possibly transparently designed slide 14, a further beam splitter 1 16 may be provided. In this way, an alternative or additional confocal white light sensor 118 can be provided. Furthermore, a light source for transmitted light 120 may be provided.
[00105] Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines VerfahrensFIG. 6 shows a schematic flow diagram of a method
130. 130th
[00106] Das Verfahren 130 ist dazu vorgesehen, einen Betriebsmodus einer Vorrichtung 10 zum Inspizieren eines Objekts 12 zu ändern. Die Vorrichtung 10 kann dazu gemäß der in Fig. 1 bis 3 oder den Fig. 4 und 5 dargestellten Vorrichtung 10 ausgestaltet sein. The method 130 is intended to change an operating mode of a device 10 for inspecting an object 12. The device 10 can be configured according to the device 10 shown in FIGS. 1 to 3 or FIGS. 4 and 5.
[0100] Das Verfahren beginnt dann in einem Startschritt 132. In einem Schritt 134 werden zunächst ein erster Arbeitsabstand 26 und ein inaktiver Zustand der Streueinheit 30 einem ersten Betriebsmodus zugeordnet. Bei diesem ersten Betriebsmodus handelt es sich insbesondere um das Streifen projektionsverfahren. In einem weiteren Schritt 136 werden ein zweiter Arbeitsabstand, der größer als der erste Arbeitsabstand ist, und der aktive Zustand der Streueinheit 30 einem zweiten Betriebsmodus, insbesondere einem Deflektometrieverfahren, zugeordnet. [0101] Während des Betriebs der Vorrichtung 10 bzw. des Koordinatenmess- geräts 100 kann nun in einem Schritt 138 beliebig ein Wechseln zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus erfolgen. Dazu wird zwischen dem ersten Arbeitsabstand 26 und dem zweiten Arbeitsabstand 28 gewechselt. Dies kann durch mechanische Bewegung der Abbildungsoptik 20 und des Objektträgers 14 relativ zueinander und/oder durch Ändern der objektseitigen Brennweite der Abbildungsoptik 20 erfolgen. Also durch Variation des optischen und/oder des mechanischen Arbeitsabstands. Bei einem Wechseln des Arbeitsabstands wird zugleich die Streueinheit 30 zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand gewechselt. Auf diese Weise wird ein Wechseln der Betriebsmodi möglich. Insbesondere wird es so möglich, zwischen dem Messen mittels eines Deflektometrieverfahrens und einem Streifen projektionsverfahren beliebig hin und her zu schalten. The method then begins in a start step 132. In a step 134, first a first working distance 26 and an inactive state of the scattering unit 30 are assigned to a first operating mode. In this first mode of operation is in particular the strip projection method. In a further step 136, a second working distance, which is greater than the first working distance, and the active state of the scattering unit 30 are associated with a second operating mode, in particular a deflectometry method. During operation of the device 10 or of the coordinate measuring machine 100, a change between the first operating mode and the second operating mode can now take place arbitrarily in a step 138. For this purpose, a change is made between the first working distance 26 and the second working distance 28. This can be done by mechanical movement of the imaging optics 20 and the slide 14 relative to each other and / or by changing the object-side focal length of the imaging optics 20. So by varying the optical and / or the mechanical working distance. When changing the working distance at the same time the scattering unit 30 is changed between the active and the inactive state. In this way, a change of the operating modes is possible. In particular, it becomes possible to switch back and forth between measurements by means of a deflectometry method and a strip projection method.
[0102] Wird die Vorrichtung 10 bzw. das Koordinatenmessgerät 100 ausgeschaltet, endet das Verfahren 130 in einem Stoppschritt 140. When the device 10 or the coordinate measuring machine 100 is switched off, the method 130 ends in a stop step 140.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Vorrichtung (10) zum optischen Inspizieren eines Objekts (12), mit einem Objektträger (14) zum Tragen des Objekts (12), einer Mustererzeugungseinheit (16) zum Beleuchten des Objekts (12) mit einem Messmuster, einer Bildaufnahmeeinheit (18) zum Aufnehmen von einer Anzahl von Bildern von dem Objekt (12), einer Abbildungsoptik (20) zum Beeinflussen eines Lichtstrahlengangs (22) zwischen dem Objekt (12) und der Bildaufnahmeeinheit (18), und einer Datenverarbeitungseinheit (24), die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Eigenschaft des Objekts (12) anhand der Anzahl von Bildern zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in mindestens einen ersten Arbeitsabstand (26) und einen zweiten Arbeitsabstand (28) einstellbar ist, und die Vorrichtung eine Streueinheit (30) aufweist, die zwischen einem aktiven Zustand, in dem die Streueinheit (30) den Lichtstrahlengang (22) vor der Mustererzeugungseinheit (16) beeinflusst, und einem inaktiven Zustand, in dem das Streueinheit (30) den Lichtstrahlengang (22) nicht beeinflusst, änderbar ist. Device (10) for optically inspecting an object (12), with a microscope slide (14) for carrying the object (12), a pattern generation unit (16) for illuminating the object (12) with a measurement pattern, and an image recording unit (18) for recording of a number of images of the object (12), imaging optics (20) for influencing a light beam path (22) between the object (12) and the image recording unit (18), and a data processing unit (24) which is designed for this purpose, at least to determine a property of the object (12) based on the number of images, characterized in that the device (10) can be adjusted to at least a first working distance (26) and a second working distance (28), and the device is a scattering unit (30) which can be changed between an active state in which the scattering unit (30) influences the light beam path (22) in front of the pattern generation unit (16), and an inactive state in which the scattering unit (30) does not influence the light beam path (22). .
