WO2015144518A1 - Leuchttisch geeignet für anwendungen in der metrologie sowie koordinatenmessgerät mit einem solchen leuchttisch - Google Patents

Leuchttisch geeignet für anwendungen in der metrologie sowie koordinatenmessgerät mit einem solchen leuchttisch Download PDF

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WO2015144518A1
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light source
illumination
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Nils Haverkamp
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • G01N21/954—Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores

Definitions

  • the invention relates to a light table for applications in metrology and a coordinate measuring machine comprising such a light table.
  • US Pat. Nos. 2007/069643 and 2006/0237658 merely use the far field which is homogeneously illuminated by a grid of LED light sources as a field for the light tables, resulting in a high installation space for the light tables
  • optically diffusing elements such as diffusers or scattering films are used to increase the intensity distribution over the illuminated panel homogenize. It is usually the goal, the homogeneity of the light table field, ie the variation of the illumination intensity across the field with respect to the mean
  • illumination angle distribution of light tables of the prior art is for many types of measurement of coordinates of a workpiece by means of optical sensors by a
  • coordinate measuring machines for measuring coordinates of a workpiece to be measured by means of an optical sensor using the so-called transmitted light illumination by means of a complex illumination optics, for example, from DE 198 19492 known.
  • structures with a large extent along the optical axis perpendicular to the light table field such as the planes of edges
  • structures with a large distance to the light table field are "blurred” Therefore, it makes sense if the illumination light is aligned parallel to the optical axis and thus collimated to the optical axis.
  • structures with a large distance to the light table field can be measured with the same accuracy as structures with a small distance to the light table field.
  • these structures can also be measured relative to one another if a telecentric objective is used for the imaging onto the optical sensor.
  • the object of the invention is therefore to provide a simple and inexpensive light table for metrological applications and a corresponding coordinate measuring machine with such a light table, in particular the collimated, i. Allows nearly parallel aligned illumination light for the measurement of edges and boreholes of a workpiece.
  • a light table suitable for applications in metrology comprising a plurality of light sources and a field to be illuminated, wherein the light centers of the light sources are the starting points of light source axes which intersect the field to be illuminated perpendicular and the light centers of the light sources on the one hand and the field to be illuminated on the other delimiting a space in the interior of the light table, wherein between the light source axes curved and mirrored surfaces are present within the gap whose foci or caustics are within the space between the curved and mirrored surfaces and the field to be illuminated.
  • Light source axes which are aligned due to the said position of the foci or Kaustiken to be illuminated field out, it is possible to fill the otherwise unused slot area between the light sources with illumination light while maintaining the collimation of the illumination light.
  • these curved and mirrored surfaces it is possible through these curved and mirrored surfaces to improve both the homogeneity of the light table and to ensure the collimation of the illumination light.
  • the curved and mirrored surfaces surface forms whose local
  • Curvatures are designed so that parallel to the light source axes on the field of the light table opposite to the illumination direction of the light table incident visible light
  • neither the light sources nor the luminous centers of the light sources are located through the curved and mirrored surfaces in foci and in caustics above the light sources and above the curved and mirrored surfaces in the space between the light sources and the panel of the light table in the focal points or within the caustics of the curved and mirrored
  • Mirrored surfaces can vary greatly depending on the overall design of all optically active surfaces of the light table, from spherical to aspherical, rotationally symmetric and non-rotationally symmetric to the surface shape of so-called free-beam optics.
  • the light sources are parallel in one
  • the light table starting from the light sources along the light source axes, there are primary light channels of the light table whose extent is given in a plane perpendicular to the optical light source axes by the passable free areas and where in these primary light channels of the light table light-deflecting and / or or light refractive and / or light diffractive means are provided which direct the illumination light within the primary light channel parallel to the light source axis with a parallelism of better than 2 ° and wherein the means are formed of the group: spherical mirror, parabolic mirror, hyperboloidal mirror,
  • further curved and partially mirrored surfaces are present in the primary light channels of the light table defined by the free areas around the light source axes between the curved and mirrored surfaces and the field of Leuchtichs which proportionately illuminating light from the primary light channels to the curved and mirrored surfaces with angles of up to 50 ° relative to the light source axes.
  • the light sources are given by so-called LEDs or OLEDs and the local curvatures of the curved and mirrored surfaces as well as the local curvatures of the further curved and partially mirrored surfaces are designed to one another such that illumination light, which in the primary
  • the reflectivity properties along the partially mirrored surfaces are additionally designed such that higher reflectivity values of the partially mirrored surfaces are present around the light source axes than at the edges of the partially mirrored surfaces, so that proportionately more illumination light emerges from the primary surfaces
  • the local curvatures of the curved and mirrored surfaces as well as the local curvatures of the further curved and partially mirrored surfaces are designed such that the light deflecting and / or light refractive and / or light diffractive originally Means in the primary light channels achieved parallelism of the illumination light to
  • the variation of the illumination intensity across the field of the light table is less than 3% of the mean illumination intensity of the field and the variation of the illumination angles at one point of the field is less than 2 ° and the light table has a maximum height of 10 cm.
  • the passable free areas around the light source axes are circular or elliptical in shape and the curved and mirrored surfaces represent contiguous continuously differentiable surface areas, said surface areas are honeycomb-like or circular or dhpsenförmig bounded and to the Rims at least partially abut each other. This ensures optimal coverage of the light table with secondary light channels.
  • the abutting curved and mirrored surfaces by a pressure / thermoforming printing process and / or by a cold / hot deformation and / or by plastic injection molding on a one-piece
  • Support material formed and the surface coating for mirroring the curved and mirrored surfaces is carried out by a method which comprises at least one process step and / or a method step from the group: painting, vapor deposition, sputtering, deposition from chemical solution, gray-tone lithography and subtractive methods for locally varying distance of a previously applied
  • the one-piece carrier material likewise comprises the light-deflecting and / or light-refractive and / or light-diffractive means of the light table, wherein these means are produced by plastic injection molding and / or by a pressure / deep drawing printing process and / or by a cold / hot deformation and / or formed by a surface coating, wherein the surface coating comprises at least one process step and / or at least one process step from the group: painting, vapor deposition, sputtering, deposition from chemical solution, gray-tone lithography and subtractive methods for locally varying removal of a previously applied surface coating.
  • partially mirrored surfaces likewise by plastic injection molding and / or by a pressure / Deep-drawing printing process and / or formed by a cold / hot deformation of your integral support material, wherein the surface coating for mirroring the other curved and partially mirrored surfaces is carried out by a method which comprises at least one process step and / or a process step from the group: painting, vapor deposition , Sputtering, chemical solution deposition, gray-scale lithography and subtractive methods for locally varying removal of a previously applied surface coating.
  • the light table has an ND filter for reducing the variation of the illumination intensity over the field to be illuminated.
  • ND filter neutral density filter
  • the light table has an ND filter, wherein the ND filter is formed on the integral carrier material and is produced by a surface coating, wherein the surface coating comprises at least one process step and / or a process step from the group: painting, vapor deposition, sputtering,
  • the one-piece carrier material is composed of at least two layers of different material with different optical densities and the layers have locally varying different geometric thicknesses along the lateral extent of the carrier material perpendicular to the light source axes.
  • a coordinate measuring machine for detecting the coordinates of a workpiece comprising at least one optical sensor and a erfindungsgemä ⁇ en light table for illuminating the workpiece during a measurement of the coordinates of the workpiece by means of the at least one optical sensor.
  • Figure 1 shows a coordinate measuring machine in gantry design
  • Figure 2 is a schematic representation of the passage illumination for the optical
  • Figure 3 is a schematic representation of the light distribution in a grid
  • Figure 4 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • Figure 5 is a schematic representation of a second Ausbowungsförm of
  • Figure 6 is a schematic representation of a third Ausbowungsförm
  • Figure 7 is a schematic representation of a fourth Ausbowungsförm
  • Figure 8 is a schematic representation of a possible arrangement of an embodiment of the invention in plan view
  • Figure 9 is a schematic representation of another possible arrangement of an embodiment of the invention in plan view.
  • FIG. 10 shows a perspective schematic illustration of a section of a variant of the further possible embodiment according to FIG. 9.
  • FIG. 1 shows purely by way of example a coordinate measuring machine 24 in a so-called gantry design. Coordinate measuring machines in bridge or post construction, as well as multi-point measuring devices or articulated arm
  • the coordinate measuring machine 24 has a stylus 6, which is interchangeable on a
  • Probe 5 is fixed and can be compared with the probe 5 in the three coordinate directions x, y and z deflected. The deflection of the stylus 6 in the three
  • Coordinate directions x, y and z are detected by three encoders located in the probe 5.
  • the probe 5 in turn can be moved in the three coordinate directions x, y and z.
  • the portal mechanism on a measuring unit 2 which in the with the arrow y
  • the so-called measuring slide 3 is movably guided in the direction indicated by the arrow x.
  • the sleeve 4 is movably guided in the vertical direction indicated by the arrow z, so that the probe head 5 can be moved over the portal mechanism in the three coordinate directions x, y and z.
  • Tastrichausschungen computed correctly and generated from this a measuring point.
  • the different Taststarte usually have one or more probe shafts, at the ends probing body, such as a Tastkugel or a Zyhnder can be attached.
  • a horizontal bore will only be achieved with a horizontally aligned stylus shaft, i. can measure with a so-called laterally arranged stylus 6, while a vertical bore can be measured only with a vertically oriented probe shaft.
  • control and evaluation unit 9 can not in addition to a connected control panel are connected with the operating lever via the
  • Coordinate measuring device can also be moved manually in the coordinate directions x, y and z, as well as other functions, such as
  • the coordinate measuring machine 24 of FIG. 1 can also be equipped with an optical measuring system according to FIG.
  • This optical measuring system includes a CCD or CMOS sensor or other photosensitive array for spatially resolved conversion of light into memory and usable signals on computers, a lens, and a lighting system.
  • the optical measuring system can be moved selectively, for example with the help of the coordinate measuring machine to the point to be measured of the workpiece.
  • Gantry construction can be used, especially in coordinate measuring machines in bridge or stand construction.
  • FIG. 2 shows by way of example an optical measuring system for coordinate measuring apparatuses for taking pictures of a workpiece 20 by means of a CCD or CMOS camera of the prior art, wherein the workpiece 20 is illuminated by means of transmitted light illumination with the aid of a light source 10.
  • the transmitted light illumination according to FIG. 2 is often used for the measurement of
  • Chromium structures on glass can be measured through the workpiece with the transmitted-light illumination according to FIG. 2 by illumination from the rear side of the workpiece, especially in the case of measuring outer edges
  • Transmitted-light illumination units of the prior art usually complex and variable Kondersoroptiken.
  • simple and inexpensive light tables of the prior art do not allow the illumination angle at the light table field to be adapted to the conditions of the objective.
  • the provision of collimated illumination light is not known in such simple light tables of the prior art
  • Transmitted light illumination is measurable, incident light illuminations such as brightfield Incident light illumination and the darkfield epi-illumination in coordinate measuring machines of the prior art in use.
  • FIG. 3 shows by way of example the spatial relationships of the light distribution
  • the actual luminous area 17 of the LED 13 is much smaller than the total area of the LED light source 13 and that the two LED light sources 13 above it are arranged spaced apart.
  • the distance between the LED light sources 13 results, on the one hand, from the space requirement of electrical supply lines and, on the other hand, in the case of high-power LED light sources, from the installation space required for heat dissipation. For the reasons mentioned, it is therefore not possible by the use of LED light sources to produce a homogeneous luminous surface without non-luminous gaps.
  • the illumination light is collimated by arranging lenses 29 above the light sources.
  • the illumination light from the emission angle interval of the light sources 13 can be aligned in parallel and to collapse with it.
  • the light channels 27 are defined by the free passable regions 25, which are given either by the optically free regions of the lenses 29 or by the maximum extent of the light cone 13 of the light sources are, depending on which of these limit.
  • the yield of collimated light can be increased to almost 100% of the illumination light emitted by the light sources 13.
  • Illumination light in a plane above the lenses 29 strong inhomogeneities on the plane considered, as shown schematically in Figure 3. It can be seen that between the light channels 27, no illumination light is present and that even within the light channels 27, the light is very inhomogeneously distributed near the centers of the light channels and thus close to the light source axes, the 17 in the centers of the light surfaces On the other hand, there is little illumination light at the edges of the light channels 27. This is mainly due to the fact that the LED light sources do not emit the same amount of light in all spatial directions, and that they radiate their light in a targeted manner into the area around the light source axis.
