WO2015169329A1 - Coordinate measuring device for determining geometric properties of a measurement object - Google Patents

Coordinate measuring device for determining geometric properties of a measurement object Download PDF

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WO2015169329A1
WO2015169329A1 PCT/EP2014/059068 EP2014059068W WO2015169329A1 WO 2015169329 A1 WO2015169329 A1 WO 2015169329A1 EP 2014059068 W EP2014059068 W EP 2014059068W WO 2015169329 A1 WO2015169329 A1 WO 2015169329A1
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WO
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marking
coordinate measuring
measuring machine
viewing direction
imaging sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/059068
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Engel
Frank Richter
Thomas Frankenfeld
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Priority to DE112014006641.9T priority patent/DE112014006641A5/en
Publication of WO2015169329A1 publication Critical patent/WO2015169329A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a coordinate measuring machine for determining geometric properties of a measurement object, with a workpiece holder for positioning the measurement object, with an imaging sensor having a defined first viewing direction, wherein the imaging sensor is adapted to an image with defined measurement points to be detected on the measurement object, with a holding structure, which positions the imaging sensor in a defined position relative to the workpiece holder, with an evaluation and control unit, which is adapted to determine a geometric property of the measurement object based on the image with the defined measurement points , and with an optical deflection element, which is movably mounted, in order to deflect the first viewing direction to a variable second viewing direction.
  • a coordinate measuring machine is known for example from DE 38 34 1 17 A1.
  • a coordinate measuring machine according to the present invention is an automated or semi-automated operated measuring device, with the help of two- or three-dimensional coordinates of selected measuring points are determined on a measured object. The coordinates of several measuring points can then be used to determine geometric properties of the measuring object. For example, based on the measuring point coordinates spatial dimensions of holes, protrusions and other workpiece geometries can be determined. A complete SD coordinate measurement also allows a complete 3D reconstruction of a DUT.
  • coordinate measuring machines are used in quality assurance in the industrial production of products.
  • Coordinate measuring machines have a sensor which can be moved within a measuring volume defined by the holding structure relative to the workpiece holder.
  • the sensor is designed to detect defined measuring points on the measuring object on the workpiece holder.
  • the coordinates of the detected measuring points in the coordinate system of the coordinate measuring machine are determined based on the position of the sensor relative to the workpiece holder and on the basis of the position of the sensor relative to the detected measuring points.
  • Many coordinate measuring machines have tactile sensors, in particular in the form of a movably mounted probe element, with which the selected measuring points on the test object are physically touched.
  • non-contact sensors in particular optical sensors that record an image of the measurement object with the defined measurement points and provide for evaluation by the evaluation and control unit of the coordinate measuring machine.
  • the position of the sensor relative to the measuring points can be effected, for example, by laser triangulation in combination with the image recording, by a focus measuring method or, in certain cases, solely by means of image evaluation methods, such as edge detection.
  • the coordinate measuring machine is calibrated beforehand and the sensor position then results directly from the movement position of the holding structure and / or the workpiece holder. Coordinates in the recorded image, however, are determined using the image analysis. In principle, however, it is also possible for the position of the sensor to be determined from the image data, for example if the workpiece to be measured delivers a scale between two widely separated features which is greater than the size of the field of view of the sensor.
  • Optical imaging sensors typically have a defined viewing direction, which is determined by the optical elements of the sensor.
  • the entire sensor In order to vary the viewing direction of the sensor, it is known to arrange the entire sensor on a rotary and / or pivot joint, which in turn is attached to the support structure of the coordinate measuring machine. Thus, the entire imaging sensor can be rotated and / or pivoted.
  • a coordinate measuring machine is known for example from DE 40 26 942 A1.
  • the aforementioned DE 38 34 1 17 A1 discloses a coordinate measuring machine with an imaging sensor which is arranged above the workpiece holder and has a viewing direction vertically downwards.
  • the coordinate measuring machine has several front optics with which the viewing direction can be deflected.
  • a deflection mirror in the beam path serves to deflect the viewing direction by 90 °.
  • the lower part of the front optics with the deflection mirror can still be rotated about a vertical axis, so that the deflected second viewing direction can even be changed.
  • Another coordinate measuring machine with an imaging optical sensor whose viewing direction can be varied by means of a deflecting element is known from DE 10 2004 014 153 A1.
  • This coordinate measuring machine has an exchangeable optical system with a number of interchangeable lenses with different laser beam exit angles and image acquisition entrance angles.
  • the deflector can in some Embodiments be pivotally mounted at the distal end of a pipe section, so that the second, deflected viewing direction can be further varied.
  • the position of the rotatable or pivotable part relative to a defined reference point of the coordinate measuring must be determined as accurately as possible, so that the evaluation and control unit Coordinates of the selected measuring points within the coordinate system of the machine can be determined correctly.
  • rotary or angle encoders are arranged in or on the pivotable part for this purpose.
  • the rotary or angle encoders have a separate detector element, with the help of the rotational or angular position of an encoder disc can be determined.
  • Such encoders have proven themselves many times in rotary joints and pivot joints on coordinate measuring machines and also in other machines in which a rotational angle position has to be determined.
  • the known encoder systems require installation space in the region of the rotatable or pivotable part and they must be supplied with energy in order to be able to supply the position signals.
  • the energy input is unfavorable because the associated heating can affect the accuracy of the measurement results.
  • the encoder systems are one of many elements in the signal processing chain of the coordinate measuring machine, the accuracy of each element has an influence on the measurement accuracy of the coordinate measuring machine in total.
  • this object is achieved by a coordinate measuring machine of the type mentioned, in which an optically detectable mark along the first viewing direction and is operatively coupled to the deflecting element, wherein the evaluation and control unit is further adapted to determine a current position of the deflecting element based on the marking.
  • this object is achieved by an imaging sensor for a coordinate measuring machine for determining geometric properties of a measured object, with a defined first viewing direction, and with an optical deflecting element which is movably mounted to the first viewing direction to a variable deflecting second viewing direction, further comprising an optically detectable marking, which is arranged along the first viewing direction and is operatively coupled to the deflecting element, so that the imaging sensor is capable of taking an image with the marking, wherein the image with the mark is representative of a current position of the deflecting element
  • the new coordinate measuring machine and the corresponding imaging sensor thus have an optically detectable mark, which is arranged in the field of view of the imaging sensor whose viewing direction is deflected. Therefore, the imaging sensor can not only take a picture of the measurement object but also an image of the mark. Since the marking is operatively coupled to the movably mounted deflecting element, the image of the marking changes depending on the current position of the deflecting element.
  • the evaluation and control unit of the new coordinate measuring machine is able to determine the current position of the deflection element on the basis of the picture taken with the imaging sensor image of the marker. Accordingly, a special rotary or angle encoder for the deflection can be omitted.
  • the movably mounted deflecting element is, in preferred embodiments of the invention, a mirror, a half mirror, a prism or other optical element capable of redirecting an observation beam path of the imaging sensor.
  • the new optically detectable marking is arranged on this element or in the region of this element such that the shape and / or position of this marking in the recorded image depends on the current position of the deflection element.
  • the image of the mark taken with the imaging sensor changes depending on the current position of the movable deflection element. Therefore, the mark in the image is representative of the current operating position of the deflecting element and accordingly, the evaluation and control unit is capable of the current position of the deflecting element based on the Determine the image of the mark taken with the imaging sensor itself.
  • the imaging sensor of the new coordinate measuring machine therefore has a dual function. On the one hand, it serves - in a manner known per se - to take a picture of the measurement object.
  • the evaluation and control unit is - also in a conventional manner - in a position to determine characteristic properties of the measurement object based on this image.
  • the same imaging sensor now also serves to determine a current position of the deflection element, with which the viewing direction of the imaging sensor for receiving the measurement object can be varied.
  • the new coordinate measuring machine and a corresponding imaging sensor have the advantage that the current position of the deflecting element is virtually direct, i. without interposed further sensor elements to be determined. This allows high accuracy because the number of elements in the signal processing chain is reduced. The above object is therefore completely solved.
  • the marker is arranged on the deflecting element.
  • the marking is arranged in the region of the optically active surface of the deflection element and applied in particular on the optically active surface.
  • This refinement enables a very space-saving realization and a particularly high measuring accuracy, since the marking directly represents the position of the optical deflecting element. This is particularly true when the mark is applied to the optically active surface, since the position and / or shape of the Mark in the captured image is representative of the deflected second viewing direction directly.
  • the deflecting element has an opening, behind which the marking is arranged in the first viewing direction.
  • the imaging sensor can see the mark through the opening in the deflection element, the mark can not influence the properties of the optically effective surface of the deflection element.
  • the embodiment therefore has the advantage that the image acquisition is decoupled with respect to the measurement object from the position determination of the deflection element.
  • the marking can not influence the measuring picture recording.
  • the imaging sensor has an optical system with a defined focus area in the object space, wherein the mark is arranged outside the defined focus area, and wherein the evaluation and control unit includes a detection routine to the mark in one with the imaging sensor to identify the captured image.
  • the mark in the image recording is outside the range in which the sensor can provide a sharp image.
  • the marking is therefore displayed blurred.
  • the evaluation and control unit has a special detection routine that can identify and evaluate the features of the marking that are representative of the current position of the deflection element despite the fuzzy image.
  • the evaluation and control unit has a database in which a plurality of reference images of the fuzzy imaged mark are stored, so that the evaluation and control unit can identify the characteristic features of the marker using a pattern comparison and evaluate the database.
  • the detection routine includes algorithms that, in particular, can detect and evaluate periodic structures in the blurred image. The design has the advantage that the focus area that can be realized with the optics is completely available for the acquisition of the object to be measured. Therefore, this embodiment allows a large work area of the new coordinate measuring machine.
  • the imaging sensor has an optical system with a first and a second defined focus area, wherein the first focus area focuses on the marking and the second focus area focuses on the measurement object.
  • the coordinate measuring machine is able to selectively focus on the measurement object or on the marker.
  • the design facilitates a highly accurate determination of the current position of the deflecting element.
  • the optics is a zoom lens with a plurality of different magnifications and with a plurality of different focus areas, wherein a defined magnification and a defined focus area are independently selectable.
  • the new coordinate measuring machine offers great flexibility with regard to the performance of different measuring tasks.
  • An advantageous zoom optics according to this embodiment is, for example, in US
  • this embodiment has the advantage that the use of the variable deflection element considerably increases the field of application of such a zoom lens, because the zoom lens can only be pivoted very heavily due to its weight and its external dimensions.
  • the marking allows a very space-saving and highly accurate variation and determination of the viewing direction of such a zoom optics. The advantages of the present invention therefore occur particularly clearly in this embodiment.
  • the large working range of such a zoom optics also favors the optional introduction of a deflecting element.
  • the marker has a defined two-dimensional shape, in particular a circle and / or a polygon.
  • the two-dimensional shape is symmetrical to a rotational or pivot axis of the deflecting element or symmetrical to an axis extending parallel thereto, and / or if the marking has a plurality of marking features, which are arranged at a distance from each other, at least 50% and advantageously at least 70% of the corresponding dimension of the deflecting element (measured parallel to the distance of the marking elements) is.
  • the embodiments have the advantage that a distortion / deformation of the marker due to a change in position of the deflector can be detected and evaluated fairly easily and with high reliability and accuracy. This is especially true for a symmetrical shape.
  • a circle is advantageous in the case of a pivotable deflection element, since it represents an ellipse at an oblique viewing angle, which provides two orthogonal principal axes for evaluation.
  • the accuracy of position determination increases with increasing base length for the measurement, determination of distances between two distant marker features is very advantageous.
  • the marker has a periodic structure with at least two periods.
  • This embodiment is particularly advantageous when the mark is outside the focus range of the optics, since periodic structures can be identified in blurred images with high accuracy by determining the "fundamental" of the periodic structure, which also in a blurred image.