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streueinheit (30) zum Ändern zwischen dem aktiven und dem inaktivem Zustand von der Datenverarbeitungseinheit (24) mittels eines Aktuators wahlweise in einen Lichtstrahlengang (22) vor der Mustererzeugungseinheit (16) bewegbar ist. Device according to claim 1, characterized in that the scattering unit (30) for changing between the active and the inactive state of the data processing unit (24) can be moved by means of an actuator into a light beam path (22) in front of the pattern generation unit (16).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streueinheit (30) ein geätztes Substrat oder ein diffraktives optisches Element oder eine holografi- sches optisches Element ist. Device according to claim 2, characterized in that the scattering unit (30) is an etched substrate or a diffractive optical element or a holographic optical element.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streueinheit (30) eine elektrisch ansteuerbare Streueinheit (30) ist, die von der Datenverarbeitungseinheit (24) zwischen mindestens einer streuenden Einstellung und einer nicht streuenden Einstellung schaltbar ist. Device according to claim 1, characterized in that the scattering unit (30) is an electrically controllable scattering unit (30) which can be switched by the data processing unit (24) between at least one scattering setting and a non-scattering setting.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mustererzeugungseinheit (16) einen Mustergenerator (36) zum Erzeugen eines Messmusters und eine Abbildungseinrichtung (38) zum Abbilden des Messmusters auf das Objekt (12) aufweist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pattern generation unit (16) has a pattern generator (36) for generating a measurement pattern and an imaging device (38) for imaging the measurement pattern onto the object (12).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in mindestens einen ersten optischen Arbeitsabstand (26) und einen zweiten optischen Arbeitsabstand (28) einstellbar ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device (10) can be adjusted to at least a first optical working distance (26) and a second optical working distance (28).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) in mindestens einen ersten mechanischen Arbeitsabstand (26) und einen zweiten mechanischen Arbeitsabstand (28) einstellbar ist. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the device (10) can be adjusted to at least a first mechanical working distance (26) and a second mechanical working distance (28).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (20) ein in dem ersten optischen Arbeitsabstand (26) objektseitig oder beidseitig telezentrisches Objektiv ist. 8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that the imaging optics (20) is a lens that is telecentric on the object side or on both sides at the first optical working distance (26).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (20) des Weiteren ein Zoom-Objektiv ist. 9. Device according to claim 8, characterized in that the imaging optics (20) is also a zoom lens.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (20) auf einen ersten optischen Arbeitsabstand (26), einen zweiten optischen Arbeitsabstand (28) und einen dritten optischen Arbeitsabstand (40) einstellbar ist. 10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the imaging optics (20) can be adjusted to a first optical working distance (26), a second optical working distance (28) and a third optical working distance (40).
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (24) dazu ausgebildet ist, den Zustand der Streueinheit (30) und Arbeitsabstand (26, 28, 40) der Abbildungsoptik (20) zu regeln. 1 1 . Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the data processing unit (24) is designed to regulate the state of the scattering unit (30) and the working distance (26, 28, 40) of the imaging optics (20).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) derart eingerichtet ist, dass in einem ersten Betriebsmodus der erste Arbeitsabstand (26) eingestellt und der inaktive Zustand gewählt ist, und dass in einem zweiten Betriebsmodus der zweite Arbeitsabstand (28) und der aktive Zustand gewählt ist. 12. Device according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the device (10) is set up such that in a first operating mode the first working distance (26) is set and the inactive state is selected, and that the second working distance (28) and the active state are selected in a second operating mode.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite optische Arbeitsabstand (28) zweimal bis zweieinhalb mal so groß wie der erste optische Arbeitsabstand (26) ist. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the second optical working distance (28) is twice to two and a half times as large as the first optical working distance (26).