  • collimating means such as a lens 29, a difi & active optical element or a corresponding reflector
  • the light of an LED light source can be aligned in parallel, but not simultaneously within the light channel resulting therefrom
  • Lighting beam from the light table field can be adjusted.
  • FIG. 4 schematically shows a first embodiment of a method according to the invention
  • Light table 11, which in the illustratedariesfbrm an integrally executed optically transparent substrate 43 includes the one-piece substrate 43 of the light table 11 can inexpensively by means of plastic injection molding, printing /
  • FIG. 4 again shows the two LED light sources 13 and the beam path collimated by lenses 29 above the light sources 13 in the form of primary
  • Lens material are generated in the troubled recesses of the plastic.
  • the illustrated in Figure 4 first embodiment of the light table 11 according to the invention differs now from a light table of the prior art of Figure 3 that the light emitting centers 17 of the light sources 13 represent the starting points of light source axes 19 which intersect perpendicularly to the field 15 to be illuminated and the Illuminating centers 17 of the light sources 13 on the one hand and the field 15 to be illuminated on the other hand limit a gap 21 in the interior of the light table 11, wherein between the light source axes 19 curved and mirrored surfaces 23 are present within the gap whose foci or Kaustiken K within the gap 21 between the curved and mirrored surfaces 23 and the field 15 to be illuminated.
  • the local curvature are designed so that parallel to the light source axes on the field of the light table opposite to the illumination direction of the light table incident visible light through the curved and mirrored surfaces in focal points or in caustics K above the light sources and above the curved and mirrored surfaces in the space between the light sources and collects the field of the light table.
  • neither the light sources 13 nor the illumination centers 17 of the light sources 13 are located at the focal points or within the caustics K of the curved and mirrored surfaces 23 of FIG.
  • Light table 11 considered at normal incidence of light on the
  • FIG. 4 The position of the caustics K can be seen in FIG. 4 by a caustic K drawn for a mirror 23, in which the light beams, which are shown in dashed lines, for vertical incidence of light from the infinite, can be seen.
  • the light sources 13 shown in FIG. 4 are parallel to each other in a regular first pattern at intervals of 0.2 cm to 4 cm and the curved and mirrored surfaces 23 in a first pattern corresponding to the second pattern laterally offset to the light sources 13 and the Lichtmélachsen 19 arranged in a plane perpendicular to the plane of the drawing, so that in addition to the curved and mirrored surfaces 23 for illumination light passable free areas 25 are present around the light source axes 19.
  • This type of construction of the light table 11 allows the illuminating light of the light sources 13 to pass along first so-called primary ones without great losses
  • Light channels 27 on the field 15 of the light table 11 and there provides for illumination of the field 15 in the light table 11 shown in Figure 4 are 11 light-deflecting and / or light-refractive and / or light in these primary light channels 27 of the light table -bending means 29 which align the illumination light within the primary light channel 27 parallel to the light source axis 19 with a parallelism of better than 2 °, wherein the drawn means 29 are formed in the figure 4 of lenses 29.
  • these means 29 could be formed from the group: spherical mirrors, parabolic mirrors, hyperboloidal mirrors, ellipsoidal mirrors, lenses, Fresnel lenses, cylindrical lenses, microlenses, honeycomb condensers, diffractive optical elements.
  • the local curvatures of the curved and mirrored surfaces 23 and the local curvatures of the further curved and partially mirrored surfaces 31 are configured to each other such that the illumination light, which is in the primary light channels 27 close to the light source axis 19 and reflected by said surfaces 31 and 23, then in the defined by the curved and mirrored surfaces 23 secondary light channels 33 away from of the
  • Light source axis 19 extending light after the coupling in the respective secondary light channel 33 remote from the light source axis. This type of redistribution is
  • the reflectivity properties along the partially mirrored surfaces 31 of the light table 11 of FIG. 4 are designed such that higher reflectivity values of the partially mirrored surfaces 31 are present around the light source axes 19 than at the edges of the partially mirrored surfaces 31, so that proportionately more illumination light emerges from the primary light channels 27 is reflected when this illumination light in the primary
  • Transmission curve is the reflection curve of the coating of the top. It can be clearly seen from the curve shown that in the center around the light source axis 19 of a primary light channel 27 around the lowest transmission and thus the highest reflectivity is given. The course within a primary light channel 27 of the transmission curve is selected such that the natural one shown in FIG.
  • Illumination intensity profile of a collimated LED light source homogenized i. is set to a constant value within the primary light channel. Furthermore, the highest reflectivity in the center of a primary light channel 27 around the light source axis 19 additionally ensures that the secondary light channels 33 are supplied with sufficient light. In contrast to the transmission or reflection profile of the curved and partially mirrored surfaces 31, the reflectivity over the curved and mirrored surfaces 23 is almost constant with almost 100% reflectivity. The corresponding course of the reflectivity for the underside of the carrier material 43 can be seen in the lower part of FIG.
  • the local curvatures of the curved and mirrored surfaces 23 and the local curvatures of the further curved and partially mirrored surfaces 31 are designed such that the parallelism of the illumination light to the light source axis 19 originally achieved by the light-deflecting and / or refractive and / or light-diffracting means 29 in the primary light channels 27 is better than 2 ° remains after the proportionate AusLiteung by the other curved and partially mirrored surfaces 31 and the deflection by the curved and mirrored surfaces 23 in the further course in the secondary light channels 33.
  • This ensures that a parallelism of the illumination light in the primary light channels 27 achieved by the collimation means 29 is not destroyed again by a reflection and deflection into the secondary light channels 33.
  • FIG. 4 enlarged by a magnifying glass and marked with an exclamation point point of discontinuity in the upper surface of the
  • Support material 43 are positioned very accurately on the light source axis 19 of the respective associated LED light source 13, since otherwise either too much light to the left or too much light is distributed to the right. This would be a desired homogenization
  • Beam path is located within the primary light channel 27 and thus provides the greatest lever for a right-left asymmetry.
  • discontinuity is very difficult to realize in terms of production since both the inaccuracies of the LED position and the inaccuracies of the manufacturing process must be taken into account in the production of the carrier element 43.
  • the illuminating light of the primary light channel 27, which passes through the curved and partially mirrored surfaces 31 in the vicinity of the discontinuity is also refracted by the areas 31 which are strongly inclined in the vicinity of the point of discontinuity, so that the previously achieved collision is lost there again.
  • FIG. 5 schematically shows various possibilities for remedying the problems posed by the point of discontinuity in the upper side of the carrier material 43.
  • FIG. 6 shows an example of a section of an embodiment of the invention
  • Light table 11 comprising an egg-shaped carrier material 43 consisting of three layers 47, 49 and 51 of different materials with different optical densities. It can be seen that the point of discontinuity discussed in connection with FIG. 4 has been replaced by two superimposed continuously differentiable points in the interfaces between the material 47 and the material 49 and between the material 49 and the material 51.
  • This illustrated embodiment allows a flat surface of the integral support material 43 so that, for example, a so-called neutral density (ND) filter 45 can be deposited to correct for local inhomogeneities on the top.
  • ND neutral density
  • Transmittance modulations as shown in Figure 6 in the upper part, can be eliminated with the aid of such a filter.
  • filters 45 can also be subsequently deposited or applied, so that with the aid of the ND filter 45 also a final correction of the light table 11 after its measurement for transfer to a
  • planar surface of the embodiment illustrated in FIG. 6 also permits the application or deposition of further functional layers.
  • polarizers, shortpass filters, longpass filters, bandpass filters or so-called vicuity filters would be conceivable.
  • liquid crystal optics for example, for the targeted modification of the emission angles or also pixel arrays for pixel-resolved variation of the transmission immediately above the planar surface.
  • FIG. 7 schematically shows a further embodiment of the invention
  • Light table 11 comprising a one-piece substrate 43 consisting of two layers 47, 49 of different materials with the optical densities nl and n2, in which all relevant and previously described optical elements and surfaces of the light table 11 according to the invention are integrated.
  • the light beams a, b, b 'and c are shown in FIG.
  • the light beam a emitted along the light source axis 19 of the LED light source 13 from the luminous surface 17 passes through the one-piece substrate 43 without deflection and with almost no attenuation.
  • the light beam b which is displaced only slightly laterally relative to the light beam a, is at the curved interface of FIG.
  • Materials 47 and 49 are broken and therefore do not reach the field of the light table in a straight line.
  • the light beam b is therefore marked as non-existent in the further course in FIG. 7 by an x.
  • the refracted light beam b strikes the curved upper surface of the material 49 on its further path through the material 49, whereupon a partially mirrored coating is located.
  • the reflected light beam c in turn is reflected by a reflective coating on the curved bottom of the material 47 back in the direction of the light table field.
  • the one-piece carrier material 43 shown in FIG. 7 can now be produced inexpensively and easily by cold / hot forming or by pressure / production technology.
  • Deep drawing pressure of webs of materials 47 and 49 generate or deposit by appropriate Spritzgiissclar, wherein only one of the materials 47 and 49 can be deposited on the respective other material 47, 49.
  • the abutting curved and mirrored surfaces 23 of the illustrated in Figure 7 embodiment of the light table according to the invention can be by a pressure / thermoforming process or by cold / hot deformation of the
  • the one-piece carrier material 43 of the embodiment of the light table 11 according to the invention shown in FIG. 7 also comprises the light-deflecting and / or light-refracting and / or light-diffracting means 29 of the light table 11, said means 29 being actuated by pressure - / Tiefzieh Kunststoffmaschine and / or formed by cold / hot deformation and / or by a surface coating, wherein the surface coating comprises at least one process step and / or process step from the group: painting, vapor deposition, sputtering, deposition from chemical solution, gray-tone lithography and subtractive methods for locally varying removal of a previously applied surface coating.
  • the further curved and partially mirrored surfaces 31 of the inventive light table 11 of the alis guide shown in Figure 7 can also be formed by a pressure / thermoforming process or by cold / hot deformation of the integral support material 43, wherein the surface coating for mirroring the other curved and teuverapt surfaces 31 by a
  • Process takes place, which comprises at least one process step and / or a process step from the group: painting, vapor deposition, sputtering, deposition from chemical solution, gray-tone lithography and subtractive methods for locally varying removal of a previously applied surface coating.
  • the embodiment of the inventive light table 11 shown in FIG. 7 according to the embodiment according to FIG. 6 can have an ND filter 45 for reducing the variation of the illumination intensity over the field 15 to be illuminated. It can the ND filter 45 formed on the one-piece substrate 43 and by a
  • the surface coating comprises at least one process step and / or a process step from the group: painting, vapor deposition, splintering, deposition from chemical solution, Giauton lithography and subtractive methods for locally varying removal of a previously applied
  • the exemplary embodiment of a light table 11 according to the invention shown in FIG. 7 is characterized in particular in that the one-piece support material 43 is composed of at least two layers 47, 49 of different materials with different optical densities n1, n2 and the layers 47, 49 along the lateral extent of the carrier material 43 perpendicular to the light source axes 19 have locally varying different geometric thicknesses.
  • FIGS. 9 show a plan view of possible embodiments of a light table 11 according to the invention, wherein the passable free areas 25 are circular or elliptical around the light source axes 19 and the curved and mirrored areas 23 represent contiguous, continuously differentiable area areas 37 surface areas 37 are honeycomb-like 39 or circular or Elhpsenformig 41 are bounded and at the edges 39, 41 at least partially abut each other. This ensures optimal coverage of the I.euchtticians 11 with secondary light channels 33 around the primary light channels 27 around
  • FIGS. 8 and 9 can be one in the
  • Collimating lenses 29 hold according to the chocolates in a Fralinenschachtel.
  • the curved and mirrored surfaces 23 are no longer executed rotationally symmetrical but are based on the honeycomb-like edge structure.
  • Deep-drawing printing processes have sinks in the form of rotational paraboloid / hyperboloid or ellipsoidal surfaces within the passable free areas 25, in the cut-free focal points of which the LED light sources can be positioned.
  • the primary structure of the light table 11 according to the invention with the curved and mirrored surfaces 23 could be produced inexpensively analogously to a plastic bottom of a box of chocolates.