  • a periodic structure contains redundant information that can be advantageously evaluated to increase the accuracy of the measurement.
  • the marking has refractive, diffractive and / or holographic-optical structures.
  • the markers can be arranged very advantageous in the field of view of the optical sensor.
  • the elements make it possible to determine a current position of the deflecting element with a high degree of accuracy, since in these cases even slight changes in position of the deflecting element can cause great changes in the marking in the recorded image.
  • the coordinate measuring machine and the imaging sensor have a plurality of different deflection elements which are interchangeable, each deflection of the plurality of deflection elements having an individual marking which identifies the respective deflection element.
  • the various deflecting elements each have an optically detectable mark, which is not only designed to determine the current position of the deflecting element as such. Rather, the individual marking allows a unique identification of the respective deflecting element and thus a distinction from the other deflecting elements of the sentence.
  • the various deflecting elements taken separately, are rigidly mounted, so that a variation of the viewing direction is achieved solely by the replacement of an individual deflecting element against another. The above-mentioned movable storage is therefore equated with the interchangeability of the deflecting elements.
  • the replaceable deflecting elements can themselves be movably mounted, whereby an even greater variety of variations is provided.
  • An individual marking for each replaceable deflecting element which is recorded with the aid of the imaging sensor itself and evaluated in the evaluation and control unit, advantageously contributes to reducing measurement errors and ensuring a consistently high measuring accuracy.
  • the coordinate measuring machine and the imaging sensor have a light source which selectively illuminates the marking in order to make the marking on the imaging sensor detectable.
  • This embodiment has the advantage that the marking can be "hidden” in a simple manner, as soon as the position of the deflecting element is determined. The recording of an image of the measurement object can then take place practically uninfluenced by the marking.
  • This embodiment helps to decouple the image recording for the measurement of a measurement object and the image recording for the determination of the current position of the deflection element from each other in order to reduce any influences of the marking on the measurement accuracy when measuring a workpiece.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the new coordinate measuring machine with an imaging sensor according to the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the imaging sensor in the coordinate measuring machine according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the optical deflection element with markings for the image sensor according to FIG. 2, FIG.
  • Fig. 5 is a schematic representation for explaining a further embodiment.
  • a coordinate measuring machine according to an embodiment of the invention is designated in its entirety by the reference numeral 10.
  • the coordinate measuring machine 10 has a workpiece holder 12, which is realized here in the form of a cross table (X-Y table).
  • the workpiece holder 12 serves to position a measuring object 14 (see FIG. 2), from which geometric properties are determined with the aid of the coordinate measuring machine 10.
  • the workpiece holder 12 has in this case an upper part 16 which is movably mounted on two guide rails 18 in a first direction. Typically, this first direction is called the X-axis.
  • the guide rails 18 are arranged on a lower part 20 which is movably mounted on further guide rails (not visible in FIG. 1) in a second spatial direction. Typically, this second spatial direction is referred to as Y-axis.
  • a workpiece positioned on the workpiece holder 12 can accordingly be moved in two mutually orthogonal spatial directions X and Y.
  • the reference numeral 22 denotes a column on which a carriage 24 is movably mounted in a third spatial direction.
  • the third spatial direction is usually referred to as the Z direction.
  • the carriage 24 carries here an optical sensor 26 and also a tactile sensor 28.
  • the coordinate measuring machine 10 is a so-called multi-sensor coordinate measuring machine, which makes it possible to detect selected measuring points on a measuring object in different ways.
  • the present invention is not limited to such coordinate measuring machines and can equally be applied to coordinate measuring machines having only an optical imaging sensor.
  • the invention is not limited to coordinate measuring machines with the support structure for the optical sensor 26 shown here.
  • the reference numeral 30 denotes an evaluation and control unit, which is arranged here on the fixed column 22.
  • the evaluation and control unit 30 serves to bring the respectively used sensor 26, 28 into a desired measuring position relative to a measuring object on the workpiece holder 12.
  • the evaluation and control unit 30 is able to determine coordinates of selected measuring points on the measuring object 14 and, subsequently, geometric properties of the measuring object.
  • the evaluation and control unit can be divided into two separate components, wherein in particular the evaluation unit is then realized as a separate computer.
  • the second lens group 42, third lens group 44, fourth lens group 46, and aperture 48 are each slidable parallel to the optical axis / line of sight 40, as indicated by four vertical double-headed arrows.
  • the second lens group 42, third lens group 44, fourth lens group 46 and diaphragm 48 are each arranged on a carriage (not shown here in detail).
  • the carriages are mounted on one or more guide rails 50 and can be moved via one or more drives 52, so that the respective position of the lens groups 42, 44, 46 and the diaphragm 48 along the optical axis 40 can be varied.
  • an advantageous zoom lens in which a plurality of different magnifications and a multiplicity of different focus areas in the object space can be set largely independently of one another.
  • this zoom lens again referred to the above-mentioned US 2014/0043470 A1, which is incorporated herein by reference again.
  • the third lens group 44 and the diaphragm 48 may in some embodiments be coupled together, which is at the expense of individual adjustability, but allows a simpler and less expensive construction.
  • Reference numeral 54 denotes a camera chip having a multiplicity of picture elements, which are arranged in particular like a matrix.
  • the camera chip 54 makes it possible to record an object image which is imaged onto the camera chip 54 by the optics formed by the lens groups 38, 42, 44, 46 and the diaphragm 48.
  • the first viewing direction 40 of the sensor 26 in the coordinate measuring machine 10 is vertically from top to bottom.
  • the image sensor 26 thus sees vertically from top to bottom on the workpiece holder 12. If a workpiece 14 is to be measured, in which selected measuring points 56 are accessible only from the side, the workpiece 14 would have to be positioned on the workpiece holder 12 such that the Point measuring points 56 upwards. This is not possible in all cases without repositioning the measurement object to record all desired measurement points. For this reason, the coordinate measuring machine 10 has an optical deflection element 60, which deflects the first viewing direction 40 to a second viewing direction 62.
  • the deflection element 60 is shown here in simplified form as a mirror surface, which is arranged at an angle to the first viewing direction / optical axis 40.
  • the deflecting element 60 is pivotable about a pivot axis 64, which is indicated by the double arrow 66. By pivoting the deflecting element 60 about the axis 64, the second viewing direction 62 can be varied, which is indicated by the further double arrow 68.
  • the deflecting element 60 may be a prism or a multi-part optical system consisting of prismatic and / or mirror surfaces in further embodiments. Furthermore, it is conceivable in further exemplary embodiments that the deflection element 60 as such is arranged rigidly in the housing 70 of a lens attachment 72. In these embodiments, the new coordinate measuring machine and the corresponding imaging sensor include a plurality of lens attachments 72, 72 ', in each of which different deflecting elements 60 are arranged, which allow different second viewing directions 62. A variation of the second viewing direction can therefore be achieved in these exemplary embodiments in that an optical deflecting element 60 can be attached to the objective body 36 in an exchangeably movable manner.
  • the deflection element 60 can be rotatable about an axis which is arranged parallel to the first viewing direction / optical axis 40, which is indicated here by means of the double arrow 74.
  • the first viewing direction 40 of the imaging sensor 26 can be deflected to a variable second viewing direction 62 so that the sensor 26 can detect measuring points 56 on a measuring object 14 which are difficult or impossible to access along the first viewing direction 40 ,
  • the evaluation and control unit 30 can correctly determine the recorded measuring points 56 in the coordinate system of the coordinate measuring machine 10.
  • this is realized with the aid of a marking 80 which, in some embodiments, can be applied directly on the surface of the deflecting element 60 facing the camera chip 54.
  • the marker 80 may have a two-dimensional shape including, in particular, a circle 80a, 80d.
  • the marking 80 can have further two-dimensional shapes, as shown in FIG. 3 by way of example with reference to the squares 80b, 80e and with reference to the triangles 80c, 80f.
  • the marker 80 includes a plurality of different shape elements, as illustrated by the circles 80a, 80d, squares 80b, 80e, and triangles 80c, 80f. At least some of these shaped elements are advantageously symmetrical about an axis 82 which lies parallel to the pivot axis 84 or another movement axis of the deflection element 60.
  • the marker 80 includes a grid of mutually orthogonal lines.
  • the grating forms a periodic structure with a plurality of periods 88, which is particularly advantageous when the marking 80 on the deflection element 60 is outside the focus area 84 of the sensor 26 (see FIG. 1) and accordingly by the optics of the sensor imaging sensor can only be shown blurred.
  • the optics of the sensor 26 has a plurality of different focus areas 84, 86, so that it is possible to selectively focus on the marker 80 by means of the optics , In these cases, a sharp image of the mark 80 can be recorded and evaluated with the aid of the camera chip 54.
  • the evaluation and control unit 30 preferably includes a special detection routine (indicated in Fig. 1 by the processor 32) adapted thereto to identify the individual characteristics of the fuzzy imaged marker 80. This can be realized particularly advantageously in combination with a marking 80 having a periodic structure with at least two periods, the optically detectable period in the recorded image of the marking 80 varying as a function of the current position of the deflection element 60.
  • the marker 80 is realized with the aid of refractive, diffractive and / or holographic-optical structures. Such structures change the light incident in the optics of the sensor 26 as a function of the current position of the deflection element 60.
  • the coordinate measuring device 10 and the corresponding sensor 26 have a special light source 90 for illuminating the marker 80.
  • FIG Marker 80 can only be detected using the sensor 26 when the light source 90 is activated so that the marker 80 can optionally be made detectable. This is especially true for those cases in which the mark 80 is realized by means of diffractive structures.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of another embodiment of a lens attachment 72 with a movably mounted deflecting element 60 according to another embodiment.
  • the deflecting element 60 has one or more openings 92.
  • the marking 80 is here - as seen in the first viewing direction - arranged behind the opening 92.
  • the clear inner diameter of the opening 92 is smaller than the mark 80, so that only a portion of the mark 80 can be received through the opening 92 by means of the sensor 26 in each case.
  • the respective recordable section depends on the current position of the deflecting element 60, which can be realized, for example, by the marking 80 having a structure that changes along its lateral extent.
  • the marker 80 may include a periodic structure whose period increases or decreases in one or more lateral directions, similar to a frequency modulated signal. Based on the respective section of the marking 80 visible through the opening 92, the current deflection position of the deflection element 60 can then be determined with the aid of the sensor 26.
  • the marking visible in each case through the opening 92 can show a section of a continuous periodic structure, the information about the current deflection position of the deflection element being coded in the phase position visible through the opening 92.
  • the respectively visible section of the marking may include a digital coding, for example in the form of a binary coded number, which is representative of the current deflection position.
  • the sharpness level for the structure 80 is known and largely retained during pivoting of the deflecting element 60.
  • marks would remain on the deflector on the axis of rotation in the focal plane, while others outside the axis of rotation then move with increasing rotation from the plane of sharpness of the axis of rotation.

Abstract

The invention relates to a coordinate measuring device for determining geometric properties of a measurement object (14) comprising a workpiece holder for positioning the measurement object (14) and an imaging sensor (26), which has a defined first viewing direction (40). The imaging sensor (26) can sense an image having defined measurement points (56) on the measurement object (14). An evaluation and control unit determines a geometric property of the measurement object (14) on the basis of the image having the defined measurement points (56). A movably supported optical redirecting element (60) redirects the first view direction (40) to a variable second viewing direction (62). Along the first viewing direction (40), an optically detectable marking (80) is arranged and is operationally coupled to the redirecting element (60) such that the evaluation and control unit can determine a current position of the redirecting element (60) on the basis of the marking (80).