14 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste optische Arbeitsabstand (26) 80 mm beträgt und der zweite optische Arbeitsabstand (28) 200 mm beträgt, oder dass der erste optische Arbeitsabstand (26) 40 mm beträgt und der zweite optische Arbeitsabstand (28) 80 mm beträgt. 14 Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the first optical working distance (26) is 80 mm and the second optical working distance (28) is 200 mm, or that the first optical working distance (26) is 40 mm and the second optical working distance (28) is 80 mm.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (24) dazu ausgebildet ist, als ersten Betriebsmodus ein Streifenbildverfahren und als zweiten Betriebsmodus ein Deflektometrieverfah- ren zum optischen Inspizieren des Objekts (12) durchzuführen. 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the data processing unit (24) is designed to carry out a strip image method as the first operating mode and a deflectometry method as the second operating mode for optically inspecting the object (12).
16. Verfahren (130) zum Wechseln eines Betriebsmodus einer Vorrichtung (10) zum optischen Inspizieren eines Objekts (12), wobei die Vorrichtung einen Objektträger zum Tragen des Objekts (12), eine Mustererzeugungseinheit (16) zum Beleuchten des Objekts (12) mit einem Messmuster, eine Bildaufnahmeeinheit (18) zum Aufnehmen von einer Anzahl von Bildern von dem Objekt (12), eine Abbildungsoptik (20) zum Beeinflussen eines Lichtstrahlengangs (22) zwischen dem Objekt (12) und der Bildaufnahmeeinheit (18), wobei die Vorrichtung (10) mindestens in einen ersten Arbeitsabstand (26) und in einen zweiten Arbeitsabstand (28) einstellbar ist, eine Datenverarbeitungseinheit (24), die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Eigenschaft des Objekts (12) anhand der Anzahl von Bildern zu bestimmen und die Vorrichtung (10) zu regeln, und eine Streueinheit (30) aufweist, die zwischen einem aktiven Zustand, in dem das Streueinheit (30) einen Lichtstrahlengang (22) vor der Mustererzeugungseinheit (16) beeinflusst, und einem inaktiven Zustand änderbar ist, in dem das Streueinheit (30) den Lichtstrahlengang (22) vor der Mustererzeugungseinheit (16) nicht beeinflusst, mit den folgenden Schritten: - Zuordnen (134) des ersten Arbeitsabstand (26)s und des inaktiven Zustande zu einem ersten Betriebsmodus, 16. Method (130) for changing an operating mode of a device (10) for optically inspecting an object (12), the device having a microscope slide for carrying the object (12), a pattern generation unit (16) for illuminating the object (12). a measurement pattern, an image recording unit (18) for recording a number of images of the object (12), imaging optics (20) for influencing a light beam path (22) between the object (12) and the image recording unit (18), wherein the device (10) can be adjusted to at least a first working distance (26) and a second working distance (28), a data processing unit (24) which is designed to determine at least one property of the object (12) based on the number of images and the Device (10) to regulate, and a scattering unit (30) which can be changed between an active state in which the scattering unit (30) influences a light beam path (22) in front of the pattern generation unit (16), and an inactive state in which the scattering unit (30) does not influence the light beam path (22) in front of the pattern generation unit (16), with the following steps: - Assigning (134) the first working distance (26) and the inactive state to a first operating mode,
- Zuordnen (136) eines des zweiten Arbeitsabstands, der größer als der erste Arbeitsabstand ist, und des aktiven Zustande zu einem zweiten Betriebsmodus, - assigning (136) one of the second working distance, which is greater than the first working distance, and the active state to a second operating mode,
- Wechseln (138) zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus, indem der Arbeitsabstand der Abbildungsoptik (20) zwischen dem ersten Arbeitsabstand (26) und dem zweiten Arbeitsabstand (28) gewechselt und die Streueinheit (30) von dem aktiven in den inaktiven Zustand gewechselt wird. - Switching (138) between the first operating mode and the second operating mode by changing the working distance of the imaging optics (20) between the first working distance (26) and the second working distance (28) and the scattering unit (30) from the active to the inactive state is changed.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus ein Streifenbildverfahren und der zweite Betriebsmodus ein Deflektometrie- verfahren ist. 17. The method according to claim 16, characterized in that the first operating mode is a strip image method and the second operating mode is a deflectometry method.
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