  • the discussed embodiments of the light table 11 according to the invention provide a variation of the illumination intensity across the field 15 of the light table 11 of less than 3% of the mean illumination intensity of the field 15 and a variation of the
  • the illuminated tables 11 according to the invention can be limited by the use of the curved and mirrored surfaces 23 to a maximum height of 10 cm. Due to the good homogeneity and the small variation in the illumination angle are the

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leuchttisch (11) geeignet für Anwendungen in der Metrologie umfassend mehrere Lichtquellen (13) und ein auszuleuchtendes Feld (15), wobei die Leuchtzentren (17) der Lichtquellen (13) die Ausgangspunkte von Lichtquellenachsen (19) darstellen, welche das auszuleuchtende Feld (15) senkrecht schneiden und wobei die Leuchtzentren der Lichtquellen (17) einerseits und das auszuleuchtende Feld (15) andererseits einen Zwischenraum (21) im Inneren des Leuchttischs (11) begrenzen, wobei zwischen den Lichtquellenachsen (19) gekrümmte und verspiegelte Flächen (23) innerhalb des Zwischenraums (21) vorhanden sind, deren Brennpunkte bzw. Kaustiken (K) sich innerhalb des Zwischenraums (21) zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) und dem auszuleuchtenden Feld (15) befinden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Koordinatenmessgerät (24) zur Erfassung der Koordinaten eines Werkstücks (7) umfassend wenigstens einen optischen Sensor (5) und einen erfindungsgemäßen Leuchttisch (11) zur Beleuchtung des Werkstücks (7) während einer Messung der Koordinaten des Werkstücks (7) mit dem optischen Sensors (5).

Description

Beschreibung:
Leuchttisch geeignet für Anwendungen in der Metrologie sowie Koordinatenmessgerät mit einem solchen Leuchttisch
Die Erfindung betrifft einen Leuchttisch für Anwendungen in der Metrologie sowie ein Koordinatenmessgerät umfassend einen solchen Leuchttisch.
Leuchttische für unterachiedliche Anwendungen sind zum Beispiel aus US 5,327,195, US 5,347,342, US 2006/0030026, US 2006/0237658, US 2007/0069643, US 2008/0308752 und US 8,562,802 B1 bekannt In der Offenlegungsschrift US 2006/0030026 ist dabei offenbart, dass LED-Lichtquellen zur Kollimation des von den Lichtquellen ausgehenden Lichts mit Linsen ausgestattet sein können. Hingegen wird ohne jegliche Kollimation in den
Offenlegungsschriften US 2007/069643 und US 2006/0237658 lediglich das von einem Raster aus LED-Lichtquellen homogen ausgeleuchtete Fernfeld als Feld für die Leuchttische genutzt, wodurch ein hoher Bauraum für die Leuchttische resultiert
Darüber hinaus ist aus der Patentschrift DE 10250383 B4 bekannt, einzelne LED- Lichtquellen mit einem Parabolspiegel zur Kollimation des LED-Lichts auszustatten. Dabei befindet sich die Mitte der Oberfläche des Leuchtdiodenchips in dem Brennpunkt bzw. der Brennlinie des Parabolspiegels. Ferner ist aus der Offenlegungsschrift DE 103 08917 AI bekannt, einen LED-Chip mit einem konischen, kugelförmigen oder parabolischen Reflektor zur Kollimation des LED-Lichts auszustatten. Alle genannten Reflektoren für LED- Lichtquellen zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass diese einen Brennpunkt bzw. eine Kaustik aufweisen für senkrechten Lichteinfall aus dem Unendlichen und dass sich die optisch aktive Fläche des LED-Chips in genau diesem Brennpunkt bzw. innerhalb dieser Kaustik befindet
Im allgemeinen werden bei den oben genannten Leuchttischen des Standes der Technik, ob mit LED-Lichtquellen oder nicht, ob mit Verwendung der Reflektortechnik zur Kollimation oder nicht, optisch streuende Elemente wie zum Beispiel Streuscheiben oder Streufolien benutzt, um die Intensitätsverteilung über das auszuleuchtende Leuchttischfeld zu homogenisieren. Dabei ist es in der Regel das Ziel, die Homogenität des Leuchttischfeldes, d.h. die Variation der Beleuchtungsintensität über das Feld bezogen auf die mittlere
Beleuchtungsintensität des Feldes auf kleiner 5 % zu begrenzen. Diese gute Homogenität von Leuchttischen des Standes der Technik wird allerdings in der Regel durch statistisch streuende optische Elemente erreicht, wodurch das Leuchttischfeld diffus in nahezu jede beliebige Richtung des darüber liegenden Halbraums leuchtet Diese breite
Beleuchtungswinkelverteilung von Leuchttischen des Standes der Technik ist jedoch für viele Messarten von Koordinaten eines Werkstücks mittels optischer Sensoren durch ein
Koordinatenmessgerät, insbesondere für die Messungen von Kanten oder Bohrungen ungeeignet Daher werden die kostengünstigen Leuchttische des Standes der Technik in der Regel nicht oder nur sehr eingeschränkt für Anwendungen in der Metrologie eingesetzt
Im Gegensatz dazu sind Krordinatenmessgeräte zur Messung von Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks mittels eines optischen Sensors unter Anwendung der sogenannten Durchlichtbeleuchtung mittels einer aufwändigen Beleuchtungsoptik zum Beispiel aus der DE 198 19492 bekannt.
In der Regel wird zur Auf lösungssteigerung bei solchen Koordinatenmessgeräten versucht, den sogenannten Öffnungswinkel des verwendeten Objektivs für die Betrachtung des Werkstücks möglichst groß zu wählen. Dementsprechend muss eine dazugehörige
Kondensoroptik für die Beleuchtung des Werkstücks einen abgestimmten maximalen
Beleuchtungswinkel am Leuchttischfeld bereitstellen. Vielfach wird darüber hinaus bei diesen Koordinatenmessgeräten mittels einer variablen Kondensoroptik versucht, für die jeweils zu vermessenden Strukturen und Objektiveinstellungen, die optimale Beleuchtung des
Werkstücks bereitzuhalten. Diese Variabilität der Kondensoroptik bedingt jedoch gleichzeitig eine gewisse Komplexität des Auf baus der Kondensoroptik und damit verbunden sind dann auch entsprechend hohe Kosten für die Herstellung einer solchen Kondensoroptik.
Allerdings stößt auch diese aufwändige Technik der Beleuchtungswinkeleinstellung in der Koordinatenmesstechnik an ihre Grenzen, wenn es gilt, Strukturen mit großer Ausdehnung entlang der optischen Achse zu vermessen, da die Tiefenschärfe mit dem steigendem
Öffhungswinkel abnimmt und somit Strukturen mit großem Abstand zum Leuchttischfeld „unscharf" abgebildet werden. Für die Messung von Strukturen mit einer großen Ausdehnung entlang der optischen Achse senkrecht zum leuchttischfeld wie z.B. die Ebenen von Kanten ist es daher sinnvoll, wenn das Beleuchtungslicht am Leuchttischfeld parallel und damit kollimiert zur optischen Achse ausgerichtet ist. In diesem Fall können Strukturen mit großen Abstand zum Leuchttischfeld mit der gleichen Genauigkeit vermessen werden wie Strukturen mit geringem Abstand zum Leuchttischfeld. Ferner können diese Strukturen auch relativ zueinander gemessen werden, sofern ein telezentrisches Objektiv für die Abbildung auf den optischen Sensor verwendet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen einfachen und kostengünstigen Leuchttisch für metrologische Anwendungen und ein entsprechendes Koordinatenmessgerät mit einem solchen Leuchttisch bereitzustellen, der insbesondere kollimiertes, d.h. nahezu parallel ausgerichtetes Beleuchtungslicht für die Vermessung von Kanten und Bohrlöchern eines Werkstücks ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Leuchttisch geeignet für Anwendungen in der Metrologie umfassend mehrere Lichtquellen und ein auszuleuchtendes Feld, wobei die Leuchtzentren der Lichtquellen die Ausgangspunkte von Lichtquellenachsen darstellen, welche das auszuleuchtende Feld senkrecht schneiden und wobei die Leuchtzentren der Lichtquellen einerseits und das auszuleuchtende Feld andererseits einen Zwischenraum im Inneren des Leuchttischs begrenzen, wobei zwischen den Lichtquellenachsen gekrümmte und verspiegelte Flächen innerhalb des Zwischenraums vorhanden sind, deren Brennpunkte bzw. Kaustiken sich innerhalb des Zwischenraums zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen und dem auszuleuchtenden Feld befinden.
Durch den Einsatz dieser gekrümmten und verspiegelten Flächen zwischen den
Lichtquellenachsen, die aufgrund der genannten Lage der Brennpunkte bzw. Kaustiken zum auszuleuchtenden Feld hin ausgerichtet sind, ist es möglich, den ansonsten ungenutzten Schartenbereich zwischen den Lichtquellen mit Beleuchtungslicht zu füllen und dabei gleichzeitig die Kollimation des Beleuchtungslichts beizubehalten. Somit ist es durch diese gekrümmten und verspiegelten Flächen möglich, sowohl die Homogenität des Leuchttischs zu verbessern als auch die Kollimation des Beleuchtungslichts zu gewährleisten. Dazu weisen die gekrümmten und verspiegelten Flächen Oberflächenformen auf, deren lokale
Krümmungen so ausgelegt sind, dass parallel zu den Lichtquellenachsen auf das Feld des Leuchttisch entgegen der Beleuchtungsrichtung des Leuchttischs einfallendes sichtbares Licht sich durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen in Brennpunkten bzw. in Kaustiken oberhalb der Lichtquellen und oberhalb der gekrümmten und verspiegelten Flachen in dem Zwischenraum zwischen den Lichtquellen und dem Feld des Leuchttischs sammelt D.h. mit anderen Worten, weder die Lichtquellen noch die Leuchtzentren der Lichtquellen befinden sich in den Brennpunkten bzw. innerhalb der Kaustiken der gekrümmten und verspiegelten
Flächen des erfindungsgemäßen Leuchttischs betrachtet bei senkrechtem Iichteinfell auf das Leuchttischfeld aus dem Unendlichen. Die Oberflächenform der gekrämmten und
verspiegelten Flächen kann dabei je nach Gesamtauslegung aller optisch wirksamen Flächen des Leuchttischs stark variieren, von sphärisch über asphärisch, rotationssymmetrisch und nicht-rotationssymmetrisch bis hin zu der Oberflächenform von sogenannten Freifbrmoptiken.
In einer Ausführungsform des Leuchttischs sind die Lichtquellen parallel in einem
regelmäßigen ersten Muster mit Abständen von 0,2 cm bis 4 cm und die gekrümmten und verspiegelten Flächen in einem mit dem ersten Muster korrespondierendem zweiten Muster seitlich versetzt zu den Lichtquellen bzw. zu den Lichtquellelachsen angeordnet, so dass neben den gekrümmten und verspiegelten Flächen für Beleuchtungslicht passierbare freie Bereiche um die Lichtquellenachsen vorhanden sind. Diese Art des Auf baus des leuchttischs ermöglicht es, dass das Beleuchtungslicht der Lichtquellen ohne große Verluste entlang von ersten sogenannten primären Iichtkanälen auf das Feld des Leuchttischs trifft und dort für eine Ausleuchtung des Feldes sorgt
In einer weiteren Ausführungsform des Leuchttischs sind ausgehend von den Lichtquellen entlang der Lichtquellenachsen primäre Lichtkanäle des Leuchttischs vorhanden, deren Ausdehnung in einer Ebene senkrecht zu den optischen Lichtquellenachsen durch die passierbaren freien Bereiche gegeben ist und wobei in diesen primären Lichtkanälen des leuchttischs Licht-ablenkende und / oder Licht-brechende und / oder Licht-beugende Mittel vorhanden sind, welche das Beleuchtungslicht innerhalb des primären Lichtkanals parallel zur Lichtquellenachse mit einer Parallelität von besser als 2° ausrichten und wobei die Mittel gebildet sind aus der Gruppe: Kugelspiegel, Parabolspiegel, Hyperboloidspiegel,
Ellipsoidspiegel, Linsen, FresneU-Linsen, Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Wabenkondensatoren, diffiaktive optische Elemente. Durch die genannten Kollimationsmittel wird es ermöglicht, dass das Beleuchtungslicht der Lichtquellen in den primären Lichkanälen parallel ausgerichtet wird. Hierdurch trifft das Beleuchtungslicht das Feld des Leuchttischs aus nahezu senkrechter Richtung. Somit wird eine größere Variation an Beleuchtungswinkeln an den Fddpunkten des Leuchttisch innerhalb der primären Lichtkanäle vermieden, zumal ganzlich auf die Nutzung von streuenden optischen Elementen zur Homogenisierung in den primären Lichtkanälen verzichtet wird.