Description

Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von geometrischen  Coordinate measuring machine for determining geometric
Eigenschaften eines Messobjekts  Properties of a DUT
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, mit einer Werkstückaufnahme zum Positionieren des Messobjekts, mit einem bildgebenden Sensor, der eine definierte erste Blickrichtung besitzt, wobei der bildgebende Sensor dazu ausgebildet ist, ein Bild mit definierten Messpunkten an dem Messobjekt zu erfassen, mit einer Haltestruktur, die den bildgebenden Sensor in einer definierten Position relativ zu der Werkstückaufnahme positioniert, mit einer Auswerte- und Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, eine geometrische Eigenschaft des Messobjekts anhand des Bildes mit den definierten Messpunkten zu bestimmen, und mit einem optischen Umlenkelement, das beweglich gelagert ist, um die erste Blickrichtung auf eine variable zweite Blickrichtung umzulenken. The present invention relates to a coordinate measuring machine for determining geometric properties of a measurement object, with a workpiece holder for positioning the measurement object, with an imaging sensor having a defined first viewing direction, wherein the imaging sensor is adapted to an image with defined measurement points to be detected on the measurement object, with a holding structure, which positions the imaging sensor in a defined position relative to the workpiece holder, with an evaluation and control unit, which is adapted to determine a geometric property of the measurement object based on the image with the defined measurement points , and with an optical deflection element, which is movably mounted, in order to deflect the first viewing direction to a variable second viewing direction.
[0002] Ein solches Koordinatenmessgerät ist beispielsweise aus DE 38 34 1 17 A1 bekannt. [0003] Ein Koordinatenmessgerät im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine automatisiert oder teilautomatisiert betriebene Messvorrichtung, mit deren Hilfe zwei- oder dreidimensionale Koordinaten von ausgewählten Messpunkten an einem Messobjekt bestimmt werden. Anhand der Koordinaten von mehreren Messpunkten lassen sich dann geometrische Eigenschaften des Messobjekts bestimmen. Beispielsweise können anhand der Messpunktkoordinaten räumliche Abmessungen von Bohrungen, Vorsprüngen und anderen Werkstückgeometrien bestimmt werden. Eine vollständige SD-Koordinatenmessung ermöglicht darüber hinaus eine vollständige 3D-Rekonstruktion eines Messobjekts. Typischerweise werden Koordinatenmessgeräte in der Qualitätssicherung bei der industriellen Herstellung von Produkten eingesetzt. Such a coordinate measuring machine is known for example from DE 38 34 1 17 A1. A coordinate measuring machine according to the present invention is an automated or semi-automated operated measuring device, with the help of two- or three-dimensional coordinates of selected measuring points are determined on a measured object. The coordinates of several measuring points can then be used to determine geometric properties of the measuring object. For example, based on the measuring point coordinates spatial dimensions of holes, protrusions and other workpiece geometries can be determined. A complete SD coordinate measurement also allows a complete 3D reconstruction of a DUT. Typically, coordinate measuring machines are used in quality assurance in the industrial production of products.
[0004] Koordinatenmessgeräte besitzen einen Sensor, der innerhalb eines von der Haltestruktur definierten Messvolumens relativ zu der Werkstückaufnahme verfahren werden kann. Der Sensor ist dazu ausgebildet, definierte Messpunkte an dem Messobjekt auf der Werkstückaufnahme zu erfassen. Die Koordinaten der erfassten Messpunkte im Koordinatensystem des Koordinatenmessgerätes werden anhand der Position des Sensors relativ zu der Werkstückaufnahme und anhand der Position des Sensors relativ zu den erfassten Messpunkten bestimmt. Viele Koordinatenmessgeräte besitzen taktile Sensoren, insbesondere in Form eines beweglich gelagerten Tastelements, mit dem die ausgewählten Messpunkte am Messobjekt physisch angetastet werden. Darüber hinaus gibt es verschiedene berührungslos arbeitende Sensoren, insbesondere optische Sensoren, die ein Bild des Messobjekts mit den definierten Messpunkten aufnehmen und zur Auswertung durch die Auswerte- und Steuereinheit des Koordinatenmessgerätes bereitstellen. Die Position des Sensors relativ zu den Messpunkten kann beispielsweise durch Lasertriangulation in Kombination mit der Bildaufnahme, durch ein Fokusmessverfahren oder - in bestimmten Fällen - allein anhand von Bildauswerteverfahren, wie etwa einer Kantendetektion, erfolgen. Generell wird das Koordinatenmessgerät zuvor eingemessen und die Sensorposition ergibt sich dann unmittelbar aus der Verfahrposition der Haltestruktur und/oder der Werkstückaufnahme. Koordinaten im aufgenommenen Bild werden hingegen mit Hilfe der Bildauswertung bestimmt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Position des Sensors aus den Bilddaten bestimmt wird, etwa wenn das Werkstück, das zu vermessen ist, zwischen zwei weit voneinander entfernten Merkmalen einen Maßstab liefert, der größer ist als die Größe des Gesichtsfeldes des Sensors. [0005] Optische bildgebende Sensoren besitzen typischerweise eine definierte Blickrichtung, die durch die optischen Elemente des Sensors bestimmt ist. Um die Blickrichtung des Sensors variieren zu können, ist es bekannt, den gesamten Sensor an einem Dreh- und/oder Schwenkgelenk anzuordnen, welches seinerseits an der Haltestruktur des Koordinatenmessgerätes befestigt ist. Somit kann der gesamte bildgebende Sensor gedreht und/oder verschwenkt werden. Ein solches Koordinatenmessgerät ist beispielsweise aus DE 40 26 942 A1 bekannt. Coordinate measuring machines have a sensor which can be moved within a measuring volume defined by the holding structure relative to the workpiece holder. The sensor is designed to detect defined measuring points on the measuring object on the workpiece holder. The coordinates of the detected measuring points in the coordinate system of the coordinate measuring machine are determined based on the position of the sensor relative to the workpiece holder and on the basis of the position of the sensor relative to the detected measuring points. Many coordinate measuring machines have tactile sensors, in particular in the form of a movably mounted probe element, with which the selected measuring points on the test object are physically touched. In addition, there are various non-contact sensors, in particular optical sensors that record an image of the measurement object with the defined measurement points and provide for evaluation by the evaluation and control unit of the coordinate measuring machine. The position of the sensor relative to the measuring points can be effected, for example, by laser triangulation in combination with the image recording, by a focus measuring method or, in certain cases, solely by means of image evaluation methods, such as edge detection. In general, the coordinate measuring machine is calibrated beforehand and the sensor position then results directly from the movement position of the holding structure and / or the workpiece holder. Coordinates in the recorded image, however, are determined using the image analysis. In principle, however, it is also possible for the position of the sensor to be determined from the image data, for example if the workpiece to be measured delivers a scale between two widely separated features which is greater than the size of the field of view of the sensor. Optical imaging sensors typically have a defined viewing direction, which is determined by the optical elements of the sensor. In order to vary the viewing direction of the sensor, it is known to arrange the entire sensor on a rotary and / or pivot joint, which in turn is attached to the support structure of the coordinate measuring machine. Thus, the entire imaging sensor can be rotated and / or pivoted. Such a coordinate measuring machine is known for example from DE 40 26 942 A1.
[0006] Schwierigkeiten bereitet hier, dass das Dreh-/Schwenkgelenk in der Lage sein muss, das ganze Gewicht des bildgebenden Sensors in den unterschiedlichen Dreh- oder Schwenkpositionen mit einer hohen Positioniergenauigkeit zu halten. Je größer und schwerer der Sensor ist, desto größer und schwerer muss das Dreh- /Schwenkgelenk dazu sein. Große und schwere Maschinenkomponenten beeinträchtigen allerdings die Dynamik der Maschine, was gegebenenfalls zu unerwünscht langen Messzeiten führt. Difficulties here are that the rotary / pivot joint must be able to hold the whole weight of the imaging sensor in the different rotational or pivotal positions with a high positioning accuracy. The bigger and heavier the sensor is, the bigger and heavier the rotary joint has to be. However, large and heavy machine components affect the dynamics of the machine, which may lead to undesirably long measurement times.
[0007] Die eingangs genannte DE 38 34 1 17 A1 offenbart ein Koordinatenmessgerät mit einem bildgebenden Sensor, der über der Werkstückaufnahme angeordnet ist und eine Blickrichtung senkrecht nach unten besitzt. Um Messaufgaben durchführen zu können, bei denen die Oberfläche des Messobjekts andere Blickrichtungen erfordert, besitzt das Koordinatenmessgerät mehrere Frontoptiken, mit denen die Blickrichtung umgelenkt werden kann. In einem Ausführungsbeispiel dient ein Umlenkspiegel im Strahlengang zur Umlenkung der Blickrichtung um 90°. In einigen Ausführungsbeispielen kann der untere Teil der Frontoptik mit dem Umlenkspiegel noch um eine vertikale Achse gedreht werden, so dass die umgelenkte zweite Blickrichtung sogar verändert werden kann. The aforementioned DE 38 34 1 17 A1 discloses a coordinate measuring machine with an imaging sensor which is arranged above the workpiece holder and has a viewing direction vertically downwards. In order to be able to perform measurement tasks in which the surface of the measurement object requires different viewing directions, the coordinate measuring machine has several front optics with which the viewing direction can be deflected. In one exemplary embodiment, a deflection mirror in the beam path serves to deflect the viewing direction by 90 °. In some embodiments, the lower part of the front optics with the deflection mirror can still be rotated about a vertical axis, so that the deflected second viewing direction can even be changed.
[0008] Ein weiteres Koordinatenmessgerät mit einem bildgebenden optischen Sensor, dessen Blickrichtung mit Hilfe eines Umlenkelements variiert werden kann, ist aus DE 10 2004 014 153 A1 bekannt. Dieses Koordinatenmessgerät besitzt ein Wechseloptiksystem mit einer Anzahl von Wechseloptiken mit unterschiedlichen Laserstrahlaustrittswinkeln und Bildaufnahmeeintrittswinkeln. Das Umlenkelement kann in einigen Ausführungsbeispielen schwenkbar am distalen Ende eines Rohrstücks angeordnet sein, so dass die zweite, umgelenkte Blickrichtung weiter variiert werden kann. Another coordinate measuring machine with an imaging optical sensor whose viewing direction can be varied by means of a deflecting element is known from DE 10 2004 014 153 A1. This coordinate measuring machine has an exchangeable optical system with a number of interchangeable lenses with different laser beam exit angles and image acquisition entrance angles. The deflector can in some Embodiments be pivotally mounted at the distal end of a pipe section, so that the second, deflected viewing direction can be further varied.
[0009] In allen Fällen, in denen der Sensor als Ganzes oder ein optisches Umlenkelement gedreht oder verschwenkt werden, muss die Position des dreh- oder verschwenkbaren Teils relativ zu einem definierten Bezugspunkt des Koordinatenmessgerates möglichst exakt bestimmt werden, damit die Auswerte- und Steuereinheit die Koordinaten der ausgewählten Messpunkte innerhalb des Koordinatensystems der Maschine korrekt bestimmt kann. Üblicherweise werden für diesen Zweck Dreh- oder Winkelgeber in oder an dem verschwenkbaren Teil angeordnet. Die Dreh- oder Winkelgeber besitzen ein separates Detektorelement, mit dessen Hilfe die Dreh- oder Winkelposition einer Encoderscheibe bestimmt werden kann. Solche Geber haben sich in Dreh-/Schwenk- gelenken an Koordinatenmessgeräten und auch bei anderen Maschinen, bei denen eine Drehwinkelposition bestimmt werden muss, vielfach bewährt. Die bekannten Gebersysteme benötigen allerdings Bauraum im Bereich des dreh- oder schwenkbaren Teils und sie müssen mit Energie versorgt werden, um die Positionssignale liefern zu können. Der Energieeintrag ist ungünstig, weil die damit verbundene Erwärmung die Genauigkeit der Messergebnisse beeinträchtigen kann. Darüber hinaus sind die Gebersysteme eines von vielen Elementen in der Signalverarbeitungskette des Koordinatenmessgerätes, wobei die Genauigkeit jedes einzelnen Elements Einfluss auf die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgerätes insgesamt hat. In all cases in which the sensor is rotated or pivoted as a whole or an optical deflection element, the position of the rotatable or pivotable part relative to a defined reference point of the coordinate measuring must be determined as accurately as possible, so that the evaluation and control unit Coordinates of the selected measuring points within the coordinate system of the machine can be determined correctly. Usually rotary or angle encoders are arranged in or on the pivotable part for this purpose. The rotary or angle encoders have a separate detector element, with the help of the rotational or angular position of an encoder disc can be determined. Such encoders have proven themselves many times in rotary joints and pivot joints on coordinate measuring machines and also in other machines in which a rotational angle position has to be determined. The known encoder systems, however, require installation space in the region of the rotatable or pivotable part and they must be supplied with energy in order to be able to supply the position signals. The energy input is unfavorable because the associated heating can affect the accuracy of the measurement results. In addition, the encoder systems are one of many elements in the signal processing chain of the coordinate measuring machine, the accuracy of each element has an influence on the measurement accuracy of the coordinate measuring machine in total.