In einer Ausführungsform des Leuchttischs, sind in den durch die freien Bereiche um die Lichtquellenachsen definierten primären Lichtkanälen des Leuchttischs zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen und dem Feld des Leuchtichs weitere gekrümmte und teilverspiegelte Flächen vorhanden, welche anteilig Beleuchtungslicht aus den primären Lichtkanälen hin zu den gekrümmten und verspiegelten Flächen mit Winkeln von bis zu 50° gegenüber den Lichtquellenachsen ausspiegeln. Durch diese weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen innerhalb der primären Lichtkanäle wird anteilig Beleuchtungslicht aus den primären Lichtkanälen ausgekoppelt und zur Versorgung der durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen neben den Lichtquellenachsen definierten bzw. gebildeten sekundären Lichtkanäle genutzt
In einer weiteren Ausfuhrungsform des Leuchttischs sind die Lichtquellen durch sogenannte LEDs oder OLEDs gegeben und die lokalen Krümmungen der gekrümmten und verspiegelten Flächen sowie die lokalen Krümmungen der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen derart zueinander ausgelegt, dass Beleuchtungslicht, welches in den primären
Lichtkanälen nahe an der Lichtquellenachse verläuft und durch die genannten Flächen reflektiert wird, anschließend in den durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen definierten sekundären Lichtkanälen fern von der Lichtquellenachse verläuft und umgekehrt Durch diese Art der Umverteilung von Beleuchtungslicht in den sekundären Iichtkanälen wird erreicht, dass zuvor innerhalb des primären Lichtkanals nahe an der Lichtquellenachse verlaufendes Licht nach der Auskopplung in dem jeweiligen sekundären Lichtkanal fern der Lichtquellenachse verläuft Diese Art der Umverteilung ist insbesondere zur
Homogenisierung des Feldes von Leuchttischen mit LED oder OLED Lichtquellen sinnvoll, da diese Lichtquellen eine Abstrahlcharakteristik aufweisen, durch die das meiste Licht nahe um die Lichtquellenachse herum abgestrahlt wird. Ferner wird hierdurch auch dem
geometrischen Effekt entgegen gewirkt, dass die mit Licht zu versorgenden Flächenbereiche der sekundären Lichtkanäle in Ihrer Flächenausdehnung quadratisch vom Abstand zur jeweiligen Lichtquellenachse abhängen. In einer Ausführungsform des Leuchttischs sind zusätzlich die Reflektivitätseigenschaften entlang der teilverspiegelten Flachen so ausgelegt, dass um die Lichtquellenachsen herum höhere Reflektivitätswerte der teilverspiegelten Flächen vorliegen als an den Rändern der teilverspiegelten Flächen, so dass anteilig mehr Beleuchtungslicht aus den primären
Lichtkanälen ausgespiegelt wird, wenn dieses Beleuchtungslicht in den primären
Lichtkanälen vor der Ausspiegelung nahe an der Lichtquellenachse verläuft. Diese genannte Maßnahme dient nicht nur dazu, das Beleuchtungslicht von LED oder OLED Lichtquellen innerhalh der primären Lichtkanäle des Leuchttischs zu homogenisieren, indem dort in den primären Lichtkanälen das Beleuchtungslicht durch eine erhöhte Ausspiegelung reduziert wird, wo ohnehin schon zu viel Licht für eine Homogenisierung vorhanden ist, sondern auch dazu, die Ränder der sekundären Lichtkanäle mit dem meisten ausgekoppelten Licht zu versorgen. In einer weiteren Ausführungsform des Leuchttischs, sind die lokalen Krümmungen der gekrümmten und verspiegelten Flächen sowie die lokalen Krümmungen der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen derart zueinander ausgelegt, dass die ursprünglich durch die Licht-ablenkenden und / oder Licht-brechenden und / oder Licht-beugenden Mitteln in den primären Lichtkanälen erreichte Parallelität des Beleuchtungslichts zur
Lichtquellenachse von besser als 2° nach der anteiligen Ausspiegelung durch die weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen und der Umlenkung durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen im weiteren Verlauf in den sekundären Lichtkanälen erhalten bleibt Hierdurch wird erreicht, dass eine durch die Kollimationsmittel erreichte Parallelität des Beleuchtungslichts in den primären Lichtkanälen nicht wieder durch eine Ausspiegelung und Umlenkung in die sekundären Lichtkanälen zerstört wird.
In einer Ausfuhrungsform des Leuchttischs beträgt die Variation der Beleuchtungsintensität über das Feld des Leuchttischs weniger als 3 % der mittleren Beleuchtungsintensität des Feldes und die Variation der Beleuchtungswinkel an einem Punkt des Feldes weniger als 2° und der Leuchttisch weist eine maximale Bauhöhe von 10 cm auf. Hierdurch ist es möglich, einen Leuchttisch für Anwendungen in der Metrologie bereitzustellen, mit Hilfe dessen die Vermessung von Kanten und Bohrungen eines Werkstücks möglich ist und der sich aufgrund seiner geringen Bauhöhe auch für die Nachrüstung von Koordinatenmessgeräten eignet. In einer weiteren Ausführungsform des Leuchttischs sind die passierbaren freien Bereiche um die Lichtquellenachsen kreis- oder ellipsenförmig ausgebildet und die gekrümmten und verspiegelten Flächen stellen zusammenhängende stetig differenzierbare Flächenbereiche dar, wobei die genannten Flächenbereiche bienenwaben-artig oder kreis- bzw. dhpsenförmig berandet sind und an den Rändern zumindest teilweise aneinander stoßen. Hierdurch wird eine optimale Uberdeckung des Leuchttisches mit sekundären Lichtkanälen gewährleistet.
In einer Ausfuhrungsform des Leuchttischs sind die aneinander stoßenden gekrümmten und verspiegelten Flächen durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren und / oder durch eine Kalt- / Warmverformung und / oder durch Kunststoffipritzguss an einem einstückigen
Trägermaterial ausgebildet und die Oberflächenbeschichtung zur Verspiegelung der gekrümmten und verspiegelten Flächen ist durch ein Verfahren erfolgt, welches mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten
Oberflächenbeschichtung. Durch die genannten Verfahren und Prozessschritte ist eine kostengünstige Herstellung des Leuchttisches möglich. In einer weiteren Ausführungsfbrm des Leuchttischs umfasst das einstückige Trägermaterial ebenfalls die das Licht-ablenkende und / oder das Licht-brechende und / oder das Lichtbeugende Mittel des leuchttischs, wobei diese Mittel durch Kunststoffspritzguss und / oder durch ein Druck-/ Tiefziehdruckverfahren und / oder durch eine Kalt- / Warmverformung und / oder durch eine Oberflächenbeschichtung ausgebildet sind, wobei die Oberflächen- beschichtung mindestens einen Prozessschritt und / oder rnindestens einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung. Hierdurch ist es möglich, die
Kollimationsmittel kostengünstig an dem einstückigen Trägermaterial auszubilden anstatt jede Lichtquelle einzeln und separat mit einem eigenen Kollimationsmittel auszustatten.
In einer Ausführungsfbrm des Leuchttischs sind die weiteren gekrümmten und
teilverspiegelten Flächen ebenfalls durch Kunststoffspritzguss und / oder durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren und / oder durch eine Kalt- / Warmverformung an dein einstückigen Trägermaterial geformt, wobei die Oberflächenbeschichtung zur Verspiegelung der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen durch ein Verfahren erfolgt ist, welches mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtem, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung. Dadurch können alle für die Bildung der primären und sekundären Lichtkanäle notwendigen Flächen in dem einstückigen Trägermaterial ausgebildet werden, wodurch eine Endlosfertigung des Trägermaterials in Form einer Folien ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchttisch einen ND-Filter zur Reduktion der Variation der Beleuchtungsintensität über das auszuleuchtende Feld auf. Durch einen solchen Neutraldichtefilter (ND-Filter) ist es möglich, etwaige verbliebene Restinhomogenität in der Beleuchtungsintensitätsverteilung über das Feld des I^euchttisches zu eliminieren.
In einer Ausführungsform weist der Leuchttisch einen ND-Filter auf, wobei der ND-Filter an dem einstückigen Trägermaterial ausgebildet ist und durch eine Oberflächenbeschichtung erzeugt ist, wobei die Oberflächenbeschichtung mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtem,
Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung. Hierdurch lässt sich eine kostengünstige Erzeugung des ND-Filters realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Leuchttischs ist das einstückige Trägermaterial aus mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichem Material mit unterschiedlichen optischen Dichten zusammengefügt und die Lagen weisen entlang der lateralen Ausdehnung des Trägermaterials senkrecht zu den Lichtquellenachsen lokal variierende unterschiedliche geometrische Dicken auf. Durch die Verwendung von mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichem Material mit unterschiedlichen optischen Dichten mit lokal variierenden unterschiedlichen geometrischen Dicken können kostengünstig Licht-brechende optische Elemente in das einstückige Trägermaterial eingebracht werden. Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Koordinatenmessgerät zur Erfassung der Koordinaten eines Werkstücks umfassend wenigstens einen optischen Sensor und einen erfindungsgemäβen Leuchttisch zur Beleuchtung des Werkstücks während einer Messung der Koordinaten des Werkstücks mittels des wenigstens einen optischen Sensors.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die
erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen
Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Alisführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt Figur 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Durchtrittsbeleuchtung für die optische
Bilderfassung; Figur 3 eine schematische Darstellung der Lichtverteilung bei einem Raster
Lichtquellen mit Kollimationslinsen des Standes der Technik;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfuhrungsform eines
erfindungsgemäßen Leuchttischs;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfuhrungsförm des
erfindungsgemäßen Leuchttischs;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausfuhrungsförm;
Figur 7 eine schematische Darstellung einer vierten Ausfuhrungsförm; Figur 8 eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in Draufsicht;
Figur 9 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Anordnung einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform in Draufsicht und
Figur 10 eine perspektivische schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Variante der weiteren möglichen Ausführungsform gemäß Figur 9. Figur 1 zeigt rein beispielhaft ein Koordinatenmessgerät 24 in sogenannter Portalbauweise. Ebenso gebräuchlich sind in der Koordinatemnesstechnik Koordinatenmessgeräte in Brückenoder Ständerbauweise, sowie Mehrstellenmessgeräte oder Gelenkarm-
Koordinatenmessgeräte. Das Koordinatenmessgerät 24 weist einen Taststift 6 auf, der auswechselbar an einem
Tastkopf 5 befestigt ist und der gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung des Taststiftes 6 in den drei
Koordinatenrichtungen x, yund z wird über drei im Tastkopf 5 befindliche Messgeber erfasst Der Tastkopf 5 seinerseits kann in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt werden. Dazu weist die Portalmechanik eine Messeinheit 2 auf, die in der mit dem Pfeil y
bezeichneten Koordinatenrichtung gegenüber dem Messtisch 1 verfahren werden kann.
Entlang der den Messtisch 1 überspannenden Traverse des Messeinheit 2 wiederum ist der sogenannte Messschlitten 3 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung beweglich geführt Am Messschlitten 3 wiederum ist die Pinole 4 in der vertikalen mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung beweglich geführt, so dass der Tastkopf 5 über die Portalmechanik in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann. Die Vermessung eines
Werkstückes erfolgt nunmehr derart, dass der Taststift 6 das zu vermessende Werkstück 7 an vorgesehenen Messpunkten antastet, wobei im Tastkopf 5 die Auslenkung des Taststiftes 6 gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, yundz gemessen wird. Zusätzlich werden an den drei Irikrementalmaßstäben 8a-8c, die von optischen Ableseköpfen abgetastet werden, die aktuelle Position des Tastkopfes 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, yund z gemessen. Zur Ermittlung eines Messpunktes werden nunmehr die Maßstabsmesswerte 8a-8c mit den durch die Messgeber im Tastkopf 5 ermittelten
Taststiftauslenkungen komponentenrichtig verrechnet und hieraus ein Messpunkt generiert.
Um nunmehr komplexe Werkstücke mit einer komplexen Geometrie vermessen zu können, werden üblicherweise unterschiedliche Taststifte benötigt, die in einem nicht dargestellten Magazin vorgehalten werden und automatisiert über eine Wechsdeinrichtung am Tastkopf 5 eingewechselt werden können. Die unterschiedlichen Taststifte weisen üblicherweise einen oder mehrere Tasterschäfte auf, an deren Enden Antastkörper, wie beispielsweise eine Tastkugel oder ein Zyhnder befestigt sein können. Eine horizontale Bohrung beispielsweise wird man nur mit einem horizontal ausgerichteten Tasterschaft, d.h. mit einem sogenannten seitlich angeordneten Taststift 6, vermessen können, während eine vertikale Bohrung nur mit einem vertikal ausgerichteten Tasterschaft vermessen werden kann.
Die Steuerung des Messablaufes und der Antriebsmittel des Koordinatenmessgerätes, sowie die Aufnahme und Auswertung der hierbei ermittelten Messwerte erfolgt durch eine Steuer und Ausweiteeinheit 9, die hier in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft durch einen einzigen Rechner realisiert ist Die Steuer- und Auswerteeinheit 9 kann zusätzlich mit einem nicht dargestellten Bedienpult verbunden werden, mit dem über Bedienhebel das
Koordinatenmessgerät auch manuell in den Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann, sowie auch andere Funktionen, wie
eine Bedienung des Messprogramms vorgenommen werden können.
Alternativ zu einem Tastkopf S kann das Koordinatenmessgerät 24 der Figur 1 auch mit einem optischen Messsystem gemäß der Figur 2 ausgerüstet sein. Dieses optische Messsystem umfasst einen CCD- oder CMOS-Sensor oder ein sonstiges lichtempfindliches Array zur ortsaufgelösten Wandlung von Licht in auf Computern Speicher- und nutzbare Signale, ein Objektiv und ein Beleuchtungssystem. Das optische Messsystem kann zum Beispiel mit Hilfe des Koordinatenmessgeräts an die zu vermessende Stelle des Werkstücks gezielt verfahren werden. Dort werden anschließend mit Hilfe des CCD- oder CMOS-Sensors, des Objektivs und des Beleuchtungssystems Aufnahmen des Werkstücks getätigt Durch die Anwendung von Bildverarbeitungssoftware auf die getätigten Aufnahmen und unter Berücksichtigung der Maßstabsmesswerte 8a-8c des Koordinatenmessgeräts werden dann die Koordinaten der betrachteten relevanten Strukturen ausgegeben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch an anderen Typen von Koordinatenmessgeräten als dem in Figur 1 gezeigten Koordinatenmessgerät 24 in
Portalbauweise eingesetzt weiden kann, insbesondere bei Koordinatenmessgeräten in Brücken- oder Ständerbauweise.
Die Figur 2 zeigt exemplarisch ein optisches Messsystem für Koordinaterimessgeräte für die Aufnahme von Bildern eines Werkstücks 20 mittels einer CCD- oder CMOS-Kamera des Standes der Technik, wobei das Werkstück 20 mittels einer Durchlichtbeleuchtung mit Hilfe einer Lichtquelle 10 beleuchtet wird.
Die Durchlichtbeleuchtung gemäß Figur 2 wird vielfach für die Vermessung von
Außenkanten, Bohrungen oder Durchbrüchen von Werkstücken eingesetzt Auch flache Werkstücke wie Blechteile oder die zum Einmessen und Kalibrieren eingesetzten
Chromstrukturen auf Glas können mit der Durchlichtbeleuchtung gemäß Figur 2 durch eine Beleuchtung von der Rückseite des Werkstücks durch das Werkstück„hindurch" vermessen werden. Insbesondere bei der Vermessung von Außenkanten muss die Durchlichtbeleuchtung auf den Abbildungsstrahl engang abgestimmt werden. Je nach Bauart der
Durchhchtbeleuchtungseinheit (z.B. kritische oder Köhler' sche Beleuchtung) im Stand der Technik entsteht ein unterschiedlicher Öffnungswinkel (Apertur) des Beleuchtungslichts, welcher auf den Öffnungswinkel des verwendeten Objektivs abzustimmen ist Insbesondere bei der Verwendung von Zoomobjektiven sollte die Durchlichtbeleuchtungseinheit eine entsprechende Anpassung des Beleuchtungsöffnungswinkels an den veränderbaren
Öffnungswinkel des Zoomobjektivs gewährleisten. Von daher umfassen die
Durchlichtbeleuchtungseinheiten des Standes der Technik in der Regel aufwändige und variable Kondersoroptiken. Hingegen erlauben einfache und kostengünstige Leuchttische des Standes der Technik es nicht, dass der Beleuchtungswinkel am Leuchttischfeld an die Bedingungen des Objektivs angepasst wird. Insbesondere die Bereitstellung von kollimiertem Beleuchtungslicht ist bei solchen einfachen Leuchttischen des Standes der Technik nicht bekannt
Da in der Regel nur eine kleiner Teil der Merkmale eines Werkstücks mittels der
Durchlichtbeleuchtung messbar ist, sind zusätzlich Auflichtbeleuchtungen wie die Hellfeld- Auflichtbeleuchtung und die Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung bei Koordinatenmessgeräten des Standes der Technik im Einsatz.
Die Figur 3 zeigt exemplarisch die räumlichen Verhältnisse der Lichtverteilung bei
Leuchttischen des Standes der Technik anhand zweier nebeneinander liegender LED- Lichtquellen 13. Es ist deutlich zu erkennen, dass die eigentliche Leuchtfläche 17 der LED 13 sehr viel kleiner ist, als die Gesamtfläche der LED-Lichtquelle 13 und das die beiden LED- Lichtquellen 13 darüber hinaus beabstandet angeordnet sind. Der Abstand zwischen den LED-Lichtquellen 13 ergibt sich zum einen aus dem Platzbedarf elektrischer Zuleitungen und zum anderen bei Hochleistungs- LED-Iichtquellen aus dem für die Wärmeabiuhr benötigten Bauraum. Aus den genannten Gründen ist es daher nicht möglich durch den Einsatz von LED- Lichtquellen, eine homogen leuchtende Fläche ohne nicht-leuchtende Zwischenräume zu erzeugen. Bei der Anordnung von LED-Lichtquellen 13 gemäß Figur 3 wird das Beleuchtungshcht dadurch kollimiert, dass oberhalb der Lichtquellen 13 Linsen 29 angeordnet sind. Durch die Linsen 29 oder durch entsprechend diffiaktiv arbeitenden optische Elemente oder alternativ durch entsprechende Reflektoren, bei denen sich die Leuchtfläche 17 der LED-Lichtquellen 13 im Brennpunkt bzw. innerhalb der Kaustiken befindet, lässt sich das Beleuchtungslicht aus dem Emissionswinkelintervall der Lichtquellen 13 parallel ausrichten und damit kollimieren. Die sich hieraus ergebenden primären Lichtkanäle 27 des Leuchttischs sind in der Figur 3 gestrichelt hinterlegt Die Lichtkanäle 27 werden dabei durch die freien passierbaren Bereiche 25 definiert, welche entweder durch die optisch freien Bereiche der Linsen 29 oder durch die maximale Ausdehnung der Lichtkegel der Lichtquellen 13 gegeben sind, je nachdem welche davon begrenzend wirken. Grundsätzlich lässt sich mit diesem Ansatz bei der zusätzlichen Verwendung von Immersionsoptik bei der Anbindung der Linsen 29 an die Lichtquellen 13 die Ausbeute kollimiertem Lichts auf nahezu 100 % des von den Lichtquellen 13 emitierten Beleuchtungslichts steigern. Allerdings weist das durch die Linsen 29 kollirnierte
Beleuchtungslicht in einer Ebene oberhalb der Linsen 29 starke Inhomogenitäten über die betrachtete Ebene auf, wie sie in Figur 3 schematisch dargestellt sind. Es ist zu erkennen, dass zwischen den Lichtkanälen 27 kein Beleuchtungslicht vorhanden ist und dass selbst innerhalb der Lichtkanäle 27 das Licht sehr inhomogen verteilt ist Nahe der Zentren der Lichtkanäle und somit nahe der Lichtquellenachsen, die in den Zentren der Leuchtflächen 17 ihren Ausgang nehmen, ist das Beleuchtungslicht stark konzentriert Hingegen ist nur wenig Beleuchtungslicht an den Rändern der Lichtkanäle 27 vorhanden. Dies liegt vor allem daran, das LED Lichtquellen nicht in alle Raumrichtungen gleich viel Licht abgeben, solidem gezielt in den Bereich um die Lichtquellenachse herum ihr Licht abstrahlen. Durch
Kollimationsmittel wie eine Linse 29, ein difi&aktives optisches Element oder einen entsprechenden Reflektor lässt sich zwar das Licht einer LED Lichtquelle parallel ausrichten jedoch selbst innerhalb des hierdurch entstehenden Lichtkanals nicht gleichzeitig
homogenisieren. Ein andere Ansatz bei Leuchttischen mit LED-Lichtquellen besteht darin, Streuscheiben oder Streufolien statt Linsen oberhalb der LED-Lichtquellen zu verwenden, um im Fernfeld der Lichtquellen ein homogen beleuchtetes Leuchtfeld zu erzeugen. Bei diesem Ansatz wird zwar das Leuchttischfeld homogen ausgeleuchtet, jedoch leuchtet dieses Feld aufgrund der
Streuung diffus und somit nahezu in alle Richtungen oberhalb des Leuchttisches. Ein kolhmierter Strahlengang lässt sich hiermit für das Beleuchtungslicht nicht erreichen.
Somit kann bei Leuchttischen des Standes der Technik kostengünstig mit einfachen Mitteln entweder nur ein homogenes Leuchttischfeld oder nur ein kollimiertes
Beleuchtungsstrahlbündel ausgehend vom Leuchttischfeld eingestellt werden. Beide
Einstellungen zugleich mit kostengünstigen Maßnahmen vorzunehmen, ist im Stand der Technik nicht bekannt.
Die Figur 4 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäβen
Leuchttischs 11, welcher in der dargestellten Ausführungsfbrm ein einstückig ausgeführtes optisch transparentes Trägermaterial 43 umfasst Dabei kann das einstückige Trägermaterial 43 des Leuchttischs 11 kostengünstig mittels Kunststoffspritzguss, Druck- /
Tiefziehdruckverfahren oder durch Kalt- bzw. Warmverformung von Kunststoffbahnen hergestellt werden. Zunächst zeigt die Figur 4 wiederum die beiden LED-Lichtquellen 13 und den durch Linsen 29 kollimierten Strahlengang oberhalb der Lichtquellen 13 in Form von primären
Lichtkanälen 27 entsprechend der freien passierbaren Bereiche 25 analog zu Figur 3. Diese primären Lichtkanäle 27 sind in der Figur 4 ebenso wie in der Figur 3 durch kurze Striche graphisch hinterlegt. Die dargestellten Linsen 29 können zum Beispiel nach einer Prägung des Kunststoffes des einstückigen Trägermaterials 43 beim Kunststoffspritzguss oder bei der Kalt- bzw. Warmverformung kostengünstig mittels Tröpfchenabscheidung des
Linsenmaterials in die geplagten Vertiefungen des Kunststoffes erzeugt werden.
Die in Figur 4 dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 unterscheidet sich nun dadurch von einem Leuchttisch des Standes der Technik nach Figur 3, dass die Leuchtzentren 17 der Lichtquellen 13 die Ausgangspunkte von Lichtquellenachsen 19 darstellen, welche das auszuleuchtende Feld 15 senkrecht schneiden und wobei die Leuchtzentren 17 der Lichtquellen 13 einerseits und das auszuleuchtende Feld 15 andererseits einen Zwischenraum 21 im Inneren des Leuchttischs 11 begrenzen, wobei zwischen den Lichtquellenachsen 19 gekrümmte und verspiegelte Flächen 23 innerhalb des Zwischenraums vorhanden sind, deren Brennpunkte bzw. Kaustiken K sich innerhalb des Zwischenraums 21 zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 und dem auszuleuchtenden Feld 15 befinden.
Durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 zwischen den Lichtquellenachsen 19, die aufgrund der genannten Lage der Brennpunkte bzw. Kaustiken K zum auszuleuchtenden Feld 15 hin ausgerichtet sind, ist es möglich, den ansonsten ungenutzten Schattenbereich 33 zwischen den Lichtquellen 13 mit Beleuchtungslicht zu füllen und dabei gleichzeitig die Kollimation des Beleuchtungslichts beizubehalten. Somit ist es durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 möglich, sowohl die Homogenität des Leuchttischs 11 zu verbessern als auch die Kollimation des Beleuchtungslichts zu gewährleisten. Die durch die verspiegelten Flächen 23 mit Beleuchtungslicht versorgten Bereiche 33 werden im Rahmen dieser
Anmeldung als sogenannte sekundäre Lichtkanäle 33 bezeichnet In der Figur 4 ist der zentrale sekundäre Lichtkanal 33 zur Verdeutlichung der Iichtführung gepunktet hinterlegt
Zur Versorgung der sekundären Lichtkanäle 33 weisen die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 Oberflächenformen auf, deren lokale Krümmungen so ausgelegt sind, dass parallel zu den Lichtquellenachsen auf das Feld des Leuchttisch entgegen der Beleuchtungsrichtung des Leuchttischs einfallendes sichtbares Licht sich durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen in Brennpunkten bzw. in Kaustiken K oberhalb der Lichtquellen und oberhalb der gekrümmten und verspiegelten Flächen in dem Zwischenraum zwischen den Lichtquellen und dem Feld des Leuchttischs sammelt. D.h. mit anderen Worten, weder die Lichtquellen 13 noch die Leuchtzentren 17 der Lichtquellen 13 befinden sich in den Brennpunkten bzw. innerhalb der Kaustiken K der gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 des
erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 betrachtet bei senkrechtem Lichteinfall auf das
Leuchttischfeld aus dem Unendlichen. Die Lage der Kaustiken K ist in der Figur 4 durch eine für einen Spiegel 23 eingezeichnete Kaustik K, in der sich die gestrichelt dargestellten Lichtstrahlen für senkrechten Lichteinfall aus dem Unendlichen sammeln, ersichtlich.
Die in der Figur 4 dargestellten Lichtquellen 13 sind parallel in einem regelmäßigen ersten Muster mit Abständen von 0,2 cm bis 4 cm und die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 in einem mit dem ersten Muster korrespondierendem zweiten Muster seitlich versetzt zu den Lichtquellen 13 bzw. zu den Lichtquellelachsen 19 in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene angeordnet, so dass neben den gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 für Beleuchtungslicht passierbare freie Bereiche 25 um die Lichtquellenachsen 19 vorhanden sind. Diese Art des Aufbaus des Leuchttischs 11 ermöglicht es, dass das Beleuchtungslicht der Lichtquellen 13 ohne große Verluste entlang von ersten sogenannten primären
Lichtkanälen 27 auf das Feld 15 des Leuchttischs 11 trifft und dort für eine Ausleuchtung des Feldes 15 sorgt Bei dem in der Figur 4 dargestellten Leuchttisch 11 sind in diesen primären Lichtkanälen 27 des Leuchttischs 11 Licht-ablenkende und / oder Licht-brechende und / oder Licht-beugende Mittel 29 vorhanden, welche das Beleuchtungslicht innerhalb des primären Lichtkanals 27 parallel zur Lichtquellenachse 19 mit einer Parallelität von besser als 2° ausrichten, wobei die eingezeichneten Mittel 29 in der Figur 4 aus Linsen 29 gebildet sind. Ebenso könnten diese Mittel 29 gebildet sein aus der Gruppe: Kugelspiegel, Parabolspiegel, Hyperboloidspiegel, Ellipsoidspiegel, Linsen, Fresnell-Linsen, Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Wabenkondensatoren, diffraktive optische Elemente.
Durch die genannten Kollimationsmittel 29 wird es ermöglicht, dass das Beleuchtungslicht der Lichtquellen 13 in den primären Lichtkanälen 27 parallel ausgerichtet wird. Hierdurch trifft das Beleuchtungslicht das Feld 15 des Leuchttischs 11 aus nahezu senkrechter Richtung. Somit wird eine größere Variation an Beleuchtungswinkeln an den Feldpunkten des
Leuchttisch innerhalb der primären Lichtkanäle 27 vermieden, zumal gänzlich auf die Nutzung von streuenden optischen Elementen zur Homogenisierung in den primären
Lichtkanälen 27 beim erfindungsgemäBen Leuchttisch 11 verzichtet wird.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Leuchttisch 11 sind in den durch die freien Bereiche 25 um die Lichtquellenachsen 19 definierten primSren Lichtkanälen 27 des Leuchttischs 11 zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 und dem Feld 15 des Leuchtichs 11 weitere gekrümmte und teilverspiegelte Flächen 31 vorhanden, welche anteilig Beleuchtungslicht aus den primären Lichtkanälen 27 hin zu den gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 mit Winkeln von bis zu 50º gegenüber den Lichtquellenachsen 19 ausspiegeln. Durch diese weiteren gekrümmten und teüverspiegelten Flächen 31 innerhalb der primären Lichtkanäle 27 wird anteilig Beleuchtungslicht aus den primären Lichtkanälen 27 ausgekoppelt und zur Versorgung der durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 neben den
Lichtquellenachsen 19 definierten bzw. gebildeten sekundären Lichtkanälen 33 genutzt Dabei sind die Lichtquellen 13 des I.euchttischs 11 der Figur 4 beispielhaft durch sogenannte LEDs oder OLEDs gegeben und die lokalen Krümmungen der gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 sowie die lokalen Krümmungen der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen 31 sind derart zueinander ausgelegt, dass das Beleuchtungslicht, welches in den primären Lichtkanälen 27 nahe an der Lichtquellenachse 19 verläuft und durch die genannten Flachen 31 bzw.23 reflektiert wird, anschließend in den durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 definierten sekundären Lichtkanälen 33 fern von der
Iichtquellenachse verläuft und umgekehrt
Durch diese Art der Umverteilung von Beleuchtungslicht in den sekundären Lichtkanälen 33 wird erreicht, dass zuvor innerhalb des primären Lichtkanals 27 nahe an der
Lichtquellenachse 19 verlaufendes Licht nach der Auskopplung in dem jeweiligen sekundären Lichtkanal 33 fern der Lichtquellenachse verläuft. Diese Art der Umverteilung ist
insbesondere zur Homogenisierung des Feldes von Leuchttischen 11 mit LED oder OLED Lichtquellen 13 sinnvoll, da diese Lichtquellen 13 eine Abstrahlcharakteristik aufweisen, durch die das meiste Licht nahe um die Lichtquellenachse 19 herum abgestrahlt wird. Ferner wird hierdurch auch dem geometrischen Effekt entgegen gewirkt, dass die mit Licht zu versorgenden Flächenbereiche der sekundären Lichtkanäle 33 in Ihrer Flächenausdehnung quadratisch vom Abstand zur jeweiligen Lichtquellenachse 19 abhängen. Dabei sind zusätzlich die Reflektivitätseigenschaften entlang der teilverspiegelten Flächen 31 des Leuchttischs 11 der Figur 4 so ausgelegt, dass um die Lichtquellenachsen 19 herum höhere Reflektivitätswerte der teilverspiegelten Flächen 31 vorliegen als an den Rändern der teilverspiegelten Flächen 31, so dass anteilig mehr Beleuchtungslicht aus den primären Lichfkanälen 27 ausgespiegelt wird, wenn dieses Beleuchtungslicht in den primären
Lichtkanälen 27 vor der Ausspiegelung nahe an der Lichtquellenachse 19 verläuft. Diese genannte Maßnahme dient nicht nur dazu, das Beleuchtungshcht von LED oder OLED Lichtquellen 13 innerhalb der primären Lichtkanäle 27 des Leuchttischs 11 im Gegensatz zu Leuchttischen des Standes der Technik gemäß der Figur 3 zu homogenisieren, indem dort in den primären Lichtkanälen das Beleuchtungshcht durch eine erhöhte Ausspiegelung reduziert wird, wo ohnehin schon zu viel Licht für eine Homogenisierung vorhanden ist, sondern auch dazu, die Ränder der sekundären Lichtkanäle mit dem meisten ausgekoppelten Licht zu versorgen. Der Transmissionsverlauf der Beschichtung der Oberseite des einstückigen Trägermaterials 43 ist im oberen Teil der Figur 4 dargestellt Wird eine zu vernachlässigende Absorption in der Beschichtung vorausgesetzt, so stellt die Inverse der dargestellten
Transmissionskurve die Reflektionskurve der Beschichtung der Oberseite dar. Es ist anhand der dargestellten Kurve deutlich zu erkennen, dass im Zentrum um die Lichtquellenachse 19 eines primären Lichtkanals 27 herum die niedrigste Transmission und damit die höchste Reflektivität gegeben ist. Dabei ist der Verlauf innerhalb eines primären Lichtkanals 27 der Transmissionskurve so gewählt, dass der natürliche in Figur 3 dargestellte
Beleuchtungsintensitätsverlauf einer kollimierten LED-Lichtquelle homogenisiert, d.h. auf einen konstanten Wert innerhalb des primären Lichtkanals eingestellt wird. Ferner wird durch die höchste Reflektivität im Zentrum eines primären Lichtkanals 27 um die Lichtquellenachse 19 herum zusätzlich dafür gesorgt, dass die sekundären Lichtkanäle 33 mit ausreichend viel Licht versorgt werden. Im Gegensatz zu dem Transmissions- bzw. Reflektionsverlauf der gekrümmten und teilverspiegelten Flächen 31 ist die Reflektivität über die gekrümmten und verspiegelten Flachen 23 nahezu konstant bei fast 100 % Reflektivität. Der entsprechende Verlauf der Reflektivität für die Unterseite des Trägermaterials 43 ist im unteren Teil der Figur 4 ersichtlich.
Bei der in der Figur 4 dargestellten Ausführungsförm des erfindungsgemäßen leuchttischs 11, sind die lokalen Krümmungen der gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 sowie die lokalen Krümmungen der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flachen 31 derart zueinander ausgelegt, dass die ursprünglich durch die Iicht-ablenkenden und / oder Lichtbrechenden und / oder Licht-beugenden Mitteln 29 in den primären Lichtkanälen 27 erreichte Parallelität des Beleuchtungslichts zur Lichtquellenachse 19 von besser als 2° nach der anteiligen Ausspiegelung durch die weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen 31 und der Umlenkung durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 im weiteren Verlauf in den sekundären Lichtkanälen 33 erhalten bleibt. Hierdurch wird erreicht, dass eine durch die Kollimationsmittel 29 erreichte Parallelität des Beleuchtungslichts in den primären Lichtkanälen 27 nicht wieder durch eine Ausspiegelung und Umlenkung in die sekundären Lichtkanälen 33 zerstört wird.
Allerdings hat das zur Erläuterung der Erfindung dienende Ausführungsbeispiel der Figur 4 auch fertigungstechnische Nachteile. So muss die in der Figur 4 durch eine Lupe vergrößerte und mit einem Ausrufezeichen markierte Unstetigkeitsstelle in der oberen Fläche des
Trägermaterials 43 sehr genau auf die Lichtquellenachse 19 der jeweilig zugehörenden LED- Lichtquelle 13 positioniert werden, da ansonsten entweder zu viel Licht nach links oder zu viel Licht nach rechts verteilt wird. Dies würde eine angestrebte Homogenisierung
verhindern, zumal sich die Unstetigkeitsstelle an der Stelle höchster Intensität im
Strahlengang innerhalb des primären Lichtkanals 27 befindet und sie damit den größten Hebel für eine Rechts-Links-Asymmetrie bietet. Eine solche genaue Positionierung der
Unstetigkeitsstelle ist jedoch fertigungstechnisch sehr schwierig zu realisieren, da sowohl die Ungenauigkeiten der LED-Position als auch die Ungenauigkeiten des Fertigungsprozesses bei der Herstellung des Trägerelements 43 berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus wird auch das Beleuchtungslicht des primären Lichtkanals 27, welches durch die gekrümmten und teilverspiegelten Flächen 31 in der Nähe der Unstetigkeitsstelle hindurchtritt, durch die in der Umgebung der Unstetigkeitsstelle stark geneigten Flächen 31 gebrochen, so dass dort die zuvor erreichte Kollirnation wieder verloren geht.