[0010] Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, ein Koordinatenmessge- rät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die effektiv wirksame Blickrichtung des bildgebenden Sensors auf einfache, kostengünstige und genaue Weise bestimmt werden kann. Against this background, it is desirable to provide a coordinate measuring apparatus of the type mentioned above, in which the effectively effective viewing direction of the imaging sensor can be determined in a simple, cost-effective and accurate manner.
[0011] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine optisch detektierbare Markierung entlang der ersten Blickrichtung angeordnet und mit dem Umlenkelement betrieblich gekoppelt ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Position des Umlenkelements anhand der Markierung zu bestimmen. [0012] Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe durch einen bildgebenden Sensor für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts gelöst, mit einer definierten ersten Blickrichtung, und mit einem optischen Umlenkelement, das beweglich gelagert ist, um die erste Blickrichtung auf eine variable zweite Blickrichtung umzulenken, ferner mit einer optisch detektier- baren Markierung, die entlang der ersten Blickrichtung angeordnet und mit dem Umlenkelement betrieblich gekoppelt ist, so dass der bildgebende Sensor in der Lage ist, ein Bild mit der Markierung aufzunehmen, wobei das Bild mit der Markierung für eine aktuelle Position des Umlenkelements repräsentativ ist According to one aspect of the present invention, this object is achieved by a coordinate measuring machine of the type mentioned, in which an optically detectable mark along the first viewing direction and is operatively coupled to the deflecting element, wherein the evaluation and control unit is further adapted to determine a current position of the deflecting element based on the marking. According to a further aspect, this object is achieved by an imaging sensor for a coordinate measuring machine for determining geometric properties of a measured object, with a defined first viewing direction, and with an optical deflecting element which is movably mounted to the first viewing direction to a variable deflecting second viewing direction, further comprising an optically detectable marking, which is arranged along the first viewing direction and is operatively coupled to the deflecting element, so that the imaging sensor is capable of taking an image with the marking, wherein the image with the mark is representative of a current position of the deflecting element
[0013] Das neue Koordinatenmessgerät und der entsprechende bildgebende Sensor besitzen also eine optisch detektierbare Markierung, die im Sichtfeld des bildgebenden Sensors angeordnet ist, dessen Blickrichtung umgelenkt wird. Der bildgebende Sensor kann daher nicht nur ein Bild von dem Messobjekt aufnehmen, sondern auch ein Bild der Markierung. Da die Markierung mit dem beweglich gelagerten Umlenkelement betrieblich gekoppelt ist, verändert sich das Bild der Markierung in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Umlenkelements. Die Auswerte- und Steuereinheit des neuen Koordinatenmessgerätes ist in der Lage, die aktuelle Position des Umlenkelements anhand des mit dem bildgebenden Sensor aufgenommenen Bildes der Markierung zu bestimmen. Dementsprechend kann ein spezieller Dreh- oder Winkelgeber für das Umlenkelement entfallen. The new coordinate measuring machine and the corresponding imaging sensor thus have an optically detectable mark, which is arranged in the field of view of the imaging sensor whose viewing direction is deflected. Therefore, the imaging sensor can not only take a picture of the measurement object but also an image of the mark. Since the marking is operatively coupled to the movably mounted deflecting element, the image of the marking changes depending on the current position of the deflecting element. The evaluation and control unit of the new coordinate measuring machine is able to determine the current position of the deflection element on the basis of the picture taken with the imaging sensor image of the marker. Accordingly, a special rotary or angle encoder for the deflection can be omitted.
[0014] Das beweglich gelagerte Umlenkelement ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ein Spiegel, ein Halbspiegel, ein Prisma oder ein anderes optisches Element, das in der Lage ist, einen Beobachtungsstrahlengang des bildgebenden Sensors umzulenken. An diesem Element oder im Bereich dieses Elements ist die neue optisch detektierbare Markierung so angeordnet, dass die Form und/oder Position dieser Markierung in dem aufgenommenen Bild von der aktuellen Position des Umlenkelements abhängt. Mit anderen Worten verändert sich das mit dem bildgebenden Sensor aufgenommene Bild der Markierung in Abhängigkeit von der aktuellen Position des beweglichen Umlenkelements. Daher ist die Markierung in dem Bild repräsentativ für die aktuelle Betriebsstellung des Umlenkelements und dementsprechend ist die Auswerte- und Steuereinheit in der Lage, die aktuelle Position des Umlenkelements anhand des Bildes der Markierung zu bestimmen, das mit dem bildgebenden Sensor selbst aufgenommen wurde. The movably mounted deflecting element is, in preferred embodiments of the invention, a mirror, a half mirror, a prism or other optical element capable of redirecting an observation beam path of the imaging sensor. The new optically detectable marking is arranged on this element or in the region of this element such that the shape and / or position of this marking in the recorded image depends on the current position of the deflection element. In other words, the image of the mark taken with the imaging sensor changes depending on the current position of the movable deflection element. Therefore, the mark in the image is representative of the current operating position of the deflecting element and accordingly, the evaluation and control unit is capable of the current position of the deflecting element based on the Determine the image of the mark taken with the imaging sensor itself.
[0015] Der bildgebende Sensor des neuen Koordinatenmessgerätes besitzt daher eine Doppelfunktion. Einerseits dient er - in an sich bekannter Weise - dazu, ein Bild von dem Messobjekt aufzunehmen. Die Auswerte- und Steuereinheit ist - ebenfalls in an sich bekannter Weise - in der Lage, charakteristische Eigenschaften des Messobjekts anhand dieses Bildes zu bestimmen. Darüber hinaus dient derselbe bildgebende Sensor nun aber auch dazu, eine aktuelle Position des Umlenkelements zu bestimmen, mit dem die Blickrichtung des bildgebenden Sensors zur Aufnahme des Messobjekts variiert werden kann. The imaging sensor of the new coordinate measuring machine therefore has a dual function. On the one hand, it serves - in a manner known per se - to take a picture of the measurement object. The evaluation and control unit is - also in a conventional manner - in a position to determine characteristic properties of the measurement object based on this image. In addition, the same imaging sensor now also serves to determine a current position of the deflection element, with which the viewing direction of the imaging sensor for receiving the measurement object can be varied.
[0016] Durch den möglichen Entfall eines separaten Dreh- oder Winkelgebers für das Umlenkelement kann das neue Koordinatenmessgerät bzw. ein entsprechender bildgebender Sensor kostengünstig realisiert werden. Des Weiteren kann der Wärmeeintrag in den für die Messgenauigkeit relevanten Teil des bildgebenden Sensors minimiert werden. Darüber hinaus besitzen das neue Koordinatenmessgerät und ein entsprechender bildgebender Sensor den Vorteil, dass die aktuelle Position des Umlenkelements quasi direkt, d.h. ohne zwischengeschaltete weitere Sensorelemente, bestimmt werden. Dies ermöglicht eine hohe Genauigkeit, da die Anzahl der Elemente in der Signalverarbeitungskette reduziert ist. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst. Due to the possible omission of a separate rotary or angle sensor for the deflecting the new coordinate measuring machine or a corresponding imaging sensor can be realized inexpensively. Furthermore, the heat input in the part of the imaging sensor relevant for the measurement accuracy can be minimized. In addition, the new coordinate measuring machine and a corresponding imaging sensor have the advantage that the current position of the deflecting element is virtually direct, i. without interposed further sensor elements to be determined. This allows high accuracy because the number of elements in the signal processing chain is reduced. The above object is therefore completely solved.
[0017] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Markierung an dem Umlenkelement angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Markierung im Bereich der optisch wirksamen Fläche des Umlenkelements angeordnet und insbesondere auf der optisch wirksamen Fläche aufgebracht. In a preferred embodiment of the invention, the marker is arranged on the deflecting element. In some embodiments, the marking is arranged in the region of the optically active surface of the deflection element and applied in particular on the optically active surface.
[0018] Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr platzsparende Realisierung und eine besonders hohe Messgenauigkeit, da die Markierung die Position des optischen Umlenkelements direkt repräsentiert. Dies gilt in besonderem Maße, wenn die Markierung auf der optisch wirksamen Fläche aufgebracht ist, da hier die Position und/oder Form der Markierung in dem aufgenommenen Bild unmittelbar für die umgelenkte zweite Blickrichtung repräsentativ ist. This refinement enables a very space-saving realization and a particularly high measuring accuracy, since the marking directly represents the position of the optical deflecting element. This is particularly true when the mark is applied to the optically active surface, since the position and / or shape of the Mark in the captured image is representative of the deflected second viewing direction directly.
[0019] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Umlenkelement eine Öffnung auf, hinter der die Markierung in der ersten Blickrichtung angeordnet ist. In a further embodiment, the deflecting element has an opening, behind which the marking is arranged in the first viewing direction.
[0020] In dieser Ausgestaltung kann der bildgebende Sensor die Markierung zwar durch die Öffnung im Umlenkelement sehen, aber die Markierung kann die Eigenschaften der optisch wirksamen Fläche des Umlenkelements nicht beeinflussen. Die Ausgestaltung besitzt daher den Vorteil, dass die Bildaufnahme in Bezug auf das Messobjekt von der Positionsbestimmung des Umlenkelements entkoppelt ist. Die Markierung kann die Messbildaufnahme nicht beeinflussen.. In this embodiment, although the imaging sensor can see the mark through the opening in the deflection element, the mark can not influence the properties of the optically effective surface of the deflection element. The embodiment therefore has the advantage that the image acquisition is decoupled with respect to the measurement object from the position determination of the deflection element. The marking can not influence the measuring picture recording.
[0021] In einer weiteren Ausgestaltung hat der bildgebende Sensor eine Optik mit einem definierten Fokusbereich im Objektraum, wobei die Markierung außerhalb des definierten Fokusbereichs angeordnet ist, und wobei die Auswerte- und Steuereinheit eine Erkennungsroutine beinhaltet, um die Markierung in einem mit dem bildgebenden Sensor aufgenommenen Bild zu identifizieren. In a further embodiment, the imaging sensor has an optical system with a defined focus area in the object space, wherein the mark is arranged outside the defined focus area, and wherein the evaluation and control unit includes a detection routine to the mark in one with the imaging sensor to identify the captured image.