Figur 5 zeigt nun schematisch verschiedene Möglichkeiten zur Behebung der, durch die Unstetigkeitsstelle in der Oberseite des Trägermaterials 43 aufgeworfenen Probleme. Die
Ausgangssituation der Figur 4 mit der Unstetigkeitsstelle in der Oberseite des Trägermaterials 43 ist dabei in der Figur 5 durch die durchgezogene Linie der Option a dargestellt Einerseits besteht nun die Möglichkeit die Unstetigkeitsstelle in der Oberseite (Option a) durch einen stetig differentierbaren Verlauf zu ersetzen und gleichzeitig einen Vorhalt in der
Oberflächenform der Kollimationslinse 29 vorzusehen. Dies ist in der Figur 5 als Option b gepunktet eingezeichnet Hierdurch werden zwar die Fertigungs- und
Positionierungsprobleme der Unstetigkeitsstelle der Oberseite erheblich reduziert, jedoch steigt der Fertigungsaufwand für die nun zumindest asphärische Linse 29. Alternativ zum Vorhalt in der Oberflächenform der Linse 29 und dem damit verbundenen Fertigungsaufwand kann jedoch weitere Material des Trägennaterials 43 auf der Oberseite abgeschieden oder angefügt werden, welches selbst eine in ihrem Verlauf reduzierte Unstetigkeitsstelle aufweist Dies ist in Figur 5 als strich-punktierte Option c dargestellt. Weitaus attraktiver ist es jedoch, ein weiteres Material mit geringerer optischer Dichte als das Trägermaterial 43 auf diesem abzuscheiden oder an diesem anzufügen. Bei entsprechender Wahl der optischen Dichten von Trägermaterial 43 und dem weiteren Material kann sogar die weitere reduzierte
Unstetigkeitsstelle auf der Oberseite des weiteren Materials gänzlich vermieden werden, so dass insgesamt ein Trägermaterial 43 aus mindestens zwei Lagen unterschiedlichen Materials resultiert, dessen Oberflächen eben ist Diese Situation ist in der Figur S durch die
durchgezogene und gerade Linie oberhalb der Option c dargestellt
Die Figur 6 zeigt nun exemplarisch einen Ausschnitt einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 umfassend ein ei-.istückiges Trägermaterial 43 bestehend aus drei Lagen 47, 49 und 51 aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen optischen Dichten. Es ist zu erkennen, dass die im Zusammenhang mit der Figur 4 diskutierte Unstetigkeitsstelle durch zwei übereinander liegende stetig differentierbare Stellen in den Grenzflächen zwischen dem Material 47 und dem Material 49 sowie zwischen dem Material 49 und dem Material 51 ersetzt wurde. Diese dargestellte Ausführungsförm ermöglicht eine ebene Oberfläche des einstückigen Trägermaterials 43, so dass zum Beispiel ein sogenannter Neutraldichtefilter (ND-Filter) 45 zur Korrektur lokaler Inhomogenitäten auf der Oberseite abgeschieden bzw. aufgebracht werden kann. Insbesondere kurzwellige
Transmissionsgradmodulationen, wie sie in Figur 6 im oberen Teil dargestellt sind, lassen sich mit Hilfe eines solchen Filters beseitigen. Des Weiteren lassen sich solche Filter 45 auch nachträglich abscheiden bzw. aufbringen, so dass mit Hilfe des ND-Filters 45 auch eine Endkorrektur des Leuchttischs 11 nach dessen Vermessung zur Überführung in eine
Abnahmespezifikation ermöglicht wird. Ferner wäre auch eine Rezept-Fertigung des ND- Filters 45 denkbar, so dass bestimmte kundenspezifische Beleuchtungsintensitätsverläufe dem Leuchttisch 11 verliehen werden können.
Die ebene Oberfläche des in der Figur 6 dargestellten Ausfuhnmgsbeispiels ermöglicht jedoch auch die Aufbringung oder Abscheidung weitere Funktionsschichten. Als solche wären Polarisatoren, Kurzpassfilter, Langpassfilter, Bandpassfilter oder sogenannte Vicuity-Filter denkbar. Daruber hinaus können auch Flüssigkristalloptiken zum Beispiel zur gezielten Veränderung der Abstrahlwinkel oder auch Pixelarrays zur pixelaufgelösten Variation der Transmission unmittelbar oberhalb der ebenen Oberfläche angebracht werden.
Die Figur 7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsfbrm des erfindungsgemäßen
Leuchttischs 11 umfassend ein einstückiges Trägermaterial 43 bestehend aus zwei Lagen 47, 49 aus unterschiedlichen Materialien mit den optischen Dichten nl und n2, bei dem alle relevanten und zuvor beschriebenen optischen Elemente und Flächen des erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 integriert sind. Zur Verdeutlichung der Funktionsweise sind in der Figur 7 die Lichtstrahlen a, b, b' und c eingezeichnet. Der entlang der Lichtquellenachse 19 der LED- Lichtquelle 13 von der Leuchtfläche 17 emittierte Lichtstrahl a gelangt ohne Ablenkung und nahezu ohne Abschwächung durch das einstückige Trägermaterial 43. Der zu dem Lichtstrahl a nur wenig seitlich versetzte Lichtstrahl b wird an der gekrümmten Grenzfläche der
Materialien 47 und 49 gebrochen und erreicht daher nicht auf geradem Weg das Feld des leuchttischs. Der Lichtstrahl b ist daher in seinem weiteren Verlauf in der Figur 7 durch ein x als nicht existierend markiert Der gebrochene Lichtstrahl b trifft allerdings bei seinem weiteren Weg durch das Material 49 schließlich auf die gekrümmte Oberseite des Materials 49, worauf sich eine teilverspiegelte Beschichtung befindet, welche den Lichtstrahl b anteilig in einen transnnttierenden Lichtstrahl b' und einen reflektierten Lichtstrahl c zerlegt Der reflektierte Lichtstrahl c wiederum wird durch eine reflektierende Beschichtung auf der gekrümmten Unterseite des Materials 47 zurück in Richtung des Leuchttischfeldes reflektiert. Das in der Figur 7 dargestellte einstückige Tragermaterial 43 lässt sich nun kostengünstig und fertigungstechnisch einfach durch Kalt- / Warmverformung bzw. durch Druck- /
Tiefziehdruck von Bahnen der Materialien 47 und 49 erzeugen oder durch entsprechende Spritzgiissverfahren abscheiden, wobei auch nur eines der Materialien 47 und 49 auf dem jeweilig anderen Material 47, 49 abgeschieden werden kann. Insbesondere die aneinander stoßenden gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchttischs lassen sich durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren bzw. durch Kalt- / Warmverformung an dem
einstückigen Trägermaterial 43 ausbilden, wobei die Oberflächenbeschichtung zur
Verspiegelung der gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 durch ein Verfahren erfolgt, welches mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton- Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung.
Besonders bevorzugt umfasst das einstückige Trägermaterial 43 der in Figur 7 dargestellten Ausführungsfbrm des erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 ebenfalls die das Licht-ablenkende und / oder das Licht-brechende und / oder das Licht-beugende Mittel 29 des Leuchttischs 11, wobei diese Mittel 29 durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren und / oder durch Kalt- / Warmverformung und / oder durch eine Oberflächenbeschichtung ausgebildet sind, wobei die Oberflächenbeschichtung mindestens einen Prozessschritt und / oder Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung.
Darüber hinaus können die weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen 31 des erfmdungsgemäßen Leuchttischs 11 der in Figur 7 dargestellten Alisführungsform ebenfalls durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren bzw. durch Kalt- / Warmverformung an dem einstückigen Trägermaterial 43 ausgebildet sein, wobei die Oberflächenbeschichtung zur Verspiegelung der weiteren gekrümmten und teUverspiegelten Flächen 31 durch ein
Verfahren erfolgt, welches mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung.
Ferner kann die in Figur 7 dargestellte Ausfuhrungsform des erfmdungsgemäßen Leuchttischs 11 entsprechend der Ausführungsform gemäß Figur 6 einen ND-Filter 45 zur Reduktion der Variation der Beleuchtungsintensität über das auszuleuchtende Feld 15 aufweisen. Dabei kann der ND-Filter 45 an dem einstückigen Trägermaterial 43 ausgebildet und durch eine
Oberflächenbeschichtung erzeugt sein, wobei die Oberflächenbeschichtung mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Splittern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Giauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten
Oberflächenbeschichtung.
Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 zeichnet sich insbesonder dadurch aus, dass das einstückige Trägennaterial 43 aus mindestens zwei Lagen 47, 49 aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen optischen Dichten nl , n2 zusammengefugt ist und die Lagen 47, 49 entlang der lateralen Ausdehnung des Trägermaterials 43 senkrecht zu den Lichtquellenachsen 19 lokal variierende unterschiedliche geometrische Dicken aufweisen. Die Figur 8 und die Figur 9 zeigen in einer Draufsicht mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Leuchttischs 11, wobei die passierbaren freien Bereiche 25 um die Lichtquellenachsen 19 kreis- oder ellipsenformig ausgebildet sind und die gekrümmten und verspiegelten Flachen 23 zusammenhängende stetig differenzierbare Flachenbereiche 37 darstellen, wobei die genannten Flächenbereiche 37 bienenwaben-artig 39 oder kreis- bzw. elhpsenformig 41 berandet sind und an den Rändern 39, 41 zumindest teilweise aneinander stoßen. Hierdurch wird eine optimale Überdeckung des I.euchttisches 11 mit sekundären Lichtkanälen 33 um die primären Lichtkanälen 27 herum gewährleistet
Die in Figur 8 und 9 in Draufsicht dargestellten Ausführungsformen können einer im
Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 7 diskutierten Ausführungsfbrmen entsprechen, sie können aber ferner auch anderen Ausführungsformen entsprechen, bei denen die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 analog dem Kunststoffboden einer Pralinenschachtel ausgeformt sind, welche in ihrem Zentrum in den passierbaren freien Bereichen 25
Kollimationslinsen 29 haltern entsprechend den Pralinen in einer Fralinenschachtel. Eine solche Ausrührungsform ist in der Figur 10 näher dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 nicht mehr rotationssymrnetrisch ausgeführt sondern orientieren sich an der bienenwaben-artigen Randstruktur. Alternativ zu einer Halterung von Kollimationslinsen 29 durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 können diese gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 zum Beispiel durch ein
Tiefziehdruckverfahren erzeugte Senken in Form von Rotations-Paraboloid-/ Hyperboloidoder Ellipsoid-Flächen innerhalb der passierbaren freien Bereiche 25 aufweisen, in deren freigeschnittenen Brennpunkten die LED-Lichtquellen positioniert werden können.
Hierdurch ließe sich analog zu einem Kunststoffboden einer Pralinenschachtel die primäre Struktur des erfindungsgemäßen Leuchttischs 11 mit den gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 kostengünstig erzeugen.
Die diskutierten Ausführungsformen des erfindungsgernäβen Leuchttischs 11 gewahrleisten eine Variation der Beleuchtungsintensität über das Feld 15 des Leuchttischs 11 von weniger als 3 % der mittleren Beleuchtungsintensität des Feldes 15 und eine Variation der
Beleuchtungswinkel an einem Punkt des Feldes (15) von weniger als 2°. Dabei können die erfindungsgemäßen Leuchttische 11 durch den Einsatz der gekrümmten und verspiegelten Flächen 23 auf eine maximale Bauhöhe von 10 cm begrenzt werden. Durch die gute Homogenität und die geringe Variation im Beleuchtungswinkel eignen sich die
erfindungsgemäßen Leuchttische insbesondere für Anwendungen in der Metrologie. Gerade durch die erzielbare geringe Bauhöhe ist es möglich, Koordinatenmessgerät 24 zur Erfassung der Koordinaten eines Werkstücks 7 entsprechend Figur 1 mit einem solchen
erfindungsgemäßen Leuchttisch 11 auszustatten bzw. nachzurüsten.

Claims

Patentansprüche:
1. I'uchttisch (11) geeignet für Anwendungen in der Metrologie umfassend mehrere Lichtquellen (13) und ein auszuleuchtendes Feld (15), wobei die Leuchtzentren (17) der Lichtquellen (13) die Ausgangspunkte von Lichtquellenachsen (19) darstellen, welche das auszuleuchtende Feld (15) senkrecht schneiden und wobei die
Leuchtzentren der Lichtquellen (17) einerseits und das auszuleuchtende Feld (15) andererseits einen Zwischenraum (21) im Inneren des Leuchttischs (11) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lichtquellenachsen (19) gekrümmte und verspiegelte Flächen (23) innerhalb des Zwischenraums (21) vorhanden sind, deren Brennpunkte bzw. Kaustiken (K) sich innerhalb des Zwischenraums (21) zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) und dem auszuleuchtenden Feld (15) befinden.
2. Leuchttisch (11) nach Anspruch 1, wobei die Lichtquellen (13) parallel in einem
regelmäßigen ersten Muster mit Abständen von 0,2 cm bis 4 cm angeordnet sind und wobei die gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) in einem mit dem ersten Muster korrespondierendem zweiten Muster seitlich versetzt zu den Lichtquellen (13) bzw. Lichtquellenachsen (19) angeordnet sind, so dass neben den gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) für Beleuchtungslicht passierbare freie Bereiche (25) um die Lichtquellenachsen (19) vorhanden sind.
3. I.euchttisch (11) nach Anspruch 2, wobei ausgehend von den Lichtquellen (13)
entlang der Lichtquellenachse (19) primäre Lichtkanäle (27) des Leuchttischs (11) vorhanden sind, deren Ausdehnung in einer Ebene senkrecht zu den optischen
Lichtquellenachsen (19) durch die passierbaren freien Bereiche (25) gegeben ist und wobei in diesen primären Lichtkanälen (27) des Leuchttischs (11) Licht-ablenkende und / oder Licht-brechende und / oder Licht-beugende Mittel (29) vorhanden sind, welche das Beleuchtungslicht innerhalb des primären Lichtkanals parallel zur Lichtquellenachse (19) mit einer Parallelität von besser als 2° ausrichten und wobei die Mittel (29) gebildet sind aus der Gruppe: Kugelspiegel, Parabolspiegel,
Hyperboloidspiegel, Ellipsoidspiegel, Linsen, Fresnell-Linsen, Zylinderlinsen, Mikrolinsen, Wabenkondensatoren, diffraktive optische Elemente.
4. Leuchttisch (11) nach Anspruch 2 oder 3, wobei in den durch die freien Bereiche (25) um die Lichtquellenachsen (19) definierten primären Lichtkanälen (27) des
Leuchttischs (11) zwischen den gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) und dem Feld des Leuchtichs (15) weitere gekrümmte und teilverspiegelte Flächen (31) vorhanden sind, welche anteilig Beleuchtungslicht aus den primären Lichtkanälen (27) hin zu den gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) mit Winkeln von bis zu 50° gegenüber den Lichtquellenachsen (19) ausspiegeln.
5. Leuchttisch (11) nach Anspruch 4, wobei die Lichtquellen (13) durch sogenannte LEDs oder OLEDs gegeben sind und die lokalen Krümmungen der gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) sowie die lokalen Krümmungen der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen (31) derart zueinander ausgelegt sind, dass
Beleuchtungslicht, welches in den primären Lichtkanälen (27) nahe an der
Lichtquellenachse (19) verläuft und durch die genannten Flächen reflektiert wird, anschließend in den durch die gekrümmten und verspiegelten Flachen (23) definierten sekundären Lichtkanälen (33) fern von der Lichtquellenachse (19) verläuft und umgekehrt 6. Leuchttisch (11) nach Anspruch 5, wobei zusätzlich die Reflektivitätseigenschaften entlang der teilverspiegelten Flächen (31) so ausgelegt sind, dass um die
Lichtquellenachsen (19) herum höhere Reflektivitätswerte der teilverspiegelten Flächen (31) vorliegen als an den Rändern der teilverspiegelten Flächen (31), so dass anteilig mehr Beleuchtungslicht aus den primären Lichtkanälen (27) ausgespiegelt wird, wenn dieses Beleuchtungslicht in den primären Lichtkanälen (27) vor der Ausspiegelung nahe an der Lichtquellenachse (19) verläuft 7. Leuchttisch (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die lokalen Krümmungen der gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) sowie die lokalen Krümmungen der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen (31) derart zueinander ausgelegt sind, dass die ursprünglich durch die Licht-ablenkenden und / oder licht-brechenden und / oder Licht-beugenden Mitteln (29) in den primären Lichtkanälen erreichte Parallelität des Beleuchtungslichts zur Lichtquellenachse (19) von besser als 2° nach der anteiligen Ausspiegelung durch die weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flächen (31) und der Umlenkung durch die gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) im weiteren Verlauf in den sekundären Lichtkanälen (33) erhalten bleibt 8. Leuchttisch (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Variation der Beleuchtungsintensität über das Feld (15) des Leuchttischs (11) weniger als 3 % der mittleren Beleuchtungsintensität des Feldes (15) und die Variation der
Beleuchtung» winkel an einem Punkt des Feldes (15) weniger als 2° beträgt und wobei der Leuchttisch (11) eine maximale Bauhöhe von 10 cm aufweist 9. Leuchttisch (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die passierbaren freien Bereiche (25) um die Lichtquellenachsen (19) kreis- oder ellipsenformig ausgebildet sind und die gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) zusammenhängende stetig differenzierbare Flächenbereiche (37) darstellen, wobei die genannten
Flächenbereiche (37) bienenwaben-artig (39) oder kreis- bzw. ellipsenformig (41) berandet sind und an den Rändern (39, 41) zumindest teilweise aneinander stoßen. 10. Leuchttisch (11) nach Anspruch 9, wobei die aneinander stoßenden gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren und / oder durch eine Kalt- / Warmverformung und / oder durch Kunststoffspritzguss an einem einstückigen Trägermaterial (43) ausgebildet sind und wobei die Oberflächen- beschichtung zur Verspiegelung der gekrümmten und verspiegelten Flächen (23) durch ein Verfahren erfolgt ist, welches mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive
Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten
Oberflächenbeschichtung. 11. Leuchttisch (11) nach Anspruch 10, wobei das einstückige Trägelmaterial (43)
ebenfalls die das Licht-ablenkende und / oder das Licht-brechende und / oder das Licht-beugende Mittel (29) des Leuchttischs (11) umfasst und diese Mittel (29) durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren und / oder durch eine Kalt- / Warmverformung und / oder durch Kunststoffspritzguss und / oder durch eine Oberflächenbeschichtung ausgebildet sind, wobei die Oberflächenbeschichtung mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern , Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung. 12. Leuchttisch (11) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flachen (31) ebenfalls durch ein Druck- / Tiefziehdruckverfahren und / oder durch Kunststofispritzguss und / oder durch eine Kalt- / Warmverformung an dem einstückigen Trägermaterial (43) ausgebildet sind und wobei die
Oberflächenbeschichtung zur Verspiegelung der weiteren gekrümmten und teilverspiegelten Flachen (31) durch ein Verfahren erfolgt ist, welches mindestens einen Prozessschritt und / oder einen Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe:
Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton- Lithographie sowie subtraktive Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten Oberflächenbeschichtung. 13. Leuchttisch (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend einen ND- Filter (45) zur Reduktion der Variation der Beleuchtungsintensität über das auszuleuchtende Feld (15). 14. Leuchttisch (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 aufweisend einen ND-Filter (45), wobei der ND-Filter (45) an dem einstückigen Trägermaterial (43) ausgebildet ist und durch eine Oberflächenbeschichtung erzeugt ist, wobei die
Oberflächenbeschichtung mindestens einen Prozessschritt und / oder einen
Verfahrensschritt umfasst aus der Gruppe: Lackieren, Bedampfen, Sputtern,
Abscheiden aus chemischer Lösung, Grauton-Lithographie sowie subtraktive
Verfahren zur örtlich variierend Entfernung einer zuvor aufgebrachten
OberflächenbescMchtung. 15. Leuchttisch (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 oder 14, wobei das einstückige Trägermaterial (43) aus mindestens zwei Lagen (47, 49) aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen optischen Dichten (nl , n2) zusammengefügt ist und die Lagen (47, 49) entlang der lateralen Ausdehnung des Tragermaterials (43) senkrecht zu den Lichtquellenachsen (19) lokal variierende unterschiedliche geometrische Dicken aufweisen. 16. Koordinatemnessgerät (24) zur Erfassung der Koordinaten eines Werkstücks (7) umfassend wenigstens einen optischen Sensor (5) und einen Leuchttisch (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Beleuchtung des Werkstücks (7) während einer Messung der Koordinaten des Werkstücks (7) mit dem optischen Sensor (5).
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3006890A4 (de) * 2013-05-28 2016-11-30 Shinko Denshi Kk Abmessungsmessvorrichtung
DE102016107900B4 (de) * 2016-04-28 2020-10-08 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kantenermittlung eines Messobjekts in der optischen Messtechnik
DE102016117262A1 (de) 2016-09-14 2018-03-15 Khs Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur telezentrischen Inspektion eines Objekts
DE102017113613B4 (de) * 2017-06-20 2022-01-27 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Optisches System und optisches Gerät mit einem solchen optischen System
KR102546320B1 (ko) * 2018-06-18 2023-06-22 삼성전자주식회사 구조광 프로젝터 및 이를 포함하는 전자 장치
CN110445973B (zh) * 2019-08-29 2021-02-26 Oppo广东移动通信有限公司 微透镜阵列的排布方法、图像传感器、成像系统及电子装置
DE102020128394B3 (de) * 2020-10-28 2022-01-27 Jenoptik Optical Systems Gmbh Kondensoreinheit zum Bereitstellen einer gerichteten Beleuchtung eines an einer Messobjektposition positionierten Messobjekts, Abbildungsvorrichtung sowie Verfahren zum Aufnehmen eines Schattenrisses wenigstens eines Messobjekts in einem Messfeld unter Verwendung einer Abbildungsvorrichtung sowie Verwendung eines Abschwächungselements

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4442787C1 (de) * 1994-12-01 1996-06-13 Zeiss Carl Jena Gmbh Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte
US6161940A (en) * 1998-11-05 2000-12-19 Optical Gaging Products, Inc. Large area collimated substage illuminators for gaging applications
DE20017739U1 (de) * 2000-10-16 2001-01-11 Mycrona Ges Fuer Innovative Me Vorrichtungen zur optischen Vermessung eines Objektes, mit einem Koordinatenmeßgerät mit Kamera
US20030202241A1 (en) * 2000-10-17 2003-10-30 Simon Blumel Optical device
JP2009176488A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Kanto Auto Works Ltd 車両用灯具
DE102011078287A1 (de) * 2011-06-29 2013-01-03 Zumtobel Lighting Gmbh Lichtlenkungselement
WO2013010718A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-24 Osram Ag A light source unit, a light engine having the light source unit and an illuminating apparatus

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5327195A (en) 1993-03-31 1994-07-05 Fotodyne Incorporated Transilluminator
US5347342A (en) 1993-03-31 1994-09-13 Fotodyne Incorporated Transilluminator
DE19819492A1 (de) 1998-04-30 1999-11-11 Leica Microsystems Meßgerät zur Vermessung von Strukturen auf einem transparenten Substrat
EP2420873A3 (de) * 2001-12-14 2013-01-16 QUALCOMM MEMS Technologies, Inc. Einförmiges Beleuchtungssystem
DE10250383B4 (de) 2002-10-29 2007-05-10 Diemount Gmbh Leuchtdiodenanordnung mit Reflektor
DE10308917A1 (de) 2003-02-28 2004-09-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauteil mit metallisiertem Reflektor
JP4457110B2 (ja) 2003-09-24 2010-04-28 パテント−トロイハント−ゲゼルシヤフト フユール エレクトリツシエ グリユーラムペン ミツト ベシユレンクテル ハフツング 改善された演色性を有するｌｅｄをベースとする高効率の照明系
DE102004015326A1 (de) 2004-03-30 2005-10-20 Leica Microsystems Vorrichtung und Verfahren zur Inspektion eines Halbleiterbauteils
US20060237658A1 (en) 2004-05-10 2006-10-26 Alex Waluszko Transilluminator with ultraviolet light emitting diode array
US20060030026A1 (en) 2004-08-03 2006-02-09 Gustavo Garcia Transilluminator having light emitting diode (LED) array
US8562802B1 (en) 2006-02-13 2013-10-22 Life Technologies Corporation Transilluminator base and scanner for imaging fluorescent gels, charging devices and portable electrophoresis systems
KR20080110039A (ko) 2007-06-14 2008-12-18 박현철 자외선 트랜스 일루미네이터
DE102011107893A1 (de) * 2011-07-18 2013-01-24 Heraeus Noblelight Gmbh Optoelektronisches Modul mit verbesserter Optik

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4442787C1 (de) * 1994-12-01 1996-06-13 Zeiss Carl Jena Gmbh Koordinatentisch für Koordinatenmeßgeräte
US6161940A (en) * 1998-11-05 2000-12-19 Optical Gaging Products, Inc. Large area collimated substage illuminators for gaging applications
DE20017739U1 (de) * 2000-10-16 2001-01-11 Mycrona Ges Fuer Innovative Me Vorrichtungen zur optischen Vermessung eines Objektes, mit einem Koordinatenmeßgerät mit Kamera
US20030202241A1 (en) * 2000-10-17 2003-10-30 Simon Blumel Optical device
JP2009176488A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Kanto Auto Works Ltd 車両用灯具
DE102011078287A1 (de) * 2011-06-29 2013-01-03 Zumtobel Lighting Gmbh Lichtlenkungselement
WO2013010718A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-24 Osram Ag A light source unit, a light engine having the light source unit and an illuminating apparatus

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