[0022] In dieser Ausgestaltung liegt die Markierung bei der Bildaufnahme außerhalb des Bereichs, in den der Sensor ein scharfes Bild liefern kann. Die Markierung wird folglich unscharf abgebildet. Um die aktuelle Position des Umlenkelements trotzdem anhand des Bildes der Markierung bestimmen zu können, besitzt die Auswerte- und Steuereinheit eine spezielle Erkennungsroutine, die die für die aktuelle Position des Umlenkelements repräsentativen Merkmale der Markierung trotz der unscharfen Abbildung identifizieren und auswerten kann. In einigen Ausführungsbeispielen besitzt die Auswerte- und Steuereinheit eine Datenbank, in der eine Vielzahl von Referenzbildern der unscharf abgebildeten Markierung hinterlegt sind, so dass die Auswerte- und Steuereinheit die charakteristischen Merkmale der Markierung mit Hilfe eines Mustervergleichs identifizieren und anhand der Datenbank auswerten kann. In anderen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Erkennungsroutine Algorithmen, die insbesondere periodische Strukturen in dem unscharfen Bild erkennen und auswerten können. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der mit der Optik realisierbare Fokusbereich vollständig für die Aufnahme des Messobjekts zur Verfügung steht. Daher ermöglicht diese Ausgestaltung einen großen Arbeitsbereich des neuen Koordinatenmessgerätes. In this embodiment, the mark in the image recording is outside the range in which the sensor can provide a sharp image. The marking is therefore displayed blurred. In order to still be able to determine the current position of the deflection element on the basis of the image of the marking, the evaluation and control unit has a special detection routine that can identify and evaluate the features of the marking that are representative of the current position of the deflection element despite the fuzzy image. In some embodiments, the evaluation and control unit has a database in which a plurality of reference images of the fuzzy imaged mark are stored, so that the evaluation and control unit can identify the characteristic features of the marker using a pattern comparison and evaluate the database. In other embodiments, the detection routine includes algorithms that, in particular, can detect and evaluate periodic structures in the blurred image. The design has the advantage that the focus area that can be realized with the optics is completely available for the acquisition of the object to be measured. Therefore, this embodiment allows a large work area of the new coordinate measuring machine.
[0023] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der bildgebende Sensor eine Optik mit einem ersten und einem zweiten definierten Fokusbereich, wobei der erste Fokusbereich auf die Markierung und der zweite Fokusbereich auf das Messobjekt scharf stellt. In a further embodiment, the imaging sensor has an optical system with a first and a second defined focus area, wherein the first focus area focuses on the marking and the second focus area focuses on the measurement object.
[0024] In dieser Ausgestaltung ist das Koordinatenmessgerät in der Lage, wahlweise auf das Messobjekt oder auf die Markierung scharf zu stellen. Die Ausgestaltung erleichtert eine hochgenaue Bestimmung der aktuellen Position des Umlenkelements. In this embodiment, the coordinate measuring machine is able to selectively focus on the measurement object or on the marker. The design facilitates a highly accurate determination of the current position of the deflecting element.
[0025] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Optik eine Zoomoptik mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Vergrößerungen und mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Fokusbereichen, wobei eine definierte Vergrößerung und ein definierter Fokusbereich unabhängig voneinander wählbar sind. In a further embodiment, the optics is a zoom lens with a plurality of different magnifications and with a plurality of different focus areas, wherein a defined magnification and a defined focus area are independently selectable.
[0026] In dieser Ausgestaltung bietet das neue Koordinatenmessgerät eine große Flexibilität in Bezug auf die Durchführung von unterschiedlichen Messaufgaben. Eine vorteilhafte Zoomoptik nach dieser Ausgestaltung ist beispielsweise in US In this embodiment, the new coordinate measuring machine offers great flexibility with regard to the performance of different measuring tasks. An advantageous zoom optics according to this embodiment is, for example, in US
2014/0043470 A1 beschrieben, die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besitzt diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Verwendung des variablen Umlenkelements den Einsatzbereich einer solchen Zoomoptik erheblich vergrößert, weil die Zoomoptik aufgrund ihres Gewichts und ihrer äußeren Abmessungen nur sehr schwer verschwenkt werden kann. Andererseits ermöglicht die Markierung eine sehr platzsparende und hochgenaue Variation und Bestimmung der Blickrichtung einer solchen Zoomoptik. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung treten daher in dieser Ausgestaltung besonders deutlich zu Tage. Der große Arbeitsbereich einer solchen Zoomoptik begünstigt zudem die wahlweise Einbringung eines Umlenkelements. [0027] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Markierung eine definierte zweidimensionale Form auf, insbesondere einen Kreis und/oder ein Vieleck. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die zweidimensionale Form symmetrisch zu einer Dreh- oder Schwenkachse des Umlenkelements oder symmetrisch zu einer parallel dazu verlaufenden Achse ist, und/oder wenn die Markierung mehrere Markierungsmerkmale aufweist, die mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, der zumindest 50% und vorteilhaft zumindest 70% der entsprechenden Abmessung des Umlenkelements (gemessen parallel zu dem Abstand der Markierungselemente) beträgt. 2014/0043470 A1, which is incorporated herein by reference. In connection with the present invention, this embodiment has the advantage that the use of the variable deflection element considerably increases the field of application of such a zoom lens, because the zoom lens can only be pivoted very heavily due to its weight and its external dimensions. On the other hand, the marking allows a very space-saving and highly accurate variation and determination of the viewing direction of such a zoom optics. The advantages of the present invention therefore occur particularly clearly in this embodiment. The large working range of such a zoom optics also favors the optional introduction of a deflecting element. In a further embodiment, the marker has a defined two-dimensional shape, in particular a circle and / or a polygon. Furthermore, it is advantageous if the two-dimensional shape is symmetrical to a rotational or pivot axis of the deflecting element or symmetrical to an axis extending parallel thereto, and / or if the marking has a plurality of marking features, which are arranged at a distance from each other, at least 50% and advantageously at least 70% of the corresponding dimension of the deflecting element (measured parallel to the distance of the marking elements) is.
[0028] Die Ausgestaltungen besitzen den Vorteil, dass eine Verzerrung/Verformung der Markierung infolge einer Positionsänderung des Umlenkelements recht einfach und mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit erkannt und auswertet werden kann. Dies gilt insbesondere für eine symmetrische Form. Ein Kreis ist bei einem verschwenkbaren Umlenkelement von Vorteil, da er sich bei einem schrägen Betrachtungswinkel als Ellipse darstellt, die zwei orthogonale Hauptachsen zur Auswertung bereitstellt. Da die Genauigkeit der Positionsbestimmung zudem mit zunehmender Basislänge für die Messung steigt, ist eine Bestimmung von Abständen zwischen zwei weit entfernten Markierungsmerkmalen sehr vorteilhaft. Generell ist es vorteilhaft, wenn die Markierungsmerkmale verschieden voneinander sind, so dass die Auswerteeinheit diese Markierungsmerkmale eindeutig erkennen kann, um dann in einem weiteren Schritt die Dreh- und/oder Schwenkposition zu bestimmen. The embodiments have the advantage that a distortion / deformation of the marker due to a change in position of the deflector can be detected and evaluated fairly easily and with high reliability and accuracy. This is especially true for a symmetrical shape. A circle is advantageous in the case of a pivotable deflection element, since it represents an ellipse at an oblique viewing angle, which provides two orthogonal principal axes for evaluation. In addition, since the accuracy of position determination increases with increasing base length for the measurement, determination of distances between two distant marker features is very advantageous. In general, it is advantageous if the marking features are different from each other, so that the evaluation unit can clearly recognize these marking features, in order then to determine the turning and / or swiveling position in a further step.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Markierung eine periodische Struktur mit zumindest zwei Perioden auf. In a further embodiment, the marker has a periodic structure with at least two periods.
[0030] Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn die Markierung außerhalb des Fokusbereichs der Optik liegt, da periodische Strukturen auch in unscharfen Bildern mit hoher Genauigkeit identifiziert werden können, indem man die„Grundwelle" der periodischen Struktur bestimmt, die auch bei einer unscharfen Abbildung sichtbar bleibt, da die unscharfe Abbildung gewissermaßen ein Tiefpassfilter bildet. Darüber hinaus enthält eine periodische Struktur redundante Informationen, die zur Erhöhung der Messgenauigkeit vorteilhaft ausgewertet werden können. [0031] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Markierung refraktive, diffrakti- ve und/oder holographisch-optische Strukturen auf. This embodiment is particularly advantageous when the mark is outside the focus range of the optics, since periodic structures can be identified in blurred images with high accuracy by determining the "fundamental" of the periodic structure, which also in a blurred image In addition, a periodic structure contains redundant information that can be advantageously evaluated to increase the accuracy of the measurement. In a further embodiment, the marking has refractive, diffractive and / or holographic-optical structures.
[0032] Mit Hilfe von solchen Elementen lassen sich die Markierungen sehr vorteilhaft im Sichtbereich des optischen Sensors anordnen. Die Elemente ermöglichen die Bestimmung einer aktuellen Position des Umlenkelements mit einer hohen Genauigkeit, da in diesen Fällen schon geringe Positionsänderungen des Umlenkelements starke Veränderungen der Markierung in dem aufgenommenen Bild hervorrufen können. With the help of such elements, the markers can be arranged very advantageous in the field of view of the optical sensor. The elements make it possible to determine a current position of the deflecting element with a high degree of accuracy, since in these cases even slight changes in position of the deflecting element can cause great changes in the marking in the recorded image.
[0033] In einer weiteren Ausgestaltung besitzen das Koordinatenmessgerät und der bildgebende Sensor eine Vielzahl von verschiedenen Umlenkelementen, die gegeneinander austauschbar sind, wobei jedes Umlenkelement aus der Vielzahl von Umlenkelementen eine individuelle Markierung aufweist, die das jeweilige Umlenkelement identifiziert. In a further embodiment, the coordinate measuring machine and the imaging sensor have a plurality of different deflection elements which are interchangeable, each deflection of the plurality of deflection elements having an individual marking which identifies the respective deflection element.
[0034] In dieser Ausgestaltung besitzen die verschiedenen Umlenkelemente jeweils eine optisch detektierbare Markierung, die nicht nur dazu ausgebildet ist, die aktuelle Position des Umlenkelements als solche zu bestimmen. Vielmehr ermöglicht die individuelle Markierung eine eindeutige Identifikation des jeweiligen Umlenkelements und damit eine Unterscheidung von den anderen Umlenkelementen des Satzes. In einigen Ausführungsbeispielen sind die verschiedenen Umlenkelemente, jeweils für sich genommen, starr gelagert, so dass eine Variation der Blickrichtung allein durch den Austausch eines individuellen Umlenkelements gegen ein anderes erreicht wird. Die eingangs genannte bewegliche Lagerung ist folglich mit der Austauschbarkeit der Umlenkelemente gleichzusetzen. In anderen Ausgestaltungen können die austauschbaren Umlenkelemente selbst beweglich gelagert sein, wodurch eine noch größere Variationsvielfalt bereitgestellt wird. Eine individuelle Markierung für jedes austauschbare Umlenkelement, die mit Hilfe des bildgebenden Sensors selbst aufgenommen und in der Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet wird, trägt vorteilhaft dazu bei, Messfehler zu reduzieren und eine gleichbleibend hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten. [0035] In einer weiteren Ausgestaltung besitzen das Koordinatenmessgerät und der bildgebende Sensor eine Lichtquelle, die die Markierung gezielt beleuchtet, um die Markierung auf dem bildgebenden Sensor detektierbar zu machen. In this embodiment, the various deflecting elements each have an optically detectable mark, which is not only designed to determine the current position of the deflecting element as such. Rather, the individual marking allows a unique identification of the respective deflecting element and thus a distinction from the other deflecting elements of the sentence. In some embodiments, the various deflecting elements, taken separately, are rigidly mounted, so that a variation of the viewing direction is achieved solely by the replacement of an individual deflecting element against another. The above-mentioned movable storage is therefore equated with the interchangeability of the deflecting elements. In other embodiments, the replaceable deflecting elements can themselves be movably mounted, whereby an even greater variety of variations is provided. An individual marking for each replaceable deflecting element, which is recorded with the aid of the imaging sensor itself and evaluated in the evaluation and control unit, advantageously contributes to reducing measurement errors and ensuring a consistently high measuring accuracy. In a further embodiment, the coordinate measuring machine and the imaging sensor have a light source which selectively illuminates the marking in order to make the marking on the imaging sensor detectable.
[0036] Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass die Markierung auf einfache Weise "ausgeblendet" werden kann, sobald die Position des Umlenkelements bestimmt ist. Die Aufnahme eines Bildes von dem Messobjekt kann dann praktisch unbeein- flusst von der Markierung erfolgen. Diese Ausgestaltung trägt dazu bei, die Bildaufnahme für die Vermessung eines Messobjekts und die Bildaufnahme für die Bestimmung der aktuellen Position des Umlenkelements voneinander zu entkoppeln, um etwaige Einflüsse der Markierung auf die Messgenauigkeit beim Vermessen eines Werkstücks zu reduzieren. This embodiment has the advantage that the marking can be "hidden" in a simple manner, as soon as the position of the deflecting element is determined. The recording of an image of the measurement object can then take place practically uninfluenced by the marking. This embodiment helps to decouple the image recording for the measurement of a measurement object and the image recording for the determination of the current position of the deflection element from each other in order to reduce any influences of the marking on the measurement accuracy when measuring a workpiece.
[0037] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the combination specified, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
[0038] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes mit einem bildgebenden Sensor nach der vorliegenden Erfindung, 1 shows an embodiment of the new coordinate measuring machine with an imaging sensor according to the present invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des bildgebenden Sensors bei dem Koordinatenmessgerät gemäß Fig. 1 , 2 shows a schematic representation of the imaging sensor in the coordinate measuring machine according to FIG. 1, FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung des optischen Umlenkelements mit Markierungen für den Bildsensor gemäß Fig. 2, 3 shows a schematic representation of the optical deflection element with markings for the image sensor according to FIG. 2, FIG.
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Umlenkelements mit einer optisch detektierbaren Markierung, und Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels. 4 shows a further embodiment of a deflection element with an optically detectable marking, and Fig. 5 is a schematic representation for explaining a further embodiment.
[0039] In Fig. 1 ist ein Koordinatenmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt eine Werkstückaufnahme 12, die hier in Form eines Kreuztisches (X-Y-Tisch) realisiert ist. Die Werkstückaufnahme 12 dient zum Positionieren eines Messobjekts 14 (siehe Fig. 2), von dem mit Hilfe des Koordinatenmessgerätes 10 geometrische Eigenschaften bestimmt werden. In Fig. 1, a coordinate measuring machine according to an embodiment of the invention is designated in its entirety by the reference numeral 10. The coordinate measuring machine 10 has a workpiece holder 12, which is realized here in the form of a cross table (X-Y table). The workpiece holder 12 serves to position a measuring object 14 (see FIG. 2), from which geometric properties are determined with the aid of the coordinate measuring machine 10.
[0040] Die Werkstückaufnahme 12 besitzt in diesem Fall ein Oberteil 16, das auf zwei Führungsschienen 18 in einer ersten Richtung beweglich gelagert ist. Typischerweise wird diese erste Richtung als X-Achse bezeichnet. Die Führungsschienen 18 sind auf einem Unterteil 20 angeordnet, das auf weiteren Führungsschienen (in Fig. 1 nicht zu sehen) in einer zweiten Raumrichtung beweglich gelagert ist. Typischerweise wird diese zweite Raumrichtung als Y-Achse bezeichnet. Ein auf der Werkstückaufnahme 12 positioniertes Werkstück kann dementsprechend in zwei zueinander orthogonalen Raumrichtungen X und Y verfahren werden. The workpiece holder 12 has in this case an upper part 16 which is movably mounted on two guide rails 18 in a first direction. Typically, this first direction is called the X-axis. The guide rails 18 are arranged on a lower part 20 which is movably mounted on further guide rails (not visible in FIG. 1) in a second spatial direction. Typically, this second spatial direction is referred to as Y-axis. A workpiece positioned on the workpiece holder 12 can accordingly be moved in two mutually orthogonal spatial directions X and Y.
[0041] Mit der Bezugsziffer 22 ist eine Säule bezeichnet, an der ein Schlitten 24 in einer dritten Raumrichtung beweglich gelagert ist. Die dritte Raumrichtung wird üblicherweise als Z-Richtung bezeichnet. Der Schlitten 24 trägt hier einen optischen Sensor 26 und außerdem einen taktilen Sensor 28. Dementsprechend ist das Koordinatenmessgerät 10 ein sogenanntes Multisensorik-Koordinatenmessgerät, das es möglich macht, ausgewählte Messpunkte an einem Messobjekt auf unterschiedliche Weise zu erfassen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Koordinatenmessgeräte beschränkt und kann gleichermaßen bei Koordinatenmessgeräten verwendet werden, die nur über einen optischen, bildgebenden Sensor verfügen. Des Weiteren sei hier darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Koordinatenmessgeräte mit der hier dargestellten Haltestruktur für den optischen Sensor 26 beschränkt ist. Anstelle der Haltestruktur mit dem Kreuztisch 12 und der Säule 22 können andere Ausführungsbeispiele eine Haltestruktur in Brückenbauweise, Portalbauweise, Horizontalarmbauweise oder anderen Bauweisen einschließlich Hexapoden besitzen. [0042] Mit der Bezugsziffer 30 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet, die hier an der feststehenden Säule 22 angeordnet ist. Die Auswerte- und Steuereinheit 30 dient einerseits dazu, den jeweils verwendeten Sensor 26, 28 in eine gewünschte Messposition relativ zu einem Messobjekt auf der Werkstückaufnahme 12 zu bringen. Andererseits ist die Auswerte- und Steuereinheit 30 in der Lage, Koordinaten von ausgewählten Messpunkten an dem Messobjekt 14 und im Anschluss daran geometrische Eigenschaften des Messobjekts zu bestimmen. Alternativ hierzu können die Auswerte- und Steuereinheit auf zwei separate Komponenten aufgeteilt sind, wobei insbesondere die Auswerteeinheit dann als separater Computer realisiert ist. Ein Prozessor, in dem unter anderem eine Erkennungsroutine zur Identifizierung und Auswertung der nachfolgend näher erläuterten Markierung implementiert ist, ist schematisch bei der Bezugsziffer 32 angedeutet. The reference numeral 22 denotes a column on which a carriage 24 is movably mounted in a third spatial direction. The third spatial direction is usually referred to as the Z direction. The carriage 24 carries here an optical sensor 26 and also a tactile sensor 28. Accordingly, the coordinate measuring machine 10 is a so-called multi-sensor coordinate measuring machine, which makes it possible to detect selected measuring points on a measuring object in different ways. However, the present invention is not limited to such coordinate measuring machines and can equally be applied to coordinate measuring machines having only an optical imaging sensor. Furthermore, it should be noted here that the invention is not limited to coordinate measuring machines with the support structure for the optical sensor 26 shown here. Instead of the support structure with the cross table 12 and the column 22, other embodiments may have a support structure in bridge construction, gantry design, Horizontalarmbauweise or other constructions including hexapods. The reference numeral 30 denotes an evaluation and control unit, which is arranged here on the fixed column 22. On the one hand, the evaluation and control unit 30 serves to bring the respectively used sensor 26, 28 into a desired measuring position relative to a measuring object on the workpiece holder 12. On the other hand, the evaluation and control unit 30 is able to determine coordinates of selected measuring points on the measuring object 14 and, subsequently, geometric properties of the measuring object. Alternatively, the evaluation and control unit can be divided into two separate components, wherein in particular the evaluation unit is then realized as a separate computer. A processor in which, inter alia, a recognition routine for identifying and evaluating the marking explained in more detail below is implemented, is indicated schematically at reference numeral 32.
[0043] Fig. 2 zeigt den optischen Sensor 26 des Koordinatenmessgerätes 10 in einer schematischen Darstellung mit ausgewählten Details. Der Sensor 26 besitzt hier einen Objektivkörper 36, der an dem Schlitten 24 (hier nur schematisch angedeutet) befestigt ist. Am distalen (freien) Ende des Objektivkörper 36 ist eine erste Linsengruppe 38 angeordnet. Die Linsengruppe 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine feststehende Linsengruppe, die die Bildeintrittsöffnung entlang einer ersten Blickrichtung 40 bildet. Die erste Blickrichtung 40 ist hier anhand der optischen Achse angedeutet, die von der ersten Linsengruppe 38 und von weiteren Linsengruppen 42, 44, 46 und einer Aperturblende 48 definiert wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zweite Linsengruppe 42, dritte Linsengruppe 44, vierte Linsengruppe 46 und die Blende 48 jeweils parallel zur optischen Achse/Blickrichtung 40 verschiebbar, was hier mit Hilfe von vier vertikalen Doppelpfeilen angedeutet ist. Zu diesem Zweck sind die zweite Linsengruppe 42, dritte Linsengruppe 44, vierte Linsengruppe 46 und Blende 48 jeweils an einem Schlitten angeordnet (hier nicht näher dargestellt). Die Schlitten sind an einer oder mehreren Führungsschienen 50 gelagert und über einen oder mehrere Antriebe 52 verfahrbar, so dass die jeweilige Position der Linsengruppen 42, 44, 46 und der Blende 48 entlang der optischen Achse 40 variiert werden kann. Auf diese Weise lässt sich ein vorteilhaftes Zoomobjektiv realisieren, bei dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Vergrößerungen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Fokusbereichen im Objektraum weitgehend unabhängig voneinander einstellbar sind. Zu näheren Details dieses Zoomobjektivs wird nochmals auf die oben bereits erwähnte US 2014/0043470 A1 verwiesen, die hier durch erneute Bezugnahme aufgenommen ist. Abweichend von der dortigen Beschreibung können die dritte Linsengruppe 44 und die Blende 48 in einigen Ausführungsbeispielen miteinander gekoppelt sein, was zu Lasten der individuellen Verstellbarkeit geht, aber einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau ermöglicht. Fig. 2 shows the optical sensor 26 of the coordinate measuring machine 10 in a schematic representation with selected details. The sensor 26 here has a lens body 36, which is attached to the carriage 24 (indicated only schematically here). At the distal (free) end of the objective body 36, a first lens group 38 is arranged. The lens group 38 in this exemplary embodiment is a stationary lens group that forms the image entry opening along a first viewing direction 40. The first viewing direction 40 is indicated here on the basis of the optical axis, which is defined by the first lens group 38 and by further lens groups 42, 44, 46 and an aperture stop 48. In the preferred embodiment, the second lens group 42, third lens group 44, fourth lens group 46, and aperture 48 are each slidable parallel to the optical axis / line of sight 40, as indicated by four vertical double-headed arrows. For this purpose, the second lens group 42, third lens group 44, fourth lens group 46 and diaphragm 48 are each arranged on a carriage (not shown here in detail). The carriages are mounted on one or more guide rails 50 and can be moved via one or more drives 52, so that the respective position of the lens groups 42, 44, 46 and the diaphragm 48 along the optical axis 40 can be varied. In this way, an advantageous zoom lens can be realized, in which a plurality of different magnifications and a multiplicity of different focus areas in the object space can be set largely independently of one another. For details on this zoom lens again referred to the above-mentioned US 2014/0043470 A1, which is incorporated herein by reference again. Differing from the description there, the third lens group 44 and the diaphragm 48 may in some embodiments be coupled together, which is at the expense of individual adjustability, but allows a simpler and less expensive construction.
[0044] Mit der Bezugsziffer 54 ist ein Kamerachip mit einer Vielzahl von insbesondere matrixartig angeordneten Bildpunkten bezeichnet. Der Kamerachip 54 ermöglicht die Aufnahme eines Objektbildes, das durch die von den Linsengruppen 38, 42, 44, 46 und die Blende 48 gebildete Optik auf den Kamerachip 54 abgebildet wird. Reference numeral 54 denotes a camera chip having a multiplicity of picture elements, which are arranged in particular like a matrix. The camera chip 54 makes it possible to record an object image which is imaged onto the camera chip 54 by the optics formed by the lens groups 38, 42, 44, 46 and the diaphragm 48.
[0045] Entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 2 ist die erste Blickrichtung 40 des Sensors 26 bei dem Koordinatenmessgerät 10 vertikal von oben nach unten. Der Bildsensor 26 sieht folglich vertikal von oben nach unten auf die Werkstückaufnahme 12. Wenn ein Werkstück 14 vermessen werden soll, bei dem ausgewählte Messpunkte 56 nur von der Seite her zugänglich sind, müsste das Werkstück 14 so auf der Werkstückaufnahme 12 positioniert werden, dass die Messpunkte 56 nach oben weisen. Dies ist nicht in allen Fällen möglich, ohne das Messobjekt zur Aufnahme aller gewünschten Messpunkte umzupositionieren. Aus diesem Grund besitzt das Koordinatenmessgerät 10 ein optisches Umlenkelement 60, welches die erste Blickrichtung 40 auf eine zweite Blickrichtung 62 umlenkt. Das Umlenkelement 60 ist hier vereinfacht als Spiegelfläche dargestellt, die schräg zu der ersten Blickrichtung/optischen Achse 40 angeordnet ist. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Umlenkelement 60 um eine Schwenkachse 64 schwenkbar, was durch den Doppelpfeil 66 angedeutet ist. Durch Verschwenken des Umlenkelements 60 um die Achse 64 kann die zweite Blickrichtung 62 variiert werden, was anhand des weiteren Doppelpfeils 68 angedeutet ist. According to the schematic illustration in FIG. 2, the first viewing direction 40 of the sensor 26 in the coordinate measuring machine 10 is vertically from top to bottom. The image sensor 26 thus sees vertically from top to bottom on the workpiece holder 12. If a workpiece 14 is to be measured, in which selected measuring points 56 are accessible only from the side, the workpiece 14 would have to be positioned on the workpiece holder 12 such that the Point measuring points 56 upwards. This is not possible in all cases without repositioning the measurement object to record all desired measurement points. For this reason, the coordinate measuring machine 10 has an optical deflection element 60, which deflects the first viewing direction 40 to a second viewing direction 62. The deflection element 60 is shown here in simplified form as a mirror surface, which is arranged at an angle to the first viewing direction / optical axis 40. In some preferred embodiments, the deflecting element 60 is pivotable about a pivot axis 64, which is indicated by the double arrow 66. By pivoting the deflecting element 60 about the axis 64, the second viewing direction 62 can be varied, which is indicated by the further double arrow 68.
[0046] Das Umlenkelement 60 kann in weiteren Ausführungsbeispielen ein Prisma oder ein mehrteiliges optisches System bestehend aus Prismen- und/oder Spiegelflächen sein. Des Weiteren ist es in weiteren Ausführungsbeispielen denkbar, dass das Umlenkelement 60 als solches starr in dem Gehäuse 70 eines Objektivaufsatzes 72 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispielen beinhalten das neue Koordinatenmessgerät und der entsprechende bildgebende Sensor eine Vielzahl von Objektivaufsätzen 72, 72', in denen jeweils unterschiedliche Umlenkelemente 60 angeordnet sind, die verschiedene zweite Blickrichtungen 62 ermöglichen. Eine Variation der zweiten Blickrichtung kann in diesen Ausführungsbeispielen also dadurch erreicht werden, dass ein optisches Umlenkelement 60 austauschbar beweglich an dem Objektivkörper 36 befestigt werden kann. The deflecting element 60 may be a prism or a multi-part optical system consisting of prismatic and / or mirror surfaces in further embodiments. Furthermore, it is conceivable in further exemplary embodiments that the deflection element 60 as such is arranged rigidly in the housing 70 of a lens attachment 72. In these embodiments, the new coordinate measuring machine and the corresponding imaging sensor include a plurality of lens attachments 72, 72 ', in each of which different deflecting elements 60 are arranged, which allow different second viewing directions 62. A variation of the second viewing direction can therefore be achieved in these exemplary embodiments in that an optical deflecting element 60 can be attached to the objective body 36 in an exchangeably movable manner.
[0047] Des Weiteren kann das Umlenkelement 60 in weiteren Ausführungsbeispielen um eine Achse drehbar sein, die parallel zu der ersten Blickrichtung/optischen Achse 40 angeordnet ist, was hier anhand des Doppelpfeils 74 angedeutet ist. Furthermore, in further exemplary embodiments, the deflection element 60 can be rotatable about an axis which is arranged parallel to the first viewing direction / optical axis 40, which is indicated here by means of the double arrow 74.
[0048] In allen Ausführungsbeispielen kann die erste Blickrichtung 40 des bildgebenden Sensors 26 auf eine variable zweite Blickrichtung 62 umgelenkt werden, so dass der Sensor 26 Messpunkte 56 an einem Messobjekt 14 erfassen kann, die entlang der ersten Blickrichtung 40 nicht oder nur schwer zugänglich sind. Damit ist es erforderlich, eine jeweils aktuelle Position des Umlenkelements 60 zu bestimmen, so dass die Auswerte- und Steuereinheit 30 die aufgenommenen Messpunkte 56 korrekt in dem Koordinatensystem des Koordinatenmessgerätes 10 bestimmen kann. In allen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist dies mit Hilfe einer Markierung 80 realisiert, die in einigen Ausführungsbeispielen direkt auf der zum Kamerachip 54 weisenden Fläche des Umlenkelements 60 aufgebracht sein kann. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann die Markierung 80 in einigen Ausführungsbeispielen eine zweidimensionale Form aufweisen, die insbesondere einen Kreis 80a, 80d beinhaltet. Alternativ oder ergänzend kann die Markierung 80 weitere zweidimensionale Formen aufweisen, wie in Fig. 3 beispielhaft anhand der Quadrate 80b, 80e und anhand der Dreiecke 80c, 80f dargestellt ist. In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Markierung 80 mehrere unterschiedliche Formelemente, wie hier anhand der Kreise 80a, 80d, Quadrate 80b, 80e und Dreiecke 80c, 80f dargestellt ist. Vorteilhaft sind zumindest einige dieser Formelemente symmetrisch zu einer Achse 82, die parallel zu der Schwenkachse 84 oder einer anderen Bewegungsachse des Umlenkelements 60 liegt. In all exemplary embodiments, the first viewing direction 40 of the imaging sensor 26 can be deflected to a variable second viewing direction 62 so that the sensor 26 can detect measuring points 56 on a measuring object 14 which are difficult or impossible to access along the first viewing direction 40 , Thus, it is necessary to determine a respectively current position of the deflecting element 60, so that the evaluation and control unit 30 can correctly determine the recorded measuring points 56 in the coordinate system of the coordinate measuring machine 10. In all preferred exemplary embodiments, this is realized with the aid of a marking 80 which, in some embodiments, can be applied directly on the surface of the deflecting element 60 facing the camera chip 54. As shown in FIG. 3, in some embodiments, the marker 80 may have a two-dimensional shape including, in particular, a circle 80a, 80d. Alternatively or additionally, the marking 80 can have further two-dimensional shapes, as shown in FIG. 3 by way of example with reference to the squares 80b, 80e and with reference to the triangles 80c, 80f. In some embodiments, the marker 80 includes a plurality of different shape elements, as illustrated by the circles 80a, 80d, squares 80b, 80e, and triangles 80c, 80f. At least some of these shaped elements are advantageously symmetrical about an axis 82 which lies parallel to the pivot axis 84 or another movement axis of the deflection element 60.
[0049] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Umlenkelements 60 mit einer optisch detektierbaren Markierung 80. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Markierung 80 ein Gitter aus zueinander orthogonalen Linien. Wie man anhand Fig. 4 erkennen kann, bildet das Gitter hier eine periodische Struktur mit einer Vielzahl von Perioden 88, was besonders vorteilhaft ist, wenn die Markierung 80 auf dem Umlenkelement 60 außerhalb des Fokusbereichs 84 des Sensors 26 liegt (siehe Fig. 1 ) und dementsprechend durch die Optik des bildgebenden Sensors nur unscharf abgebildet werden kann. 4 shows another embodiment of a deflection element 60 with an optically detectable marker 80. In this embodiment, the marker 80 includes a grid of mutually orthogonal lines. As can be seen with reference to FIG. 4 Here, the grating forms a periodic structure with a plurality of periods 88, which is particularly advantageous when the marking 80 on the deflection element 60 is outside the focus area 84 of the sensor 26 (see FIG. 1) and accordingly by the optics of the sensor imaging sensor can only be shown blurred.
[0050] In einigen Ausführungsbeispielen, wie etwa dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, besitzt die Optik des Sensors 26 eine Vielzahl von unterschiedlichen Fokusbereichen 84, 86, so dass es möglich ist, mit Hilfe der Optik wahlweise auf die Markierung 80 scharf zu stellen. In diesen Fällen kann ein scharfes Bild der Markierung 80 mit Hilfe des Kamerachips 54 aufgenommen und ausgewertet werden. In anderen Ausführungsbeispielen, in denen es nicht möglich ist, die Markierung 80 in einen Fokusbereich des Sensors 26 zu bringen, beinhaltet die Auswerte- und Steuereinheit 30 vorzugsweise eine spezielle Erkennungsroutine (in Fig. 1 anhand des Prozessors 32 angedeutet), die dazu ausgebildet ist, die individuellen Eigenschaften der unscharf abgebildeten Markierung 80 zu identifizieren. Dies kann besonders vorteilhaft in Kombination mit einer Markierung 80 mit einer periodischen Struktur mit zumindest zwei Perioden realisiert werden, wobei die optisch detektierbare Periode in dem aufgenommenen Bild der Markierung 80 in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Umlenkelements 60 variiert. In some embodiments, such as the embodiment shown in Fig. 2, the optics of the sensor 26 has a plurality of different focus areas 84, 86, so that it is possible to selectively focus on the marker 80 by means of the optics , In these cases, a sharp image of the mark 80 can be recorded and evaluated with the aid of the camera chip 54. In other embodiments, where it is not possible to bring the marker 80 into a focus area of the sensor 26, the evaluation and control unit 30 preferably includes a special detection routine (indicated in Fig. 1 by the processor 32) adapted thereto to identify the individual characteristics of the fuzzy imaged marker 80. This can be realized particularly advantageously in combination with a marking 80 having a periodic structure with at least two periods, the optically detectable period in the recorded image of the marking 80 varying as a function of the current position of the deflection element 60.
[0051] In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Markierung 80 mit Hilfe von refraktiven, diffraktiven und/oder holographisch-optischen Strukturen realisiert. Derartige Strukturen verändern das in die Optik des Sensors 26 einfallende Licht in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Umlenkelements 60. In einigen Ausführungsbeispielen besitzen das Koordinatenmessgerät 10 bzw. der entsprechende Sensor 26 eine spezielle Lichtquelle 90 zur Beleuchtung der Markierung 80. In vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Markierung 80 mit Hilfe des Sensors 26 nur detektierbar, wenn die Lichtquelle 90 aktiviert ist, so dass die Markierung 80 wahlweise detektierbar gemacht werden kann. Dies gilt besonders für diejenigen Fälle, in denen die Markierung 80 mit Hilfe von diffraktiven Strukturen realisiert ist. In some preferred embodiments, the marker 80 is realized with the aid of refractive, diffractive and / or holographic-optical structures. Such structures change the light incident in the optics of the sensor 26 as a function of the current position of the deflection element 60. In some embodiments, the coordinate measuring device 10 and the corresponding sensor 26 have a special light source 90 for illuminating the marker 80. In advantageous embodiments, FIG Marker 80 can only be detected using the sensor 26 when the light source 90 is activated so that the marker 80 can optionally be made detectable. This is especially true for those cases in which the mark 80 is realized by means of diffractive structures.
[0052] Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Objektivaufsatzes 72 mit einem beweglich gelagerten Umlenkelement 60 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Fall besitzt das Umlenkelement 60 eine oder mehrere Öffnungen 92. Die Markierung 80 ist hier - in der erste Blickrichtung gesehen - hinter der Öffnung 92 angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen ist der lichte Innendurchmesser der Öffnung 92 kleiner als die Markierung 80, so dass mit Hilfe des Sensors 26 jeweils nur ein Ausschnitt der Markierung 80 durch die Öffnung 92 aufgenommen werden kann. Der jeweils aufnehmbare Ausschnitt hängt von der aktuellen Position des Umlenkelements 60 ab, was beispielsweise dadurch realisiert sein kann, dass die Markierung 80 eine Struktur aufweist, die sich entlang ihrer lateralen Erstreckung verändert. Beispielsweise kann die Markierung 80 in diesen Ausführungsbeispielen eine periodische Struktur beinhalten, deren Periode in einer oder mehreren lateralen Richtungen ansteigt oder abnimmt, ähnlich wie bei einem frequenzmodulierten Signal. Anhand des jeweils durch die Öffnung 92 sichtbaren Ausschnitts der Markierung 80 kann dann die aktuelle Umlenkposition des Umlenkelements 60 mit Hilfe des Sensors 26 bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend kann die durch die Öffnung 92 jeweils sichtbare Markierung einen Ausschnitt einer kontinuierlichen periodischen Struktur zeigen, wobei die Information über die aktuelle Umlenkposition des Umlenkelements in der durch die Öffnung 92 jeweils sichtbare Phasenlage codiert ist. Ferner kann der jeweils sichtbare Ausschnitt der Markierung eine digitale Codierung beinhalten, etwa in Form einer binär codierten Zahl, die für die aktuelle Umlenkposition repräsentativ ist. Fig. 5 shows a schematic representation of another embodiment of a lens attachment 72 with a movably mounted deflecting element 60 according to another embodiment. In this case, the deflecting element 60 has one or more openings 92. The marking 80 is here - as seen in the first viewing direction - arranged behind the opening 92. In some embodiments, the clear inner diameter of the opening 92 is smaller than the mark 80, so that only a portion of the mark 80 can be received through the opening 92 by means of the sensor 26 in each case. The respective recordable section depends on the current position of the deflecting element 60, which can be realized, for example, by the marking 80 having a structure that changes along its lateral extent. For example, in these embodiments, the marker 80 may include a periodic structure whose period increases or decreases in one or more lateral directions, similar to a frequency modulated signal. Based on the respective section of the marking 80 visible through the opening 92, the current deflection position of the deflection element 60 can then be determined with the aid of the sensor 26. Alternatively or additionally, the marking visible in each case through the opening 92 can show a section of a continuous periodic structure, the information about the current deflection position of the deflection element being coded in the phase position visible through the opening 92. Furthermore, the respectively visible section of the marking may include a digital coding, for example in the form of a binary coded number, which is representative of the current deflection position.
[0053] Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Schärfeebene für die Struktur 80 bekannt ist und beim Schwenken des Umlenkelements 60 weitgehend erhalten bleibt. Bei den anderen Bauformen würden Markierungen auf dem Umlenkelement auf der Drehachse in der Schärfeebene bleiben, während andere außerhalb der Drehachse sich mit zunehmender Drehung dann aus der Schärfeebene der Drehachse entfernen. Advantage of this embodiment is that the sharpness level for the structure 80 is known and largely retained during pivoting of the deflecting element 60. In the other designs, marks would remain on the deflector on the axis of rotation in the focal plane, while others outside the axis of rotation then move with increasing rotation from the plane of sharpness of the axis of rotation.
[0054] Abschließend sei angemerkt, dass man aufgrund der neuen Markierung prinzipiell keine Winkelmess- oder Encodereinrichtung für das Umlenkelement braucht. Gleichwohl kann eine zusätzliche Winkelmess- oder Encodereinrichtung für das Umlenkelement sinnvoll sein, insbesondere für einen Positionsregelkreis für die Dreh- und Schwenkstellung des Umlenkelements. Durch die optische Positionsbestimmung mit Hilfe der Markierung werden aber die Genauigkeitsanforderungen an die Qualität dieser Winkelmess- oder Encodereinrichtung deutlich reduziert, da man für die Vermessung des Messobjekts, also insbesondere für die Koordinatenberechnung in der Bildauswertung dann die im Bild erfasste Blickrichtung vorteilhaft verwenden kann. Finally, it should be noted that due to the new marking principle no Winkelmess- or encoder device for the deflection needs. Nevertheless, an additional angle measuring or encoder device for the deflection element can be useful, in particular for a position control loop for the rotational and pivotal position of the deflection element. By the optical position determination with the help of the marker but the accuracy requirements on the quality of this angle measuring or encoder device are significantly reduced, since it is for the measurement of the Measuring object, ie in particular for the coordinate calculation in the image evaluation then can use the detected in the image viewing direction advantageous.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts (14), mit einer Werkstückaufnahme (12) zum Positionieren des Messobjekts (14), mit einem bildgebenden Sensor (26), der eine definierte erste Blickrichtung (40) besitzt, wobei der bildgebende Sensor (26) dazu ausgebildet ist, ein Bild mit definierten Messpunkten (56) an dem Messobjekt (14) zu erfassen, mit einer Haltestruktur (22), die den bildgebenden Sensor (26) in einer definierten Position relativ zu der Werkstückaufnahme (12) positioniert, mit einer Auswerte- und Steuereinheit (30), die dazu ausgebildet ist, eine geometrische Eigenschaft des Messobjekts (14) anhand des Bildes mit den definierten Messpunkten (56) zu bestimmen, und mit einem optischen Umlenkelement (60), das beweglich gelagert ist, um die erste Blickrichtung (40) auf eine variable zweite Blickrichtung (62) umzulenken, gekennzeichnet durch eine optisch detektierbare Markierung (80), die entlang der ersten Blickrichtung (40) angeordnet und mit dem Umlenkelement (60) betrieblich gekoppelt ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (30) ferner dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Position des Umlenkelements (60) anhand der Markierung (80) zu bestimmen. Coordinate measuring machine for determining geometric properties of a measurement object (14), with a workpiece holder (12) for positioning the measurement object (14), with an imaging sensor (26) which has a defined first viewing direction (40), the imaging sensor (26 ) is designed to capture an image with defined measuring points (56) on the measurement object (14), with a holding structure (22) that positions the imaging sensor (26) in a defined position relative to the workpiece holder (12). an evaluation and control unit (30), which is designed to determine a geometric property of the measurement object (14) based on the image with the defined measuring points (56), and with an optical deflection element (60), which is movably mounted to redirect the first viewing direction (40) to a variable second viewing direction (62), characterized by an optically detectable marking (80) which is arranged along the first viewing direction (40) and is operationally coupled to the deflection element (60), the evaluation and control unit (30) is further designed to determine a current position of the deflection element (60) based on the marking (80).
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (80) an dem Umlenkelement (60) angeordnet ist. Coordinate measuring machine according to claim 1, characterized in that the marking (80) is arranged on the deflection element (60).
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (60) eine Öffnung (92) aufweist, hinter der die Markierung (80) in der ersten Blickrichtung (40) angeordnet ist. Coordinate measuring machine according to claim 1 or 2, characterized in that the deflection element (60) has an opening (92) behind which the marking (80) is arranged in the first viewing direction (40).
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bildgebende Sensor (26) eine Optik mit einem definierten Fokusbereich (84) im Objektraum hat, wobei die Markierung (80) außerhalb des definierten Fokusbereichs (84) angeordnet ist, und wobei die Auswerte- und Steuereinheit (30) eine Erkennungsroutine (32) beinhaltet, um die Markierung (80) in einem mit dem bildgebenden (26) Sensor aufgenommenen Bild zu identifizieren. Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the imaging sensor (26) has optics with a defined focus area (84) in the object space, the marking (80) being arranged outside the defined focus area (84), and where the evaluation and control unit (30) contains a recognition routine (32) in order to identify the marking (80) in an image recorded with the imaging (26) sensor.
5. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bildgebende Sensor (26) eine Optik mit einem ersten und einem zweiten definierten Fokusbereich (84, 86) hat, wobei der erste Fokusbereich (86) auf die Markierung (80) und der zweite Fokusbereich (84) auf das Messobjekt (14) scharf stellt. 5. Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the imaging sensor (26) has optics with a first and a second defined focus area (84, 86), the first focus area (86) pointing to the marking (80 ) and the second focus area (84) focuses on the measurement object (14).
6. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik eine Zoomoptik mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Vergrößerungen und mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Fokusbereichen (84, 86) ist, wobei eine definierte Vergrößerung und ein definierter Fokusbereich unabhängig voneinander wählbar sind. 6. Coordinate measuring machine according to claim 5, characterized in that the optics are zoom optics with a variety of different magnifications and with a variety of different focus areas (84, 86), a defined magnification and a defined focus area being selectable independently of one another.
7. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (80) eine definierte zweidimensionale Form aufweist, insbesondere einen Kreis und/oder ein Vieleck. 7. Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the marking (80) has a defined two-dimensional shape, in particular a circle and / or a polygon.
8. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (80) eine periodische Struktur mit zumindest zwei Perioden (88) aufweist. 8. Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the marking (80) has a periodic structure with at least two periods (88).
9. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (80) refraktive, diffraktive und/oder holografisch-optische Strukturen aufweist. 9. Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the marking (80) has refractive, diffractive and / or holographic-optical structures.
10. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von verschiedenen Umlenkelementen (60), die gegeneinander austauschbar sind, wobei jedes Umlenkelement (60) aus der Vielzahl von Umlenkelementen eine individuelle Markierung (80) aufweist, die das jeweilige Umlenkelement identifiziert. 10. Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 9, characterized by a plurality of different deflection elements (60) which are interchangeable with one another, each deflection element (60) from the plurality of deflection elements having an individual marking (80) which identifies the respective deflection element identified.
1 1 . Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (90), die die Markierung (80) gezielt beleuchtet, um die Markierung (80) auf dem bildgebenden Sensor (26) detektierbar zu machen. 1 1 . Coordinate measuring machine according to one of claims 1 to 10, characterized by a light source (90) which specifically illuminates the marking (80) in order to make the marking (80) detectable on the imaging sensor (26).
12. Bildgebender Sensor für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, mit einer definierten ersten Blickrichtung (40), und mit einem optischen Umlenkelement (60), das beweglich gelagert ist, um die erste Blickrichtung (40) auf eine variable zweite Blickrichtung (62) umzulenken, gekennzeichnet durch eine optisch detektierbare Markierung (80), die entlang der ersten Blickrichtung (40) angeordnet und mit dem Umlenkelement (60) betrieblich gekoppelt ist, so dass der bildgebende Sensor (26) in der Lage ist, ein Bild mit der Markierung (80) aufzunehmen, wobei das Bild mit der Markierung für eine aktuelle Position des Umlenkelements (60) repräsentativ ist. 12. Imaging sensor for a coordinate measuring machine for determining geometric properties of a measurement object, with a defined first viewing direction (40), and with an optical deflection element (60), which is movably mounted around the first viewing direction (40) to a variable second viewing direction (62), characterized by an optically detectable marking (80) which is arranged along the first viewing direction (40) and is operationally coupled to the deflection element (60), so that the imaging sensor (26) is able to produce an image with the marking (80), the image with the marking being representative of a current position of the deflection element (60).
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